Die Selektion klonal expandierender Zellen mit einzigartigen, somatisch rekombinierten Anti-gen-Rezeptoren und die Langlebigkeit der daraus hervorgehenden Gedächtniszellen sind definierende Eigenschaften adaptiver Immunität. Dahingegen ist das angeborene Immunsystem da-rauf programmiert, mittels einer breiten Palette konservierter Rezeptoren möglichst schnell auf Pathogene zu reagieren und wird dabei auf Populationsebene epigenetisch geprägt. In dieser Arbeit möchte ich dieses Paradigma auf der Basis von Natürlichem Killer (NK) Zell-Gedächtnis an das humane Zytomegalievirus (HCMV) als Beispiel für Pathogen-spezifische Anpassung innerhalb des angeborenen Immunsystems herausfordern. Indem wir multiparametrische Einzel-zellanalysen zur Kartierung von ex vivo NK Zellen mit endogenen Barcodes in Form von soma-tischen Mutationen in mitochondrialer DNA (mtDNA) verknüpfen, können wir drastische klonale Expansionen adaptiver NK Zellen in HCMV+ Spendern nachweisen. NK-Zell-Klonotypen waren durch eine ihnen gemeinsame, inflammatorische Gedächtnissignatur mit AP1 Motiven gekennzeichnet, die eine Reihe einzigartiger Chromatin-Regionen mit Klon-spezifischer Zugänglichkeit überlagerte. NK-Zell-Klone wurden über einen Zeitraum von bis zu 19 Monaten stabil aufrechterhalten und behielten dabei ihre charakteristischen, Klon-spezifischen epigenetischen Signaturen, was die entscheidende Rolle klonaler Vererbung von Chromatin-Zugänglichkeit für die Prägung des epigenetischen Gedächtnis-Repertoires unterstreicht. Insgesamt identifiziert diese Arbeit zum ersten Mal klonale Expansion und Persistenz innerhalb des angeborenen Immunsystems im Menschen und deutet daraufhin, dass diese zentralen Mechanismen zur Ausbildung von immunologischem Gedächtnis evolutionär unabhängig von diversifizierten Antigen-Rezeptoren entstanden sind. / A hallmark of adaptive immunity is the clonal selection and expansion of cells with somatically diversified receptors and their long-term maintenance as memory cells. The innate immune system, in contrast, is wired to rapidly respond to pathogens via a broad set of germline-encoded receptors, acquiring epigenetic imprinting at the population level. The presented work challenges this paradigm by studying Natural Killer (NK) cell memory to human Cytomegalovirus (HCMV) infection as an example of pathogen-specific adaptation within the innate immune system. Leveraging single-cell multi-omic maps of ex vivo NK cells and somatic mitochondrial DNA (mtDNA) mutations as endogenous barcodes, we reveal drastic clonal expansions of adaptive NK cells in HCMV+ individuals. NK cell clonotypes were characterized by a convergent inflammatory memory signature driven by AP1 transcription factor activity, superimposed on a private set of clone-specific accessible chromatin regions. Strikingly, NK cell clones were stably maintained in their specific epigenetic states for up to 19 months, revealing that clonal inheritance of chromatin accessibility shapes the epigenetic memory repertoire. Together, this work presents the first identification of clonal expansion and persistence within the human innate immune system, suggesting these central mechanisms of immune memory have evolved independently of antigen-receptor diversification.

Untersuchungen der letzten Jahre deuten darauf hin, daß Virusinfektionen ein potentieller Modulator der menschlichen Allergieentstehung sind. Die folgende Studie untersucht, ob frühkindliche Infektionen mit CMV, EBV und VZV einen protektiven Effekt auf die Entstehung atopischer Erkrankungen im späteren Leben haben. Die Studie berücksichtigt sowohl die humorale, als auch die zelluläre Immunantwort auf Virusinfektion. Die humorale Immunantwort wurde serologisch im Verlauf bei 672 Kindern von Geburt bis zum 7. Lebensjahr untersucht (ELISA). Die Antikörper-Titer für CMV, EBV und VZV im Alter von 1 Jahr und 3 Jahren wurden mit den atopischen Manifestationen (atopische Dermatitis, Asthma bronchiale, Rhinokonjunktivitis, Gesamt-Serum-IgE und atopische Sensibilisierung) verglichen. Die TH1 Immunantwort (intrazelluläre IFN gamma Produktion) wurde bei 100 Kindern mit und ohne atopische Manifestationen im Alter von 1 Jahr bis 16 Jahren nach CMV Stimulation untersucht (Durchflußzytometrie). Signifikante Unterschiede in den Häufigkeiten atopischer Symptome zwischen Kindern mit positivem und negativem Antikörper-Titer gegen CMV, EBV und VZV konnten nicht gezeigt werden. Auf zellulärer Ebene zeigte sich, daß Kinder und Jugendliche ohne atopische Symptome auf Virus-Stimulation (CMV-Antigen bzw. Peptid) statistisch ebenso häufig mit einer IFN-gamma-Produktion (TH1-Immunantwort) reagieren wie Kinder und Jugendliche mit atopischen Krankheitszeichen. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie können die Hypothese eines protektiven Effekts viraler Infektion, zumindest der Herpesgruppe, in den ersten Lebensjahren hinsichtlich einer späteren Allergieentstehung nicht bestätigen. Die Zusammenhänge der Entwicklung atopischer Erkrankungen sind bisher noch nicht vollständig geklärt. Es gilt weiterhin zu erforschen, in welchem Maße frühkindliche Infekte, neben Allergenexposition, Ernährung, Luftschadstoffen und familiärer Prädisposition die Allergogenese beeinflussen. / Studies of the last years indicated that virus infections are a potential modulator of the human allergogenesis. The following study analysed if infections with CMV, EBV and VZV in early childhood have a protective effect on the development of atopic disorders in later life. The study considered the humoral and cellular immuneresponse to virus infection. The humoral immuneresponse of 672 children were serologically followed up from birth to the age of seven years (ELISA). The antibody