Tübingen, Univ., Diss., 2008.

The present study investigates the infection rates of parasites, morbidity, and the living conditions of street children and orphans in Mwanza city, northern Tanzania. A high percentage of orphans and street children in Mwanza city is infected with one or more parasites. A significantly higher rate of infections with S. mansoni in street children as compared with orphans could be observed. The prevalence of S. mansoni determined by POC CCA test was 65.9% for orphans and 94.5% for street children. 19.2% of the orphans tested positive for S. mansoni in Kato Katz. Of the street children, 77.1% showed positive test results in Kato-Katz. Only 1.3% of the orphans stated in the questionnaire that they use the lake to wash, whereas 91.1% of the street children named the lake as at least one of their options for washing. Protozoal infections used as a marker for hygiene were at a comparable level for both groups. Microscopy showed positive results for G. intestinalis in 8.2% and for E. histolytica/dispar in 23% of orphans and 8.1% for G. intestinalis, and 23.8% for E. histolytica/dispar in street children. Through ultrasonography, we observed no signs of severe PPF and only a few mild PPF patterns. Most street children use the lake to wash and often do not have access to adequate sanitation. However, everyone in the study group indicated having access to safe drinking water. Overall, we found the general hygienic conditions for both groups to be inadequate. With the help of simple public health measures, like improve sanitation and regular mass drug administration, the overall situation would likely be considerably improved. / Die vorliegende Studie untersucht Infektionen mit verschiedenen Parasiten, die Morbidität und Lebensbedingungen von Straßenkindern und Waisen in Mwanza, einer Stadt im Norden Tansanias. Ein hoher Prozentsatz von Waisen und Straßenkindern in Mwanza leidet an Infektionen mit einem oder mehreren Parasiten. Es konnte eine signifikant höhere Rate von Infektionen mit S. mansoni bei Straßenkindern im Vergleich zu Waisen festgestellt werden. Die Prävalenz von Infektionen mit S. mansoni, ermittelt durch POC-CCA-Tests, betrug 65,9% bei Waisen und 94,5% bei Straßenkindern. 19,2% der Waisen waren im Kato-Katz- Test S. mansoni positiv. Bei den Straßenkindern zeigten 77,1% positive Testergebnisse im Kato-Katz-Test. Nur 1,3% der Waisen gaben in dem Fragebogen an, den See zum Waschen zu benutzen, während es 91,1% bei den Straßenkindern waren. Protozoeninfektionen, die als Marker für die Hygieneumstände, unter denen die Kinder leben verwendet wurden, waren bei beiden Gruppen auf vergleichbarem Niveau. Die Mikroskopie zeigte positive Ergebnisse für G. intestinalis bei 8,2% und für E. histolytica/dispar bei 23% der Waisen und bei 8,1% für G. intestinalis und 23,8% für E. histolytica/dispar bei den Straßenkindern. Durch Ultraschall konnten keine Anzeichen für schwere PPF festgestellt werden, und nur bei wenigen Kindern zeigten sich leichte PPF-Muster. Die meisten Straßenkinder benutzen den See um sich zu waschen und haben oft keinen Zugang zu angemessener Sanitärversorgung. Alle Teilnehmer der Studie gaben jedoch an, Zugang zu sicherem Trinkwasser zu haben. Insgesamt stellten wir fest, dass die allgemeinen hygienischen Bedingungen für beide Gruppen unzureichend sind. Mit Hilfe einfacher öffentlicher Gesundheitsmaßnahmen, wie bessere sanitäre Einrichtungen und regelmäßige Entwurmung, könnte die Gesamtsituation für Straßen- und Waisenkinder erheblich verbessert werden.

Parasitäre Protozoen wie Leishmanien, Trypanosomen und Plasmodien weisen eine Vielzahl von Cystein-Proteasen der Papainfalimilie (CAC1) auf, welche als Pathogenitäts- und Virulenzfaktoren identifiziert werden konnten. Die aktuell eingesetzten Medikamente zur Behandlung der von diesen Parasiten hervorgerufenen Infektionskrankheiten (Leishmaniose, Afrikanische Schlafkrankheit, Chagas-Krankheit, Malaria) sind aufgrund von Nebenwirkungen, hohen Kosten und sich entwickelnden Resistenzen suboptimal. Die parasitären Cystein-Proteasen stellen daher potentielle Targets zur Entwicklung neuer Therapieansätze dar. Das angestrebte Ergebnis der Entwicklung ist es, selektive Inhibitoren der parasitären Proteasen zu entwickeln, während die Wirt-Proteasen unbeeinflusst bleiben. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Optimierung der literaturbekannten Aziridin-2,3-dicarboxylat-basierten Inhibitoren RV122C (Boc-(S)-Leu-(R)-Pro-(S,S)-Azi(OBn)2) und RV212C (Boc-(R)-Leu-(S)-Pro-(S,S)-Azi(OBn)2) sowie des Michael-Akzeptor-basierten Inhibitors 16a (Boc-(S)-Phg-(S)-vGln(Trt)-OEt) hinsichtlich ihrer selektiven inhibitorischen Aktivität an parasitären Cystein-Proteasen. Bei allen synthetisierten Verbindungen handelt es sich um potenziell irreversible, kovalente und kompetitive Inhibitoren. Der Aziridinring und das Michael-System stellen elektrophile Bausteine dar, die von dem nucleophilen Thiolatrest des aktiven Zentrums einer Cystein-Protease angegriffen werden und in der irreversiblen Alkylierung des aktiven Zentrums resultieren. Die Testung der