Motorisches Lernen in Drosophila melanogaster

In der vorliegenden Arbeit wurden die durch Training induzierten motorischen Gedächtnisleistungen der Taufliege Drosophila melanogaster beim Überklettern von acht symmetrisch verteilten Lücken auf einem rotierenden Ring untersucht. Durch den auf sie einwirkenden optischen Fluss der vorbeiziehenden äußeren Umgebung wurden die Fliegen angeregt, diesem optomotorischen Reiz entgegenzuwirken und die Lücken laufend zu überqueren. Durch Training verbessert und langfristig gelernt wird die kompensatorische Lückenüberquerung X+ gegen die Rotation. In der aus diesem Training erhaltenen Lernkurve war eine überdurchschnittlich hohe Leistungsverbesserung nach einem einzigen Trainingslauf mit einem zeitlichen Bestand von ca. 40 Minuten abzulesen, um danach vom motorischen Gedächtnisspeicher trainierter Fliegen nicht mehr abgerufen werden zu können. Nach einer Ruhephase von einem bis mehreren Tagen wurden die Fliegen auf mögliche Langzeitlernleistungen untersucht und diese für verschiedene Intervalle nachgewiesen. Sowohl die Leistungsverbesserung während des Trainings, als auch der Lerneffekt nach 24h bleiben in mutanten rutabaga2080 sowie rut1 Fliegen aus. Betroffen ist das Gen der Adenylylzyklase I, ein Schlüsselprotein der cAMP-Signalkaskade, die u.a. im olfaktorischen und visuellen Lernen gebraucht wird. Damit ergab sich die Möglichkeit die motorischen Gedächtnisformen durch partielle Rettung zu kartieren. Die motorische Gedächtniskonsolidierung ist schlafabhängig. Wie sich herausstellte, benötigen WTB Fliegen nur eine Dunkelphase von 10h zwischen einem ersten Trainingslauf und einem Testlauf um signifikante Leistungssteigerungen zu erzielen. In weiterführenden Versuchen wurden die Fliegen nachts sowie tagsüber mit einer LED-Lampe oder in einer Dunkelkammer, mit einem Kreisschüttler oder einer Laborwippe depriviert, mit dem Ergebnis, dass nur jene Fliegen ihre Leistung signifikant gegenüber einem ersten Trainingslauf verbessern konnten, welche entweder ausschließlich der Dunkelheit ausgesetzt waren oder welchen die Möglichkeit gegeben wurde, ein Gedächtnis zunächst in einer natürlichen Schlafphase zu konsolidieren (21Uhr bis 7Uhr MEZ). In weiteren Experimenten wurden die experimentellen Bedingungen entweder während des Trainings oder des Tests auf eine Fliege und damit verbunden auf eine erst durch das Training mögliche motorische Gedächtniskonsolidierung einwirken zu können, untersucht. Dazu wurden die Experimentparameter Lückenweite, Rotationsrichtung des Lückenringes, Geschwindigkeit des Lückenringes sowie die Verteilung der acht Lücken auf dem Ring (symmetrisch, asymmetrisch) im Training oder beim Gedächtnisabruf im Testlauf verändert. Aus den Ergebnissen kann geschlussfolgert werden, dass die Lückenweite langzeitkonsolidiert wird, die Rotationsrichtung kurzzeitig abgespeichert wird und die Drehgeschwindigkeit motivierend auf die Fliegen wirkt. Die symmetrische Verteilung der Lücken auf dem Ring dient der Langzeitkonsolidierung und ist als Trainingseingang von hoher Wichtigkeit. Mit Hilfe verschiedener Paradigmen konnten die Leistungsverbesserungen der Fliegen bei Abruf eines Kurz- bzw. Langzeitgedächtnisses hochauflösend betrachtet werden (Transfer). Die Konzentration, mit der eine WTB Fliege eine motorische Aufgabe - die Überquerung von Lücken entgegengesetzt der Rotationsrichtung - durchführt, konnte mit Hilfe von Distraktoreizen bestimmt werden. Wie sich herausstellte, haben Distraktoren einen Einfluss auf die Erfolgsquote einer Überquerung, d.h. mit zunehmender Distraktionsstärke nahm die Wahrscheinlichkeit einer Lückenüberquerung ab. Die Ablenkungsreize wirkten sich weiterhin auf die Vermessung einer Lücke aus, in dem entweder "peering"-artigen Bewegungen im Training durchgeführt wurden oder je nach Reizstärke ausschließlich nur jene Lücken vermessen wurden, welche auch überquert werden sollten.

