Population genetic studies in the parasitic nematode Onchocerca ochengi

Abstract

The filarial nematode Onchocerca ochengi is a nodule forming parasite of cattle and very closely related to the human parasite Onchocerca volvulus, the causative agent of river blindness. Both species are endemic in tropical and subtropical parts of Africa and share the same vectors which are blackflies of the Simulium damnosum complex. It is technically and ethically easier to study the basic biology of a pathogen in an animal model, likein this case the bovine parasite O. ochengithan in humans. To get better insights in the population structure and reproductive behavior of O. ochengi, the studies in this thesis make use of nuclear and mitochondrial molecular genetic markers. First I established methods for genotyping individual O. ochengi adults, embryos and microfilariae at single copy loci and I identified regions containing single nucleotide polymorphisms that could serve as molecular markers. I used these markers and method to determine parent offspring relationships. I showed that females often produce offspring from multiple males simultaneously. Most of the time, but not always, these putative fathers were still found in the nodules at the time their progeny was ready to hatch. This indicates that males, although they can leave nodules, tend to stay with a particular female for extended periods of time. I was able to assign a large fraction of microfilariae isolated from a skin sample to their parents and thereby show that different females contribute variably to the pool of skin microfilariae. Furthermore I showed that cattle is the vertebrate host of Onchocerca sp. „Siisa‟, a form of Onchocercapreviously described only in the vector O. sp. „Siisa‟ had been separated from other species of Onchocerca based on (only maternally inherited) mitochondrial DNA sequences. Using the bi-parentally inherited nuclear markers, I showed that O. sp. „Siisa‟ interbreeds freely with O. ochengiand therefore belongs to this species.

Die zu den Nematoden gehörende Filarienart Onchocerca ochengi ist ein Knoten bildender Rinderparasit und sehr nah verwandt mit dem Parasiten des Menschen Onchocerca volvulus, Verursacher der Flussblindheit. Beide Arten sind im tropischen und subtropischen Afrika endemisch und teilen die gleichen Vektoren, nämlich Kriebelmücken des Simulium damnosumKomplex. Es ist technisch und ethisch einfacher die grundlegende Biologie eines Pathogens in einem Tiermodell, in diesem Fall der Rinder Parasit O. ochengi, als im Menschen zu untersuchen. Um bessere Einblicke in die Populationsstruktur und das Fortpflanzungs Verhalten von O. ochengi zu erhalten, werden für diese Arbeit nukleäre und mitochondrielle Marker genutzt. Zunächst habe ich die Methoden zur Genotypisierung von einzelnen O. ochengi Adulten, Embryonen und Mikrofilarien auf EinzelkopieNiveauetabliert und Regionen bestimmt, an denen Einzel Nukleotide Polymorphismen auftreten, die als molekulare Marker dienen. Diese Methoden und Marker habe ich genutzt um Eltern-Nachwuchs-Verhältnisse zu bestimmen. Dabei ergab sich, dass Weibchen oft Nachkommen von mehreren Männchen gleichzeitig haben. Meistens, aber nicht immer, sind diese vermutlichen Väter noch in den Knoten zu finden, wenn ihre Nachkommen bereit sind zu schlüpfen. Das zeigt, dass Männchen, obwohl sie die Knoten verlassen können, dazu tendieren für eine gewisse Zeit bei einem Weibchen zu bleiben. Ich konnte einen großen Anteil der Mikrofilarien aus einer Hautprobe ihren Eltern zuzuordnen und dabei zeigen, dass verschiedene Weibchen zu unterschiedlichen Anteilen zum Gesamtreservoir der Hautmikrofilarien beitragen. Des Weiteren konnte ich nachweisen, dass Rinder die Endwirte von Onchocerca sp. ‚Siisa„ sind. Letztere ist eine Form von Onchocerca die bisher nur im Vektor beschrieben wurde und aufgrund von (mütterlich vererbten) mitochondriellen DNS Sequenzen von anderen Onchocerca Arten abgegrenzt wurde. Mit Hilfe der biparental vererbten Nukleären Markern zeigte ich, dass O. sp. ‚Siisa„ frei mit O.ochengikreuzen und daher der gleichen Art angehören.