Open Access

Zusammenfassung Es existieren viele unterschiedliche Operationstechniken, die mit einzelnen oder kombinierten Wirkprinzipien zur Korrektur eines Entropiums eingesetzt werden. In der vorliegenden Untersuchung sollten retrospektiv am Patientenkollektiv der Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde der Universitätsmedizin Greifswald Charakteristika der Entropiumerkrankungen, Operationstechniken, Auftreten von Rezidiverkrankungen und individuelle Einflussfaktoren auf das Operationsergebnis analysiert werden. Ziel war es, Empfehlungen im Sinne der Qualitätssicherung für Korrekturoperationen beim Vorliegen eines Entropiums zu geben. Patienten und Methode: In der Greifswalder Studie wurden sämtliche Patienten erfasst, die sich in den Jahren 2006 bis 2010 einer Entropiumkorrekturoperation unterziehen mussten. Die Datenauswertung beinhaltete wesentliche Charakteristika der Entropiumerkrankung wie Art und Lokalisation des Auftretens. Die durchgeführten Operationen wurden nach einzelnen Methoden unterteilt und entsprechend der addressierten Wirkprinzipien zu solitären oder kombinierten Techniken zusammengefasst. Ebenso erfolgte eine Zuordnung der den Eingriff durchführenden Operateure zu den Operationsmethoden bzw. -techniken, um so eine eventuelle Korrelation zwischen Operationsart, Operateur und Rezidivrate bestimmen zu können. Bezüglich der Rezidiverkrankung wurden die Zeitdauer bis zum Auftreten, die allgemeine Rezidivrate und diejenige für die einzelnen Operationsmethoden aus der Datensammlung extrahiert. Anhand der eigenen Ergebnisse und von Literaturempfehlungen wurde ein Dokumentationsbogen zur Qualitätssicherung bei der chirurgischen Therapie des Entropiums erarbeitet. Ergebnisse: Die Daten von 126 Patienten (126 Augenlider) mit Entropiumoperation wurden ausgewertet. Das Durchschnittsalter betrug 71 Jahre, bei 90% der Probanden bestand ein E. senile, 52% waren weiblichen Geschlechts. Die Lokalisation war zu 97% am Unterlid und mit 52% etwas häufiger am rechten Auge. Nach Wirkprinzip unterteilt, wurden zu 46% solitäre und zu 54% kombinierte operative Korrekturtechniken angewendet. Das häufigste Operationsverfahren war die Prozedur nach Wies-Quickert mit 48%, gefolgt von der Traktionsnaht mit 24% aller operativ versorgten Patienten. Die allgemeine Rezidivrate betrug 23%. Diese unterschied sich aber deutlich, in Abhängigkeit vom gewählten Eingriff, mit 2% für die Operation nach Wies-Quickert und 43% für die Traktionsnaht. Eine eventuell notwendige Rezidivoperation wurde im Median 30 Monate nach der Erstoperation durchgeführt. Der späteste Zeitpunkt eines Rezidivs wurde mit im Durchschnitt 77 Monaten nach vorausgegangener Traktionsnaht festgestellt. Die Analyse der insgesamt sechs beteiligten Operateure erbrachte als wichtigstes Ergebnis, dass die häufigste Operationsmethode nach Wies-Quickert zu 92% von ein- und demselben Ophthalmochirurgen angewendet worden ist. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse wurde ein Dokumentations- und Fragebogen erstellt, der sowohl Aspekte der Diagnosestellung und Operationsplanung beim Entropium, als auch die postoperative Fremd- und Selbstbeurteilung durch den Patienten einbezieht. Schlussfolgerungen: Die demografischen Angaben und Ergebnisse zur Lokalisation der Entropiumerkrankung deckten sich weitgehend mit denen aus der Literatur. Die relativ hohe allgemeine Rezidivrate war bedingt durch die häufige Anwendung des solitären Wirkprinzips der Traktionsnaht, wohingegen die Operation nach Wies-Quickert mit kombiniertem Wirkprinzip eine sehr niedrige Rezidivrate hatte. Da an der Entstehung eines Entropiums regelhaft mehrere Pathomechanismen beteiligt sind, sollte künftig noch häufiger eine kombinierte Operationsmethode zur Entropiumkorrektur eingesetzt werden. Das späte Rezidiv bei der Traktionsnaht weist auf zu berücksichtigende Einflussfaktoren wie Allgemeinzustand, Begleiterkrankungen und zumutbaren Operationsumfang bei der individuellen Entscheidung zu einem operativen Korrekturverfahren hin. Die Erfahrung des Operateurs spiegelte sich in einer häufigen operativen Praxis und niedrigen Rezidivrate wider. Der Dokumentations- und Patientenbegleitbogen kann künftig helfen, neben der kliniksinternen Qualitätssicherung die Therapie von Patienten mit Entropiumerkrankung weiter zu optimieren.