Funktionsaufklärung von Atmungsproteinen in Insekten

Globine sind kleine globuläre Proteine mit nahezu ubiquitärem Vorkommen in allen Tiergruppen. Sie weisen eine typische Sandwichstruktur auf, die in der Regel aus acht α-Helices mit einer zentralen prosthetischen Häm-Gruppe besteht und die Proteine zur Bindung gasförmiger Liganden befähigt. Die Funktionen der Globine reichen von O2-Transport und – Speicherung, über eine Beteiligung bei der Entgiftung reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffspezies bis hin zu sensorischen physiologischen Aufgaben. Innerhalb der Klasse der Insekten schien das Vorhandensein von Globinen zunächst auf Insekten mit offensichtlich hypoxischen Habitaten beschränkt zu sein. Die Entdeckung des Globins glob1 in Drosophila melanogaster deutete jedoch eine sehr viel weitere Verbreitung der Globine in Insekten an, die sich durch die Identifizierung von Globingenen in einer Vielzahl von normoxisch lebenden Insekten, wie z.B. Apis mellifera oder Aedes aegypti bestätigte. D. melanogaster besitzt drei Globine, glob1, glob2 und glob3. Glob1 ist eng mit anderen intrazellulären Insektenglobinen verwandt, was zu der Annahme führte, dass es sich bei glob1 um das ursprüngliche und bei glob2 und glob3 um abgeleitete D. melanogaster Globine handelt. Glob1 wird in allen Entwicklungsstadien exprimiert, wobei die Hauptexpressionsorte der Fettkörper und das Tracheensystem sind. Die Transkription des glob1 startet von zwei alternativen Promotoren (Promotor I und II), wodurch in Kombination mit alternativem Splicing vier Transkriptvarianten (Isoform A-D) entstehen, deren Translation jedoch in einer Proteinvariante (glob1) resultiert. Hypoxische Bedingungen führen zu einer vermutlich HIF (=‚hypoxia-inducible factor‘) -vermittelten Abnahme der glob1 Genexpression, wohingegen Hyperoxie eine leichte Zunahme der glob1 mRNA Menge bewirkt. Der mithilfe des UAS/Gal4- Systems erzeugte, RNAi-vermittelte glob1 Knockdown führt zu einer schlechteren Überlebensrate adulter Fliegen unter hypoxischen Bedingungen, einer verkürzten Erholungszeit nach hypoxischem Stupor in Weibchen sowie zu einer erhöhten Resistenz gegenüber dem ROS (=‘reactive oxygen species‘) -generierenden Herbizid Paraquat in Larven und adulten Weibchen. Diese Beobachtungen sprechen für eine Funktion des Drosophila glob1 innerhalb der O2-Versorgung. Unter hyperoxischen Bedingungen hingegen wurde kein Unterschied zwischen Fliegen mit wildtypischer und manipulierter glob1-Expression festgestellt, wodurch eine Beteiligung des glob1 bei der Entgiftung reaktiver Sauerstoffspezies als mögliche Funktion vorerst ausscheidet. Bei glob2 und glob3 handelt es sich um duplizierte Gene. Auf phylogenetischen Rekonstruktionen basierend konnte die Entstehung der Globin-Duplikate auf ein Duplikationsereignis vor der Radiation des Subgenus Sophophora vor mindestens 40 Millionen Jahren zurückgeführt werden. Die durchgeführten Analysen zur molekularen Sequenzevolution der Globin-Duplikate deuten darauf hin, dass glob2 und glob3 nach der Duplikation eine Kombination aus Sub- und Neo-Funktionalisierungsprozessen durchlaufen haben. Glob2 und glob3 zeigen eine deckungsgleiche mRNA Expression, die auf die männliche Keimbahn beschränkt ist. Aufgrund des hohen Konservierungsgrads der für die Häm- und O2-Bindung essentiellen Aminosäuren kann von der Funktionalität beider Proteine ausgegangen werden. Die streng auf die männliche Keimbahn begrenzte Expression von glob2 und glob3 deutet auf eine Rolle der Globin-Duplikate innerhalb der Spermatogenese hin, die möglicherweise in einem Schutz der Spermatogenese vor oxidativem Stress besteht. Auch eine Beteiligung beim korrekten Ablauf der Spermien-Individualisierung, beispielsweise durch Regulation von Apoptoseprozessen wäre denkbar.