synthetisierten Verbindungen erfolgte mittels fluorimetrischer und photometrischer Enzymassays. Zur Evaluierung der biologischen Aktivitäten wurden ggf. weitere biologische Testungen durchgeführt. Die Leitstrukturen RV122C und RV212C der Aziridinylpeptide wurden als Inhibitoren von Proteasen der Cathepsin-L-Subfamilie identifiziert. Eine zweite Serie von Stereo- und Konstitutionsisomeren von RV122C und RV212C brachte ein Derivat hervor, CS09 (Boc-(S)-Leu-(R)-Pro-(R,R)-Azi(OBn)2), welches selektive Inhibition von parasitären Cystein-Proteasen aufwies, ohne humanes Cathepsin L zu hemmen. Neben leishmanizider Aktivität weisen sowohl RV122C und RV212C als auch CS09 keine Toxizität an den eingesetzten Zelllinien auf. Daher erfolgte die Fokussierung auf Untersuchungen in Leishmania major zur detaillierten Aufklärung zellulärer Effekte in vitro und in vivo. Der ausgelöste Zelltot wurde als Apoptose-ähnlich charakterisiert, welcher durch unvollständige Verdaunung in Lysosom-ähnlichen Vakuolen hervorgerufen wurde. In-vivo-Untersuchungen im Mausmodell zeigten, dass es das Ziel sein muss, Inhibitoren mit Selektivität insbesondere für die Cathepsin-B-ähnliche LmajcatB zu entwickeln. Ausgehend von CS09 als neue Leitstuktur wurden verschiedene Variationen zur Strukturoptimierung vorgenommen, um im Anschluss Struktur-Wirkungs-Beziehungen ableiten zu können. Die Synthese erfolgte mittels Fragmentkupplung der zuvor stereoselektiv dargestellten Aziridin-Bausteine und der durch Standard-Peptidkupplungsreagenzien erhaltenen Aminosäure/Peptidbausteine. Die N-Acylierung wurde mittels des Kupplungsreagenzes PPA optimiert. Schließlich wurden die Verbindungen an den Cystein-Proteasen Cathepsin L, Cathepsin B, Cathepsin K, Cathepsin S, LmCPB2.8, LmajcatB, Rhodesain, Cruzain und Falcipain-2 auf ihre inhibitorische Aktivität getestet. Weiterhin wurden die Verbindungen im Rahmen der interdisziplinären Zusammenarbeit innerhalb des Sonderforschungsbereichs 630 auf ihre antiparasitäre Aktivität an Leishmanien, Trypanosomen und Plasmodien sowie auf ihre Cytotoxizität an der Makrophagenzelllinie J774.1 getestet. Vertreter dieser Serie erwiesen sich, ebenso wie CS09, als selektive Inhibitoren parasitärer, Cathepsin-L-ähnlicher Proteasen (LmCPB2.8, Rhodesain, Cruzain) und der Cathepsin-B-ähnlichen Protease (LmajcatB). Sehr gute Hemmung der Cathepsin-L-ähnlichen Protease LmCPB2.8 riefen Stereo- und Konstitutionsisomere von CS09 hervor, als auch Derivate, bei denen der Leucinrest gegen andere lipophile Reste mit ähnlichem oder größerem sterischen Anspruch substituiert ist. Die beste Inhibition des Cathepsin-B-ähnlichen Enzyms erfolgte durch Konstitutionsisomere von CS09 und durch Aziridinylpeptide, deren Prolinrest gegen einen Ornithin- oder einen Argininrest ersetzt wurde. Besonders hervor sticht CS25 (Boc-(S)-Ile-(R)-Pro-(R,R)-Azi(OBn)2), sich auszeichnend durch selektive Inhibition der LmajcatB (neben Cathepsin S) bei sehr guter leishmanizider Aktivität. Auch zeigen einige Vertreter selektive Hemmung von Rhodesain und/oder Cruzain. Mithilfe eines synthetisierten Aziridinylpeptids, welches bromierte Benzylesterreste trägt und sehr gute Hemmeigenschaften an parasitären Cystein-Proteasen aufweist (CS38), sollte die Kristallisation mit Rhodesain erfolgen, um die erste Röntgenstruktur eines Enzym-Aziridin-Inhibitor-Komplexes zu erhalten. Dieses Ziel konnte jedoch nicht realisiert werden. Aufgrund fehlender Röntgenstrukturen von Enzym-Inhibitor-Komplexen ist die Bindung der synthetisierten Inhibitoren noch immer spekulativ. Dockingstudien an Cruzain schlagen verschiedene Bindemodi vor, bei denen zwei von drei lipophilen Resten die hydrophoben S2- und S1´-Bindungstaschen adressieren. Die Mehrzahl der Aziridin-basierten Verbindungen konnte als leishmanizide und/oder trypanozide Verbindungen identifiziert werden. Mithilfe eines Biotin-markierten Derivats von RV122C (CS39) konnte durch active-site labeling nachgewiesen werden, dass Cystein-Proteasen von L.-major-Promastigoten die Targets des Inhibitors sind. Active-site-labeling und Untersuchungen durch Fluoreszenzaktivitätsassays mit L.-major-Promastigotenlysaten machten deutlich, dass bei Einsatz von RV122C und RV212C Cathepsin-B-ähnliche Proteasen beeinflusst werden. CS09 wies einen anderen Wirkmechanismus – ähnlich dem von E-64 – auf, wie Fluoreszenzaktivitätsassays zeigten. Hinsichtlich der Aufklärung dieser zellulären Effekte und zur Identifizierung weiterer möglicher Targets wurde ein Fluoreszenzfarbstoff-markierter Aziridin-Inhibitor (CS40) dargestellt. CS40 wies hervorragende Hemmeigenschaften an den isolierten Enzymen auf, war jedoch für In-vitro-Untersuchungen ungeeignet, da weder leishmanizide noch trypanozide Aktivität vorlagen. Durch antiplasmodiale Wirkung ist CS40 lediglich zu In-vitro-Studien an Plasmodien einsetzbar. Für In-vitro-Studien wurde zur Aufklärung des Wirkmechanismus der Aziridin-2,3-dicarboxylat-basierten Inhibitoren der literaturbekannte, für Cathepsin-L-ähnliche Enzyme selektive, Epoxid-basierte Standardinhibitor CLIK-148 als Vergleichssubstanz dargestellt. Zum Beweis der Inaktivität des Diastereomers