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Das Ausmaß der intensivmedizinischen Intervention führt gehäuft zu Diskussionen über deren Rechtfertigung, insbesondere in Bezug auf den individuellen Nutzen, die ökonomische und gesellschaftliche Bedeutung. Vor diesem Hintergrund lag der Fokus unserer Studie auf dem Outcome prolongiert intensiv-medizinisch behandelter Patienten und dessen Vorhersagbarkeit. Das Studienkollektiv bestand aus 256 Patienten, die in den Jahren 2006 und 2007 mindestens sieben Tage auf der internistischen Intensivstation in Greifswald behandelt wurden (Median=16d, IQR=20d). Die erforderlichen Daten wurden durch standardisierte telefonische Befragungen von Angehörigen, ehemaligen Patienten oder Betreuern und anhand von Patientenakten gewonnen. Die statistische Analyse erfolgte mit dem Symmetrietest nach Bowker, der Kaplan-Meier-Methode und der Diskriminanzanalyse. Das Durchschnittsalter der zu 70% männlichen Patienten lag bei 67 Jahren. Bei 72% bestand prähospital keine wesentliche Einschränkung des funktionellen Status und der Median der SAPS II-Werte bei der Aufnahme betrug 50 Punkte (IQR = 29 Pkt.). Die meisten Patienten wurden aufgrund einer respiratorischen Insuffizienz, einer Sepsis oder einer kardialen Insuffizienz behandelt. 24% aller Patienten sind auf der Intensivstation verstorben. Das erste Jahr nach der Aufnahme überlebten 41% aller erfassten Patienten, von denen bemerkenswerte 76% wieder nahezu den prähospitalen funktionellen Status erreichten. Dieser Status wurde durch einen modifizierten ADL-Index ermittelt. Insgesamt bestand bei den erfassten Patienten, ein Jahr nach der Aufnahme auf die Intensivstation, allerdings eine signifikante Verschlechterung der Activities of Daily Living (p=0,0002). Ergibt sich eine klinische Relevanz aus möglichen Prädiktoren für das Outcome? Das Outcome wurde anhand der 1-Jahres-Überlebenswahrscheinlichkeit und der erreichten Werte im modifizierten ADL-Index beurteilt. Die 1-Jahres-Überlebenswahrscheinlichkeit ist entsprechend der Diskriminanzanalyse durch die Kombination von SAPS II-Wert und Alter bei der Aufnahme abschätzbar. Die Ergebnisse der geschichteten Kaplan-Meier- Überlebenszeitanalyse nach diesen Einzelparametern untermauern deren Einfluss (p = 0,0001 bzw. 0,0035). Zur Prognose des funktionellen Status eignet sich die Kombination aus SAPS II-Wert und prähospitaler Mobilität, die anhand einer modifizierten Austrian Mobility Scale differenziert erfasst wurde. Die Fehlklassifikationsraten von 34% bzw. 32% zeigen jedoch, dass anhand der ermittelten Parameter keine hinreichend verlässliche Prognose möglich ist und ihnen in der klinischen Praxis lediglich orientierende Bedeutung zukommt. Es wird deutlich, dass die gründliche Diskussion und die gemeinsame Entscheidung über das Ausmaß der intensivmedizinischen Intervention im Einzelfall weiterhin den Königsweg bilden. Dazu schaffen die Resultate der Studie ein greifbares Fundament. Aufgrund der Relevanz im klinischen Alltag und des medizinischen Fortschritts sind weitere Untersuchungen insbesondere zu ethisch-psychologischen Aspekten anzustreben.
Weiterentwicklung eines Zellmodells zur Untersuchung der ischämischen Prä- und Postkonditionierung
(2012)
In der westlichen Welt zählen der Myokardinfarkt, bzw. die kardiovaskulären Erkrankungen, zu den häufigsten Todesursachen. Dies ist einer der Gründe, warum in den vergangenen Jahrzehnten intensiv nach Möglichkeiten gesucht wurde, die Folgen von Herzinfarkten zu minimieren. Grundlage für viele neuere Versuche war die Entdeckung, dass die Wiederdurchblutung des ischämischen Gewebes eine weitere Zellschädigung verursacht, genannt Reperfusionsschaden. Diese Zellen sterben nicht durch die Ischämie, sondern durch ein intrazelluläres Ungleichgewicht der Elektrolytkonzentrationen und einem ATP-Mangel. Es wurde gezeigt, dass man mit Hilfe von Präkonditionierung, später auch Postkonditionierung, diese Gruppe von Zellen vor dem Untergang schützen und somit das verbleibende Infarktareal verkleinern kann. Im Rahmen dieser experimentellen Arbeit wurde ein zellbasiertes Modell zur Erforschung der Postkonditionierung an Herzzellen so weiterentwickelt, dass Bestandteile der postulierten Signalkaskade der Postkonditionierung auch auf zellulärer Ebene erforscht werden können. Darüber hinaus ist es möglich, verschiedene Substanzen in ihrer Fähigkeit diesen Schutz auszulösen, zu untersuchen. Mit Hilfe einer immortalen Tumorzelllinie der Maus (HL-1-Zellen), die herzzellähnliche Eigenschaften besitzt, konnten Zellen so kultiviert werden, dass eine Vielzahl von Experimenten möglich wurde. Durch den Farbstoff TMRE, ein Marker für das mitochondriale Membranpotential, konnte bei Messungen mit der FACS-Technik eine gute Diskriminierung zwischen den toten und vitalen Zellen erreicht werden. Der Austausch des Nährmediums mit einem speziellen Puffer während der Experimente bewirkte, dass die Konzentration von Calcimycin, bei gleicher Wirkung, herabgesetzt werden konnte. Calcimycin ist ein Kalziumionophor, der den tödlichen Reperfusionsschaden auf der Basis einer Kalziumüberladung auslöst. So konnte anhand dieses Zellmodels die schützende Wirkung von BAY 58-2667 und Eplerenon auf ischämiegeschädigte Zellen bestätigt werden. Es konnte gezeigt werden, dass es ein Modell auf dieser Basis ermöglicht, Bestandteile der Signalkaskade zu identifizieren und Pharmaka auf ihren infarktgrößenreduzierenden Effekt zu testen. Die Methode stellt allerdings keinen Ersatz zu Tierexperimenten und klinischen Forschungen dar, dennoch ist sie eine gute Möglichkeit die Substanzen vorab auf ihre Tauglichkeit zu testen und somit gezielter Tierversuche durchzuführen.
