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.

Leischmaniasis ist ein ernstzunehmende bedrohliche Erkrankung in vielen Ländern. Epidemien sind nicht unter Kontrolle, Neusbrüche werden in endemischen Ländern registriert. Darüber hinaus gibt es eine zunehmende Anzahl von Krankheitsfällen bei Reiserückkehrern in nicht endemischen Ländern . Für den individuellen Patienten sowie auch allgemein für die epidemiologische Kontrolle ist eine frühe und angemessene Therapie sehr wichtig. Als Voraussetzung ist eine präzise Diagnostik unabdingbar. Die Polymerase Ketten Reaktion (PCR) besitzt das größte Potential für die sensitive und spezies-spezifische Diagnostik der Leischmaniasis. Diese Studie ist in Israel und in der West Bank durchgeführt worden mit dem Ziel, eine sensitive und spezies-spezifische Diagnostik für Leischmaniasis im Land zu etablieren. Drei Arten von Leischmanien sind endemisch, Leishmania major,L.tropica, L.d.infantum, mit neuausbrechenden endemischen Foci in einigen Gegenden des Landes. Israelische Reiserückkehrer aus Zentral- und Südamerika kehren gelegentlich mit Infektionen aus der Neuen Welt zurück (L.braziliensis, L.mexicana Komplex). In dieser Studie wurden vor allem Proben direkt von denHautläsionen entnommen und auf Filter Papiekonserviert. Verschiedene DNA Extraktions- und PCR-Methoden wurden getestet. PCR wurde eingeführt für die Diagnostik von Patienten und auch zur Untersuchung von Infektionsraten bei Reservoirtieren. Ein Hauptziel der Studie war, die Methoden nach Praktikabilität, Zeit- und Kosteneffizienz testen, im Hinblick auf die Einführung der Methoden in klinischen Labors. / Leishmaniasis is a serious health threat in many countries around the world.Epidemics are hardly controlled, new foci are emerging in endemic countries. In addition,through tourism increasing numbers of infections are seen in non endemic countries. Early and adequate treatment is essential for the individual as well as for the control of the disease in general. As a prerequisite precise diagnosis is necessary. Diagnosis by the polymerase chain reaction (PCR) has the greatest potential for sensitive and species-specific diagnosis of leishmaniasis. This study has been carried out in Israel and the West Bank with the purpose to establish sensitive and species-specific diagnosis of leishmaniasis in the country. Three species of Leishmania are endemic, Leishmania major, L.tropica and L.d.infantumwith emerging foci in many parts of the country. Other species of the New World are occasionally imported by Israeli travelers returning from Central or South America (L.braziliensis and L.mexicana complex). The study focused on dermal lesion scrapings collected from suspected lesions and preserved on filter paper. Different DNA extraction and PCR methods have been tested. PCR was introduced forthe diagnosis of individual patients as well as for epidemiological studies in reservoir animals. It has been a major goal to select time and cost saving methods with regard to the introduction of PCR diagnosis of leishmaniasis to clinical laboratories.

Die vorliegende Studie wurde in einer Gruppe von Dörfern im Ostsudan, Gedaref State, durchgeführt. Bei 100 Patienten mit der Verdachtsdiagnose Kala Azar- oder Post-Kala Azar- Leishmaniose war der Erregernachweis mit der PCR direkt in klinischen Proben, die auf Filterpapier aufgebracht worden waren, ohne vorherige Kultivierung erfolgreich. In dieser PCR wurden die ribosomalen, internal transcribed spacer (ITS1 & ITS2) amplifiziert, weil sie sehr variabel sind, eine klare Speziesidentifizierung gestatten und bei weiterführenden Analysen der PCR-Produkte auch der Nachweis stammspezifischer Unterschiede erwartet werden konnte. Für die Analyse der Diversität von Leishmania donovani-Isolaten aus dem Sudan wurden 4 verschiedene PCR-basierte Methoden eingesetzt: das PCR-Fingerprinting mit unspezifischen Einzelprimern, die RFLP- Analyse des amplifizierten ITS-Locus, ,,single strand conformation polymorphism (SSCP)- Analysen der amplifizierten ITS-Region, des Gens, welches für die Hauptoberflächenprotease (gp63) kodiert, und anonymer DNA- Fragmente sowie Sequenzanalysen der entsprechenden Zielregionen. Das PCR-Fingerprinting und die Restriktionsanalyse der ITS-Region lieferten weitgehend übereinstimmende Fragmentmuster für alle untersuchten L.donovani-Stämme. 