Einleitung In der heutigen industriellen Schweinehaltung führen die aus ökonomischen Gründen eingesetzten intensiven Haltungssysteme zu erheblichen Beeinträchtigungen des Tierwohls. Eine Zuchtsau kann nur in einer gesunden körperlichen Verfassung und unter guten Haltungsbedingungen ein Optimum an Leistung erbringen. Häufig erreicht eine Zuchtsau jedoch nicht ihren Leistungshöhepunkt und wird vorzeitig aus der Reproduktion ausgeschlossen. Die häufigsten Abgangsursachen sind Erkrankungen des Reproduktionssystems oder Lahmheiten. Gründe für Lahmheiten sind Erkrankungen des Bewegungsapparates, also Klauenläsionen, sowie Läsionen der Gelenke und Weichgewebe des Bewegungsapparates, und hier insbesondere Arthritiden oder Osteochondrose. Bei letzterer stehen Knorpelschäden im Mittelpunkt der Pathogenese. Über Auftreten, Art und Verteilung von Schäden des Gelenkknorpels in sämtlichen Gelenken der 4 Gliedmaßen liegen bei Sauen bisher keine umfassenden systematischen Untersuchungen vor. Ziele der Untersuchungen Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, das Auftreten von Gelenksknorpelveränderungen an allen Gelenken der 4 Gliedmaßen von Zuchtsauen systematische makroskopisch- anatomisch zu evaluieren und diese mit einem geeigneten Klassifikationsmodell in Bezug auf ihre Morphologie und ihren Schweregrad zu charakterisieren. Tiere, Material, Methoden Makroskopisch untersucht wurden alle Gelenke der vier Gliedmaßen von 30 Zuchtsauen. Das Probenmaterial entstammte einer externen Untersuchungsreihe in der Landesuntersuchungsanstalt für das Gesundheits- und Veterinärwesen Sachsen. Die Sauen wurden zufällig ausgewählt, der Abgangsgrund aus dem Zuchtbetrieb stand zum Zeitpunkt der Befunderhebungen nicht fest. Zur Beurteilung des Gelenksknorpels wurden alle Gelenke von proximal nach distal mit einem Skalpell eröffnet. Die Gelenksoberflächen wurden makroskopisch evaluiert und fokale Knorpelveränderungen mit dem Outerbridge-Knorpelläsionenscore kategorisiert. Dieser Grad umfasst fünf Einteilungen, wobei Grad 0 einem gesunden Knorpel entspricht, eine Grad-4-Läsion zeigt Veränderungen bis auf den subchondralen Knochen Die Auswertung erfolgte rein deskriptiv und umfasste die Verteilung der Outerbridge Graduierung der einzelnen Gelenke von Vorder- und Hintergliedmaße, die Lokalisation der Knorpelveränderungen, ein Rechts-Links-Vergleich der Gliedmaßen, sowie ein Vergleich der distalen Vorder- und Hintergliedmaße. Ergebnisse Knorpelläsionen aller Outerbridge-Grade konnten in allen Gelenken dokumentiert werden. Die Anzahl knorpelfreier Areale war an den Vordergliedmaßen in der Cavitas glenoidalis, sowie an den Gelenkflächen des Ellbogens höher als an den anderen Gelenken. An den Hintergliedmaßen zeigten sich die knorpelfreien Areale besonders häufig im Talokruralgelenk an der Cochlea tibia und am Talus. Makroskopisch lassen diese veränderten Knorpelbereiche eine hochgradige Gelenkspathologie vermuten, müssen aber von physiologischen Gelenksstrukturen, den Gelenkgruben (Fossae synoviales), abgegrenzt werden. Im Vergleich von distaler Vordergliedmaße zu distaler Hintergliedmaße fällt auf, dass die Knorpelläsionen im Fessel- und Krongelenk an den Hintergliedmaßen häufiger und in höherem Schweregrad auftreten. Im Recht-LinksVergleich ließ sich kein Seitentrend erkennen. Schlussfolgerung In dieser Arbeit konnten an den Gelenken zahlreiche Knorpelläsionen, sowie knorpelfreie Areale befundet und klassifiziert werden. Diese sind aber nicht immer pathologische Läsionen oder Veränderungen im Rahmen einer Osteochondrose. Die erhobenen Veränderungen des Gelenkknorpels repräsentieren einerseits Läsionen, die typischerweise bei der Osteochondrose auftreten. Anderseits sind die knorpelfreien Gelenkareale aber Synovialgruben, also physiologischerweise vorhandene Strukturen. Es wird deutlich, dass in vielen Fällen allein durch die makroskopische Befunderhebung keine eindeutige Abgrenzung von physiologischen Gelenkgruben und pathologischen Gelenksveränderungen vorgenommen werden kann. Hier wären pathohistologische Untersuchungen an geeignet frischem Material erforderlich. Biomechanische Untersuchungen zur Druckbelastung in den einzelnen Gelenken sollten durchgeführt werden, um Erklärungen für die unterschiedliche Häufigkeit und Schwere von Knorpelveränderungen an den distalen Gliedmaßen von Vorder- und Hintergliedmaßen zu erhalten.

Geriatrische Pferde machen einen erheblichen Anteil der equinen Population aus, der langfristig weiter an Bedeutung gewinnt. Da Stuten auch im hohen Alter zur Reproduktion fähig sind, wird auch die Anzahl alter Stuten, die zur Zucht vorgestellt werden, zunehmen. Diese Stuten zeigen jedoch häufig Fertilitätsprobleme. Ziel der Arbeit ist die Charakterisierung der Endometriumbioptate alter Stuten, um eine Aussage hinsichtlich möglicher, innerhalb des Endometriums lokalisierter Ursachen für die Subfertilität dieser Tiere zu treffen. Zu diesem Zweck werden 819 Endometriumbioptate von insgesamt 814 alten Stuten (≥ 20 Jahre alt) hinsichtlich des Vorliegens von entzündlichen, degenerativen sowie funktionellen Alterationen untersucht. Auf Basis der histologischen Befunde erfolgt eine Einstufung der Proben gemäß dem Kategorisierungssystem von KENNEY und DOIG (1986) mit und ohne Berücksichtigung der Güstzeit der Stute. Die Mehrheit der untersuchten Tiere ist jünger als 25 Jahre. Bei 429 Stuten liegen genaue Angaben bezüglich der Anzahl der Abfohlungen vor. Betrachtet man nur diese, dann ist die Mehrzahl der Stuten multipar. Daneben treten aber auch nulli- und unipare Tiere auf. Angaben zur Güstzeit fehlen bei 19 % der Stuten. Die übrigen Tiere sind fast immer güst. Nahezu alle Bioptate weisen eine Endometrose auf, die überwiegend mittelgradig ausgeprägt ist. Mindestens 25 Jahre alte Stuten weisen tendenziell häufiger mittel- und hochgradige Endometrosen sowie destruierende Formen auf als Tiere in ihren frühen zwanziger Jahren (Unterschiede nicht statistisch signifikant). Ein Zusammenhang zur Anzahl der Abfohlungen einer Stute und dem Auftreten von Endometrosen besteht nicht. In 89 % der Bioptate sind bereits mittels H.E.-Färbung degenerative Gefäßläsionen erkennbar. Es treten vor allem mittel- und hochgradige Angiosklerosen auf. Es ist ein signifikanter Zusammenhang zwischen der Anzahl der Abfohlungen einer Stute und dem Auftreten von Angiosklerosen nachweisbar. In nahezu jedem 2. Bioptat liegt eine Endometritis vor, die meist nicht-eitrig ist. Es dominieren geringgradige Entzündungsprozesse. In 58 % der Bioptate sind in einer oder mehreren Lokalisationen periglandulär akzentuierte mononukleäre Entzündungszellinfiltrate (PAME) vorhanden, die überwiegend gering- bis mittelgradig ausgeprägt sind. Perivaskulitiden treten in 43 % der Proben auf. Die perivaskulären Entzündungsprozesse sind meist geringgradig und nicht-eitrig. Differenzierungsstörungen sind in 134 Bioptaten vorhanden. Die irreguläre glanduläre Differenzierung stellt die häufigste Form der Fehldifferenzierung dar, während eine ungleichmäßige glanduläre Differenzierung und vor allem eine endometriale Inaktivität während der Zuchtsaison nur vereinzelt vorkommen. Eine endometriale Atrophie sowie Lymphlakunen sind im Untersuchungsgut nicht nachweisbar. Die Einstufung der Proben gemäß dem Kategorisierungssystem verläuft mit folgenden Ergebnissen: Bei Kategorisierung der Fälle ausschließlich auf Basis der histologischen Befunde ohne Berücksichtigung der Güstzeit entfällt die Mehrzahl der Proben zu etwa gleichen Anteilen auf die Kategorien IIb und III. Bei Einbeziehung der Güstzeit entfallen dagegen 68 % der Proben auf die Kategorie III. Die im Zusammenhang mit fortgeschrittenem Alter einer Stute auftretenden Fertilitätsprobleme sind in der Regel multifaktoriell bedingt, wobei das Endometrium eine zentrale Rolle einnimmt. Das Endometrium alter Stuten weist meist eine Kombination verschiedener Alterationen auf. Viele dieser Befunde (z.B. Angiosklerosen) werden im gängigen Kategorisierungssystem equiner Endometriumbioptate nicht berücksichtigt, wenngleich sie die Fertilität einer Stute beeinflussen.