In Ergänzung der Erfassung und Auswertung von Krebserkrankungen unter dem Aspekt der Vorsorge- und Gesundheitsplanung durch die epidemiologischen Krebsregister bieten klinische Krebsregister (KKR) durch patientenbezogene Analysen kompletter Behandlungsverläufe die Möglichkeit der Darstellung einer regionalen Versorgungsstruktur und Behandlungsqualität. Im Rahmen dieser Dissertation erfolgte eine Deskription der neudiagnostizierten Lungenkarzinom-Patienten des universitären Thoraxzentrums im Zeitraum 2005-2009 anhand der Daten des klinischen Krebsregisters des Tumorzentrums Vorpommern e.V., ergänzt durch die Daten des Klinikinformationssystems der Universitätsmedizin Greifswald. Bei den insgesamt 511 Patienten mit neudiagnostiziertem Lungenkarzinom zeigten sich hinsichtlich der Alters-, Stadien- und Histologieverteilungen ähnliche Ergebnisse wir in epidemiologischen Studien und den bundesdeutschen und landesweiten Registerdaten. Hinsichtlich der Therapieformen zeigte sich für die SCLC in allen Tumorstadien ein hoher Anteil an Chemotherapien. Bei den NSCLC überwog im Stadium I die primäre Operation. In den Stadien II und IIIA wurden bevorzugt multimodale Therapiekonzepte mit Operation und Chemotherapie durchgeführt. Im Stadium IIIB/IV nahm die palliative Chemotherapie den größten Stellenwert ein. Zudem gab es mit 25% einen hohen Anteil an best-supportive-care Konzepten. Die Prognose und Überlebensraten zeigten bei insgesamt schlechter Prognose stadienabhängige Unterschiede mit 1- und 5-JÜR von 80% bzw. 51% für das UICC-Stadium I bis zu 31% bzw. 7% für das Stadium IIIB/IV. Die Aufschlüsselung patientenbezogener Therapien ermöglicht eine stadien- und therapiebezogene Betrachtung der Krankheitsverläufe. Aufgrund geringer Fallzahlen in den Therapiegruppen ist kein Vergleich der Überlebenszeiten erfolgt. Hierzu bieten zukünftig Datenauswertungen des zentralen klinischen Krebsregisters in Mecklenburg-Vorpommern mit der Erfassung aller in diesem Bundesland therapierten Patienten Gelegenheit.
Die konventionelle Koronarangiografie ist bislang der Goldstandard in der Diagnostik der KHK. Neben ihrer methodisch bedingten Invasivität ist sie jedoch mit einer nicht unerheblichen Strahlen- und Kontrastmittelexposition für den Patienten verbunden. Eine potenzielle interventionelle Alternative zur konventionellen Koronarangiografie stellt die Rotationsangiografie dar. Hierbei erfolgt unter laufender Kontrastmittelinjektion (,,preload“) die herzbezogen isozentrische Rotation der Röntgenröhre mit einer Winkelgeschwindigkeit von 40°/Sek. transversal um den Patienten herum: für die linke Herzkranzarterie von LAO 50° bis RAO 30° in 20° kranialer Auslenkung und von RAO 30° bis LAO 90° in 20° kaudaler Auslenkung, sodann für die rechte Herzkranzarterie einmalig von RAO 30° bis LAO 90° ohne kraniokaudale Auslenkung. Das Ziel unserer Arbeit war primär zu untersuchen, ob in einem statistisch aussagefähigen, verbundenen Patientenkollektiv in klinischer Routine die Rotationsangiografie der konventionellen Koronarangiografie in der kardiologischen Diagnostik der KHK unterlegen sei und sekundär in welcher Weise sich Kontrastmittelvolumen und Strahlenexposition beider Untersuchungsmethoden im Vergleich zueinander verhalten. Von ursprünglich 235 Patienten konnten 16 Patienten aus medizinischen Sicherheitsgründen und 12 weitere Patienten aufgrund technisch-inadäquater Bildqualität der erhobenen Rotationsangiografien nicht in die vergleichende Analyse eingeschlossen werden. Die verbleibenden 207 Patientendatensätze, einschließlich ihrer konventionellen und Rotationsangiogramme, wurden pseudonymisiert und von 3 unabhängigen, erfahrenen Kardiologen beurteilt. Es zeigte sich eine hohe intraindividuelle diagnostische Übereinstimmung für beide Untersuchungsverfahren (Kappa-Werte von > 0.75 für jeden Kardiologen und jedes Koronarsegment). Darüber hinaus sah man eine signifikante Reduktion des Kontrastmittelverbrauchs während Rotationsangiografie im Vergleich zur konventionellen Koronarangiografie von 31.9 ± 4.5 zu 52.2 ± 8.0 ml (p<0.001) und ein signifikant geringeres Dosisflächenprodukt als Maß der Strahlenexposition von 5.0 ± 2.6 zu 11.5 ± 5.5 Gy  cm2 (p<0.001) zugunsten der Rotationsangiografie. Zusammenfassend stellt die Rotationsangiografie eine sichere und gut durchführbare Untersuchungsmethode in der Diagnostik einer KHK im klinischen Alltag dar. Sie ist der konventionellen Koronarangiografie in der diagnostischen Treffsicherheit nicht unterlegen und zeichnet sich durch eine wesentlich geringere Kontrastmittel- und Strahlenexposition während der Untersuchung aus.