Most animals live solitarily, but for some species the benefits of group living outweigh the costs and social communities have evolved. Truly social societies are characterized by cooperation in tasks like foraging, predator defense and brood care. In the most extreme cases, non-reproducing individuals act as helpers and provision offspring of reproducing individuals at the cost of their own reproductive success. This alloparental care is attributed to kin selection that provides the helpers with inclusive fitness benefits. However, how reproductive role is determined and in which ways virgin helpers in a group benefit the community is not always well understood. Spiders are known to be generalist hunters, which in many cases do not shy away from cannibalism. Thus, most spiders live solitarily. However, in a few species a permanently social lifestyle has evolved in which individuals live together throughout their life, providing an intriguing case of social evolution. These spider communities are characterized by lack of premating dispersal leading to extreme inbreeding, by reproductive skew, in which only a proportion of females reproduce and by cooperative breeding of the reproducing females. It has been assumed that the large proportion of virgin females act as helpers not only in foraging and web maintenance but also during brood care. In the social spider Stegodyphus dumicola brood care involves the intensive task of regurgitation feeding, at which mothers regurgitate their own liquefied body tissue. At the end of brood care, the offspring sucks the mothers dry during matriphagy, leading to the death of brood caring females and a semelparous lifestyle. In the closely related solitarily breeding Stegodyphus lineatus virgin females do not provide brood care. The ability of virgin females in S. dumicola to care for offspring would thus depict an adaptation to sociality and cooperative breeding. I therefore aimed to clarify the role and significance of virgin females in colonies of social spiders and furthermore investigated a possible mechanism of how reproductive role within a colony is determined. I investigated whether there is differential task participation in a non-reproductive task and the task of brood care among reproducing mothers and virgin females (helpers) in Stegodyphus dumicola. The study provides explicit evidence that brood care – including egg sac care, regurgitation feeding and matriphagy – is performed by mothers as well as by virgin helpers. Virgin females in a colony can thus rightfully be termed allomothers. However, the task participation differed between the reproductive states. While mothers engaged more often in brood care, virgin females were more active in foraging. However, the active provisioning of offspring by the virgin females decreases the motherly workload as is suggested by the extended brood care period in comparison to solitary breeders. The observations on virgin allomaternal care are supported by histological studies on the midgut tissue of brood caring females, which revealed that mothers and virgin helpers undergo comparable morphological changes in preparation of regurgitation feeding. The changes in virgin females correlate to ovarian development that might depict an internal maturation process which sets virgin females in the right state to provide care. The morphological changes in mothers and virgin helpers of S. dumicola are less comprehensive than in the solitarily breeding S. lineatus mothers. This indicates that cooperatively caring females are able to save on their resources, provision offspring for longer and thus are probably able to increase survival of the brood by an extended care period. A surprising consequence of cooperative brood care is the ability of mothers to produce a second viable egg sac, even when the first brood is successful. Mothers of the cooperative breeding S. dumicola can thus depart from the strictly semelparous lifestyle and instead invest part of their resources in a second clutch. This finding identified a new way of how cooperative breeding enhances breeding success of reproducers and thus inclusive fitness for helpers as well, thus adding to the benefits of allomaternal care. Virgin females did not store significantly lower amounts of lipids in their midgut tissue than mothers, raising the question of how much reproductive role of females is determined by competition for resources during growth, as often assumed. Another possible determinant of female reproductive skew is the characteristic male scarcity in spider colonies, with only about 12 percent of spiders being male. Males are assumed to mature early within a few days and die early, thus leaving late maturing females unmated due to lack of mating partners. However, my studies provided evidence that male maturation is more skewed than expected and males might survive several months. Subadult females did not accelerate molting when an adult male was present, which could further indicate, that male presence is not a limiting factor on reproduction in males. Furthermore, males are able copulate with up to 16 females and did not show e preference for large females during mating trials. Males are thus able to fertilize all females, provided all females mature in time. I therefore suggest, that male scarcity is not major determinant of reproductive skew in females, especially in small and middle-sized colonies in which female maturation might only be moderately skewed. My studies were able to demonstrate the meaning of the large proportion of unmated females in a colony of the social spider S. dumicola. Virgin helpers support mothers during brood care and thus do not only enhance the brood care period but facilitate mothers to produce multiple clutches. Virgin females are able to care as they undergo similar morphological changes as mothers’ do. This seems to be facilitated by an internal maturation process, indicated by ovarian development and oviposition by virgin females, both of which has never been observed in virgins of the subsocial species. How reproductive role is determined remains unclear, but I was able to exclude male scarcity as a major factor influencing reproductive skew.