Background: Idiopathic inflammatory bowel disease (IBD) and food-responsive diarrhea (FRD) are common categories of chronic inflammatory enteropathy (CIE) in dogs. The intestinal microbiota is considered a major contributing factor to the pathogenesis of IBD. Intestinal dysbiosis has been identified in dogs with IBD, but only little information is available on differences in the mucosal microbiota of dogs diagnosed with IBD and FRD. In humans, dyslipidemia has also been described in patients with IBD. However, studies on the lipid profile in dogs with IBD or FRD are currently lacking. Objectives: This is the first study to (1) compare the intestinal mucosal microbiota of dogs with IBD and FRD in the duodenum and the colon, (2) evaluate differences in the mucosal microbiota of each dog before and after the induction phase of treatment, and (3) evaluate the systemic phospholipid profile of dogs with IBD or FRD also both prior to and after the induction phase of treatment. Materials and Methods: Duodenal and colonic mucosal biopsies from 24 dogs with CIE (15 FRD, 9 IBD) and EDTA-plasma and whole blood from 32 dogs (16 FRD, 16 IBD) were retrieved from a former study on canine CIE. All client-owned dogs were prospectively enrolled in the study. All dogs received a standardized diagnostic work-up and treatment including a dietary trial. Dogs that responded to the elimination diet within 14 days were classified as FRD; the remaining dogs requiring additional immunosuppressant treatment were classified as IBD. Biopsy specimens of duodenum and colon were obtained endoscopically both before and after standard therapy. DNA was extracted from these biopsies and the intestinal mucosal microbiota of the duodenum and colon were evaluated by Illumina sequencing of the bacterial 16S rRNA gene. The phospholipids in whole blood and EDTA plasma, collected both before and after treatment, were analyzed by hydrophilic interaction liquid chromatography (HILIC). Differences in the composition were statistically assessed by alpha diversity indices, principal coordinate analysis, analysis of similarities (ANOSIM) and linear discriminant (LDA) analysis effect size (LEfSe) for the microbiota and by principal component analysis (PCA), analysis of variance (ANOVA) and random forest analysis for the phospholipid profile. Results: All differences in the microbial composition and phospholipid profile described below are statistically confirmed with significance set at p-value < 0.05 or LDA score > 2.0. No difference in the global bacterial composition was identified neither between the two disease groups of dogs nor with the treatment status. However, abundances of several bacterial taxa varied between disease groups and also with the treatment status. When comparing disease groups, an unclassified genus of Neisseriaceae was more abundant in the duodenum in the IBD group, whereas Bilophila spp. occurred more frequently in the duodenum of the FRD group. Comparison before and after treatment revealed Enterococcus spp., Corynebacterium spp. and Proteobacteria to be enriched in the duodenum of FRD dogs before treatment. Bacteroides spp. was more abundant in the colon in the FRD group post-treatment. In the IBD dogs, Unclassified_Neisseriaceae was more abundant in the duodenum and mainly Proteobacteria (Burkholderia spp., Citrobacter spp.) in the colon prior to treatment. Bacteroides spp. was significantly more abundant in the colon after treatment. The phospholipidome differed dependent on the type of specimen (whole blood vs. plasma). In addition, treatment and disease severity presented the most significant factors determining the variance of the phospholipid profile. An increase in lysolipids and a significant shift of the phosphatidylcholine (PC) species from PC 38:4 (18:0 / 20:4) to mainly lysophosphatidylcholine 18:0 was observed after treatment. Conclusions: Some differences in individual bacterial taxa were identified both between disease groups of dogs and with regard to treatment status. The role of these bacterial groups in the pathogenesis of IBD and FRD is still unknown. However, Bacteroides spp. might be of importance, and this species could potentially serve as marker of treatment response. Furthermore, significant variances were identified in the phospholipid profiles of dogs with IBD and FRD, which were particularly associated with the type of specimen used, disease severity, and treatment status. These alterations in the phospholipid profile could potentially aid in monitoring the response to treatment. Subsequently, specific modulation of the intestinal microbiota and the phospholipid profile might also present novel therapeutic strategies in dogs with CIE.