Kurzzeit-Orientierungsstrategien in Drosophila melanogaster

Tiere müssen Nahrung, Fortpflanzungspartner oder eine angenehme Umgebung finden und gleichzeitig eventuellen Gefahren aus dem Weg gehen. Eine effektive Orientierungsstrategie stellt für sie einen enormen Vorteil dar, vor allem wenn sie sich in einer komplexen Umwelt bewegen. Eine bisher unbekannte Art, die Orientierung zu optimieren, wird in dieser Arbeit vorgestellt. Sie analysiert, wie sich Taufliegen in einem Temperatur- Gradienten sowie in einer visuell geprägten Umwelt orientieren. Die dabei gefundene Orientierungsstrategie wird als „Memotaxis“ bezeichnet. Sie basiert auf der Integration von Informationen entlang der Wegstrecke, was dazu führt, dass die eingeschlagene Richtung proportional zum positiven Feedback immer stereotyper beibehalten wird. Obwohl die Memotaxis perfekt für die Orientierung in verrauschten Gradienten geeignet ist, wurde ihre Existenz in Situationen mit wenig Rauschen nachgewiesen. Die Strategie führt im Temperaturgradienten dazu, dass Fliegen umso weiter über ein Temperaturoptimum hinweg laufen, je weiter sie vorher darauf zuliefen. Beim Anlauf visueller Stimuli zeigen sie ein ähnliches Verhalten. Je weiter sie auf eine Landmarke zulaufen, desto länger dauert es, bis sie nach deren Verschwinden von dieser Richtung abweichen. Dies gilt auch dann, wenn man gleichzeitig mit dem Verschwinden der Landmarke der Fliege eine andere anbietet. Memotaxis sollte bei vielen Tieren eine gewichtige Rolle spielen, bei der Taufliege können durch die verfügbaren genetischen Methoden zusätzlich die dafür relevanten Gehirnzentren und die biochemischen Komponenten gefunden werden. Der Ellipsoidkörper des Zentralkomplexes ist für die Memotaxis in visuellen Umgebungen notwendig.rnDas Verhalten auf einem vertikalen Laufband wurde analysiert, vor allem im Hinblick auf die adaptive Termination dieses Verhaltens. Die Fliegen erkannten lange Zeit nicht, dass ihr Verhalten nicht zielführend ist und liefen stereotyp und ohne voranzukommen nach oben. Dieses Verhalten wird sogar noch verstärkt, wenn man das visuelle Feedback für die Bewertung ihres Verhaltens verstärkt. rn

Neuronale Netzwerke des Zentralkomplexes und ein räumliches Arbeitsgedächtnis von Drosophila melanogaster