von CLIK-148 mit (R,R)-konfiguriertem Epoxidring wurde zudem das Derivat CS41 synthetisiert. Die Synthese hierzu erfolgte zunächst über die stereoselektive Darstellung der trans-konfigurierten Diethyloxiran-2,3-dicarboxylate, die nach Verseifung der Ethylesterfunktionen mittels Peptidkupplungsreagezien mit den entsprechenden Aminen gekuppelt wurden. Zur Ableitung der Struktur-Wirkungs-Beziehung von Michael-Akzeptor-basierten Verbindungen wurde die Leitstruktur 16a durch Variation der Konfigurationen sowie durch Substitution der Trityl-Schutzgruppe der Glutaminseitenkette durch sterisch weniger anspruchsvolle Schutzgruppen verändert. Die Synthese erfolgte ausgehend von der Darstellung des entsprechenden Dipeptids mit Methylesterschutzgruppen. Ausgehend davon wurden die Methylesterreste entweder mit DIBAL zum entsprechenden Aldehyd reduziert oder aus Gründen der Praktikabilität zum entsprechenden Alkohol reduziert, um anschließend in einer Swern-Oxidation den Aldehyd zu liefern. Die Aldehyde wurden im finalen Schritt in einer Masamune-Reaktion mit Triethylphosphonoacetat zu den vinylogen Dipeptidestern umgesetzt. Die Stereoisomere CS42 und CS43 mit Tritylresten an der Glutaminseitenkette sind unspezifische, starke Inhibitoren humaner und parasitärer Enzyme. In vitro zeigten sie starke Hemmung des Parasiten-Wachstums als auch Cytotoxizität an Makrophagen. Die Verbindungen ohne Tritylrest (CS44, CS45) erwiesen sich weder als Proteaseinhibitoren, noch in vitro als wirksam. Ferner wurden mit den synthetisierten Verbindungen in interdisziplinären Kooperationen weitere biologische Testungen durchgeführt. In Selektivitätsstudien an den Aspartat-Proteasen Plasmepsin II und IV erwiesen sich die getesteten trans-konfigurierten Aziridin-basierten Inhibitoren als inaktiv, während die Leitstruktur der Michael-Akzeptor-basierten Inhibitoren 16a sowie deren Distereomer CS42 (= 16b) als Inhibitoren von Plasmepsin IV identifiziert werden konnten. Weder in Testungen an Plasmodium berghei infizierten humanen Hepatomzellen in Leberstadien, noch im Blut-Hirn-Schrankenmodell einer Trypanosoma-brucei-gambiense-Infektion sowie im In-vitro-Screening an Trichomonas vaginalis zeigten die jeweils getesteten Verbindungen Aktivität. Allein die Aziridin-2,3-dicarboxylat-basierten Cystein-Protease-Inhibitoren wiesen Wirksamkeit bezüglich des Wachstums von Schistosoma mansoni auf. In einem visuellen Phänotyp-Screening inhibierte eine Vielzahl der getesteten Verbidungen das Wachstum der jungen Form (Schistosomula), im zweiten Schritts des In-vitro-Screenings zeigte sich jedoch keine Verbindung aktiv an der adulten Form (Schistosomen) des Parasiten. / Protozoan parasites contain an abundance of cysteine proteases of the papain family (CAC1), which are essential for parasite growth, differentiation, pathogenicity and virulence. Therefore they are attractive targets for the development of new, affordable, alternative drugs, because current therapy for infectious diseases like leishmaniasis, African trypanosiasis, Chagas disease or malaria is suboptimal due to toxicity of available therapeutic agents and the emergence of drug resistence. Protease inhibitors have to be selective inactivators of parasitic proteases, while not affecting mammalian proteases in order to become an antiparasitic drug. The main goal of this work was the optimization of the aziridine based inhibitors RV122C (Boc-(S)-Leu-(R)-Pro-(S,S)-Azi(OBn)2) and RV212C (Boc-(R)-Leu-(S)-Pro-(S,S)-Azi(OBn)2) and of the Michael acceptor based inhibitor 16a (Boc-(S)-Phg-(S)-vGln(Trt)-OEt), regarding their ability of selective inhibition of parasitic proteases. All synthesized substances are designed as irreversible, covalent, and competitive inhibitors, in which the aziridine ring and the Michael system represent electrophilic building blocks. The reaction of the electrophilic moieties with the nucleophilic thiolate of the active site results in the irreversible alkylation of the protease. The synthesized compounds were subsequently tested in fluorimetric or photometric enzyme assays, in some cases followed by further biological evaluation. The aziridines RV122C and RV212C could be identified as inhibitors of the cathepsin L subfamily. Starting from RV122C and RV212C as lead structures, a new series containing structural isomers, stereoisomers and derivatives with ethyl esters was synthesized. The most promising candidate of this series was CS09 (BOC-(S)-Leu-(R)-Pro-(R,R)-Azi(OBn)2), showing selective inhibition of the parasitic cysteine proteases, while not affecting mammalian cathepsin L. Besides antileishmanial activity, RV122C and RV212C as well as CS09 do not exhibit cytotoxicity against host cells. Therefore, in further investigations the mode of action of these inhibitors was characterized in Leishmania major. An apoptosis-like cell death was induced, which was caused by incomplete digestion in autophagy-related lysosome-like vacuoles. In vivo a mouse model of Leishmania infection showed, that the cathepsin-B-like enzyme LmajcatB should be targeted by the inhibitors in further investigations. Based on