Die Amnionmembran (AM) stellt aufgrund ihrer wundheilungsfördernden und narbenreduzierenden Eigenschaften ein nützliches Substrat zur erfolgreichen Behandlung kornealer Läsionen bei Mensch und Tier dar. Beim Hund kommen derzeit für diese Indikation überwiegend xenogene Transplantate zum Einsatz, über allogene Transplantate liegen nur sehr wenige Informationen vor. Um die zeitnahe Verfügbarkeit der AM zu sichern, stellt die Kryopräservation zurzeit ihre häufigste Lagerungsmöglichkeit über einen längeren Zeitraum von bis zu zwei Jahren dar. Das Ziel der vorgelegten Arbeit war die Untersuchung der morphologischen, morphometrischen und mikrobiellen Eigenschaften der kaninen Amnionmembran (KAM) zum Zeitpunkt der Gewinnung und über die Zeit der Kryopräservation bis zu 180 Tagen. Mit der hier vorliegenden Arbeit ist es gelungen die kanine Amnionmembran erstmalig, sowohl im frischen als auch im kryokonservierten Zustand, in ihren morphologischen, morphometrischen und mikrobiellen Eigenschaften zu beschreiben. Es handelt sich hierbei um ein im Gewebe, welches sowohl im frischen als auch im kryokonservierten Zustand eine maßige bis schlechte Gewebsmorphologie aufweist und dessen Dicke im Verlauf der Untersuchung tendenziell abnimmt. Da es sich hierbei um ein sehr dünnes, fragiles Gewebe handelt, sollte es besonders vorsichtig manipuliert werden. Ob der mäßige bis schlechte Zustand der kaninen Amnionmembran, sowohl im frischen als auch kryokonservierten Zustand, einen Einfluss auf das klinische Ergebnis bei der Anwendung an kornealen Defekten hat, muss durch weiterführende Studien geklärt werden.:Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis I 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Die Kornea (Hornhaut) 3 2.1.1 Histologischer Aufbau der Kornea 3 2.1.2 Physiologie der Kornea 6 2.1.3 Korneale Defekte 7 2.1.3.1 Ulzerationen 7 2.1.3.2 Andere ausgewählte korneale Erkrankungen 8 2.1.4 Therapie der ulzerativen Keratitis 9 2.1.4.1 Antibakterielle Therapie 10 2.1.4.2 Uveitisprophylaxe und Analgesie 12 2.1.4.3 Gewebsstabilisierung 12 2.1.4.4 Erhalt der kornealen Funktionalität und Transparenz 12 2.1.4.5 Gewebsunterstützung 13 2.1.4.6 Chirurgische Therapie 14 2.1.5 Die Hornhauttransplantation (Keratoplastik) 16 2.1.6 Wundheilung der Kornea 17 2.1.6.1 Epithelheilung 17 2.1.6.2 Stromale Wundheilung 18 2.1.6.3 Endothelheilung 19 2.2 Das Amnion 19 2.2.1 Anatomischer Aufbau beim Fleischfresser 20 2.2.2 Histologischer Aufbau 20 2.3 Eigenschaften der Amnionmembran 21 2.3.1 Antiinflammatorische sowie Narben reduzierende Eigenschaften 21 2.3.2 Reepithelisierung 22 2.3.3 Immunmodulatorische Effekte 23 2.3.4 Einfluss auf die Angiogenese 23 2.3.5 Antimikrobielle Eigenschaften 24 2.3.6 Analgetische Wirkung 25 2.3.7 Mechanische Eigenschaften 25 2.3.8 Permeabilität 25 2.4 Anwendung der Amnionmembran 26 2.4.1 Anwendung der Amnionmembran in der Humanmedizin 26 2.4.2 Anwendung der Amnionmembran in der Veterinärmedizin 26 2.4.3 Chirurgische Techniken zur Rekonstruktion der Korneaoberfläche 29 2.4.4 Konservierungsmethoden der AM zur kornealen Rekonstruktion 30 3 Material und Methoden 34 3.1 Gewinnung und Präparation der kaninen Amnionmembran 34 3.1.1 Gewinnung der Fruchthüllen 34 3.1.2 Ein-und Ausschlusskriterien 35 3.1.3 Isolierung der Amnionmembran 35 3.2 Kryokonservierung der kaninen Amnionmembran 36 3.2.1 Herstellung der Kryokonservierungslösung 36 3.2.2 Durchführung der Kryokonservierung und Lagerung der Proben 36 3.2.3 Definition der Untersuchungszeitpunkte 37 3.3 Histologische Probenaufarbeitung 38 3.3.1 Paraffineinbettung und Schnittpräparation 38 3.3.2 Histologische Auswertung 38 3.3.2.1 Hämatoxylin-Eosin-Färbung (H.E.-Färbung) 38 3.3.2.2 Periodic Acid Schiff Reaktion (PAS-Reaktion) 38 3.3.2.3 Immunhistologische Färbung 43 3.4 Bakteriologische und mykologische Untersuchung 47 3.5 Statistische Auswertung 48 4 Ergebnisse 49 4.1 Histologische Ergebnisse 49 4.1.1 Dickenmessung der Amnionmembran 49 4.1.2 Beurteilung der Basalmembran des Amnions 52 4.1.3 Morphologische Beurteilung der Amnionmembran 61 4.1.4 Zusammenhang zwischen der Dicke und der Stromabeschaffenheit der Amnionmembran 70 4.2 Bakteriologische und mykologische Ergebnisse 71 5 Diskussion 73 5.1 Material und Methoden 74 5.2 Ergebnisse der Dickenmessung der AM 81 5.3 Ergebnisse der Basalmembranbeurteilung (Immunhistologische Untersuchung) 82 5.4 Ergebnisse der morphologischen Untersuchung der AM 84 5.5 Ergebnisse der bakteriologischen und mykologischen Untersuchung 89 5.6 Fazit 93 6 Zusammenfassung 96 7 Summary 98 Literaturverzeichnis 100 Anhang 119 Protokoll der immunhistologischen Färbung (Laminin) 119

Introduction: The intracellular protozoan Toxoplasma gondii is a uniquely successful parasite that globally exploits a wide host range encompassing essentially all warm-blooded animals including both mammalian and avian species. Felidae are the only definitive hosts in the facultative heteroxenous life cycle. Pathogenesis of T. gondii infection has been studied mainly in mammals. There is only rare information on the immune reaction in chickens although birds are known to be important hosts. Considering that the host’s peripheral blood cells serve as target and thus interact with the intracellular parasite during distribution in the infected host, invasion and intracellular replication of the tachyzoites of T. gondii in different mononuclear cell populations isolated from chicken peripheral blood (erythrocytes, thrombocytes, monocyte-derived macrophages (MM)) were studied. Objectives: Peripheral blood mononuclear cells (PBMCs), namely thrombocytes and erythrocytes as well as MM were characterized concerning their capability to host T. gondii. Primary cell infection models were established in order to assess parasite replication. In MM two different strains, ME49 (strain type II) and NED (strain type III), were compared for their replication rate. Cellular response to infection with ME49 was studied in primary MM. Furthermore, the response of the primary macrophages to infection with the ME49 strain was observed by evaluation of gene expression of IL-1ß, IL-12p40, Lipopolysaccharide induced TNF-α factor (LITAF) and inducible nitric oxide synthase (iNOS). Gene transcription data were normalized to those of GAPDH and G6PDH. Parasite replication as well as the fold change of cytokines were statistically evaluated. Results: Primary cultures containing at least 80 % of the respective target cells and suitable for long-term observations were produced by the procedures established in the current study. It was demonstrated that cultivation at 40°C (representing the physiological body temperature in chickens) and using of primary avian cells instead of mammalian cell lines such as Vero or HD11 as host cells distinctly affected parasite replication. T. gondii tachyzoite numbers significantly increased in MM (300 percent at 48 h p.i., ME49) during long-term