Zielgerichtete Orientierung ermöglicht es Lebewesen, überlebenswichtige Aufgaben, wie die Suche nach Ressourcen, Fortpflanzungspartnern und sicheren Plätzen zu bewältigen. Dafür ist es essentiell, die Umgebung sensorisch wahrzunehmen, frühere Erfahrungen zu speichern und wiederabzurufen und diese Informationen zu integrieren und in motorische Aktionen umzusetzen.rnWelche Neuronengruppen vermitteln zielgerichtete Orientierung im Gehirn einer Fliege? Welche sensorischen Informationen sind in einem gegebenen Kontext relevant und wie werden diese Informationen sowie gespeichertes Vorwissen in motorische Aktionen übersetzt? Wo findet im Gehirn der Übergang von der sensorischen Verarbeitung zur motorischen Kontrolle statt? rnDer Zentralkomplex, ein Verbund von vier Neuropilen des Zentralhirns von Drosophila melanogaster, fungiert als Übergang zwischen in den optischen Loben vorverarbeiteten visuellen Informationen und prämotorischem Ausgang. Die Neuropile sind die Protocerebralbrücke, der Fächerförmige Körper, der Ellipsoidkörper und die Noduli. rnIn der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass Fruchtfliegen ein räumliches Arbeitsgedächtnis besitzen. Dieses Gedächtnis kann aktuelle visuelle Information ersetzen, wenn die Sicht auf das Zielobjekt verloren geht. Dies erfordert die sensorische Wahrnehmung von Zielobjekten, die Speicherung der Position, die kontinuierliche Integration von Eigen-und Objektposition, sowie die Umsetzung der sensorischen Information in zielgerichtete Bewegung. Durch konditionale Expression von Tetanus Toxin mittels des GAL4/UAS/GAL80ts Systems konnte gezeigt werden, dass die Ringneurone, welche in den Ellipsoidkörper projizieren, für das Orientierungsgedächtnis notwendig sind. Außerdem konnte gezeigt werden, dass Fliegen, denen die ribosomale Serinkinase S6KII fehlt, die Richtung verlieren, sobald keine Objekte mehr sichtbar sind und, dass die partielle Rettung dieser Kinase ausschließlich in den Ringneuronenklassen R3 und R4d hinreichend ist, um das Gedächtnis wieder herzustellen. Bei dieser Gedächtnisleistung scheint es sich um eine idiothetische Form der Orientierung zu handeln. rn Während das räumliche Arbeitsgedächtnis nach Verschwinden von Objekten relevant ist, wurde in der vorliegende Arbeit auch die Vermittlung zielgerichteter Bewegung auf sichtbare Objekte untersucht. Dabei wurde die zentrale Frage bearbeitet, welche Neuronengruppen visuelle Orientierung vermitteln. Anhand von Gehirnstrukturmutanten konnte gezeigt werden, dass eine intakte Protocerebralbrücke notwendig ist, um Laufgeschwindigkeit, Laufaktivität und Zielgenauigkeit bei der Ansteuerung visueller Stimuli korrekt zu vermitteln. Dabei scheint das Horizontale Fasersystem, welches von der Protocerebralbrücke über den Fächerförmigen Körper auf den Zentralkomplex assoziierte Neuropile, die Ventralkörper, projiziert, notwendig für die lokomotorische Kontrolle und die zielgenaue Bewegung zu sein. Letzeres konnte zum einen durch Blockade der synaptischen Transmission anhand konditionaler Tetanus Toxin Expression mittels des GAL4/UAS/GAL80ts Systems im Horizontalen Fasersystem gezeigt werden;. zum anderen auch durch partielle Rettung der in den Strukturmutanten betroffenen Gene. rn Den aktuellen Ergebnissen und früheren Studien folgend, ergibt sich dabei ein Modell, wie zielgerichtete Bewegung auf visuelle Stimuli neuronal vermittelt werden könnte. Nach diesem Modell bildet die Protocerebralbrücke die Azimuthpositionen von Objekten ab und das Horizontale Fasersystem vermittelt die entsprechende lokomotorische Wo-Information für zielgerichtete Bewegungen. Die Eigenposition in Relation zum Zielobjekt wird über die Ringneurone und den Ellipsoidkörper vermittelt. Wenn das Objekt aus der Sicht verschwindet, kann die Relativposition ideothetisch ermittelt werden und integriert werden mit Vorinformation über das Zielobjekt, die im Fächerförmigen Körper abgelegt ist (Was-Information). Die resultierenden Informationen könnten dann über das Horizontale Fasersystem in den Ventralkörpern auf absteigende Neurone gelangen und in den Thorax zu den motorischen Zentren weitergeleitet werden.rn

Presenza e diffusione della Leishmaniosi e dei suoi vettori in provincia di Rieti

Nel presente studio ci si è proposti di valutare la presenza e diffusione della leishmaniosi in una provincia dell’Italia centrale (Rieti) che, per caratteristiche ambientali (prevalentemente montuosa, clima freddo-secco) poco sembra prestarsi al ciclo della malattia. A questo scopo sono stati calcolati: i) sieroprevalenza grezza nella popolazione canina (2006-2013) e prevalenza media annuale ii) casi di leishmaniosi viscerale (LV) e cutanea (LC) (2000-2013). Catture di flebotomi sono state effettuate per due stagioni consecutive (2011-2012) per ogni sito sono stati registrati i dati climatici (temperatura, umidità etc.) ed altitudine. I flebotomi sono stati sottoposti a ricerca di Leishmania mediante PCR. La sieroprevalenza grezza per leishmania varia da 0 a 76,9% e la prevalenza media annuale non presenta un trend lineare. Sono stati registrati 6 casi di LV tutti in pazienti italiani tutti residenti in provincia di Rieti. I flebotomi sono stati rilevati in 5 dei 6 siti monitorati fino agli 800 m s.l.m., seppur con basse densità. Sono state identificate le seguenti specie: P. perniciosus (6,4 %), P. perfiliewi (1,8%), P. mascittii (0,1%) e S. minuta (91,7 %). E’ stata rilevata una correlazione statisticamente significativa (r=0,69, p<0,001) tra numero di flebotomi e temperatura giornaliera (Tmed°C) ed una correlazione negativa significativa (r= -0,51, p<0,05) con l’umidità relativa (Umed%). La ricerca di leishmania ha dato esito negativo in tutti i flebotomi analizzati. Questi rilievi suggeriscono l’endemia della leishmaniosi nella provincia di Rieti.