CS09 as a new lead structure, further derivatives were synthesized with structural modifications for structure-activity relationship (SAR) studies. The syntheses were achieved via fragment coupling of the prior stereoselectively synthesized aziridine-2,3-dicarboxylates with the appropriate aminoacids/peptids. PPA was used as coupling reagent of the N-acylation. Subsequently the compounds were tested for inhibition of cathepsin L, cathepsin B, cathepsin K, cathepsin S, LmCPB2.8, LmajcatB, rhodesain, cruzain and falcipain-2. Within the Collaborative Research Center 630 of the University of Würzburg the compounds were tested in regard of their antiparasitic activity and cytotoxicity. Compounds out of this series showed selective inhibition of parasitic cathepsin-L-like proteases (LmCPB2.8, rhodesain, cruzain) and cathepsin-B-like proteases (LmajcatB). Best inhibitors of LmCPB2.8 are the structural isomers and stereoisomers of CS09 and derivatives with other, sterically hindered, lipophilic moieties instead of the leucine moiety. LmajcatB was best inhibited by structural isomers of CS09 and by derivatives with ornithine or arginine moieties attached to the proline moiety. CS25 (Boc-(S)-Ile-(R)-Pro-(R,R)-Azi(OBn)2) should be highlighted, because of selective inhibition of LmajcatB (besides Cathepsin S) and outstanding antileishmanial activity. Some compounds showed selective inhibition of rhodesain and/or cruzain. In order to obtain the first X-ray structure of an enzym-aziridine-inhibitor-complex, an aziridine-2,3-dicarboxylate-based inhibitor with brominated benzyl esters was synthesized (CS38). CS38 displayed excellent inhibition of cysteine proteases, but the cristallisation with rhodesain failed. Because of missing X-ray structure investigations, the binding mode of the aziridine-based inhibitors is still unclear. Docking studies suggested several binding modes, where three out of two lipophilic residues adress the hydrophobic S2 and the S1´ binding pockets. The majority of the aziridine based inhibitors could be identified as antileishmanial and/or antitrypanosomal agents. As shown by fluorescence proteinase activity assays and active-site labeling in lysates of promastigotes with the biotin-tagged derivate of RV122C, CS36, RV122C and RV212C both targeted leishmanial cathepsin-B-like LmajcatB. By contrast, CS09 caused a different outcome in fluorescence proteinase activity assays, similar to the outcome observed with E-64. With respect to elucidate further cellular effects and to determine potential further targets via fluorescence microscopy, an aziridine was labeled with a fluorescent dye (CS40). CS40 showed very good inhibition of the cysteine proteases, but was not usefull for in-vitro-investigations, because of missing antileishmanial and also antitrypanosomal activity. Because of antiplasmodial activity, CS40 can be used in vitro with Plasmodia. The literature known cathepsin-L-selective, oxirane-based inhibitor CLIK-148 was synthesized in order to use it in comparison to the aziridine-based inhibitors in vitro. The derivative of CLIK-148 with (R,R)-konfigured oxirane ring (CS41) was also synthesized. As expected from literature data, CS41 did not show inhibition of any enzyme tested. The trans-konfigured diethyl oxirane-2,3-dicarboxylates were stereoselectively synthesized and in the following steps after alkaline hydrolysis brought to reaction with the corresponding amines. To investigate SAR of Michael acceptor based inhibitors, the lead structure 16a was modified structurally. Synthesis started with preparing the methyl ester dipeptides via peptide coupling methods. Subsequently the aldehyds were synthesized either via DIBAL reduction directly to the aldehyde or via DIBAL reduction to the alcohol, followed by Swern oxidation to the corresponding aldehyde. The last step led to the products via a Masamune reaction with triethylphosphono acetate. Michael acceptors containing a trityl group in the side chain of the glutamine residue are strong and unspecific inhibitors of human and parasitic proteases (CS42, CS43). Furthermore they are active against parasites in vitro, but they are also cytotoxic. Michael acceptors containing a benzhydryl group or an isopropyl group instead of the trityl group didn´t show inhibitory potency against the enzymes tested and parasite growth (CS44, CS45). Further biological tests were performed with the synthesized compounds. In contrast to the Michael acceptor based compounds CS42 and CS43 non of the aziridine based inhibitors showed inhibition of the aspartic proteases plasmepsin II and IV. No activity could be detected in tests concerning liver-stage development of Plasmodium berghei, a model of a blood-brain barrier of infection with Trypanosoma brucei gambiense, nor in an in vitro screening with Trichomonas vaginalis. In a phenotypic screening with Schistosoma mansoni, aziridine-2,3-dicarboxylate-based inhibitors showed inhibition of the juvenile parasites (schistosomula). In the second step, they were screened in vitro against adult parasites, but no inhibitor was active in that assay.