titres of CMV, EBV and VZV at the age of 1 year and 3 years were compared with the atopic manifestations (atopic dermatitis, asthma bronchiale, rhinoconjunctivitis, total serum IgE levels and atopic sensitiziation) at the age of seven years. The TH1 immuneresponse (intracellular IFN gamma production) of 100 atopic and nonatopic children at the age of 1 year to 16 years were analysed after CMV stimulation (flowcytometry). There was no significant difference in atopic manifestations between seven-year-old children with seropositivity and seronegativity (CMV, EBV, VZV) in early childhood. Nonatopic children showed the same T cell reactivity after CMV stimulation like atopic children. The study could not show a protective effect of herpesvirus infections in early childhood on the development of atopic disorders in later life. Further studies will help to understand the influence of virus infections on the human allergogenesis.

Die genitale Bilharziose ist eine Manifestation der Bilharziose, über deren Bedeutung für die reproduktive Gesundheit der Frau bisher wenig bekannt ist. Das klinische Bild der genitalen Bilharziose ist heterogen, da alle Genitalorgane betroffen sein können. Durch die Bilharziose verursachte gynäkologische Probleme wie z.B. Infertilität können für die betroffenen Frauen erhebliche Auswirkungen auf ihr soziales Leben haben (Scheidung wegen Kinderlosigkeit, verringerte Heiratsaussichten). In der vorliegenden Arbeit werden epidemiologische, parasitologische und klinische Untersuchungsergebnisse von Feldforschungsarbeiten zur genitalen Bilharziose der Zervix, die in Tansania durchgeführt wurden, vorgestellt. In den Studiendörfern war die Häufigkeit der genitalen Bilharziose der Zervix (38 %) bei Frauen im Alter zwischen 15 und 45 Jahren nahezu zahlengleich mit der Häufigkeit der Blasenbilharziose (42 %). Die genitale Bilharziose der Zervix ging einher mit "sandy patches", die als pathognomisch angesehen werden, Leukoplakien und Epithelläsionen. In den Biopsien von Frauen mit genitaler Bilharziose wurde im Vergleich zu nichtinfizierten Frauen eine erhöhte Anzahl von Entzündungszellen gesehen. Nach Therapie mit Praziquantel sank die Häufigkeit der genitalen Bilharziose um 70 %. Die Diagnose der genitalen Bilharziose der Zervix durch den direkten Nachweis mittels eines Quetschpräparats des Zervixgewebes ist der histologischen Untersuchung der Zervixbiopsie und der zytologischen Untersuchung des Zervixabstriches überlegen. Die diagnostische Wertigkeit indirekter Krankheitsmarker wurde untersucht. Frauen mit genitaler Bilharziose wiesen höhere Spiegel von eosinophilem kathodischen Protein (ECP) in der vaginalen Lavage auf als nichtinfizierte Frauen. Dies war aber auch bei Frauen mit sexuell übertragbaren Infektionen der Fall war. Es wurden bei Frauen mit genitaler Bilharziose - im Verhältnis zur Eiausscheidung im Urin - höhere Schistosomenantigenspiegel (CAA) festgestellt als bei Frauen mit ausschließlicher Blasenbilharziose. Dies kann durch die "ektopische" Lokalisation der adulten Würmer im Zervixgewebe erklärt werden. Die Forschungsergebnisse geben Hinweise, die die Hypothese einer möglichen Interaktion zwischen der genitalen Bilharziose und Infektionen mit HIV bzw. HPV unterstützen. Dazu gehören z.B. die Störung der Barrierefunktion des Zervixepithels bereits im jungen Alter und die Anwesenheit von HIV-empfänglichen Zellen im Zervixgewebe, die das Risiko einer Infektion mit HIV erhöhen könnten. / Female genital schistosomiasis is a neglected manifestation of schistosomiasis and its public health importance is yet to be determined. Symptoms and signs induced by genital schistosomiasis are unspecific and depending on the localisation of the infection the clinical picture is heterogenous. Pathological consequences of female genital schistosomiasis such as infertility may have a considerable impact on the social life of the diseased woman resulting in divorce or reduced chances to marry. In this paper the results of epidemiological, parasitological and clinical investigations of female genital schistosomiasis, which have been carried out in two study villages in Northern Tanzania, are described. The frequency of schistosomiasis of the cervix in women aged 15 to 45 years (38%) was similar to the frequency of urinary schistosomiasis (42%). The main pathological lesions seen were sandy patches, which seem to be pathognomic, leucoplakia and epithelial lesions. In cervical biopsies of women with genital schistosomiasis a higher absolute number of inflammatory cells were seen compared to women without the infection. The standard therapy reduced the frequency of genital schistosomiasis by 70%. The diagnostic performance of the direct parasitological examination of cervical tissue was better compared to the histopathological examination of the biopsy or the cytological examination of the cervical smear. The diagnostic value of indirect disease markers were investigated. Women with diagnosed genital schistosomiasis and sexually transmitted diseases showed higher levels of eosinophil cationic protein (ECP) in the vaginal lavage compared to women without infections. In women with genital schistosomiasis higher levels of schistosome antigens (CAA) were detected compared to women with urinary schistosomiasis only. This might be explained by the "ectopic" localisation of adult schistosomes in the genital tract. The research results support the hypothesis of a possible interaction of genital schistosomiasis with sexually transmitted infections such as HIV and HPV, e.g. the disruption of the cervical epithelial barrier in young age and the presence of HIV-sensible cells due to genital schistosomiasis might increase the risk of HIV transmission.