Dilated Cardiomyopathy is a chronic myocardial disease characterized by progressive depression of contractile function and ventricular dilatation. It is the leading cause of heart failure and the most common reason for heart transplantation. Besides genetic causes, viral infection and autoimmune response are considered to play a major role in the etiology of the disease. Among different viruses that cause the disease, Coxsackievirus B3 (CVB3) is predominantly associated with the development and progression of the disease. Moreover, Coxsackievirus induced myocarditis in the mouse mimics human myocarditis and dilated cardiomyopathy. In the murine model, the disease progresses over a period of 90 days from acute myocarditis to chronic myocarditis and further develops into dilated cardiomyopathy and congestive heart failure. Though much is known about the progression of the disease, the molecular events occurring after infection with CVB3 are not completely understood. In the current study, comparative proteomic analysis of A.BY/SnJ mouse hearts 84 days post infection (84 d p.i.) with CVB3 and age-matched non-infected mouse hearts was performed. 2D-DIGE and gel-free LC-MS/MS were used to characterize the changes occurring at the molecular level and Western Blot analysis as well as immunohistochemical staining was carried out for validation of results. A total of 101 distinct proteins were identified as displaying dilated cardiomyopathy-associated changes in A.BY/SnJ mouse hearts 84 d p.i. compared to age matched controls. Comprehensive analysis by both DIGE and gel-free proteomics revealed proteins related to lipid metabolism (18%), carbohydrate metabolism (14%), cell morphogenesis (14%) and respiratory electron transport chain (9%) to display significantly altered levels in diseased mouse hearts. The significant increase in extracellular matrix proteins observed in mouse hearts 84 d p.i. indicated extensive fibrosis. On the other hand, proteins related to energy metabolism were identified at lower levels in infected mouse hearts than in controls. These proteomics data and the decrease in activities measured for complexes I-IV of the respiratory electron transport chain in A.BY/SnJ mouse hearts 84 d p.i compared to age matched controls, indicate a diminished energy supply in the dilated hearts of CVB3 infected mice. Furthermore, proteins associated with muscle contraction were identified at lower levels in mouse hearts 84 d p.i. compared to age matched controls indicating compromised myocardial contractility due to virus induced dilated cardiomyopathy. While extracellular matrix proteins and contractile proteins were identified in the DIGE analysis, proteins of lipid metabolism which are mostly mitochondrial in origin and have a pI > 7 were identified by gel-free proteomics indicating the advantages of both methods. Gel based analysis also aided in the identification of protein isoforms/ species which allows conclusions on post translational modifications and protein processing. Thus, the current study also identified infection related changes in the phosphorylation of selected proteins. Phosphospecific staining of the gels demonstrated increased phosphorylation of myosin regulatory light chain - ventricular isoform, actin - aortic smooth muscle isoform, heat shock protein 90B, and heat shock protein beta-1 in infected mouse hearts. Extensive degradation of proteins was not observed in the dilated heart. As described earlier, virus induced dilated cardiomyopathy develops over a period of 90 days in the murine model during which the mice also grow and undergo aging. Since aging is one of the factors influencing the susceptibility of animals to disease, age dependent changes in the proteome of mouse hearts were also studied by comparing 4 months old (84d) A.BY/SnJ mice with 1 month old mice as controls. Complementary analyses by 2D-DIGE and gel-free LC-MS/MS analysis revealed 96 distinct proteins displaying age associated differences in intensity. These proteins are related to lipid metabolism (19%), protein transport (17%) and electron transport chain (12%). Mitochondrial proteins such as carnitine-o-palmitoyltranferase 1, carnitine-o-palmitoyltranferase 2, and carnitine-O-acetyltransferase involved in lipid metabolism and transport were identified at significantly higher levels indicating higher energy demand in 4 months old mice compared to controls. This conclusion is complemented by observation of decreases in the levels of respiratory electron transport chain proteins especially of subunits of ATP synthase as a member of complex V. Furthermore, an increase in intracellular transport proteins was also observed in 4 months old mouse hearts compared to one month old controls. An increase in the level of vesicular transport proteins likely constitutes a secondary effect leading to endoplasmic reticulum associated protein degradation. In the two studies described above, altered mitochondrial functioning and thereby decreased energy/ATP production was very prominent indicating the role of mitochondria in health and disease. The exchange of ADP/ATP across the mitochondrial membrane is carried out by the carrier protein adenine nucleotide translocase1 (ANT1). To improve understanding of the influence of ANT1 in the heart, comparative proteomic analysis using gel-free LC-MS/MS was performed with hearts of 3 months old rats over-expressing ANT1 using hearts from age-matched wild type animals as controls. A total of four hundred and thirty three proteins were identified with at least two peptides, of which eighty seven proteins displayed small but significant (p<0.05) changes in intensity. Proteins related to integrin linked kinase signalling and myocardial contraction displayed increased levels whereas proteins of the mitochondrial respiratory electron transport chain displayed decreased levels in ANT1 overexpressing hearts compared to wild type animals. Oxyblot analysis performed to study changes in the protein oxidation did not reveal any significant difference in the oxidative state of the proteins between the wild type and transgenic animals. To understand the influence of ANT1 overexpression in virus induced dilated cardiomyopathy, comparative proteomic analyses was performed for the mitochondrial fractions from the hearts of 8 months old rats of the wild type and ANT1 transgenic animals infected with CVB3. Of a total of 370 identified proteins, 83 proteins displayed altered levels in ANT1 overexpressing animals compared to controls. Proteins related to mitochondrial electron transport chain, fatty acid metabolism, contractility and cell structure displayed decreased levels in the infected transgenic animals compared to controls indicating decreased energy metabolism and myocardial contractility besides compromised cell structure. Besides viral causes of dilated cardiomyopathy, autoimmunity also plays a major role in the development of myocarditis and dilated cardiomyopathy. Therefore proteomic analyses of experimental models of autoimmune myocarditis generated by active immunization of rats with peptides of FcγIIa receptor -CEPPWIQVLKEDTVTL (peptide 1) designated as FcR animals and CRCRMEETGISEPI (peptide 2) designated as FcR2 animals- was performed. Of the 303 proteins identified with at least two peptides by gel-free LC-MS/MS analysis. 43 proteins displayed intensities greater than 1.2 fold in FcR rat hearts and 49 proteins displayed intensities greater than 1.2 fold in FcR2 rat hearts compared to animals injected with KLH adjuvant treated as controls. The majority of the alterations (>70%) were observed in both autoimmune models. Thus, immunization leading to an induction of the acute phase response signalling was observed in both experimental setups. Furthermore, the increased amount of proteins such as lumican or procollagen alpha 1, type 1 indicated the presence of fibrosis after immunization independent of the peptide used. In summary, using proteomics the current thesis addresses the changes in protein profiles of two models of dilated cardiomyopathy, namely, virus induced dilated cardiomyopathy and autoimmunity induced dilated cardiomyopathy in mouse and rat models of disease. 2D-DIGE and gel-free LC-MS/MS analysis are complementary techniques which provided a comprehensive view of the changes in the protein profile of hearts of the different animal models. Altered mitochondrial function resulting in decreased energy metabolism and compromised myocardial contractility were prominent in viral models of cardiomyopathy whereas intense acute phase response signalling was observed as a characteristic feature of autoimmune dilated cardiomyopathy. Altered mitochondrial function was also prominent in age associated changes in the heart of A.BY/SnJ mice indicating the role and influence of mitochondria in health and in disease.