investigation over 72 h but with initial and final decrease. In comparison, the number of parasite stages increased 1000 percent in Vero and 300 percent in HD11 by only robust increases (ME49), respectively. In contrast, the number of parasite stages significantly decreased in primary erythrocytes and thrombocytes down to less than 20 percent not increasing again. No significant differences were detected between strain type II (ME49) and III (NED) regarding their replication potential in MM. The mRNA expression for cytokines and iNOS of MM infected with viable ME49 tachyzoites was significantly different from uninfected MM and MM incubated with heat-inactivated ME49 tachyzoites. Especially at 8 to 24 h p.i., parasite replication coincided with upregulation of gene expression (IL-1ß, LITAF, iNOS) in infected MM. For infection with heat-inactivated tachyzoites, mRNA regulation increased directly after infection with subsequent decrease between 4 to 12 h p.i. and in this entirely, level of fold change for IL-1 ß was significantly higher (5 times as high), but lower for iNOS (approximately half). In comparison, mRNA upregulation of IL-12p40 was delayed for both with only one peak for infection with heat-inactivated tachyzoites at 8 h p.i., but repeated increase (8, 24, 36 h p.i.) for viable ME49 being in total almost twice as high (at 36 h p.i.). Conclusion: Primary chicken MM are a suitable host cell system to study immune reaction to T. gondii tachyzoite infection, while erythrocytes and thrombocytes are not supporting parasite replication. Avian MM are likely an important vehicle for distributing the parasite from blood vessels into different organs and thus promote infection. In addition to this putative Trojan horse function, MM react to pathogen invasion by pro-inflammatory upregulation of IL-1ß, IL-12p40, LITAF and iNOS. Activation of these mediators points to contribution of MM to immunity against T. gondii in chicken. These seemingly contradictory findings during T. gondii infection of MM needs further investigation. It was hypothesized that nucleated avian erythrocytes and thrombocytes might also serve as host cells, however, no parasite replication could be demonstrated in these cells. Nevertheless, they may though play a role in the progress and systemic distribution of infection which should be investigated in more detail.:1 INTRODUCTION ............................................................................... 1 1.1 TOXOPLASMA GONDII................................................................................... 1 1.1.1 Structures and life cycle .............................................................................. 1 1.1.2 Life cycle .................................................................................................... 3 1.1.3 Genotypes.................................................................................................. 4 1.2 ZOONOSIS .................................................................................................... 5 1.3 RELEVANT DIFFERENCES OF AVIAN SPECIES FROM MAMMALS AS IH ..... 7 1.4 T. GONDII INFECTION IN CHICKENS ............................................................. 8 1.5 AIMS AND FOCUSES OF THIS STUDY .......................................................... 9 2 RESULTS........................................................................................ 10 2.1 1 ST PUBLICATION ...................................................................................... 10 2.2 2ND PUBLICATION ....................................................................................... 19 2.3 3RD PUBLICATION: ...................................................................................... 29 3 DISCUSSION .................................................................................. 38 3.1 ESTABLISHMENT OF PRIMARY BLOOD CELL CULTURES ......................... 38 3.2 CHICKEN ERYTHROCYTES AND THROMBOCYTES.................................... 40 3.3 MONOCYTE-DERIVED MACROPHAGES (MM) ............................................ 41 3.4 T. GONDII STRAIN DIVERSITY .................................................. .................. 44 3.5 PRIMARY CELLS AS A TOOL FOR T. GONDII RESEARCH ......................... 46 3.6 OUTLOOK..................................... ............................................................... 47 3.7 CONCLUSIONS ............................................................................................ 48 4 SUMMARY........................................................................ .............. 49 5 ZUSAMMENFASSUNG ........................................................ .......... 51 6 REFERENCE LIST................................................................ .......... 53 / Einleitung: Der intrazellulär-lebende Protozoe Toxoplasma gondii ist einzigartig erfolgreich. Er nutzt weltweit eine große Bandbreite verschiedener Wirtsspezies, zu denen im Wesentlichen alle warmblütigen Tiere, vor allem Säugetiere und Vögel, zählen. Feliden sind die alleinigen Endwirte im fakultativ heteroxenen Lebenszyklus. Die Pathogenese der T. gondii-Infektion wurde hauptsächlich im Säugetier betrachtet. Über die Immunantwort im Huhn gibt es nur wenige Informationen, obwohl Vögel als Wirtsspezies eine große Bedeutung haben. Wegen der Schlüsselrolle, welche den peripheren Blutzellen des Wirtes im Verlauf der Infektion hinsichtlich der Verteilung des eindringenden Parasiten im Wirt zukommt, wurden Invasion und Vermehrung von T. gondii-Tachyzoiten in verschiedenen mononukleären Zellpopulationen (Erythrozyten, Thrombozyten, Monozyten-abstammende Makrophagen (MM)) betrachtet. Ziele der Arbeit: Periphere mononukleärer Blutzellen (PBMCs), im Detail Erythrozyten, Thrombozyten und MM, sollten hinsichtlich ihrer Empfänglichkeit für T. gondii charakterisiert werden. Zur Prüfung der Parasitenvermehrung wurden Infektionsmodelle mit Primärzellen etabliert. In MM wurden zudem zwei verschiedene Stämme (ME49, Typ II und NED, Typ III) in ihrer Replikationsrate verglichen und die zelluläre Immunantwort (ME49) untersucht. Die Immunantwort der MM wurde mittels Genexpressionsanalyse von IL-1 ß, IL-12p40, Lipopolysaccharid-induzierter TNF-α Faktor (LITAF) und der induzierbaren Stickstoffmonooxid-Synthase (iNOS) untersucht und die Infektion lebender mit Hitze-inaktivierten Tachyzoiten (ME49) verglichen (über 36 h p.i.). Die Transkription der Zielgene wurde gegen GAPDH und G6PDH normalisiert und diese Daten sowie die der Parasitenvermehrung statistisch evaluiert. Ergebnisse: Die hier entwickelten Methoden resultieren in Primärzellkulturen mit ausreichender Reinheit (Anteil Zielzellen ≥ 80 Prozent) und Verwendbarkeit. Die Bedeutung von 40°C (physiologische Körpertemperatur Huhn) als Kultivierungstemperatur sowie der Verwendung von Primärzellen anstatt immortalisierter Zelllinien (Vero, HD11) für die Parasitenvermehrung von