Leishmaniosen gehören zu den tropischen Krankheiten und bedrohen geschätzte 350 Millionen Menschen in 88 Ländern weltweit. Die schwerste Form, viszerale Leishmaniose, betrifft die ärmsten Bevölkerungsschichten und ist die Ursache für circa 50 000 Todesfälle pro Jahr. Es wird angenommen, dass die Entwicklung eines Impfstoffs möglich ist, aber trotz aller Bemühungen, steht derzeit noch kein Impfstoff zur Verfügung. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Impfstoff gegen viszerale Leishmaniose entwickelt und in vivo auf pre-klinischer Ebene getestet. Des Weiteren wurden rekombinante Membranvesikel konstruiert, um ein Boostreagenz zu erhalten. Die Herstellung sowohl des rekombinanten Salmonellenimpfstoffs als auch der Membranvesikel sollte, trotz des geringen Handelspreis, ökonomisch praktikabel sein, was besonders wichtig ist für Menschen in den betroffenen Entwicklungsländern. Der erste Schritt war die Auswahl neuartiger Antigenkandidaten aus einem Proteomics Datensatz, in dem beide Leishmania Lebensformen verglichen wurden. Der Schwerpunkt wurde auf abundante, hypothetische Proteine gelegt, die sowohl in Pro- als auch Amastigoten identifiziert wurden, in Leishmanienarten hochkonserviert sind aber gleichzeitig keine Sequenzhomologien zu humanen und murinen Proteinen besitzen. Diese Antigene wurden in unterschiedlicher Menge auf der Oberfläche und im Cytoplasma von S. typhimurium SL3261 und auch auf Membranvesikeln exprimiert. Impfstämme wurden selektiert in Hinsicht auf ihre bakterielle Fitness und Antigenexpression. Es konnte gezeigt werden, dass LinJ08.1140-, LinJ23.0410-exprimierende Impfstämme oder eine Mischung dieser in der Lage waren besonders anfällige BALB/c Mäuse vor L. major und wichtiger L. donovani Infektion zu schützen. Analyse der humoralen Immunantwort deutet darauf hin, dass der Impfschutz das Ergbnis einer TH1 Antwort war. Erste Schritte zur Aufklärung struktureller und funktioneller Eigenschaften von LinJ08.1140 wurden unternommen. Es wird allgemein angenommen, dass antigenspezifische CD4+ und CD8+ T-Zellen am Schutz beteiligt sind. Daher wurde für LinJ08.1140 potentielle MHC-I Epitope mit Hilfe von bioinformatischen Programmen vorhergesagt. Zusätzlich deuten Fluoreszenz-färbungen mit antigenspezifischen Antikörpern in L. major Promastigoten darauf hin, dass LinJ08.1140 eine Rolle bei der Zellteilung spielt. / Leishmaniasis is a neglected tropical disease and currently an estimated 350 million people in 88 countries around the world are at risk. Its most severe form, visceral leishmaniasis, affects the poorest people in a population and causes an estimated 50 000 deaths every year. Vaccination is thought to be feasible but despite all efforts, no vaccine is yet available. Vaccines will mainly be targeted for people in developing countries such as India, thus focus has to be placed on affordability. In this thesis a vaccine against visceral leishmaniasis was designed and evaluated in vivo at pre-clinical level. Furthermore, recombinant outer membrane vesicles were developed in an attempt to create a booster reagent. Both, the recombinant salmonella vaccine and the preparation of outer membrane vesicles should be commercially viable, and can still be sold at low prices, which is crucial for people in developing countries. First, novel antigen candidates were selected using proteomics data comparing leishmania life stages. Abundant and hypothetic proteins, which have been identified in both parasite life stages and have high sequence homology throughout Leishmania species while lacking homologues in human and mouse, were selected. These antigens were differentially expressed on the surface or in the cytosol of S. typhimurium SL3261 and in the form of outer membrane vesicles. A two step procedure was developed to select optimised vaccine strains based on bacterial fitness and antigen expression. Selected salmonella strains expressing LinJ08.1140, LinJ23.0410 or an admixture of these strains are shown to protect susceptible BALB/c mice by reducing visceralisation of L. major and more importantly L. donovani infections. Analysis of vaccine specific antibody responses suggests that protection resulted from induction of a TH1 response. First steps were undertaken towards resolving functional and structural properties of the most protective antigen LinJ08.1140. Putative MHC-I epitopes of antigen LinJ08.1140 were predicted using bioinformatics since antigen-specific CD4+ and CD8+ T cells are believed to be required. In addition, immunofluorescent staining of LinJ08.1140 in L. major promastigotes suggested a functional role for this antigen in parasite cell division, since especially dividing cells emmited a strong fluorescence signal.