The human brain is distinguished by its remarkable size, high energy consumption, and cognitive abilities compared to all other mammals and non-human primates. However, little is known about what has accelerated brain evolution in the human lineage. One possible explanation is that the appearance of advanced communication skills and language has been a driving force of human brain development. The phenotypic adaptations in brain structure and function which occurred on the way to modern humans may be associated with specific molecular signatures in today’s human genome and/or transcriptome. Genes that have been linked to language, reading, and/or autism spectrum disorders are prime candidates when searching for genes for human-specific communication abilities. The database and genome-wide expression analyses we present here revealed a clustering of such communication-associated genes (COAG) on human chromosomes X and 7, in particular chromosome 7q31-q36. Compared to the rest of the genome, we found a high number of COAG to be differentially expressed in the cortices of humans and non-human primates (chimpanzee, baboon, and/or marmoset). The role of X-linked genes for the development of human-specific cognitive abilities is well known. We now propose that chromosome 7q31-q36 also represents a hot spot for the evolution of human-specific communication abilities. Selective pressure on the T cell receptor beta locus on chromosome 7q34, which plays a pivotal role in the immune system, could have led to rapid dissemination of positive gene variants in hitchhiking COAG.
The autism susceptibility locus on human chromosome 7q32 contains the maternally imprinted MEST and the non-imprinted COPG2 and TSGA14 genes. Autism is a disorder of the ‘social brain’ that has been proposed to be due to an overbalance of paternally expressed genes. To study regulation of the 7q32 locus during anthropoid primate evolution, we analyzed the methylation and expression patterns of MEST, COPG2, and TSGA14 in human, chimpanzee, Old World monkey (baboon and rhesus macaque), and New World monkey (marmoset) cortices. In all human and anthropoid primate cortices, the MEST promoter was hemimethylated, as expected for a differentially methylated imprinting control region, whereas the COPG2 and TSGA14 promoters were completely demethylated, typical for transcriptionally active non-imprinted genes. The MEST gene also showed comparable mRNA expression levels in all analyzed species. In contrast, COPG2 expression was downregulated in the human cortex compared to chimpanzee, Old and New World monkeys. TSGA14 either showed no differential regulation in the human brain compared to chimpanzee and marmoset or a slight upregulation compared to baboon. The human-specific downregulation supports a role for COPG2 in the development of a ‘social brain’. Promoter methylation patterns appear to be more stable during evolution than gene expression patterns, suggesting that other mechanisms may be more important for inter-primate differences in gene expression.
Abstract
In the 21st century, most of the world’s glaciers are expected to retreat due to further global warming. The range of this predicted retreat varies widely as a result of uncertainties in climate and glacier models. To calibrate and validate glacier models, past records of glacier mass balance are necessary, which often only span several decades. Long-term reconstructions of glacier mass balance could increase the precision of glacier models by providing the required calibration data. Here we show the possibility of applying shrub growth increments as an on-site proxy for glacier summer mass balance, exemplified by Salix shrubs in Finse, Norway. We further discuss the challenges which this method needs to meet and address the high potential of shrub growth increments for reconstructing glacier summer mass balance in remote areas.
Abstract
We present experiments on the luminescence of excitons confined in a potential trap at milli-Kelvin bath temperatures under continuous-wave (cw) excitation. They reveal several distinct features like a kink in the dependence of the total integrated luminescence intensity on excitation laser power and a bimodal distribution of the spatially resolved luminescence. Furthermore, we discuss the present state of the theoretical description of Bose–Einstein condensation of excitons with respect to signatures of a condensate in the luminescence. The comparison of the experimental data with theoretical results with respect to the spatially resolved as well as the integrated luminescence intensity shows the necessity of taking into account a Bose–Einstein condensed excitonic phase in order to understand the behaviour of the trapped excitons.