Physiologie eines erlernten Körpermodells in Drosophila melanogaster

In der vorliegenden Dissertation wird ein Körpergrößengedächtnis untersucht. Es wird dargestellt, wie diese Information über die Reichweite der Fliege beim Lückenklettern unter kotrollierten Umweltbedingungen erworben und prozessiert wird. Zusätzlich wird geklärt, welche biochemischen Signale benötigt werden, um daraus ein lang anhalten-des Gedächtnis zu formen. Adulte Fliegen sind in der Lage, ihre Körperreichweite zu lernen. Naive Fliegen, die in der Dunkelheit gehalten wurden, versuchen erfolglos, zu breite Lücken zu überqueren, während visuell erfahrene Fliegen die Kletterversuche an ihre Körpergröße anpassen. Erfahrene kleine Fliegen scheinen Kenntnis ihres Nachteils zu haben. Sie kehren an Lückenbreiten um, welche ihre größeren Artgenos-sen durchaus noch versuchen. Die Taufliegen lernen die größenabhängige Reichweite über die visuelle Rückmeldung während des Laufens (aus Parallaxenbewegung). Da-bei reichen 15 min in strukturierter, heller Umgebung aus. Es gibt keinen festgelegten Beginn der sensiblen Phase. Nach 2 h ist das Gedächtnis jedoch konsolidiert und kann durch Stress nicht mehr zerstört oder durch sensorische Eingänge verändert werden. Dunkel aufgezogene Fliegen wurden ausgewählten Streifenmustern mit spezifischen Raumfrequenzen ausgesetzt. Nur die Insekten, welche mit einem als „optimal“ klassi-fizierten Muster visuell stimuliert wurden, sind in der Lage, die Körperreichweite einzu-schätzen, indem die durchschnittliche Schrittlänge in Verbindung mit der visuellen Wahrnehmung gebracht wird. Überraschenderweise ist es sogar mittels partieller Kompensation der Parallaxen möglich, naive Fliegen so zu trainieren, dass sie sich wie kleinere Exemplare verhalten. Da die Experimente ein Erlernen der Körperreich-weite vermuten lassen, wurden lernmutante Stämme beim Lückenüberwinden getes-tet. Sowohl die Ergebnisse von rut1- und dnc1-Mutanten, als auch das defizitäre Klet-tern von oc1-Fliegen ließ eine Beteiligung der cAMP-abhängigen Lernkaskade in der Protocerebralbrücke (PB) vermuten. Rettungsexperimente der rut1- und dnc1-Hinter-gründe kartierten das Gedächtnis in unterschiedliche Neuronengruppen der PB, wel-che auch für die visuelle Ausrichtung des Kletterns benötigt werden. Erstaunlicher-weise haben laterale lokale PB-Neurone und PFN-Neurone (Projektion von der PB über den fächerförmigen Körper zu den Noduli) verschiedene Erfordernisse für cAMP-Signale. Zusammenfassend weisen die Ergebnisse darauf hin, dass hohe Mengen an cAMP/PKA-Signalen in den latero-lateralen Elementen der PB benötigt werden, wäh-rend kolumnäre PFN-Neurone geringe oder keine Mengen an cAMP/PKA erfordern. Das Körperreichweitengedächtnis ist vermutlich das am längsten andauernde Ge-dächtnis in Drosophila. Wenn es erst einmal konsolidiert ist hält es länger als drei Wo-chen.rnAußerdem kann die Fruchtliege Drosophila melanogaster trainiert werden, die kom-plexe motorische Aufgabe des Lückenkletterns zu optimieren. Die trainierten Fliegen werden erfolgreicher und schneller beim Überqueren von Lücken, welche größer sind als sie selbst. Dabei existiert eine Kurzeitkomponente (STM), die 40 min nach dem ersten Training anhält. Nach weiteren vier Trainingsdurchläufen im Abstand von 20 min wird ein Langzeitgedächtnis (LTM) zum Folgetag geformt. Analysen mit Mutati-onslinien wiesen eine Beteiligung der cAMP-abhängigen Lernkaskade an dieser Ge-dächtnisform auf. Rettungsexperimente des rut2080-Hintergrunds kartierten sowohl das STM, als auch das LTM in PFN-Neuronen. Das STM kann aber ebenso in den alpha- und beta- Loben der Pilzkörper gerettet werden.rnLetztendlich sind wildtypische Fliegen sogar in der Lage, sich an einen Verlust eines Mittelbeintarsuses und dem einhergehenden Fehlen des Adhäsionsorgans am Tarsusende anzupassen. Das Klettern wird zwar sofort schlechter, erholt sich aber bis zum Folgetag wieder auf ein normales Niveau. Dieser neue Zustand erfordert ein Ge-dächtnis für die physischen Möglichkeiten, die nur durch plastische Veränderungen im Nervensystem des Insekts erreicht werden können.