T. gondii konnten gezeigt werden. Der signifikante Anstieg der Tachyzoitenzahl in MM über 72 h Betrachtung (etwa 300 Prozent 48h p.i., ME49) war begleitet von initialem und finalem Abfallen. Im Vergleich dazu haben Vero-Kulturen (1000 Prozent Vermehrung, ME49) und HD11 (300 Prozent Vermehrung, ME49) einen linearen Anstieg. Infizierte Erythrozyten und Thrombozyten zeigen im Gegensatz zu MM einen signifikanten Abfall (≤ 20 Prozent bei 12 h p.i.) der Parasitenstadien ohne erneuten Wiederanstieg. In MM wurden für die beiden untersuchten Tachyzoiten-Stämme (ME49, NED) keine signifikanten Unterschiede in der arasitenvermehrung festgestellt. Die Genexpressionsanalyse der Zytokine und iNOS zeigte im Vergleich signifikante Unterschiede zwischen uninfizierten bzw. mit Hitze-inaktivierten Tachyzoiten infizierten MM zu den mit lebenden Stadien infizierten MM. Insbesondere im Zeitraum 8 bis 24 h p.i. überschneiden sich diese Feststellungen zur Hochregulation der Genexpression (IL-1 ß, LITAF, iNOS) mit der detektierten Parasitenvermehrung in lebend-infizierten MM. Hitze-inaktivierte Tachyzoiten steigern die Genexpression direkt nach der Infektion mit anschließendem Abfall (4 bis 12 h p.i.), wobei im Vergleich für IL-1 ß ein signifikant höherer Anstieg (5 facher fold change), aber ein deutlich niedrigerer für iNOS (etwa halber fold change) festgestellt wurde. Die Regulation von IL-12p40 war verspätet mit nur einem Anstieg (8 h p.i.) bei Infektion mit Hiltze-inaktivierten Tachyzoiten, aber wiederholtem Anstieg (8, 24, 36 h p.i.) bei lebenden ME49 (etwa zweifacher fold change). Schlussfolgerungen: Primäre Hühner-MM sind als Wirtszell-System im Infektionsversuch mit T. gondii-Tachyzoiten gut geeignet für Studien zur Immunantwort. Im Gegensatz dazu sind Erythrozyten und Thrombozyten durch fehlende Parasitenvermehrung ungeeignet. Die Empfänglichkeit der MM für Tachyzoiten weist auf Ihre besondere Bedeutung im Verlauf der Verbreitung des Parasiten im Wirtsorganismus hin. Unabhängig von dieser Funktion als Trojanisches Pferd sind MM gleichzeitig von Bedeutung für die Vermittlung der Immunantwort, wie die Hochregulation von IL-1 ß, IL-12p40, LITAF and iNOS als Mediatoren einer proinflammatorischen Aktivierung zeigen. Diese zunächst gegensätzlich erscheinenden Erkenntnisse benötigen weitere Betrachtung. Darüber hinaus sollte die Bedeutung von Erythrozyten und Thrombozyten für den Verlauf der T. gondii-Infektion im Wirt trotz fehlender Wirtszelleignung genauer untersucht werden.:1 INTRODUCTION ............................................................................... 1 1.1 TOXOPLASMA GONDII................................................................................... 1 1.1.1 Structures and life cycle .............................................................................. 1 1.1.2 Life cycle .................................................................................................... 3 1.1.3 Genotypes.................................................................................................. 4 1.2 ZOONOSIS .................................................................................................... 5 1.3 RELEVANT DIFFERENCES OF AVIAN SPECIES FROM MAMMALS AS IH ..... 7 1.4 T. GONDII INFECTION IN CHICKENS ............................................................. 8 1.5 AIMS AND FOCUSES OF THIS STUDY .......................................................... 9 2 RESULTS........................................................................................ 10 2.1 1 ST PUBLICATION ...................................................................................... 10 2.2 2ND PUBLICATION ....................................................................................... 19 2.3 3RD PUBLICATION: ...................................................................................... 29 3 DISCUSSION .................................................................................. 38 3.1 ESTABLISHMENT OF PRIMARY BLOOD CELL CULTURES ......................... 38 3.2 CHICKEN ERYTHROCYTES AND THROMBOCYTES.................................... 40 3.3 MONOCYTE-DERIVED MACROPHAGES (MM) ............................................ 41 3.4 T. GONDII STRAIN DIVERSITY .................................................. .................. 44 3.5 PRIMARY CELLS AS A TOOL FOR T. GONDII RESEARCH ......................... 46 3.6 OUTLOOK..................................... ............................................................... 47 3.7 CONCLUSIONS ............................................................................................ 48 4 SUMMARY........................................................................ .............. 49 5 ZUSAMMENFASSUNG ........................................................ .......... 51 6 REFERENCE LIST................................................................ .......... 53

Introduction: Cryptosporidium parvum is a protozoan parasite that causes diarrhoea in many host species worldwide. CpCDPK1 appears to be essential for invasion and a promising drug target. Aim of the study: The aims of this study were to expand the knowledge of CpCDPK1. To achieve that, attempts were made to inhibit this gene by BKI-1294 in vitro and generate CpCDPK1 KO C. parvum. To maintain the genetically modified parasites, I studied the suitability of infection and propagation in a new animal model RAGgc × IFN-gamma mouse and in vitro model COLO - 680 N cell line. Animals, materials and methods: 4×106 freshly excysted C. parvum sporozoites were seeded into transfected GFP-MDBK cultures at the confluency of 70 – 80 % and simultaneously exposed to 500 nM of BKI-1294. IFA was applied to observe the invasion and host cell actin accumulation. Guide RNA (gRNA) for CRISPR-mediated transfection was designed and the Nluc-neoR repair cassette was flanked with 50 bp long 5’- and 3’UTR of CpCDPK1 by PCR. Transfection was performed by octaarginine transportation and compared to electroporation. COLO - 680 N cells with the confluency of 70 – 80% were infected with 4×106 non-transfected and transfected sporozoites of C. parvum. To establish a laboratory animal model for propagation of C. parvum and drug screening RAGgc × IFN-gamma mice were infected with 500 (G2), 1000 (G3) and 5000 (G4) of oocysts. BALB/c WT mice were inoculated with 5000 (G1) oocysts as control. Faeces were sampled for C. parvum DNA extraction. Real time PCR was applied to calculate the oocyst yield. Results: In the presence of 500 nM BKI-1294, parasite-induced host cell actin accumulation was not observed at 24 and 48 h after inoculation in vitro pointing at altered infectivity of CDPK inhibited sporozoites. Extracellular noninvasive sporozoites were found at 24 h p.i., only one meront was observed in a host cell at 72 h p.i. CRISPR-mediated gene editing was applied to C. parvum to knock out CDPK1. Transfected C. parvum were found in COLO-680 N cells through 6 passages. However, no newly generated oocysts were harvested. RAGgc × IFN-gamma mice were tested suitable as an animal model for C. parvum infection studies and oocyst propagation. These crossbred mice are very sensitive to infection at doses as low as 500 oocysts. They displayed emaciation, rough fur and trembling. The survival percentage was 71.4 % (G2), 85.7 % (G3), 57.1 % (G4) and 100 % (G1) at the end of study. Oocyst yield of 108 OPG was calculated in the crossbred mice whereas only 104 OPG were counted in Balb/C mice. Yields did not differ significantly (P > 0.05) in crossbred mice infected with different oocysts doses. Conclusions: 1.The function of CpCDPK1 is obviously important to the invasion process including attachment and utilization of host cell actin to form PV. This assumption was confirmed by CDPK inhibition and genetic KO. However, methods that increase the transfection efficiency are needed to enhance the generation of KO C. parvum. 