ZusammenfassungDer Aufsatz bietet den ersten konsistenten Überblick über den Wandel der politischen Positionen der protestantischen Theologie in der DDR. Mit Hilfe von Anregungen aus der Cambridge School der Ideengeschichte geht der Text der Frage nach, inwieweit die ostdeutsche evangelische Theologie Resistenzpotential gegenüber dem politischen Anpassungsdruck des SED-Regimes aufzubringen vermochte. Dabei widersprechen die Autoren der in der Forschung verbreiteten Auffassung, die Protestanten hätten die Theologie in obrigkeitstreuer Tradition einmal mehr den neuen Verhältnissen angepasst. Vielmehr lässt sich ein deutlicher Bruch nach 1945 erkennen, eine jahrelang anhaltende Kritik an der atheistischen Regierung und ein theologisches Ringen um ein angemessenes Obrigkeitsverständnis. Erst äußere Anlässe brachten die Kirchen dazu, ihre fundamentalkritische Theologie Zug um Zug aufzugeben. Dazu gehört die Zementierung der deutschen Teilung, die den Rückhalt der ostdeutschen Kirchen in der gesamtdeutschen EKD schwächte, oder auch die Ungleichheit in der Verteilung der Machtmittel, die die Kirchen an den Staat auslieferten. Neben diesen strukturellen Gründen benennen die Autoren ideelle Motive wie die Kritik an der Institution EKD, durch die sich die jüngeren Theologen von der älteren Generation ablösen wollten. Einflussreich waren auch internationale ökumenische Diskurse, die seit den siebziger Jahren den Kapitalismus zunehmend kritisch und den Sozialismus entsprechend positiv einordneten. Obwohl die wenigen verbliebenen Christen sich immer wieder unangepasst verhielten, ließ sich die Theologie insgesamt mehr und mehr zur Rechtfertigung des Anpassungsweges einspannen. Nicht sie bestimmte die politische Haltung. Vielmehr gaben äußere Faktoren die theologischen Positionsbestimmungen der Kirche vor.
Einige Oberflächenstrukturen, die sogenannten aktiven Zentren, sind Katalysatoren für heterogene Reaktionen. Ihre Beständigkeit ist von Art und Zusammensetzung der Phasengrenze abhängig. Eine Wechselwirkung mit reaktiven Molekülen ändert die Oberfläche durch Auflösung, Adsorption oder Oberflächendiffusion. In dieser Arbeit werden die Änderungen der Oberflächenaktivität und –struktur von Gold und Platin nach der Behandlung mit den Hydroxyl-Radikalen aufgezeigt.
Die elektrochemische Aktivität von Platin gegenüber Hydrochinon, K3Fe(CN)6 und [Ru(NH3)6]Cl2 wurde durch die Behandlung mit Hydroxyl-Radikalen nicht beeinflusst. Die Oberfläche wurde allerdings, durch die Bildung einer Oxidschicht, rauer. Die Oxidschichtbildung konnte zyklovoltammetrisch und potentiometrisch nachgewiesen werden. Im Verlauf der Wechselwirkung von H2O2 mit Platin ging Platin in Lösung (ICP-AES).
Bei Gold wurden im letzten Jahrzehnt Oberflächenstrukturen mit vielfach erhöhter Aktivität nachgewiesen. Die Experimente zeigten, dass Hydroxyl-Radikale die reaktiven Goldstrukturen (aktiven Zentren) selektiv beeinflussen. Die elektrokatalytische Sauerstoffreduktionsreaktion und die defektorientierte Platinabscheidung wurden durch die vorherige Behandlung mit Hydroxyl-Radikalen inaktiver. Der Keimbildungsmechanismus blieb hingegen unverändert (instantaneous). Dies wurde mit Hilfe der Zyklovoltammetrie und der Chronoamperometrie nachgewiesen. Topographische Experimente mit dem Rasterkraftmikroskop (AFM) zeigten ein Platinwachstum auf den oberen Teilen der polykristallinen polierten Goldelektrode. Verschiedene Politurmethoden (fein und grob) wiesen zudem eine komplett unterschiedliche Aktivität und Reproduzierbarkeit auf. Mit einer groben Politur konnte eine deutlich bessere Reproduzierbarkeit erreicht werden.
Die Identifizierung chemisch aktiver Zentren ist sehr reizvoll. Mit Hilfe von AFM Experimenten konnte die Auflösung von Gold direkt verfolgt werden und damit die aktiven Zentren charakterisiert werden. Morphologische Untersuchungen mit dem Rasterkraftmikroskop belegen eine selektive Änderung der Kristallite und Korngrenzen nach der Wechselwirkung einer ausgeheilten Goldoberfläche mit Hydroxyl-Radikalen (in- und ex-situ). Es kann angenommen werden, dass die selektive Oberflächenänderung bei Gold durch die inhomogene Verteilung der Elektronendichte und verschiedene Bindungszustände der Oberflächengoldatome beeinflusst ist. Herausstehende Kristallstrukturen sind nach der Wechselwirkung mit den Hydroxyl-Radikalen kleiner und die Korngrenzen zwischen den Goldkristallen tiefer. Die nach der einmaligen elektrochemischen Zyklisierung auftretenden Oberflächenänderungen sind den Änderungen nach Behandlung mit Hydroxyl-Radikalen ähnlich. Ein mehrmaliges Zyklisieren führt hingegen zu ein er deutlich veränderten Oberflächenstruktur.