White spruce (Picea glauca (Moench) Voss) is one of the most common conifers in Alaska and various treelines mark the species distribution range. Because treelines positions are driven by climate and because climate change is estimated to be strongest in northern latitudes, treeline shifts appear likely. However, species range shifts depend on various species parameters, probably most importantly on phenotypic plasticity, genetic adaptation and dispersal. Due to their long generation cycles and their immobility, trees evolved to endure a wide variety of climatic conditions. In most locations, interannual climate variability is larger than the expected climate change until 2100. Thus treeline position is typically thought of as the integrated effect of multiple years and to lag behind gradual climate change by several decades. Past dendrochronological studies revealed that growth of white spruce in Alaska can be limited by several climatic variables, in particular water stress and low temperatures. Depending on how the intensity of climate warming, this could result in a leading range edge at treelines limited by low temperatures and trailing treelines where soil moisture is or becomes most limiting. Climate-growth correlations are the dendrochronological version of reaction norms and describe the relationship between an environmental variable and traits like tree-ring parameters (e.g. ring width, wood density, wood anatomy). These correlations can be used to explore potential effects of climate change on a target species. However, it is known that individuals differ with respect to multiple variables like size, age, microsite conditions, competition status or their genome. Such individual differences could be important because they can modulate climate-growth relationships and consequently also range shifts and growth trends. Removing individual differences by averaging tree-ring parameters of many individuals into site chronologies could be an oversimplification that might bias estimates of future white spruce performance. Population dynamics that emerge from the interactions of individuals (e.g. competition) and the range of reactions to the same environmental drivers can only be studied via individual tree analyses. Consequently, this thesis focuses on factors that might alter individual white spruce’ climate sensitivity and methods to assess such effects. In particular, the research articles included explore three topics: 1. First, clones were identified via microsatellites and high-frequency climate signals of clones were compared to that of non-clonal individuals. Clonal and non-clonal individuals showed similar high-frequency climate signals which allows to use clonal and non-clonal individuals to construct mean site chronologies. However, clones were more frequently found under the harsher environmental conditions at the treelines which could be of interest for the species survival strategy at alpine treelines and is further explored in the associated RESPONSE project A5 by David Würth. 2. In the second article, methods for the exploration and visualization of individual-tree differences in climate sensitivity are described. These methods represent a toolbox to explore causes for the variety of different climate sensitivities found in individual trees at the same site. Though, overlaying gradients of multiple factors like temperature, tree density and/or tree height can make it difficult to attribute a single cause to the range of reaction norms (climate growth correlations). 3. Lastly, the third article attempts to disentangle the effect of age and size on climate-growth correlations. Multiple past studies found that trees of different Ages responded differently to climatic drivers. In contrast, other studies found that trees do not age like many other organisms. Age and size of a trees are roughly correlated, though there are large differences in the growth rate of trees, which can lead to smaller trees that are older than taller trees. Consequently, age is an imperfect Proxy for size and in contrast to age, size has been shown to affect wood anatomy and thus tree physiology. The article compares two tree-age methods and one tree-size method based on cumulative ring width. In line with previous research on aging and Wood anatomy, tree size appeared to be the best predictor to explain ontogenetic changes in white spruce’ climate sensitivity. In particular, tallest trees exhibited strongest correlations with water stress in previous year July. In conclusion, this thesis is about factors that can alter climate-growth relationships (reaction norms) of white spruce. The results emphasize that interactions between climate variables and other factors like tree size or competition status are important for estimates of future tree growth and potential treeline shifts. In line with previous studies on white spruce in Alaska, the results of this thesis underline the importance of water stress for white spruce. Individuals that are taller and that have more competitors for water appear to be most susceptible to the potentially drier future climate in Alaska. While tree ring based growth trends estimates of white spruce are difficult to derive due to multiple overlaying low frequency (>10 years) signals, all investigated treeline sites showed highest growth at the treeline edge. This could indicate expanding range edges. However, a potential bottleneck for treeline advances and retreats could be seedling establishment, which should be explored in more detail in the future.