Can wild ungulate carcasses provide enough biomass to maintain avian scavenger populations? An empirical assessment using a bio-inspired computational model

Background The reduction in the amount of food available for European avian scavengers as a consequence of restrictive public health policies is a concern for managers and conservationists. Since 2002, the application of several sanitary regulations has limited the availability of feeding resources provided by domestic carcasses, but theoretical studies assessing whether the availability of food resources provided by wild ungulates are enough to cover energetic requirements are lacking. Methodology/Findings We assessed food provided by a wild ungulate population in two areas of NE Spain inhabited by three vulture species and developed a P System computational model to assess the effects of the carrion resources provided on their population dynamics. We compared the real population trend with to a hypothetical scenario in which only food provided by wild ungulates was available. Simulation testing of the model suggests that wild ungulates constitute an important food resource in the Pyrenees and the vulture population inhabiting this area could grow if only the food provided by wild ungulates would be available. On the contrary, in the Pre-Pyrenees there is insufficient food to cover the energy requirements of avian scavenger guilds, declining sharply if biomass from domestic animals would not be available. Conclusions/Significance Our results suggest that public health legislation can modify scavenger population trends if a large number of domestic ungulate carcasses disappear from the mountains. In this case, food provided by wild ungulates could be not enough and supplementary feeding could be necessary if other alternative food resources are not available (i.e. the reintroduction of wild ungulates), preferably in European Mediterranean scenarios sharing similar and socio-economic conditions where there are low densities of wild ungulates. Managers should anticipate the conservation actions required by assessing food availability and the possible scenarios in order to make the most suitable decisions.

Skin-infiltrating T cells and cytokine expression in Icelandic horses affected with insect bite hypersensitivity: a possible role for regulatory T cells

Equine insect bite hypersensitivity (IBH) is a seasonally recurrent, pruritic skin disorder caused by an IgE-mediated reaction to salivary proteins of biting flies, predominantly of the genus Culicoides. The aim of this study was to define T cell subsets and cytokine profile in the skin of IBH-affected Icelandic horses with particular focus on the balance between T helper (Th) 1, Th2 and T regulatory (Treg) cells. Distribution and number of CD4+, CD8+ and Forkhead box P3 (FoxP3)+ T cells were characterized by immunohistochemical staining in lesional and non-lesional skin of moderately and severely IBH-affected horses (n=14) and in the skin of healthy control horses (n=10). Using real-time quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction, mRNA expression levels of Th2 cytokines (Interleukin (IL)-4, IL-5, IL-13), Th1 cytokines (Interferon-gamma), regulatory cytokines (Transforming Growth Factor beta1, IL-10) and the Treg transcription factor FoxP3 were measured in skin and blood samples. Furthermore, Culicoides nubeculosus specific serum IgE levels were assessed. Lesions of IBH-affected horses contained significantly higher numbers of CD4+ cells than skin of healthy control horses. Furthermore, the total number of T cells (CD4+ and CD8+) was significantly increased in lesional compared to non-lesional skin and there was a tendency (p=0.07) for higher numbers of CD4+ cells in lesional compared to non-lesional skin. While the number of FoxP3+ T cells did not differ significantly between the groups, the ratio of Foxp3 to CD4+ cells was significantly lower in lesions of severely IBH-affected horses than in moderately affected or control horses. Interestingly, differences in FoxP3 expression were more striking at the mRNA level. FoxP3 mRNA levels were significantly reduced in lesional skin, compared both to non-lesional and to healthy skin and were also significantly lower in non-lesional compared to healthy skin. Expression levels of IL-13, but not IL-4 or IL-5, were significantly elevated in lesional and non-lesional skin of IBH-affected horses. IL-10 levels were lower in lesional compared to non-lesional skin (p=0.06) and also lower (p=0.06) in the blood of IBH-affected than of healthy horses. No significant changes were observed regarding blood expression levels of Th1 and Th2 cytokines or FoxP3. Finally, IBH-affected horses had significantly higher Culicoides nubeculosus specific serum IgE levels than control horses. The presented data suggest that an imbalance between Th2 and Treg cells is a characteristic feature in IBH. Treatment strategies for IBH should thus aim at restoring the balance between Th2 and Treg cells.