The widespread use of natural and synthetic estrogens or chemicals with estrogenic activities is causing an increasing accumulation of estrogenic compounds in the environment. Already at very low concentrations these estrogenics can severely affect the wildlife, particularly in an aquatic environment. For these reasons measuring devices for detecting estrogen contaminations are in great demand. The majority of the analytical methods and bioassays on the market so far, lack semi-online adaptability, and usually cannot be used for automatic and continuous determination. Therefore, we have embarked on the development of new systems, which are able to fulfil those demands. The EstraMonitor combines recombinant A. adeninivorans G1212/YRC102-hERa-phyK yeast cells as the microbial component with an amperometric detection method to analyze estrogenic contaminations. A. adeninivorans G1212/YRC102-hERa-phyK was constructed by Kaiser et al. (2010). These cells were engineered to co-express the human estrogen receptor (hERa) gene and the inducible phytase (phyK, derived from Klebsiella sp. ASR1) reporter gene under control of a promoter with estrogen response elements (EREs). In the presence of estrogenic substances, such as 17ß -estradiol (E2), the phyK gene is expressed and recombinant phytase is secreted into the media. The level of phytase is quantified by amperometric detection using substrate p-aminophenyl phosphate (p-APP). Phytase dephosphorylates p-aminophenyl phosphate (p-APP) into an intermediate product p-aminophenol (p-AP). p-AP is electroactive and oxidized at the electrode. This generates electrons and produces a current which is proportional to the level of phytase activity. Since phytase activity is directly correlated to the E2 concentration, the estrogenic activity can thus be calculated from the current measured. The microbial component of the EstraMonitor, the non-immobilized A. adeninivorans G1212/YRC102-hERa-phyK, works well with the amperometric method in a quantitative manner. The optimal applied potential determined for amperometric measurements was 150 mV and provided a low background signal for the amperometric detection. The half maximal effective concentration (EC50) and limit of detection (LoD) values for E2 obtained from amperometric measurements with the EstraMonitor were 69.9 ng L-1 and 44.5 ng L-1, respectively. The measuring procedure of the EstraMonitor system including incubation of A. adeninivorans G1212/YRC102-hERa-phyK cells with E2, subsequently incubation with electrochemical substrate (p-APP), and signal recordation is completed within only 4 h and 10 min. Out of this total time, amperometric detection including substrate incubation and signals recordation takes only 10 min out of total time. The use of immobilized cells for a microbial biosensor is an essential advantage of the EstraMonitor system because it allows easy-handiness next to long-term stability and reusability. Immobilized A. adeninivorans G1212/YRC102-hERa-phyK cells revealed excellent properties which make them very suitable for semi-online, automatic and continuous monitoring. They were stable up to 30 days when stored at 4 °C. Furthermore, they could be reused up to 15 times. The EC50 and LoD values achieved for E2 using immobilized cells in combination with amperometric detection were 20.9 and 8.3 ng L-1, respectively. Furthermore, this application also removes the need to separate cells by centrifugation, to sterilize the samples as well as to cultivate repeatly. Additionally, both immobilized and non-immobilized A. adeninivorans G1212/YRC102-hERa-phyK cells remain fully functional in a wide range of untreated wastewater samples and in environments containing up to 5% NaCl. To enhance the sensitivity and reduce the time for estrogenic determination, an alternative A. adeninivorans G1214/YRC103-hERa-phyK strain was developed. This strain can produce a detectable amount of phytase within 2 h after induction with E2. It offers an improved microbial component in terms of sensitivity and time-effectiveness. In addition, to reduce the cost for estrogenic detection an alternative substrate, ascorbic acid 2-phosphate (AA2P), was tested. AA2P, which is both cheap and widely available, performed better than p-APP. The EC50 and LoD values for E2 obtained with AA2P were 15.69 and 0.92 ng L-1 versus 20.09 and 8.3 ng L-1 when examined with p-APP, respectively. Taken together, the EstraMonitor is an automated system with respect to sample cycling, sample measuring and calibration supplemented with an alarm function. This system makes it possible to control estrogenic activity semi-online, automatically and continuously. These are advantages of the EstraMonitor compared to other estrogenic detection systems. It can thus be concluded that, the EstraMonitor is a powerful and feasible semi-online device for monitoring estrogenic activity especially adapted for the use in sewage treatment plants.
Indoloquinoline derivatives are very interesting compounds for pharmaceutical applications because of their broad spectrum of biological activity. However, phenyl-substituted indoloquinolines suffer from solubility problems in aqueous solution and require the synthesis of better soluble derivatives for their effective application. Therefore, the indoloquinoline derivatives were covalently attached to two different types of cationic aminoalkyl linkers. After having successfully established the synthesis and subsequent purification of the novel derivatives that could be isolated in excellent yields, these ligands were characterized in this thesis with regard to their spectral properties in different environments and their sequence specific binding to different types of nucleic acids with a variety of spectroscopic methods.
In order to identify possible experimental signatures of the superfluid to Mott-insulator quantum phase transition we calculate the charge structure factor S(k, ω) for the one-dimensional Bose-Hubbard model using the dynamical density-matrix renormalisation group (DDMRG) technique. Particularly we analyse the behaviour of S(k, ω) by varying – at zero temperature–the Coulomb interaction strength within the first Mott lobe. For strong interactions, in the Mott-insulator phase, we demonstrate that the DDMRG results are well reproduced by a strong-coupling expansion, just as the quasi-particle dispersion. In the super-fluid phase we determine the linear excitation spectrum near k = 0. In one dimension, the amplitude mode is absent which mean-field theory suggests for higher dimensions.
Metalloendopeptidase AsaP1 Die extrazelluläre Metalloendopeptidase AsaP1 wird als Zymogen exprimiert. Sie ist hoch immunogen und hauptsächlicher Virulenzfaktor von einigen atypischen Aeromonas salmonicida Stämmen, die als Krankheitserreger bei einer Vielzahl von Fischarten atypische Furunkulose auslösen. Die Krankheit besitzt das Potential für eine schnelle Ausbreitung und verläuft oftmals tödlich. Der Ausbruch in Aquakulturen kann zur völligen Ausmerzung der Fischbestände führen. In dieser Arbeit wurden inaktive Mutanten von AsaP1, die noch in der Lage sind eine Immunantwort hervorzurufen, exprimiert, gereinigt, kristallisiert und mittels Röntgenkristallographie strukturell charakterisiert. Erstmalig kann die Struktur der Propeptid-Domäne von M35-Deuterolysin oder Aspzinkin-Proteasen gezeigt werden, deren Prozessierungsmechanismus – im Gegensatz zu anderen Proteasefamilien – bisher noch nicht aufgeklärt werden konnte. Die Interaktion von Propeptid und Protease erlaubt Rückschlüsse auf die Substratspezifität. Spezifische Wechselwirkungen in der S1strich-Bindetasche sprechen für eine Lysinspezifität der Protease. Aufgrund von Inaktivität der kristallisierten Mutanten konnte höchst wahrscheinlich ein Intermediat der autoproteolytischen Prozessierung der Protease erfasst werden. Strukturell weist das AsaP1-Propeptid Ähnlichkeit zu einem Protease-Inhibitor aus B. subtilis, dem FixG-related Protein und ApaG-Proteinen auf, deren Funktion noch nicht ermittelt werden konnte. Inwiefern die Ähnlichkeiten in der Struktur auf eine gemeinsame Funktion deuten, kann zurzeit nicht beantwortet werden. DppA Haloalkan Dehalogenase Haloalkan Dehalogenasen (HDs) spalten die Kohlenstoff-Halogen-Bindung halogenierter aliphatischer Kohlenwasserstoffe. Als einziges Co-Substrat wird Wasser benötigt. Bisher charakterisierte Haloalkan Dehalogenasen (HDs) gehören strukturell zur Familie der alpha/beta-Hydrolasen und werden weiterhin unterteilt aufgrund der Position und Identität funktionell wichtiger Aminosäurereste. Enzyme mit Asp–His–Asp (katalytische Triade) und Trp–Trp (Halogenid-stabilisierende Aminosäuren) zählen zu HDs-I, mit Asp–His–Glu und Asn–Trp zu HDs-II oder mit Asp–His–Asp und Asn–Trp zu HDs-III. Die Substratspezifität von HDs wird hauptsächlich durch die Cap-Struktur gegeben, die die Beschaffenheit des Ein- und Ausgangstunnels und die des aktiven Zentrums bestimmt. Zurzeit sind fünf HDs strukturell beschrieben und weitere Information zu Struktur-Funktionsbeziehungen von Haloalkan Dehalogenase bieten zusätzliche Möglichkeiten zur Optimierung und Umsetzung gewünschter Reaktionsschritte durch gerichtetes Proteindesign der Cap-Struktur.