Invasive Pilzinfektionen stellen ein großes Problem bei Transplantatempfängern dar. Candida und Aspergillus spp. sind die häufigsten pathogenen Pilze bei Patienten nach KMT und Organtransplantationen. Diese Infektionen sind durch eine hohe Morbidität und Mortalität gekennzeichnet, insbesondere bei Patienten mit persistierender Granulozytopenie und damit jene nach allogener KMT. Die Mortalitätsrate kann durch eine Frühdiagnostik und durch Gabe einer geeigneten Therapie wesentlich reduziert werden. Die Symptome und Zeichen einer systemischen Pilzinfektion sind bei Transplantatempfängern untypisch. Die serologische Diagnostik von invasiven Candidosen oder Aspergillosen stellt eine zusätzliche Möglichkeit zur klinischen Untersuchung und anderen diagnostischen Maßnahmen dar. Diese Untersuchung umfasste 252 Patienten (17 Patienten nach KMT) und 235 Patienten von Intensivtherapiestationen (z. B. nach Organtransplantationen) in den Jahren 1991-1994 von der Humboldt-Universität zu Berlin (Charite). Die Patientenseren wurden routinemäßig auf das Vorkommen einer Candida- und Aspergillus Antigenämie geprüft. Zum Nachweis von zirkulierendem Galactomannan wurde ein Latex Agglutinationstest- Pastorex Candida und Aspergillus, Sanofi Diagnostics Pasteur, genutzt. Invasive Aspergillus-Pilzinfektionen wurden bei acht von 235 Patienten unter Intensivtherapie gefunden. Alle acht Patienten mit invasiver Aspergillose hatten einen positiven Aspergillus-Antigen-Test. Der direkte Nachweis von Antigenbestandteilen von Candida oder Aspergillus spp. erwies sich als vielversprechender frühdiagnostischer Test bei kritisch kranken und immunsupprimierten Patienten. / Invasive fungal infections are a major problem in transplant recipients. Candida and Aspergillus spp. are the most common fungal pathogens causing infection in patients undergoing BMT or solid organ transplantation. These infections are characterised by high morbidity and mortality, especially in patients with persistent granulocytopenia and in these receiving allogeneic bone marrow transplant. The mortality rate can be substantially reduced if an early diagnosis is made and the proper therapy given. The symptoms and signs of deep fungal infection in the transplant recipients are unreliable and often absent regardless of the type of organism or the site of infection. Laboratory tests are essential to establish the diagnosis of invasive fungal infection. The serological diagnosis of invasive candidosis or aspergillosis is at best an adjunct to clinical evaluation and other diagnostic procedures. The study comprises 252 patients undergoing allogeneic bone marrow transplantation (17 patients) and 235 patients from intensive care units (for instance after solid organ transplantation) in the years 1991-1994 at the Humboldt-University of Berlin (Charité). The serum of the patients were routinely screened for the occurrence of Candida and Aspergillus antigenemia (circulating galactomannan was detected using a latex agglutination test-Pastorex Candida and Aspergillus, Sanofi Diagnostics Pasteur). Invasive Aspergillus fungal infection was found in eight of the 235 intensive care patients. All these eight patients with invasive aspergillosis had an positive Aspergillus antigen test. The direct detection of antigenic components of Aspergillus and Candida spp. in serum appears promising as an early diagnostic test in critical ill and immunocompromised patients.