A venom-derived neurotoxin, CsTx-1, from the spider Cupiennius salei exhibits cytolytic activities

CsTx-1, the main neurotoxic acting peptide in the venom of the spider Cupiennius salei, is composed of 74 amino acid residues, exhibits an inhibitory cysteine knot motif, and is further characterized by its highly cationic charged C terminus. Venom gland cDNA library analysis predicted a prepropeptide structure for CsTx-1 precursor. In the presence of trifluoroethanol, CsTx-1 and the long C-terminal part alone (CT1-long; Gly-45-Lys-74) exhibit an α-helical structure, as determined by CD measurements. CsTx-1 and CT1-long are insecticidal toward Drosophila flies and destroys Escherichia coli SBS 363 cells. CsTx-1 causes a stable and irreversible depolarization of insect larvae muscle cells and frog neuromuscular preparations, which seem to be receptor-independent. Furthermore, this membranolytic activity could be measured for Xenopus oocytes, in which CsTx-1 and CT1-long increase ion permeability non-specifically. These results support our assumption that the membranolytic activities of CsTx-1 are caused by its C-terminal tail, CT1-long. Together, CsTx-1 exhibits two different functions; as a neurotoxin it inhibits L-type Ca(2+) channels, and as a membranolytic peptide it destroys a variety of prokaryotic and eukaryotic cell membranes. Such a dualism is discussed as an important new mechanism for the evolution of spider venomous peptides.

Coprological study on intestinal helminths in Swiss dogs: temporal aspects of anthelminthic treatment

Coproscopic examination of 505 dogs originating from the western or central part of Switzerland revealed the presence (prevalence data) of the following helminthes: Toxocara canis (7.1%), hookworms (6.9%), Trichuris vulpis (5.5%), Toxascaris leonina (1.3%), Taeniidae (1.3%), Capillaria spp. (0.8%), and Diphyllobothrium latum (0.4%). Potential risk factors for infection were identified by a questionnaire: dogs from rural areas significantly more often had hookworms and taeniid eggs in their feces when compared to urban family dogs. Access to small rodents, offal, and carrion was identified as risk factor for hookworm and Taeniidae, while feeding of fresh and uncooked meat did not result in higher prevalences for these helminths. A group of 111 dogs was treated every 3 months with a combined medication of pyrantel embonate, praziquantel, and febantel, and fecal samples were collected for coproscopy in monthly intervals. Despite treatment, the yearly incidence of T. canis was 32%, while hookworms, T. vulpis, Capillaria spp., and Taeniidae reached incidences ranging from 11 to 22%. Fifty-seven percent of the 111 dogs had helminth eggs in their feces at least once during the 1-year study period. This finding implicates that an infection risk with potential zoonotic pathogens cannot be ruled out for the dog owner despite regular deworming four times a year.

Rapid diagnosis and quantification of Francisella tularensis in organs of naturally infected common squirrel monkeys (Saimiri sciureus)

Francisella tularensis, a small Gram-negative facultative intracellular bacterium, is the causative agent of tularaemia, a severe zoonotic disease transmitted to humans mostly by vectors such as ticks, flies and mosquitoes. The disease is endemic in many parts of the northern hemisphere. Among animals, the most affected species belong to rodents and lagomorphs, in particular hares. However, in the recent years, many cases of tularaemia among small monkeys in zoos were reported. We have developed a real-time PCR that allows to quantify F. tularensis in tissue samples. Using this method, we identified the spleen and the kidney as the most heavily infected organ containing up to 400 F. tularensis bacteria per simian host cell in two common squirrel monkeys (Saimiri sciureus) from a zoo that died of tularaemia. In other organs such as the brain, F. tularensis was detected at much lower titres. The strain that caused the infection was identified as F. tularensis subsp. holarctica biovar I, which is susceptible to erythromycin. The high number of F. tularensis present in soft organs such as spleen, liver and kidney represents a high risk for persons handling such carcasses and explains the transmission of the disease to a pathologist during post-mortem analysis. Herein, we show that real-time PCR allows a reliable and rapid diagnosis of F. tularensis directly from tissue samples of infected animals, which is crucial in order to attempt accurate prophylactic measures, especially in cases where humans or other animals have been exposed to this highly contagious pathogen.