Universiẗat-Gesamthochsch., Diss.--Essen, 1997.

Thesis (doctoral)--Universität Konstanz, 1989. / Appended are reprints of two articles, in English, "Electromigration, a tool for studies on anaerobic ciliates," by Stefan Wagener, Claudius K. Stumm, and Godfried D. Vogels, and "Monoxenic culture of the anaerobic ciliate Trimyema compressum Lackey," by S. Wagener and N. Pfennig. Includes bibliographical references.

Intestinal infections with pathogenic protozoa may cause severe disease and remain a neglected problem in regions with inadequate sanitation and hygiene standards, especially in sub-Saharan Africa. Unfortunately, very little data about the prevalence of these infections in risk groups exist from the region. The present study was therefore conducted to assess the prevalence of intestinal protozoan infections in a representative population sample on Ijinga Island, north-western Tanzania. Methods: This was a cross-sectional study which was carried out in 2016 as part of the on-going SchistoControl pilot project on Ijinga Island, north-western Tanzania. A single stool sample was collected from 357 participants and examined microscopically for presence of trophozoites or cysts of intestinal protozoan parasites. In addition, real-time polymerase chain reaction (qPCR) was used to determine the species of intestinal protozoa. Results: Based on microscopy and qPCR, the prevalence of Giardia intestinalis infection was 12% and 15.1%, respectively. Based on microscopy, the prevalence of Entamoeba histolytica/Entamoeba dispar was 26.1%. However, through species identification using qPCR, 21.8% of the study participants were carrying non-pathogenic E. dispar and none of them was infected with E. histolytica. Conclusion: Intestinal protozoan infections are common among the population in the study area. The detection of these infections in different age groups indicates a poor hygienic standard in the community. Improvement in water, sanitation, hygiene and public health education on hand washing will help in controlling these infections. / Intestinale Infektionen mit pathogenen Protozoen können schwere Erkrankungsbilder verursachen und stellen eine oftmals vernachlässigte Problematik, vor allem in Regionen mit geringen Sanitär- und Hygienestandards, dar. Dies betrifft insbesondere südlich der Sahara gelegene Länder. Hier existieren leider keine oder nur unzureichende Prävalenzdaten, was zum Teil auch auf die inadäquaten diagnostischen Möglichkeiten zurückzuführen ist. Die Übertragung erfolgt fäkal-oral über verunreinigte Nahrungsmittel sowie kontaminiertes Trinkwasser und kann symptomatische und asymptomatische, akute und chronische Infektionen hervorrufen. Methoden: Es handelt sich um eine Querschnittsstudie, die 2016 im Rahmen des laufenden SchistoControl-Pilotprojekts auf der Insel Ijinga im Nordwesten Tansanias durchgeführt wurde. Es wurden Stuhlproben von 357 Teilnehmern gesammelt und mikroskopisch auf Trophozoiten oder Zysten von intestinalen Protozoen untersucht. Zusätzlich wurde die Realtime-Polymerasekettenreaktion (qPCR) zur Speziesdifferenzierung verwendet. Ergebnisse: Basierend auf Mikroskopie und qPCR betrug die Prävalenz von Giardia intestinalis 12% bzw. 15,1%. Basierend auf der Mikroskopie betrug die Prävalenz von Entamoeba histolytica / Entamoeba dispar 26,1%. Durch Speziesdifferenzierung mittels qPCR waren jedoch 21,8% der Studienteilnehmer positiv für E. dispar und keiner positiv für E. histolytica. Schlussfolgerung: Intestinale Protozoeninfektionen sind in der Bevölkerung des Studienortes häufig. Der Nachweis dieser Infektionen in verschiedenen Altersgruppen weist auf einen geringen Hygienestandard in der Gemeinde hin. Eine Verbesserung der Wasser-, Sanitär-, Hygienestruktur und des Gesundheitsbewusstseins wird zur Kontrolle dieser Infektionen beitragen.