Ziel der vorliegenden Arbeit war anhand eines Tiermodells zu untersuchen, 1. ob eine Dosis-Wirkungsbeziehung zwischen der Keimmenge und der Entstehung einer oralen C. albicans Infektion besteht, 2. welche zelluläre Immunantwort auf definierte inokulierte Keimmengen stattfindet, 3. ob sich die Adhärenz von C. albicans an murine Epithelzellen durch Spaltprodukte von Muzin (Glykopeptide) verhindern läßt. Material und Methode: Immunkompetente Inzuchtmäuse (Balb/c) (n=27) und Mäuse mit kombiniertem B- und T-Zelldefekt (SCID) (n=30) wurden mit Keimmengen von10^4 bis 10^8 C. albicans-Zellen/10 mikrol des Stammes DSM 3454 oral inokuliert. Darüber hinaus wurden Balb/c Mäuse (n=8) mit 10^8 C. albicans-Zellen in Kombination mit Glykopeptiden und SCID Mäuse (n=8) mit 10^5 C. albicans-Zellen mit Glykopeptiden inokuliert. Eine Zungenhälfte wurde histologisch mittels Periodic-Acid-Schiff (PAS) Reaktion auf Invasion von Hyphen untersucht. Die andere Hälfte wurde mittels Immunperoxidase-Technik auf die Verteilung immunkompetenter Zellen (CD4, CD13, ICAM-1, E-Selectin, CD74, CD80, CD86, CD103) im Epithel und subepithelialen Bindegewebe untersucht. Ergebnisse: Eine Woche post inoculationem fanden sich weder bei Balb/c noch bei SCID Mäusen klinische Zeichen einer oralen Candidiasis. Die histologischen Ergebnisse mittels PAS-Methode zeigten jedoch, daß eine Inokulationsmenge von 10^8 C. albicans-Zellen bei Balb/c Mäusen und 10^8 Keime bei SCID Mäusen zu einer Infektion der Zungenmukosa führte. Das Ausmaß der immunologischen Reaktion war abhängig von der Inokulationsdosis sowie vom Immunstatus der Tiere. Die Ergebnisse der Inokulation von 10^8 C. albicans-Zellen zusammen mit Glykopeptiden zeigten bei 2/8 Balb/c Mäusen eine Hypheninvasion in das Zungenepithel. Bei 0/8 SCID Mäusen wurde nach Inokulation von 10^4 C. albicans-Zellen zusammen mit Glykopeptiden eine Hypheninvasion in das Zungenepithel beobachtet. Die immunhistochemischen Ergebnisse zeigten, daß die Reaktionen des Wirtes auf die Gabe der Keim-Glykopeptidlösung denen ohne Inokulation entsprachen. Schlußfolgerung: Obwohl bei den eingesetzten C. albicans-Mengen keine klinisch manifeste orale Candidiasis vorhanden war, fanden sich in beiden Tierstämmen inapparente Infektionen des Zungenepithel (Hypheninvasion), die immunologische Reaktionen der Zungenmukosa auslösten. Da nach Inokulation von C. albicans-Zellen zusammen mit Glykopeptiden weniger häufig Infektionen nachgewiesen werden konnten als bei Inokulation derselben Keimmenge ohne Glykopeptide und Nebenwirkungen dieser antiadhäsiven Wirkstoffe bisher nicht nachgewiesen wurden, wäre der unterstützende Einsatz von Muzinen oder deren Spaltprodukten bei Patienten mit erhöhtem Candidiasisrisiko zu erwägen. / This study applied an animal model to address the following questions: 1. Does a dose/effect relationship exist between C. albicans load and the emergence of an oral C. albicans infection, 2. which cellular immune response takes place following inoculation with defined pathogen loads, 3. is it possible to inhibit C. albicans adhesion to murine epithelium cells through the local application of mucine metabolites (glycopeptides). Material and methods: Immunocompetent inbred mice (Balb/c) (n=27) and mice with combined B- and T-cell defects (SCID) (n=30) were orally inoculated with pathogen loads between 10^4 and 10^8 C. albicans cells/10 microl (strain DSM 3454). Moreover, Balb/c mice (n=8) were inoculated with 10^8 C. albicans cells in combination with glycopeptides; SCID mice (n=8) were inoculated with 10^5 cells, also in combination with glycopeptides. One half of the tongue tissue was histochemically examined with the Periodic Acid Schiff (PAS) Method for displaying the invasion of hyphae. The other half of the tissue was examined by immune peroxidase technique for analysing the distribution of immunocompetent cells (CD4, CD13, ICAM-1, E-Selectin, CD74, CD80, CD86, CD103) in the epithelial layers and subepithelial connective tissue. Results: One week following the inoculation, neither group's tissue showed clinical signs of oral candidiasis. Following histochemical preparation (PAS-Reaction) the tongue mucosa showed signs of infection (hyphae) with the inoculation dose of 10^8 C. albicans cells in the case of Balb/c mice and a load of 10^5 pathogens in the case of SCID mice. The extent of the immunologic reaction depended both on the inoculation dose given to the animals and on their immune status. The results of an inoculation of 10^8 C. albicans cells in combination with glycopeptides showed hyphae invasion of the tongue epithelium in 2/8 Balb/c mice. Following an inoculation of 10^5 pathogens in combination with glycopeptides hyphae invasion could be demonstrated in 0/8 SCID mice. The results of immunohistochemical studies showed that the host's reaction to combined glycopeptide-pathogen-inoculation correspond to the reaction without inoculation. Conclusion: Despite the lack of clinical signs of oral candidiasis in neither group's tissue, non-apparent infections of the tongue epithelium were evident leading to immunologic reactions of the tongue mucosa. Inoculation of C. albicans cells in combination with glycopeptides resulted in decreased infection rate compared to a corresponding inoculation dose without glycopeptides. As no side effects have been documented for the oral application of these antiadhesive agents, their use as complimentary therapy for patients at an increased risk for oral candidiasis should be considered.