Ribozymes for Aminoacylation
(2012)
Aminoacyl-tRNA synthetases (aaRS) are at the heart of modern translation, catalyzing the accurate biosynthesis of aminoacyl-tRNAs. According to the RNA world hypothesis, the early translation system should have aminoacylation ribozymes for RNA aminoacylation. For this, an aaRS ribozyme system, consisting of the KK13 ribozyme and the C3a ribozyme was successfully designed, which can perform both amino acid activation and aminoacyl transfer reaction. Generation of such aminoacylation ribozyme system would fill up the gap between the RNA world and the modern biological world. In addition, two types of diversified aminoacylation ribozymes, symmetrical ribozymes and self-assembling ribozymes were successfully developed, which may have great meaning in the origin of life.
Patients with atrial fibrillation (AF) often present with typical angina pectoris and mildly elevated levels of cardiac troponin (non-ST-segment elevation myocardial infarction) during an acute episode of AF. However, in a large proportion of these patients, significant coronary artery disease is excluded by coronary angiography, which suggests that AF itself influences myocardial blood flow. The present review summarizes the effect of AF on the occurrence of ventricular oxidative stress, redox-sensitive signaling pathways and gene expression, and microcirculatory flow abnormalities in the left ventricle.
Im Rahmen dieser Dissertation wurden Gene von Baeyer-Villiger-Monooxygenasen (BVMOs) aus Cylindrocarpon radicicola ATCC 11011 identifiziert und die Enzyme im Vergleich mit prokaryotischen BVMOs charakterisiert. Ziel dabei war es, das enzymatische Potenzial dieses filamentösen Pilzes bezüglich der biokatalytischen Baeyer-Villiger-Oxidation zu evaluieren.
Da das Genom von C. radicicola nicht sequenziert war, wurden zur Auffindung neuer BVMO-Sequenzen Methoden der Proteinaufreinigung sowie eine Identifizierung über molekularbiologische Ansätze angestrebt. Die BVMO konnte jedoch nicht über eine Aufreinigung aus dem Zellextrakt von C. radicicola, unter Anwendung eines dreistufigen Reinigungsprotokolls, in der für nachgelagerte Untersuchungen erforderlichen Reinheit gewonnen werden. Aus diesem Grund erfolgte die Identifizierung von BVMO-Sequenzen mit Hilfe molekularbiologischer Methoden. Mit degenerierten Primern, welche konservierte Sequenzbereiche bekannter BVMOs enthielten und über die CODEHOP-Strategie abgeleitet wurden, konnten drei zu BVMOs homologe Sequenzfragmente amplifiziert und identifiziert werden. Zwei der Sequenzen waren homolog zu putativen pilzlichen Steroidmonooxygenasen (STMOs). Durch Sequenzvergleiche konnte gezeigt werden, dass diese Sequenzen vermutlich kryptische Gene darstellen. Aus diesem Grund erfolgten keine weiteren Untersuchungen zu diesen zwei Sequenzen. Es gelang jedoch, eine der aus C. radicicola neu identifizierten Sequenzen funktionell in E. coli überzuexprimieren, wobei diese in weiteren Untersuchungen als Cycloalkanonmonooxygenase (CAMO) identifiziert werden konnte. Die Primärstruktur dieser BVMO besteht aus 531 Aminosäureresten, welche ca. 45% Sequenzidentität zu bekannten Cyclohexanonmonooxygenasen (CHMOs) aufweisen. Die Expression des mit aminoterminalem Hexahistidintag fusionierten Proteins wurde erfolgreich auf einen 20-Liter-Maßstab vergrößert und die CAMO nachfolgend aufgereinigt. Die CAMO weist ein breites Substratspektrum auf, wobei ein Umsatz vieler cycloaliphatischer und bicycloaliphatischer Ketone ermittelt werden konnte. Dabei ist die hohe katalytische Effizienz gegenüber Cyclobutanon als eine besondere Eigenschaft dieser BVMO hervorzuheben. Für die CAMO konnte kein Umsatz von Steroiden ermittelt werden. Neben der Oxygenierung von Cycloalkanonen konnte für das Enzym eine Aktivität gegenüber offenkettigen Ketonen wie Cyclobutyl-, Cyclopentyl- und Cyclohexylmethylketon nachgewiesen werden. Die neu beschriebene eukaryotische BVMO katalysiert folglich Reaktionen, die bisher für viele prokaryotische BVMOs - so insbesondere CHMOs - nicht beschrieben wurden. Die nachgewiesene Fähigkeit von C. radicicola, mit Cyclohexanon als einziger Kohlenstoff- und Energiequelle zu wachsen, deutet auf eine katabole Funktion der Umsetzung von Cycloalkanonen hin. Diese Eigenschaft ist für Sanierungsverfahren mineralölbelasteter Umweltkompartimente von Bedeutung und war bisher nur für wenige Pilze bekannt. Da bisher keine BVMOs aus eukaryotischen Organismen rekombinant hergestellt wurden, stellt die im Rahmen dieser Arbeit erfolgreich durchgeführte rekombinante Expression der CAMO aus C. radicicola das erste Beispiel für ein derartiges Enzym dar.