12 unterschiedliche Profile wurden bei der SSCP-Analyse des ITS1-Locus für 86 Isolate aus dem Sudan erhalten, während der ITS2-Locus bei diesen Stämmen hochkonserviert war und nur ein Stamm ein unterschiedliches SSCP-Muster aufwies. L. Donovani -Stämme anderer geographischer Herkunft hatten unterschiedliche ITS2-Profile in der SSCP. Für den gp63 - Locus waren 3 polymorphe SSCP-Muster bei 31 untersuchten sudanesischen Isolaten nachweisbar. Für die meisten der anonymen DNA-Fragmente, L510, L413, LK413, L0308 UND L0114, konnten leider nur von 8 kultivierten Stämmen gute PCR-Produkte erhalten werden. Lediglich das Fragment L0110 konnte erfolgreich von 31 auf Filterpapier aufgebrachten Proben direkt amplifiziert werden. Die Suche nach Polymorphismen mit der SSCP ergab keine Unterschiede in diesen anonymen DNA-Regionen, mit Ausnahme des Fragments L0114, das zwei verschiedene Muster aufwies. Die Ergebnisse der SSCP-Analysen und der DNA- Sequenzierung stimmten gut überein, wodurch bestätigt wurde, dass die SSCP genetische Unterschiede auf dem Niveau einzelner Basenaustausche nachweisen kann. Die SSCP- Technik hat Vorteile gegenüber den anderen Methoden, die für die Untersuchung von Sequenzvariationen innerhalb der Spezies L. donovani angewandt wurden. Es konnten keine Korrelationen zwischen der Form der klinischen Manifestation und den Ergebnissen des PCR- Fingerprinting, der ITS-RFLP- und ITS-SSCP- Analysen festgestellt warden. Diese Studie ist von besonderem Nutzen in epidemiologischen Feldstudien, bei denen die Kultivierung der Erreger besonders in Entwicklungsländern extrem schwierig sein kann. / This study was carried out in clusters of villages that represent an endemic focus of visceral leishmaniasis (VL). These villages were located in Gedaref state, eastern Sudan. For diagnostic purposes polymerase chain reaction (PCR) was performed successfully, directly from clinical samples spotted on filter papers with no prior cultivation from 100 patients suspected of having kala-azar or post kala-azar dermal leishmaniasis. Mainly the ribosomal internal transcribed spacer (ITS1 & ITS2) were targeted in PCR because this region is more variable and allows clear species identification and also strain differences could be expected by further analysis of these PCR products. PCR was found to be more sensitive compared to the gold standard microscopic method. Four PCR based approaches were used to analyse diversity within Sudanese isolates of Leishmania donovani. Methods compared were fingerprinting with single non-specific primers, restriction analysis of the amplified ITS locus (RFLP), single-stranded conformation polymorphism (SSCP) of the ITS region, major surface protease (gp63) gene, anonymous DNA fragments and sequencing of these targeted regions. When PCR fingerprinting and restriction analysis of ITS region were applied, highly similar fragment patterns were observed for all strains of L. donovani studied. The ITS1 locus gave 12 different SSCP profiles among the 86 Sudanese isolates, where as the ITS2 locus was highly conserved among the 86 samples with the exception of 1 isolate. Strains of L. donovani derived from other geographical areas were found to have different ITS2 patterns. The gp63 locus gave 3 polymorphic patterns among 31 Sudanese isolates. Concerning most of the anonymous DNA fragments namely, L510, L413, LK413, L0308 and L0114 unfortunately, we succeeded to get good PCR products only from DNA extracted 8 successful cultures. Only for the fragment L0110 we were able to get good PCR products from 31 samples spotted on filter papers. When these PCR products were investigated for polymorphisms using SSCP no differences were observed with exception of L0114 region, which showed 2 patterns. SSCP analysis correlates well with results of DNA sequencing and confirmed that SSCP was able to detect genetic diversity at the level of a single nucleotide. SSCP had advantages over the other methods employed for investigating of sequence variation within the species L. donovani. There was no correlation between the form of clinical manifestation of the disease and the PCR fingerprinting, ITS-RFLP, or ITS-SSCP characteristics. This study is beneficial particularly in epidemiological studies based on field-work where obtaining cultures can be extremely difficult especially in developing countries.