A family of stage-specific alanine-rich proteins on the surface of epimastigote forms of Trypanosoma brucei

A 'two coat' model of the life cycle of Trypanosoma brucei has prevailed for more than 15 years. Metacyclic forms transmitted by infected tsetse flies and mammalian bloodstream forms are covered by variant surface glycoproteins. All other life cycle stages were believed to have a procyclin coat, until it was shown recently that epimastigote forms in tsetse salivary glands express procyclin mRNAs without translating them. As epimastigote forms cannot be cultured, a procedure was devised to compare the transcriptomes of parasites in different fly tissues. Transcripts encoding a family of glycosylphosphatidyl inositol-anchored proteins, BARPs (previously called bloodstream alanine-rich proteins), were 20-fold more abundant in salivary gland than midgut (procyclic) trypanosomes. Anti-BARP antisera reacted strongly and exclusively with salivary gland parasites and a BARP 3' flanking region directed epimastigote-specific expression of reporter genes in the fly, but inhibited expression in bloodstream and procyclic forms. In contrast to an earlier report, we could not detect BARPs in bloodstream forms. We propose that BARPs form a stage-specific coat for epimastigote forms and suggest renaming them brucei alanine-rich proteins.

Pollinator responses to variation in floral display and flower size in dioecious Sagittaria latifolia (Alismataceae)

In animal-pollinated plants with unisexual flowers, sexual dimorphism in floral traits may be the consequence of pollinator-mediated selection. Experimental investigations of the effects of variation in flower size and floral display on pollinator visitation can provide insights into the evolution of floral dimorphism in dioecious plants. Here, we investigated pollinator responses to experimental arrays of dioecious Sagittaria latifolia in which we manipulated floral display and flower size. We also examined whether there were changes in pollinator visitation with increasing dimorphism in flower size. In S. latifolia, males have larger flowers and smaller floral displays than females. Visitation by pollinators, mainly flies and bees, was more frequent for male than for female inflorescences and increased with increasing flower size, regardless of sex. The number of insect visits per flower decreased with increasing floral display in males but remained constant in females. Greater sexual dimorphism in flower size increased visits to male inflorescences but had no influence on the number of visits to female inflorescences. These results suggest that larger flower sizes would be advantageous to both females and males, and no evidence was found that females suffer from increased flower-size dimorphism. Small daily floral displays may benefit males by allowing extended flowering periods and greater opportunities for effective pollen dispersal.

Major surface glycoproteins of insect forms of Trypanosoma brucei are not essential for cyclical transmission by tsetse

Procyclic forms of Trypanosoma brucei reside in the midgut of tsetse flies where they are covered by several million copies of glycosylphosphatidylinositol-anchored proteins known as procyclins. It has been proposed that procyclins protect parasites against proteases and/or participate in tropism, directing them from the midgut to the salivary glands. There are four different procyclin genes, each subject to elaborate levels of regulation. To determine if procyclins are essential for survival and transmission of T. brucei, all four genes were deleted and parasite fitness was compared in vitro and in vivo. When co-cultured in vitro, the null mutant and wild type trypanosomes (tagged with cyan fluorescent protein) maintained a near-constant equilibrium. In contrast, when flies were infected with the same mixture, the null mutant was rapidly overgrown in the midgut, reflecting a reduction in fitness in vivo. Although the null mutant is patently defective in competition with procyclin-positive parasites, on its own it can complete the life cycle and generate infectious metacyclic forms. The procyclic form of T. brucei thus differs strikingly from the bloodstream form, which does not tolerate any perturbation of its variant surface glycoprotein coat, and from other parasites such as Plasmodium berghei, which requires the circumsporozoite protein for successful transmission to a new host.

Systematic Functional Analysis of BicD Serine Phosphorylation and Intragenic Suppression of a Female Sterile Allele of BicD

Protein phosphorylation is involved in posttranslational control of essentially all biological processes. Using mass spectrometry, recent analyses of whole phosphoproteomes led to the identification of numerous new phosphorylation sites. However, the function of most of these sites remained unknown. We chose the Drosophila Bicaudal-D protein to estimate the importance of individual phosphorylation events. Being involved in different cellular processes, BicD is required for oocyte determination, for RNA transport during oogenesis and embryogenesis, and for photoreceptor nuclei migration in the developing eye. The numerous roles of BicD and the available evidence for functional importance of BicD phosphorylation led us to identify eight phosphorylation sites of BicD, and we tested a total of 14 identified and suspected phosphoserine residues for their functional importance in vivo in flies. Surprisingly, all these serines turned out to be dispensable for providing sufficient basal BicD activity for normal growth and development. However, in a genetically sensitized background where the BicD(A40V) protein variant provides only partial activity, serine 103 substitutions are not neutral anymore, but show surprising differences. The S103D substitution completely inactivates the protein, whereas S103A behaves neutral, and the S103F substitution, isolated in a genetic screen, restores BicD(A40V) function. Our results suggest that many BicD phosphorylation events may either be fortuitous or play a modulating function as shown for Ser(103). Remarkably, amongst the Drosophila serines we found phosphorylated, Ser(103) is the only one that is fully conserved in mammalian BicD.