Für einen Großteil der für C. radicicola beschriebenen biokatalytischen Fähigkeiten ist eine Steroidmonooxygenase (STMO) von besonderer Bedeutung. Daher wurde zu Vergleichszwecken das Substratspektrum einer STMO aus Rhodococcus rhodochrous DSM 43269 analysiert. Hierbei konnte erstmals gezeigt werden, dass dieses Enzym neben Steroiden auch weitere offenkettige Ketone wie Cyclopentyl- und Cyclohexylmethylketon umsetzt. Besonders interessant war dabei die nachgewiesene STMO-katalysierte Oxygenierung von Cyclobutanonderivaten, da das Enzym mit Ausnahme dieser Substratgruppe nur lineare Ketone umsetzt.
Da sowohl für die CAMO aus C. radicicola als auch für die STMO aus R. rhodochrous ein Umsatz von Cyclobutanonderivaten nachgewiesen werden konnte, wurde deren Enantioselektivität in Biokatalysen mit dem Substrat 3-Phenylcyclobutanon untersucht und mit der CHMO aus Acinetobacter calcoaceticus verglichen. Die CAMO zeigte dabei eine höhere Enantioselektivität als die CHMO. Dagegen ist die STMO enantiodivergent zur CHMO und weist eine höhere Enantioselektivität als bisher bekannte (S)-selektive BVMOs auf. Die untersuchten BVMOs bieten somit ein hohes Potenzial im Bereich der Herstellung chiraler Butyrolactonderivate, welche wertvolle Bausteine für die Naturstoffsynthese darstellen.
Ein weiterer Aspekt lag in der Erweiterung des Substratspektrums der STMO aus R. rhodochrous über rationales Protein-Design, um so ein tieferes Verständnis der Sequenz-Aktivitäts-Beziehungen zu gewinnen. Basierend auf Ergebnissen der Literatur bezüglich Mutanten der zu dieser STMO homologen Phenylacetonmonooxygenase aus Thermobifida fusca wurden Varianten der STMO aus R. rhodochrous erzeugt. Für diese konnte jedoch kein erweitertes Substratspektrum ermittelt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Studie kann gezeigt werden, dass durch eine Supplementierung der total parenteralen Ernährung mit Lipidinfusionen, welche unterschiedliche Verhältnisse von n-3 und n-6-Fettsäuren enthalten, das Plasmafettsäureprofil rasch und umfassend geändert werden kann. Dies kann vor allem durch signifikant unterschiedliche Eicosapentaensäure- und Docosahexaensäure-, aber auch Linolsäure- sowie alpha-Linolensäure - Plasmaspiegel zwischen der Interventionsgruppe, ernährt mit einer Lipidemulsion mit einer n3:n6- Fettsäurezusammensetzung von 1:2 und der Kontrollgruppe, ernährt mit einer Lipidemulsion mit einem n3:n6-Verhältnis von 1:7, nachgewiesen werden. Zu Beginn der Therapie noch vor Intervention liegen die Konzentrationen aller Fettsäuren in ähnlichen Bereichen ohne signifikante Unterschiede, ebenso fällt das Verhältnis der n3/n6- Fettsäuren zu Beginn der Therapie bei der Interventions- wie bei der Kontrollgruppe nahezu identisch aus. Mit Beginn der Infusionstherapie unterscheiden sich die Verhältnisse zwischen Interventions- und Kontrollgruppe rasch und deutlich. Ab dem ersten Tag der Infusion können innerhalb der Interventionsgruppe und der Kontrollgruppe signifikante Änderungen im Vergleich zu Tag null beobachtet werden, weiterhin auch bei Patienten mit SIRS, jedoch nicht bei Patienten ohne SIRS. Beim Vergleich der zueinander korrespondierenden Strata der beiden Gruppen, also Patienten mit SIRS im Vergleich der Interventions- und Kontrollgruppe und vice versa ist auch hier ein deutlicher Unterschied zueinander ab dem ersten Tag der Infusion zu erkennen.Die durch zahlreiche andere Studien aufgezeigten Vorteile einer parenteralen Ernährung mit n-3-Lipidlösungen können nicht alle durch signifikante Unterschiede zwischen Interventions- und Kontrollgruppe bestätigt werden. Patienten der Interventionsgruppe zeigen eine Tendenz hin zu geringeren APACHE-II-Score Werten und geringeren Insulinbedarf. Modifikationen der Entzündungsmarker können nur bei Interleukin-6 nachgewiesen werden, jedoch nur bei Patienten ohne SIRS. Ein entscheidender Einfluss auf die Zahl der Leukozyten oder Thrombozyten zeigt sich nicht. Eine erhöhte Blutungsneigung bzw. ein erhöhter Bedarf an Bluttransfusionen innerhalb der Interventionsgruppe lassen sich nicht feststellen. So kann durch diese Studie gezeigt werden, dass durch ein n-3/n-6-Verhältnis von 1:2 im Vergleich zu einem Verhältnis von 1:7 die Entzündungsparameter und das klinische Outcome nicht ungünstig beeinflusst werden. Schwerwiegende gefürchtete Nebenwirkungen, wie vermehrte Blutungsereignisse, eine Schwächung des Immunsystems und daraus resultierende vermehrte nosokomniale Infektionen verbunden mit einem verlängerten Klinikaufenthalt oder eine erhöhte Mortalität bestätigen sich nicht.