In der vorliegenden Arbeit wurden 212 Kotproben von Chamäleons auf Parasitenstadien und 75 Tierkörper pathologisch sowie bei einem nachgewiesenen Parasitenbefall histopathologisch untersucht. Ziel war es, anhand dieser Untersuchungen das Vorkommen und die Schadwirkungen von Endoparasiten unter Berücksichtigung der Herkunft, des Alters, des Geschlechts und der Chamäleonart zu beschreiben. Von 212 Kotproben wiesen 55,2% Endoparasitenstadien auf. Bei 54,7% der 64 sezierten und auswertbaren Tiere wurden Endoparasiten nachgewiesen. Der Anteil positiver Proben zeigt zwischen Nachzuchten (55,5%) und Wildfängen (54,1%) keinen wesentlichen Unterschied. In Wildfängen konnten häufiger Endoparasiten mit einem indirekten Lebenszyklus ermittelt werden, Nachzuchten beherbergten dagegen öfter Parasiten mit einem direkten Entwicklungszyklus. In den untersuchten Chamäleons konnten regelmäßig Kokzidien der Gattung Isospora und Oxyuriden nachgewiesen werden. Zestoden konnten in der koproskopischen Untersuchung gar nicht aufgefunden werden, wohingegen sie in der pathologischen Untersuchung sporadisch im Darm diagnostiziert werden konnten. Die Häufigkeit des koproskopischen Nachweises von Parasitenstadien bezogen auf die Gesamtzahl der untersuchten Chamäleons stellte sich wie folgt dar: in 30,4% wurden Protozoon gefunden, 21,7% der Tiere waren mit Kokzidien infiziert (davon 78,3% Isospora spp., 13,0% Choleoeimeria spp., 6,5% Eimeria spp., 2,2% Mischinfektion Isospora spp./Choleoeimeria spp.) und 8,5% mit Flagellaten oder Ziliaten. Bei 83,3% der Tiere mit gastrointestinalen Symptomen konnte ein Befall mit Kokzidien der Gattung Isospora nachgewiesen werden. In 38,7% der koproskopischen Untersuchungen konnten Nematoden (65,9% Oxyuriden, 19,5% Askariden/ Heterakiden, 1,4% Rhabdias sp., 2,8% Strongyloides sp., je 0,5 % Spirurida, Heterakiden/Filarien, Oxyuriden/Strongyloiden) und in 2,8% Trematoden (Digenea) aufgefunden werden. Anamnestisch konnten in 35,8% aller Tiere klinische Symptome beobachtet werden, wovon bei 88,2% der erkrankten Tiere ein Endoparasitenbefall nachzuweisen war. Insgesamt 64,1% der sezierten Chamäleons waren mit Endoparasiten befallen, wovon 68,3% Mono- und 31,7% Mischinfektionen beherbergten. In 31,3% der sezierten Chamäleons wurden Nematoden gefunden und der Befall wurde in 55,0% dieser Fälle als hochgradig eingestuft. Es wurden Befallsraten von 25,0% für Strongyloides sp., 23,4% für Askariden/ Heterakiden,15,0% für Filarien, 5,0% für Rhabdias sp., 9,4% für Zestoden, 10,9% für Digenea registriert. In 11,3% der Fälle lagen Mischinfektionen vor. Damit ist ein Endoparasitenbefall bei Chamäleons häufig und kann zu Erkrankungen führen. Die Exposition unterscheidet sich bei Wildfängen und Nachzuchten aufgrund der unterschiedlichen Umgebungsbedingungen. Auch klinisch unauffällige Tiere waren zu 27,8% mit Parasiten befallen, so dass eine klinische Symptomatik nicht zwingend aus einem Parasitenbefall resultiert. Insgesamt betrachtet verdient der Endoparasitenbefall von Chamäleons das Augenmerk von Tierärzten und Tierhaltern und sollte bei augenscheinlich hohem Infektionsdruck zu Gegenmaßnahmen, insbesondere auch einer verbesserten Hygiene, Anlaß geben. / In the present study 212 chameleon fecal samples were examined for parasite stages and 75 carcasses were examined histopathologically and pathologically in a proven case of a parasite infestation. The basis of this study was to describe the occurrence and harmful effects of internal parasites considering the origin, age and sex of the chameleons. Of the 212 fecal samples 55.2% showed stages of endoparasites. Parasites were detected at 54.7% of 64 evaluated and dissected animals. The proportion of positive samples shows no significant difference between offspring (55.5%) and wild specimens (54.1%). In wild specimens common internal parasites could be determined with an indirect life cycle, however offspring harbored more parasites with a direct life cycle. In the studied chameleons coccidia as the genus Isospora and Oxyurids were regularly detected. In the coprological study Cestodes could not be found, while in the pathological examination they could be diagnosed sporadically in the intestine. Based on the total number of investigated chameleons the frequency of detection of parasite stages are presented as follows: Protozoa were found in 30.4%, 21.7% of the animals were infected with coccidia (of which 78,3% Isospora spp, 13,0% Choleoeimeria spp., 6.5% Eimeria spp., 2.2% polyinfections between Isospora spp./ Choleoeimeria spp.) and 8.5% with flagellates or ciliates. At 83.3% of the animals with gastrointestinal symptoms coccidia of the genus Isospora were detected. In 38.7% of the fecal examination nematodes were determined (65.9% Oxyurids, 19.5% Ascarids/ Heterakis, 1.4% Rhabdias sp., 2.8% Strongyloides sp., 0.5% Spirurida, Heterakids/ Filariae, Oxyurids/ Strongyloides sp.) and Trematodes in 2.8% (Digenea) were found. The anamnesis showed that clinical symptoms could be observed in 35.8% of all of the animals, whereas endoparasite infestation could be detected inn 88.2% of the affected animals. Overall, 64.1% of the dissected chameleons were infested with parasites, of which 68.3% harbored mono- and 31.7% polyinfections. In 31.3% of the dissected chameleons nematode infestations were found and 55.0% of these cases were classified as severe. Prevalences were registered: 25.0% for Strongyloides spp., 23.4% for Ascarids/ Heterakids, 15.0% for Filaria, 5.0% for Rhabdias sp., 9.4% for Cestodes, 10.9% for Digenea. In 11.3% of the cases mixed infections were reported. Thus, endoparasite infestation is common among chameleons and can lead to diseases. Exposure differs from wild-specimens and captive-bred due to the different environmental conditions. Also, 27.8% of clinically healthy animals were also infested with parasites, which means that clinical symptoms are not necessarily the result of a parasitic infestation. Overall, chameleon endoparasites deserve the attention of veterinarians and pet owners and should be treated promptly when there is a high likelihood of infection or hygiene is of concern.