Malariapigment Hemozoin wird üblicherweise als nicht-toxische, hochmolekulare, parasitäre Speicherform des nicht abgebauten, toxischen Häms aus dem Wirtszell-Hämoglobins betrachtet. Unaufgereinigtes Pigment, wie wir es im infizierten Erythroyzten finden und wie es nach Schizontenruptur freigesetzt wird, kann man als die "natürliche Diät" bezeichnen, die Makrophagen in Malaria-infizierten Wirten aufnehmen. Nach Aufnahme in den Makrophagen persistiert Hemozoin in den Lysosomen und wird nicht abgebaut. Das Häm-abbauende Enzym, die Häm-Oxygenase wird nicht induziert. Hemozoin ist eine potente Quelle für Radikale, woraus Lipoperoxide und davon abgeleitete Hydroxyaldehyde,wie 4-Hydroxynonenal resultieren . 4- Hydroxynonenal in Konzentrationen, wie sie in Hemozoin-beladenen Monozyten nachgewiesen wurden, hemmen die Proteinkinase C. In immunopräzipitierter Proteinkinase C aus Hemozoin- haltigen Makrophagen wurden ProteinkinaseC-Hydroxynonenal-Komplexe nachgewiesen. Die Hydroxynonenal-bedingte Hemmung der Proteinkinase C (und anderer bisher nicht untersuchter Enzyme und Prozesse) könnte die Hemozoineffekte auf den oxydativen burst und die Phagozytose erklären. Der Phorbolester-induzierte oxydative burst ist irreversibel gehemmt in Monozyten, die entweder Hemozoin oder aber Hemozoin-haltige infizierte Erythrozyten phagozytiert haben. Die Hemmung der NADPH-Oxydase, das für den oxydativen burst verantwortliche Enzym, durch intrazelluläres Hemozoin, sollte beträchtlich zur burst -Hemmung beitragen. Monozyten phagozytieren Hemozoin-haltige, infizierte Erythrozyten oder isoliertes Hemozoin , sind danach jedoch unfähig, erneut zu phagozytieren, wie es Monozyten nach Phagozytose und Verdau von nicht-infizierten Erythrozyten physiologischerweise tun. Schließlich ist die Expression von Membranantigenen, die für die Immunantwort von Bedeutung sind, in Hemozoin-haltigen Monozyten vermindert. Die Induktion des für die Präsentation externer Antigene verantwortlichen Histokompatibilitätskoplexes (MHC) Klasse II durch Interferon-gamma ist in Hemozoin-beladenen Monozyten aufgehoben. Sowohl das Interzelluläre Adhäsionsprotein 1 (CD54) als auch p150,95 Integrin (CD11c) sind in Hemozoin-haltigen Monozyten vermindert Oberflächen-exprimiert. Trotz der verschiedenen funktionellen Einschränkungen sind Hemozoin-beladene Phagozyten vital. Bei Plasmodium-falciparum-Malaria enthält ein hoher Anteil von Gewebsmakrophagen und zirkulierender Monozyten und Leukozyten große Mengen an Hemozoin. Wichtige Funktionen wie oxydativer burst , Phagozytose und die Expression von MHC Klasse II sind in Hemozoin- beladenen Phagozyten gestört. Es scheint deshalb gerechtfertigt, die Hemozoin-Beladung als wichtigen Faktor in der gestörten Immunantwort bei der P.falciparum-Malaria zu betrachten. / Malaria pigment hemozoin is generally considered to be a non-toxic, high-molecular-weight, parasitic storage form of undigested,toxic, host-hemoglobin-heme.Crude pigment, as present in infected erythrocytes and shed after schizont rupture, may be considered the 'natural diet' ingested by macrophages in malaria-infected hosts. After ingestion by macrophages hemozoin persists in the lysosomes without being degraded. The heme-degrading enzyme, the heme-oxygenase, is not induced. Hemozoin is a powerfull source of radicals that generates lipoperoxides and derived, toxic hydroxyaldehydes such as 4-hydroxynonenal. High concentrations of 4-hydroxynonenal, which have been detected in hemozoin-fed macrophages, inhibit protein kinase C. Complexes between hydroxynonenal and protein kinase C have been detected in immunoprecipitated protein kinase C from hemozoin-fed macrophages. Hydroxynonenal-mediated inhibition of protein kinase C (and of other as yet unidentified enzymes and processes) may explain hemozoin-mediated effects on oxidative burst and phagocytosis. The phorbol ester-eliceted oxidative burst is irreversibly suppressed in monocytes fed with hemozoin or hemozoin-containing, infected erythrocytes. The inhibition of NADPH-oxidase, the enzyme responsible for oxidative burst, by ingested hemozoin should considerably contribute to burst inhibition. Monocytes avidly ingest infected hemozoin-containing erythrocytes or isolated hemozoin but are unable to repeat the phagocytic cycle as monocytes do after phagocytosis and digestion of non-infected erythrocytes. Finally , the expression of membrane antigens involved in the immune response is decreased in hemozoin-loaded monocytes. The induction of the major histocompatibility complex (MHC) class II by interferon-gamma, that is responsible for presentation of external antigens, is abrogated in hemozoin-loaded monocyte. The intercellular adhesion molecule 1 (CD54) as well as the p150,95 integrin (CD11c) are decreased on the surface of monocytes containing hemozoin. Despite multiple functional impairments, hemozoin-loaded phagocytes remain alive. In Plasmodium-falciparum malaria large portions of resident macrophages and circulating monocytes and leukocytes contain massive amounts of hemozoin. Important functions like oxidative burst, phagocytosis and the expression of MHC class II are severely impaired in hemozoin-fed phagocytes. It seems therefore likly that hemozoin loading may play an important role in the impairment of the immune response seen in P.falciparum malaria.