2. The transfection method mediated by octargninine is superior to electroporation in consideration of DNA consumption and requirement of device. 3. Due to the low required infection dose and clinical manifestation RAGgc × IFN-gamma mice appear very well suited to serve as an in vivo laboratory model of C. parvum infection and for propagation of particularly transgenic C. parvum strains. 4. COLO – 680 N cells appear suited to be an in vitro model for C. parvum infection and transfection study, however, not qualified for propagation.:Contents 1. Introduction 1 2. Literature Review 2 2.1 Biology 2 2.1.1 Systematics 2 2.1.2 Life cycle 2 2.1.3 Tenacity of oocysts 4 2.1.4 Excystation of oocysts and invasion of host cells 4 2.1.5 Formation of the PV 6 2.1.6 Nutrient supply by the host 7 2.2 Epidemiology 8 2.2.1 Human Cryptosporidiosis 8 2.2.2 Animal Cryptosporidiosis 9 2.3 Detection and Diagnosis 11 2.4 Treatment options 12 2.5 Hygiene 14 2.6 Vaccine 16 2.7 In vitro and vivo Models 16 2.8 Structure and function of Calcium-dependent protein kinases 18 3. Animals, materials and methods 21 3.1 Animals and materials 21 3.1.3 Mice 21 3.1.4 Cells 21 3.1.5 C. parvum oocysts 21 3.1.6 Reagents 21 3.1.7 Plasmids and oligonucleotides 23 3.1.7.1 Plasmids 23 3.1.7.2 Primers and probes 24 3.1.8 Kits 25 3.1.9 Instruments and software 25 3.2 Methods 26 3.2.1 Preparation of reagents 26 3.2.2 C. parvum oocysts maintaince 27 3.2.3 PCR 27 3.2.3.1 Amplification of NdeI and AatII flanked 5’CDPK1 27 3.2.3.2 Annealing of gRNA 27 3.2.3.3 Amplification of repair cassette via Touchdown PCR (TD-PCR) 28 3.2.3.4 Colony PCR 29 3.2.3.5 Real-time PCR for C. parvum hsp70 30 3.2.4 Restriction enzyme digestion 31 3.2.4.1 Restriction enzyme digestion of pA - pD 31 3.2.4.2 Enzyme digestion and dephosphorylation of p185 31 3.2.5 Agarose gel electrophoresis 32 3.2.6 Gel purification 32 3.2.7 Ligation 33 3.2.7.1 Ligation of CDPK1 KO plasmids 33 3.2.7.2 Ligation of gRNA and p185 33 3.2.8 Transformation 34 3.2.9 Plasmid extraction 34 3.2.10 C. parvum oocysts excystation 35 3.2.11 C. parvum infection 35 3.2.11.1 In vitro infection 35 3.2.11.2 C. parvum infection in mice 36 3.2.12 Transfection 36 3.2.12.1 Electroporation for MDBK transfection 36 3.2.12.2 Electroporation for C. parvum transfection 37 3.2.12.3 CpCDPK1 knock out through Cell penetrating peptide (CPP) - octaarginine mediated transfection 38 3.2.13 Geneticin screening for GFP-MDBK cells 39 3.2.14 Indirect immunofluorescent assay (IFA) 39 3.2.15 Animal feeding and body conditioning score (BCS) monitoring 40 3.2.16 Faecal sample collection 43 3.2.17 DNA extraction and oocysts per gram (OPG) determination of fecal samples 43 3.2.18 Statistical analysis 44 4. Results 45 4.1 CDPK1 knockout by REMI 45 4.1.1 Construction of Knockout plasmid 45 4.1.2 Electroporation protocol and in vitro analysis 49 4.2 CDPK1 knockout by CRISPR/Cas 9-mediated gene editing 50 4.2.1 Constructing CRISPR/Cas9_CpCDPK1_7 plasmid 51 4.2.2 Amplification of CDPK1 flanked repair cassette 52 4.2.3 Knockout CDPK1 via CRISPR/cas 9 53 4.2.3.1 Electroporation and in vitro analysis 53 4.2.3.2 CPP transfection and in vitro analysis 55 4.2.3.3 Genetic assay of transfection 57 4.3 In vitro and in vivo model for infection and propagation 58 4.3.1 In vitro model - C. parvum cultivation in COLO - 680 N cells 58 4.3.2 In vivo model Infection pattern of C. parvum in RAGgc x IFN-g KO mice 60 4.3.2.1 Clinical symptoms 60 4.3.2.2 Oocysts excretion 63 4.4 In vitro inhibition of CDPK1 66 4.4.1 Generating bAct-GFP-MDBK cells 67 4.4.2 Influence of CDPK1 inhibition on infection 70 5. Discussion 73 5.1 Sub-cloning 73 5.2 Inhibition of CpCDPK1 delays the host cell actin accumulation in vitro 73 5.3 RAGgc x IFN-gamma KO mice for C. parvum propagation 76 5.4 CpCDPK1 knockout by CRISPR/cas 9 79 5.5 COLO-680 N cells are not suited to propagate C. parvum in vitro 82 6. Summary 85 7. Zusammenfassung 87 8. References 89

Der generalisierte Einsatz von Antibiotika im medizinischen Sektor erzeugt einen hohen Selektionsdruck auf Bakterien. Daher weisen bakterielle Resistenzen gegenüber antimikrobiellen Wirkstoffen eine zunehmende Inzidenz auf. Gegen Antibiotika multiresistente Erreger (MRE), insbesondere Multiresistente Gram-Negative Erreger (MRGN), stellen in Krankenhäusern, aber auch in Tierkliniken ein ernstzunehmendes Problem dar. Das Therapieversagen bei der Behandlung von Infektionen mit 3MRGN oder 4MRGN gefährdet die Gesundheitsversorgung. Die Bedeutung effektiver Kontrollmaßnahmen in der Unterbrechung nosokomialer Infektionsketten rückt in den Fokus. Infektionsprophylaxe wird durch eine Umweltdekontamination in Form von Reinigung und Desinfektion durchgeführt. Zertifizierte Biozide werden routinemäßig eingesetzt. Jedoch weisen einigen Studien auf eine Toleranz von Bakterien gegenüber Desinfektionsmitteln hin. Spezifische Dekontaminationsmaßnahmen könnten daher für die Bekämpfung von MRGN notwendig sein. Ziel der Untersuchung war es zu evaluieren, ob klinische 3MRGN und 4MRGN im Vergleich zu nicht resistenten Referenzstämmen unempfindlicher gegenüber Desinfektionsmitteln reagieren und Desinfektionsprotokolle gegebenenfalls angepasst werden müssen. Dazu wurden sechzehn klinische Stämme der Gattungen Acinetobacter, Pseudomonas und Klebsiella wurden mit fünf korrespondierenden Referenzstämmen in vitro auf deren Empfindlichkeit gegenüber den gängigen Desinfektionsmitteln Natriumhypochlorit, Ethanol, Peressigsäure und Benzalkoniumchlorid untersucht. Die Effizienz wurde anhand von vier aufeinander aufbauenden Testverfahren gemäß den Richtlinien des Verbunds für angewandte Hygiene (VAH, 2015) beurteilt. Diese beinhalten die Bestimmung der minimalen Hemmkonzentration (MHK) und die Durchführung von Suspensionstests und Keimträgerversuchen. Es wurden wirksame Konzentrations-Zeit-Relationen für jeden Teststamm und jede aktive Substanz determiniert. Die Ergebnisse der Suspensionstests