In der vorliegenden Arbeit wurden 212 Kotproben von Chamäleons auf Parasitenstadien und 75 Tierkörper pathologisch sowie bei einem nachgewiesenen Parasitenbefall histopathologisch untersucht. Ziel war es, anhand dieser Untersuchungen das Vorkommen und die Schadwirkungen von Endoparasiten unter Berücksichtigung der Herkunft, des Alters, des Geschlechts und der Chamäleonart zu beschreiben. Von 212 Kotproben wiesen 55,2% Endoparasitenstadien auf. Bei 54,7% der 64 sezierten und auswertbaren Tiere wurden Endoparasiten nachgewiesen. Der Anteil positiver Proben zeigt zwischen Nachzuchten (55,5%) und Wildfängen (54,1%) keinen wesentlichen Unterschied. In Wildfängen konnten häufiger Endoparasiten mit einem indirekten Lebenszyklus ermittelt werden, Nachzuchten beherbergten dagegen öfter Parasiten mit einem direkten Entwicklungszyklus. In den untersuchten Chamäleons konnten regelmäßig Kokzidien der Gattung Isospora und Oxyuriden nachgewiesen werden. Zestoden konnten in der koproskopischen Untersuchung gar nicht aufgefunden werden, wohingegen sie in der pathologischen Untersuchung sporadisch im Darm diagnostiziert werden konnten. Die Häufigkeit des koproskopischen Nachweises von Parasitenstadien bezogen auf die Gesamtzahl der untersuchten Chamäleons stellte sich wie folgt dar: in 30,4% wurden Protozoon gefunden, 21,7% der Tiere waren mit Kokzidien infiziert (davon 78,3% Isospora spp., 13,0% Choleoeimeria spp., 6,5% Eimeria spp., 2,2% Mischinfektion Isospora spp./Choleoeimeria spp.) und 8,5% mit Flagellaten oder Ziliaten. Bei 83,3% der Tiere mit gastrointestinalen Symptomen konnte ein Befall mit Kokzidien der Gattung Isospora nachgewiesen werden. In 38,7% der koproskopischen Untersuchungen konnten Nematoden (65,9% Oxyuriden, 19,5% Askariden/ Heterakiden, 1,4% Rhabdias sp., 2,8% Strongyloides sp., je 0,5 % Spirurida, Heterakiden/Filarien, Oxyuriden/Strongyloiden) und in 2,8% Trematoden (Digenea) aufgefunden werden. Anamnestisch konnten in 35,8% aller Tiere klinische Symptome beobachtet werden, wovon bei 88,2% der erkrankten Tiere ein Endoparasitenbefall nachzuweisen war. Insgesamt 64,1% der sezierten Chamäleons waren mit Endoparasiten befallen, wovon 68,3% Mono- und 31,7% Mischinfektionen beherbergten. In 31,3% der sezierten Chamäleons wurden Nematoden gefunden und der Befall wurde in 55,0% dieser Fälle als hochgradig eingestuft. Es wurden Befallsraten von 25,0% für Strongyloides sp., 23,4% für Askariden/ Heterakiden,15,0% für Filarien, 5,0% für Rhabdias sp., 9,4% für Zestoden, 10,9% für Digenea registriert. In 11,3% der Fälle lagen Mischinfektionen vor. Damit ist ein Endoparasitenbefall bei Chamäleons häufig und kann zu Erkrankungen führen. Die Exposition unterscheidet sich bei Wildfängen und Nachzuchten aufgrund der unterschiedlichen Umgebungsbedingungen. Auch klinisch unauffällige Tiere waren zu 27,8% mit Parasiten befallen, so dass eine klinische Symptomatik nicht zwingend aus einem Parasitenbefall resultiert. Insgesamt betrachtet verdient der Endoparasitenbefall von Chamäleons das Augenmerk von Tierärzten und Tierhaltern und sollte bei augenscheinlich hohem Infektionsdruck zu Gegenmaßnahmen, insbesondere auch einer verbesserten Hygiene, Anlaß geben. / In the present study 212 chameleon fecal samples were examined for parasite stages and 75 carcasses were examined histopathologically and pathologically in a proven case of a parasite infestation. The basis of this study was to describe the occurrence and harmful effects of internal parasites considering the origin, age and sex of the chameleons. Of the 212 fecal samples 55.2% showed stages of endoparasites. Parasites were detected at 54.7% of 64 evaluated and dissected animals. The proportion of positive samples shows no significant difference between offspring (55.5%) and wild specimens (54.1%). In wild specimens common internal parasites could be determined with an indirect life cycle, however offspring harbored more parasites with a direct life cycle. In the studied chameleons coccidia as the genus Isospora and Oxyurids were regularly detected. In the coprological study Cestodes could not be found, while in the pathological examination they could be diagnosed sporadically in the intestine. Based on the total number of investigated chameleons the frequency of detection of parasite stages are presented as follows: Protozoa were found in 30.4%, 21.7% of the animals were infected with coccidia (of which 78,3% Isospora spp, 13,0% Choleoeimeria spp., 6.5% Eimeria spp., 2.2% polyinfections between Isospora spp./ Choleoeimeria spp.) and 8.5% with flagellates or ciliates. At 83.3% of the animals with gastrointestinal symptoms coccidia of the genus Isospora were detected. In 38.7% of the fecal examination nematodes were determined (65.9% Oxyurids, 19.5% Ascarids/ Heterakis, 1.4% Rhabdias sp., 2.8% Strongyloides sp., 0.5% Spirurida, Heterakids/ Filariae, Oxyurids/ Strongyloides sp.) and Trematodes in 2.8% (Digenea) were found. The anamnesis showed that clinical symptoms could be observed in 35.8% of all of the animals, whereas endoparasite infestation could be detected inn 88.2% of the affected animals. Overall, 64.1% of the dissected chameleons were infested with parasites, of which 68.3% harbored mono- and 31.7% polyinfections. In 31.3% of the dissected chameleons nematode infestations were found and 55.0% of these cases were classified as severe. Prevalences were registered: 25.0% for Strongyloides spp., 23.4% for Ascarids/ Heterakids, 15.0% for Filaria, 5.0% for Rhabdias sp., 9.4% for Cestodes, 10.9% for Digenea. In 11.3% of the cases mixed infections were reported. Thus, endoparasite infestation is common among chameleons and can lead to diseases. Exposure differs from wild-specimens and captive-bred due to the different environmental conditions. Also, 27.8% of clinically healthy animals were also infested with parasites, which means that clinical symptoms are not necessarily the result of a parasitic infestation. Overall, chameleon endoparasites deserve the attention of veterinarians and pet owners and should be treated promptly when there is a high likelihood of infection or hygiene is of concern.