In einer prospektiven Studie wurden bei 28 kritisch kranken Patienten einer interdisziplinären Intensivstation die Plasmaspiegel von TNF[alpha], sCD14, Interleukin-6 (IL-6), sICAM-1 und sE-Selektin gemessen. Ziel der Studie war es, die genannten Parameter in ihrer Wertigkeit als Frühparameter der Sepsis zu untersuchen. Die Plasmaspiegel der Parameter TNF[alpha], IL-6, sCD14, sICAM-1 und sE-Selektin wurden mittels ELISA-Testkits bestimmt. Insgesamt wurde in einem Zeitraum von 11 Beobachtungstagen täglich 10 ml Blut entnommen, zentrifugiert und bis zur Verarbeitung tiefgefroren. Gruppe 1:Patienten mit einer mikrobiellen Infektion, die im Beobachtungszeitraum keine Sepsis entwickelten. Alle Patienten dieser Gruppe überlebten,Gruppe 2:Patienten mit einer mikrobiellen Infektion, die im Beobachtungszeitraum eine Sepsis mit Organdysfunktion entwickelt haben und überlebten, / In a prospective study, we determined the plasma levels of TNF[alpha], sCD14, Interleukin-6 (IL 6), sICAM-1 and sE-Selectin of 28 critically ill patients on our interdisciplinary intensive care unit. The aim of our study was to find out if these parameters are valuable for the early diagnosis of septicaemia. Plasma levels of TNF[alpha], IL-6, sCD14, sICAM-1 and sE-Selectin were measured with ELISA-test-kits. In a period of 11 days, we took 10 ml of blood daily which was refrigerated until examination. GROUP 1:patients with bacterial infections who did not develop septicaemia. All of these patients survived.GROUP 2:patients with bacterial infections who presented with symptoms of disturbed organic function within the examination period and survived.GROUP 3: patients with bacterial infections who developped symptoms of severe septicaemia and died because of multiple organic failure. Results: In patients with septicaemia, TNF[alpha]-levels were significantly higher than in patients without septicaemia. TNF[alpha]-levels can not be used as prognostic parameters in septicaemia because of the short half-life-time.sCD14-levels were significantly higher in patients with septicaemia in the first two days of observation. sCD14-levels can not be used as a prognostic criteria in septicaemia.In patients with septicaemia, we found significant higher Interleucin-6-levels compareed to patients without septicaemia. IL6 prooved to be a good marker for septicaemia. In combination with plasma levels of Se_Selectin, it is criteria for severity of the septicaemia and propable outcome of patients.Pathologically high plasma levels of sICAM-1 were measured in patients with septicaemia. S-ICAM-1 is an early indicator for activation of withe blood cells and danger of septicaemia. The exact blood level of s-ICAM-1 did not correlate with the outcome of patients.sE-Selectin-levels were significantly higher in patients with septicaemia than in patients without septicaemia. The persistence of high sE-Selectin levels indicates possible septicaemia early and is correlated with the outcome of patients.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Sensitivität des Nachweises von Leishmanien in Giemsa-gefärbten Bioptaten aus Hautulzerationen mittels direkter Mikroskopie mit der Sensitivität der ITS1-PCR verglichen. Bei der ITS1-PCR wurde eine Sensitivität von 87 % mit einem positiven predictive value von 100 %, sowie eine Spezifität von 100 % mit einem negativen predictive value von 85 % nachgewiesen. Weiterhin wurden vier verschiedene Nachweismethoden miteinander verglichen: die in vitro Kultivierung in NNN Medium, die direkte Mikroskopie von Giemsa gefärbten Hautbioptaten, die PCR Amplifizierung der ITS1 Region aus auf Filterpapier aufgetragenen Hautbioptaten (FP) sowie die ITS1-PCR von ungefärbten Hautbioptaten (US). Die PCR der US erwies sich als die sensitivste Methode. Die Verbreitung von Leishmanien Arten in Jericho wurde mittels molekularer Epidemiologie untersucht. Die räumliche (Spatial) Analyse zeigte drei statistisch relevante Cluster innerhalb der kutanen Leishmaniose (CL): ein Cluster mit L. major und zwei L. tropica Cluster. Bei der Raum-Zeit–Analyse wurden vier Cluster von Kutanen Leishmaniose, zwei L. major und drei L. tropica Cluster nachgewiesen. Insgesamt 106 Stämme, die aus verschiedenen endemischen Regionen in Zentralasien, im Nahen Osten und Afrika stammen, wurden mit 10 Mikrosatellitenmarkern untersucht. Die Auswertung erfolgte über zwei Analysemethoden: die Distanz-basierte und die Modell-basierte Methode. Anhand der L. major Genomsequenz wurden PCR-Primer zur Amplifizierung von Mikrosatellitenloci von L. major entwickelt, die auf den Chromosomen 1, 3, 5, 21 und 35 liegen. Sieben unterschiedliche L. major Populationen einschließlich zweier genetisch isolierter Populationen im Nahen Osten wurden mit diesen Markern nachgewiesen. / In this study we compared the sensitivity of the diagnosis of Giemsa-stained skin scrapings by standardized