über- beziehungsweise unterschreiten die Werte der MHK-Bestimmung um ein Vielfaches. P. aeruginosa tolerierte die höchsten Benzalkoniumchlorid-Konzentrationen, während Acinetobacter-Stämme am empfindlichsten reagierten. Im Vergleich zu Suspensionstests wurden in den praxisnahen Keimträgerversuchen signifikant höhere Konzentrationen an Peressigsäure und Benzalkoniumchlorid ermittelt. Die geringere Empfindlichkeit von P. aeruginosa gegenüber Benzalkoniumchlorid wurde bestätigt. Signifikante Unterschiede zwischen klinischen 3MRGN, 4MRGN und den jeweiligen Referenzstämmen in ihrer Sensitivität gegenüber Bioziden wurden - unabhängig von der angewandten Testmethodik - nicht festgestellt. Im Vergleich der Bakterienspezies wiesen Pseudomonaden eine geringere Sensibilität gegenüber Benzalkoniumchlorid auf, jedoch lagen die bakteriziden Konzentrationen in jedem Fall unterhalb der gelisteten Anwendungskonzentrationen. Der Einfluss organischer Belastung auf die Wirksamkeit von Natriumhypochlorit war signifikant. Die Expositionsdauer führte zu keiner signifikanten Absenkung der Wirkkonzentrationen. Die Annahme, dass antibiotikaresistente Bakterien zwangsläufig biozidresistent sind, konnte anhand unserer Ergebnisse nicht bestätigt werden. Spezielle Desinfektionsprotokolle sind nicht notwendig, solange eine konsequente Einhaltung der durch den Hersteller vorgeschriebenen Konzentrations-Zeit-Relationen gegeben ist. Die Höhe der Desinfektionsmittelkonzentration ist für den Desinfektionserfolg ausschlaggebend, während der Einfluss der Einwirkzeit vernachlässigbar ist. Die MHK-Bestimmung eignet sich im Gegensatz zu praxisnahen Keimträgerversuchen nicht zur Ableitung von Anwendungs-konzentrationen von Desinfektionsmitteln.:1 Einleitung 2 Literatur 2.1 Desinfektion 2.1.1 Allgemeines 2.2 Wirksamkeitsprüfung chemischer Desinfektionsmittel 2.2.1 Allgemeines 2.2.2 VAH-Richtlinie 2.2.3 Minimale Hemmkonzentration 2.2.4 Qualitativer Suspensionstest 2.2.5 Quantitativer Suspensionstest 2.2.6 Quantitativer Keimträgertest 2.3 Bakterielle Resistenzen gegenüber Antibiotika 2.3.1 Allgemeines 2.3.2 Nosokomiale Infektionen 2.3.3 Acinetobacter spp. 2.3.4 Klebsiella spp. 2.3.5 Pseudomonas aeruginosa 2.4 Bakterielle Resistenzen gegenüber Bioziden 2.4.1 Allgemeines 3 Veröffentlichungen 3.1 Veröffentlichung 1 3.2 Veröffentlichung 2 4 Diskussion 5 Zusammenfassung 6 Summary 7 Referenzen 7.1 Literaturverzeichnis 7.2 Tabellenverzeichnis 8 Danksagung

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Einleitung: Reproduktionsstörungen sind die wichtigste Abgangsursache von Sauen. Nicht selten ist der Uterus erkrankt. Einige der Sauen mit Uteropathien sind klinisch auffällig, andere hingegen auch mittels konventioneller B-Mode-Ultrasonographie nicht zu erkennen. Bei solchen Sauen erscheint es sinnvoll, zusätzlich zum B-Mode dopplersonographisch zu untersuchen, um anhand der Uterusdurchblutung ergänzende diagnostische Informationen zu erhalten, wie es schon vormals bei Stuten und Kühen erfolgte. Zur Beurteilung pathologischer Perfusionsverhältnisse des Uterus beim Schwein bedarf es jedoch der Kenntnis des physiologischen Zustandes, die bisher fehlt. Ziele der Untersuchungen: Ziel dieser Studie war es, die Durchblutung des Uterus von Jungsauen mittels transabdominaler Dopplersonographie während des Sexualzyklus zu charakterisieren. Dabei sollte auch getestet werden, ob sich diese Methode intra vitam, d.h. bei der lebenden Sau eignet. Tiere, Material und Methoden: Insgesamt wurden 15 zyklussynchronisierte, gynäkologisch gesunde Jungsauen einbezogen und in dem darauffolgenden spontanen Sexualzyklus zwischen Proöstrus und Diöstrus in einem mobilen Kastenstand dopplersonographisch untersucht. Es fanden Color, Power und Pulse Wave Doppler Anwendung, um die uterine Perfusion anhand der Gefäßversorgung innerhalb und zwischen den Uterusschlingen zu charakterisieren. Durch Aufstallung der Jungsauen in einem mobilen eigens angefertigten Stand wurden Tierbewegungen soweit reduziert, dass Untersuchungen mit Color und Power, nicht aber Pulse Wave Doppler möglich waren. Zudem gelang es mittels Pulse Wave Doppler nicht, das Messtor (gate) aufgrund der geschlängelten Gefäßanatomie konstant auf uterinen Gefäßen zu platzieren. Im Vergleich zum Power Doppler überzeugte der Color Doppler durch geringere Empfindlichkeit für Bewegungsartefakte und höhere Bildaufbauraten. Er wurde deshalb zur Auswertung aufgezeichneter Einzelbilder und Videos genutzt. Dabei kam die Software PixelFlux® zur Anwendung, mit deren Hilfe eine in ihrer Größe standardisierte „Region of Interest“ (ROI) hinsichtlich Anzahl und Farbton der vorhandenen Pixel ausgewertet wurde, um Blutflussgeschwindigkeit, perfundierte Fläche, Blutflussintensität, sowie Resistenz- und Pulsatilitätsindex zu berechnen. Die statistische Auswertung der Ergebnisse erfolgte in SPSS. Da die Zyklusphasen der untersuchten Jungsauen in ihrer Länge variierten, wurden diese normalisiert und an der Ovulation als Tag 2 ausgerichtet. Die danach für jeden Zyklustag vorhandenen Werte/Parameter wurden entsprechend der Zyklusphasen gemittelt und nach Bonferroni-Korrektur mit dem Friedman- und Wilcoxontest analysiert. Zusammenhänge zwischen den Parametern wurden mit der Korrelationsanalyse nach Spearman oder Pearson untersucht. Ergebnisse: Uterine Durchblutung konnte jederzeit zwischen und gelegentlich auch innerhalb der Uterusschlingen dargestellt werden. Alle erhobenen Blutflussparameter zeigten im Verlauf des Zyklus einen charakteristischen Verlauf. Blutflussgeschwindigkeit, durchblutete Fläche und Blutflussintensität waren im Proöstrus hoch, sanken im Östrus, um im Met- und den meisten Teilen des Diöstrus niedrig zu bleiben und danach wieder anzusteigen. Alle drei Parameter korrelierten mittelstark bis stark positiv miteinander (r: 0,63-0,95; p<0,05). Nahezu reziprok verhielten sich Resistenz- und Pulsatilitätsindex mit den vorherigen Parametern. Sie korrelierten mit der Blutflussgeschwindigkeit, der durchbluteten Fläche und der Blutflussintensität mittelstark bis stark negativ (r: -0,52 – -0,88; p<0,05), miteinander jedoch mittelstark bis stark positiv (r: 0,6-0,85; p< 0,05). Schlussfolgerungen: In dieser Arbeit konnte demonstriert werden, dass die Dopplersonographie zur Charakterisierung der Durchblutung des Uterus bei im Stand immobilisierten Jungsauen prinzipiell möglich ist. Während Pulse Wave und Power Doppler nicht oder nur begrenzt anwendbar waren, konnten mittels Color Doppler charakteristische Blutflussveränderungen während des Sexualzyklus festgestellt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit ermutigen zu weiterführenden Untersuchungen unter anderem im Rahmen der Abklärung von Ursachen uterin-bedingter Sub- bzw. Infertilität.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 4 2.1 Sexualzyklus der Sau 4 2.2 Gefäßversorgung des Uterus 6 2.3 Dopplersonographie 8 2.3.1 Physikalische Grundlagen 8 2.3.2 Dopplermodi 9 2.3.3 Insonationswinkel 11 2.3.4 Artefakte 12 2.3.5 Auswertung von Doppleruntersuchungen 13 2.3.5.1 Qualitative Analyse 13 2.3.5.2 Semiquantitative Analyse 14 2.3.5.3 Quantitative Analyse 15 2.3.5.4 Pixelanalytische Methode 16 2.3.5.4.1 Vergleich pixelanalytischer Programme 17 2.3.6 Dopplersonographie am ingraviden Uterus in der Humanmedizin 18 2.3.7 Dopplersonographie am ingraviden Uterus in der Veterinärmedizin 19 3 Publikation 21 4 Diskussion 22 4.1 Immobilisation der Jungsau 23 4.2 Insonationswinkel 24 4.3 Uterusgefäße. 25 4.4 Analysen von Einzelbildern bzw. Videos. 27 5 Zusammenfassung 29 6 Summary 31 7 Literaturverzeichnis Anhang Danksagung