Das Protozoon Giardia duodenalis ist eine der Hauptursachen für infektiöse Magen-Darm-Erkrankungen. Die zugrundeliegenden Pathomechanismen sind jedoch nach wie vor unklar. Um die Pathogenität G. duodenalis‘ untersuchen zu können, wird ein Modellsystem benötigt, dass die Komplexität des Darmepithels widerspiegelt. Diese Arbeit zeigt die Etablierung eines Zellkultursystems auf der Basis von organoid-abgeleiteten Epithelien unter Verwendung von filter-basierten Zellkultureinsätzen. Wir haben Protokolle für die Etablierung von organoid-basierten Zellkulturen (ODMs) vier verschiedener Wirte zoonotischer Protozoen unter Verwendung eines einzigen Protokolls erstellt. Die Charakterisierung zeigte, dass das Modellsystem erfolgreich die Polarisierung des Darmepithels nachahmt, aus mehreren Zelltypen besteht und eine Infektion ermöglicht. Der Schwerpunkt der Arbeit lag auf der Analyse der durch G. duodenalis induzierten Barrierestörung in ODMs auf Transkriptions-, Protein- und Funktionsebene. Die Infektion von humanen duodenalen Zellen führte zu einem Verlust der epithelialen Barrierefunktion. Mit Hilfe des transepithelialen elektrischen Widerstandes und Dextran Flux wurde eine Erhöhung der Barrieredurchlässigkeit beobachtet. Die Hemmung von zuvor in immortalisierten Zellmodellen beschriebenen Reaktionswegen konnte die Barrierefunktion nicht wiederherstellen. Stattdessen konnten Veränderungen der Ionenhomöostase sowie den Zusammenbruch der zonula occludens nachgewiesen werden. Der beobachtete Phänotyp konnte auf die Aktivierung des cAMP/PKA/CREB-Signalwegs, als einen von mehreren kausalen Faktoren, zurückgeführt werden. Hier zeigen wir die Etablierung eines aus Organoiden abgeleiteten Modells, das die Untersuchung von G. duodenalis Infektionen in vitro ermöglicht. Mit unserem Modell konnten wir eine neue Reihenfolge von Ereignissen entschlüsseln, die einen der Faktoren während symptomatischer Giardiasis darstellt. / The protozoan Giardia duodenalis is a one of the major causes of gastrointestinal illness. Underlying pathomechanisms remain unclear. An in vitro model system that also mimics the complexity of intestinal epithelium is needed to allow pathogenicity studies. This thesis shows the establishment of a cell culture system based on organoid-derived epithelia using permeable cell culture inserts. We have provided guidelines on the establishment of organoid-derived monolayers (ODMs) of four different hosts of zoonotic protozoa using a single protocol. Characterization showed that the model system successfully mimics intestinal polarization, is composed of multiple cell types and allows for infection with multiple protozoan parasites. As the main focus of the thesis, analysis of G. duodenalis-induced barrier breakdown in ODMs was performed on transcriptional, protein and functional level. Infection of human duodenal, organoid-derived monolayers resulted in a time- and dose-dependent breakdown of epithelial barrier function. Barrier permeability increases were observed ranging from ions to macromolecules as measured by transepithelial electrical resistance and Dextran flux. Inhibition of previously proposed key pathogen-induced pathways observed in immortalized cell models did not rescue barrier dysfunction. We could instead show changes in ion homeostasis, and tight junctional breakdown. While none of the previously proposed effector pathways appeared to be responsible, we could pin-point the observed phenotype to activation of the cAMP/PKA/CREB signaling pathway, as one of the factors of the multifactorial barrier breakdown. The establishment of an organoid-derived infection model is shown, allowing the study of in vitro Giardia duodenalis infections. Using this model, we could decipher a new series of events that may be one of the factors causing the intestinal barrier breakdown observed in symptomatic Giardiasis.