graded direct microscopy with that of ITS1-PCR. ITS1-PCR showed a sensitivity of 87% with positive predictive value of 100% and a specificity of 100% with negative predictive value of 85%. In-vitro cultivation using NNN medium and direct smear microscopy of Giemsa-stained slides, PCR amplifying region 1 of internal transcribed spacer (ITS1) using skin scrapings spotted on filter papers (FP) and unstained tissue smears (US) were compared. PCR using US was more sensitive than all other methods Molecular epidemiology was used to study the distribution of Leishmania species in Jericho. Spatial analysis showed three statistically significant clusters of CL, one cluster for L. major and two clusters for L. tropica. In the case of space-time, four clusters for CL, two for L. major and three for L. tropica were detected. A total of 106 strains isolated in different endemic regions of Central Asia, Middle East and Africa were analysed using 10 pairs of microsatellite markers under two cluster methods: distance and model-based. Markers were designed to amplify microsatellite loci identified in the genome sequence of L. major on chromosomes 1, 3, 5, 21 and 35. Seven discrete populations of L. major including two genetically isolated populations in the Middle East were revealed.

Antikörper gegen Circumsporozoite protein (CSP), ein Oberflächenantigen von Plasmodium falciparum (Pf), können sterile Immunität hervorrufen und dadurch die Entwicklung von Malaria im Tierversuch verhindern. Im Menschen werden protektive B-Zell Gedächtnisantworten gegen CSP durch natürliche Malariaerkrankung bzw. Vakzinierung jedoch nur unzureichend erzeugt. - Für die Entwicklung von Gedächtnis-B-Zellen stellt die Affinitätsreifung, welche durch somatische Immungobulin Hypermutation sowie der nachfolgenden Selektion von B-Zellen mit verbesserter Antigenaffinität charakterisiert ist, eine Schlüsselfunktion in der Generierung von protektiven Immunantworten dar. Wie Affinitätsreifung gegen CSP im Menschen stattfindet ist jedoch nicht bekannt. In dieser Arbeit wird die Affinitätsreifung von CSP Gedächtnis B-Zellen auf Einzelzellebene im Menschen über drei kontrollierte Infektionen mit Pf Sporozoiten unter Chemoprophylaxe untersucht. Durch Hochdurchsatz-Einzelzell-Sequenzierung der Immunoglobulin (Ig) gene loci und der Produktion von rekombinanten monoklonalen Antikörpern gewährt diese Arbeit Einsicht in die Selektion und Affinitätsreifung von humanen Gedächtnis-B-Zell Antworten gegen komplexe Proteinantigene und identifiziert Keimbahn kodierte Immunglobulin Charakteristika, die mit hoher CSP-Affinität und Pf-Inhibition einhergehen. Überraschenderweise zeigen die Daten, dass initiale klonale Selektion von hochaffinen B Zellen eine weitaus wichtigere Rolle als Affinitätsreifung in dieser Infektion spielt. Diese Arbeit zeigt fundamentale Eigenschaften von humanen Gedächtnisantworten in einer komplexen Parasiteninfektion und liefert die Grundlage für ein mögliches Design von neuartigen Immunogenen um hoch-affine B-Zellen gegen CSP effizienter zu induzieren. / Antibodies against the major Plasmodium falciparum (Pf) sporozoite surface protein, circumsporozoite protein (CSP), can mediate sterile immunity thereby preventing malaria disease symptoms as shown by passive transfer in animal models. However, protective anti- CSP memory antibody responses are not efficiently induced by natural Pf exposure or vaccination. Affinity maturation, i.e. the diversification of antigen-activated naïve precursor B cells by a somatic immunoglobulin (Ig) gene mutation process and the subsequent selection of B cells expressing antigen receptors with improved antigen affinity in germinal center reactions is considered key to the formation of protective memory B cell responses. However, how the anti-PfCSP memory B cell response matures in humans is not known. To address this question, the clonal evolution of the human anti-Pf CSP memory B cell response over three successive controlled Pf infections under chemoprophylaxis was assessed at single cell level by high throughput paired full-length Ig gene sequencing and recombinant monoclonal antibody production. The work provides basic insights in the longitudinal development of human memory B cell responses and identified germline-encoded Ig gene features that were associated with high anti-CSP affinity and Pf inhibitory antibody activity. The clonal selection of germline B cells expressing such antibodies, rather than affinity maturation, was associated with high quality anti-PfCSP memory B cell responses. The data provide insights into the evolution of antibody response to a complex protein antigen during infection and a strong rational for the design of novel CSP immunogens to target naïve B cell precursors expressing potent anti-CSP antibodies for the induction of protective memory B cell responses by vaccination.