Einleitung Der Evaluierung und Behandlung von Schmerzen beim Nutztier wird eine große Bedeutung für die Bewertung des Tierwohls zugeschrieben. Produktionsbedingt werden Schafe schmerzhaften zootechnischen Maßnahmen ausgesetzt. Zusätzlich können sie krankheitsbedingt schmerzhafte Zustände, wie die Dermatitis interdigitalis contagiosa (Dinco) entwickeln. Da sich Schmerz beim Tier nicht direkt erfassen lässt, werden seine Auswirkungen auf physiologische, biochemische und ethologische Prozesse ermittelt. Die Beurteilung von Verhalten durch erfahrene Beobachter liefert gute Ergebnisse für die Evaluierung von Schmerzen. Beim Schaf ist die Erkennung von Schmerz eine klinische Herausforderung, denn als potenzielles Beutetier tendiert es instinktiv dazu, diesen nicht zu zeigen. Wiederkäuer sind nicht für eine routinemäßige Applikation einer Allgemeinanästhesie geeignet. Techniken der Lokalanästhesie eignen sich auch aus ökonomischer Sicht besonders gut. Für Eingriffe an der distalen Gliedmaße beim Schaf ist die retrograde intravenöse Stauungsanästhesie (RIVA) eine beschriebene Methode, um die Zehe zu betäuben. Bisher hat sie beim Schaf noch keine breite Anwendung in der Praxis gefunden. Ziel Ziel der Studie war, Verhaltensmerkmale zu identifizieren, mit denen Schafe akute und chronische Schmerzen zum Ausdruck bringen. Zusätzlich wurde überprüft, welche der beobachteten Verhaltensmerkmale sich eignen, den durch Manipulationen am Tier verursachten Stress zu identifizieren. Darüber hinaus sollte die Durchführbarkeit, Sicherheit und Wirksamkeit der RIVA überprüft werden. Es sollte weiterhin ermittelt werden, ob das Schmerzmanagement durch die Kombination aus RIVA und Sedation verbessert werden kann und ob sich diese Methode positiv auf das postoperative Wohlergehen auswirkt. Tiere, Material und Methoden Die Tierversuchsanzeige der Studie wurde durch das Landesverwaltungsamt in Sachsen-Anhalt geprüft und unter AZ 42502-3-734 bestätigt. Es wurden 36 Merinofleischschafen mit Dinco und 12 gesunde Kontrolltiere eingeschlossen. Bei den Tieren wurde das Verhalten während der Behandlung der Läsionen unter verschiedenen Methoden des Schmerzmanagements (RIVA, Sedation mit Xylazinhydrochlorid + RIVA, Placebo) oder alleiniger Klauenpflege (Kontrolle) erfasst. Die Beurteilung schloss zusätzlich auch die Zeit prä- sowie postoperativ in der Herde ein. Die beobachteten Merkmale wurden mit numerischen Scores bewertet und die Ausprägung zwischen den Tieren der vier Gruppen verglichen. Die Auswertung erfolgte mit SAS, 2012 durch Nutzung eines generalisierten linearen gemischten Modells (GLMM) unter Annahme einer Bernoulli-Verteilung. Die numerische Umsetzung erfolgte innerhalb der Prozedur MCMC. Die Einhaltung der vorgegebenen Irrtumswahrscheinlichkeit (p=0,05) der multiplen Vergleiche wurde durch eine Bonferroni-Korrektur gesichert. Ergebnisse Die deutlichsten Hinweise auf das Vorliegen chronischer Schmerzen lieferten Merkmale wie Entlastungshaltung (p≤0,05), Trippeln (p≤0,05) und Veränderungen im Gangbild (p≤0,05). Erkrankte Schafe setzten häufiger Harn ab (p≤0,05). Vermehrtes Zähneknirschen trat bei diesen Tieren nur stressassoziiert vor der Behandlung auf (p≤0,05). Während der Behandlung konnten Merkmale wie Wedeln mit dem Schwanz (p≤0,05) und gesteigerte Abwehrbewegungen (p≤0,05) als Ausdruck akuten Schmerzes identifiziert werden. Das Schlagen mit dem Kopf schien vor allem stressassoziiert durch die Rückenlage aufzutreten. Die RIVA konnte erfolgreich durchgeführt werden. Bei zwei Tieren kam es zu lokalen Veränderungen im Bereich der Applikationsstelle und des Stauschlauches, die vollständig abheilten. Eine Reduktion (p>0,05) der Abwehrbewegungen während der Behandlung belegt die Wirksamkeit der RIVA. Es ist davon auszugehen, dass die RIVA-Tiere aufgrund des Handlings in Rückenlage vergleichbar viel Stress empfunden haben wie die Placebo-Tiere. Eine Sedation führte zusätzlich zur Reduktion der Ausprägung schmerz- und stressassoziierter Merkmale. Postoperativ entlasteten die Tiere der Behandlungsgruppen die betroffene Gliedmaße signifikant häufiger (p≤0,05) als die gesunden Tiere. Schlussfolgerung Die ausgewählten Merkmale erwiesen sich als geeignet, Schmerzen im Bereich der Gliedmaße beim Schaf zu identifizieren. Die Beurteilung erfordert allerdings die Beobachtung durch eine trainierte Person. Die RIVA ist eine einfach durchführbare und sichere Methode der Schmerzausschaltung an der Zehe von Schafen. Eine zusätzliche Sedation reduziert die Stress- und Schmerzantwort. Dieses Management hat zudem einen positiven Effekt auf das postoperative Wohlergehen der Tiere. Dennoch wurde deutlich, dass das überprüfte Management nicht ausreichend ist, um den postoperativen Schmerz vollständig zu behandeln. Eine weitere Komponente im multimodalen Schmerzmanagement ist daher erforderlich und muss Gegenstand weiterer Untersuchungen sein.:1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Schmerz bei Mensch und Tier 2.1.1 Nozizeption und Schmerzempfinden 2.1.1.1 Schmerzeigenschaften 2.1.1.2 Sensibilisierung 2.1.2 Schmerz und Stress 2.2 Erfassung von Schmerz und Stress beim Tier 2.2.1 Ethologie 2.2.1.1 Erfassung ethologischer Merkmale 2.2.1.2 Schmerzverhalten beim Schaf 2.3 Schmerzmanagement in der Nutztierhaltung 2.3.1 Anästhesie und Analgesie beim kleinen Wiederkäuer 2.3.1.1 Retrograde intravenöse Stauungsanästhesie 2.3.1.2 Arzneimittelrechtliche Aspekte 2.3.2 Multimodales Schmerzmanagement 2.4 Dermatitis interdigitalis contagiosa (Moderhinke) als Schmerzmodell 2.5 Schlussfolgerung aus der Literaturrecherche und Zielstellung 3 Publikation 1 4 Publikation 2 5 Diskussion 5.1 Ziel und Ergebnisse der Studie 5.2 Erfassung ethologischer Merkmale 5.2.1 Einfluss des Beobachters 5.2.2 Einfluss von Stress 5.2.3 Wertung der Merkmalserfassung 5.2.4 Fazit 5.3 Schmerzmanagement 5.3.1 Lokalanästhesie mit Procainhydrochlorid 5.3.2 Xylazinhydrochlorid 5.3.3 Kombination aus Sedation mit Xylazinhydrochlorid und Lokalanästhesie mit Procainhydrochlorid 6 Zusammenfassung 6.1 Einleitung 6.2 Ziel 6.3 Tiere, Material und Methoden 6.4 Ergebnisse 6.5 Schlussfolgerung 7 Summary 7.1 Introduction 7.2 Objective 7.3 Animals, Material and Methods 7.4 Results 7.5 Conclusion 8 Literaturverzeichnis 9 Danksagung