Das Nipahvirus (NiV) ist ein Paramyxovirus, welches im Menschen eine tödliche Enzephalitis mit einer hohen Letalität von bis zu 100% und im Schwein vorwiegend eine schwerwiegende Atemwegserkrankung mit hoher Morbidität hervorruft. Es gibt bis heute keine zugelassene antivirale Therapie oder Vakzine. Da neben den neutralisierenden Antikörpern zunehmend auch die Bedeutung einer zellulären Immunabwehr gegenüber einer Henipavirus Infektion diskutiert wird, rücken vor allem Vakzinen in den Fokus, die in der Lage sind, beides zu induzieren. Virus-ähnliche Partikel (VLPs) stellen als nicht-replizierende Systeme eine sehr sichere Vakzine und durch ihren Virion-ähnlichen Aufbau mit repetitiven Strukturen sehr potente Immunogene dar. In dieser Arbeit wurde die Immunogenität von Henipa VLPs (bestehend aus NiV G, NiV F und Hendravirus (HeV) M) bezüglich der Aktivierung des adaptiven Immunsystems zunächst im Kleintiermodell Maus und anschließend in einer Großtierstudie im natürlichen Wirt Schwein untersucht, um Rückschlüsse auf das Potenzial von Henipa VLPs als Vakzine ziehen zu können. Durch die Immunisierung mit Henipa VLPs wurde sowohl in C57BL/6 als auch in BALB/c Mäusen eine humorale Immunantwort mit anti-Henipavirus-spezifischen Antikörpern als auch mit NiV neutralisierenden Antikörpern induziert. Außerdem konnte erstmalig gezeigt werden, dass die Henipa VLPs in einem Mausstamm mit einer genetisch bedingten verstärkten Ausprägung einer Th1 Immunantwort (C57BL/6 Mäusen) in der Lage waren, eine zelluläre adaptive Immunantwort zu stimulieren. So konnte eine direkte Antigen-spezifische Proliferation und IFN-γ Expression in den CD8+ T-Zellen sowie die Th1 Zytokine IFN-γ, TNF-α und IL-2 in den Milzzellüberständen Henipa VLP-immunisierter C57BL/6 Mäuse nach homologer Restimulation nachgewiesen werden. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass alle drei inkorporierten Proteine CD8+ T-Zell Epitope aufweisen. Die Kombination der drei Proteine in den Henipa VLPs führte zu einer stärkeren Reaktivierung der CD8+ T-Zellen. Im Rahmen der Immunisierung mit Henipa VLPs bildeten sich Gedächtnis CD8+ T-Zellen aus, die auch bei dreimaliger Applikation des Antigens und einer zusätzlichen Restimulation nicht in den funktionseingeschränkten Zustand der Erschöpfung oder Seneszenz übergingen. Aufgrund der vielseitigen Immunogenität der Henipa VLPs im Mausmodell, wurde anschließend ihre Fähigkeit zur Induktion des adaptiven Immunsystems im natürlichen Wirt Schwein untersucht. Auch in Schweinen induzierten die Henipa VLPs eine Gedächtnis B-Zellantwort mit anti-Henipavirus-spezifischen Antikörpern und NiV neutralisierenden Antikörpern. Hinzu kam die Stimulation einer MHC-abhängigen als auch der schnelleren, MHC-unabhängigen zellulären Immunantwort. Hierbei waren es vor allem die MHC-unabhängigen γδT-Zellen, die auf eine Henipa VLP Restimulation hin proliferierten und antivirale Zytokine wie IFN γ und TNF α exprimierten. Von den MHC-abhängigen T-Zellen waren es die CD4+ T-Zellen, die die eben genannten löslichen Mediatoren exprimierten. Die CD8α+CD8β+ T-Zellen (klassische CTL) blieben hingegen nahezu unbeeinflusst. Die sowohl in CD8α+ γδT-Zellen als auch in CD8α+CD4+ T-Zellen nachgewiesene Multifunktionalität in Form einer IFN-γ und TNF-α Koexpression deutet auf die Generierung einer zellulären Gedächtnis T-Zellantwort in Schweinen durch die Mehrfachimmunisierung mit Henipa VLPs hin. In dieser Arbeit konnte das vielversprechende Potenzial von Henipa VLPs als Vakzine durch die Induktion sowohl einer humoralen als auch einer zellulären Immunantwort in Mäusen und zum ersten Mal auch in Schweinen herausgestellt werden. In zukünftigen Infektionsversuchen unter BSL-4 Bedingungen muss geklärt werden, inwieweit diese Henipa VLPs in der Lage sind, einen Schutz und eine sterile Immunität gegenüber einer Henipavirus Infektion zu vermitteln.

Unter Verwendung von rekombinanten Schweineleberesterasen wurden zwei Chemoenzymatische Prozesse sukkzessive etabliert, optmiert und im Maßstab vergößert. Es wurden zwei chirale Synthesebausteine beispielhaft hergestellt und charakterisiert. Die Arbeit gibt einen Einblick in die Prozessoptimierung von chemoenzymatischen Syntheserouten unter ökonomischen Aspekten.