Doctoral Thesis
Refine
Year of publication
Document Type
- Doctoral Thesis (3266) (remove)
Language
- German (2460)
- English (804)
- Multiple languages (2)
Is part of the Bibliography
- no (3266)
Keywords
- Sepsis (77)
- Staphylococcus aureus (55)
- Plasma (44)
- Epidemiologie (37)
- Diabetes mellitus (36)
- Proteomanalyse (33)
- SHIP (33)
- Prävention (30)
- Schlaganfall (30)
- Parodontitis (28)
Institute
- Institut für Physik (160)
- Institut für Biochemie (158)
- Abteilung für Mikrobiologie und Molekularbiologie (155)
- Kliniken und Polikliniken für Innere Medizin (148)
- Institut für Pharmazie (130)
- Institut für Hygiene und Umweltmedizin (121)
- Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin (116)
- Institut für Diagnostische Radiologie (103)
- Institut für Community Medicine (100)
- Institut für Anatomie und Zellbiologie (91)
Publisher
- Nomos (2)
Die Dissertation ,Spuren des Religiösen´ im Werk der deutsch-jüdischen Schriftstellerin Barbara Honigmann – eine literaturwissenschaftlich-theologische Werkanalyse – analysiert und interpretiert das literarische Frühwerk der deutsch-jüdischen Schriftstellerin Barbara Honigmann (geb. 12. Februar 1949 in Ostberlin). Die Schriftstellerin verlässt Mitte der achtziger Jahre mit ihrer Familie die ehemalige DDR und findet in Straßburg (Frankreich) eine neue Heimat. In der Dissertation werden der Erzählband Roman von einem Kinde (1986) und die Romane Eine Liebe aus nichts (1991) und Soharas Reise (1996) aus der Sicht verschiedener Fachwissenschaften beleuchtet. Die meisten Texte sind nach ihrer Emigration in Frankreich entstanden. Methodisch werden die Texte nach der Erzähltextanalyse von Sönke Finnern analysiert. Das Judentum und jüdische Religiosität bilden dabei das gemeinsame Zentrum der literarischen Werke Barbara Honigmanns (Hans Otto Horch). In differenzierter Weise werden unterschiedliche jüdisch-theologische Aspekte wie Gottesfrage, Bedeutung der jüdischen Feste, Riten und Exilerfahrung anhand der Werke herausgearbeitet. Aus literaturwissenschaftlicher Sicht wird der Aspekt des exterritorialen Schreibens betont (Andreas Kilcher). Dabei wird die besondere Perspektive als Autorin der sogenannten zweiten Generation nach der Shoah hervorgehoben (Hartmut Steinecke). Georg Langenhorst macht auf die Bedeutung Honigmanns im Kontext des religionspädagogischen Diskurses unter interkultureller und interreligiöser Fragestellung aufmerksam. Die Erzählte Religion bildet das Zentrum der literarisch-theologischen Werkanalyse. Die Kategorie der Grenzerfahrung bzw. der Liminalität rückt dabei in das Zentrum der Verhältnisbestimmung (Victor Turner und Dirk Hohnsträter). Auf der theologischen Ebene werden die jüdischen Konzepte von makom (hebr. Ort), galut (hebr. Exil) und jetzirat (hebr. Schöpfung) herausgearbeitet. Die jüdische Erfahrung von Heimat und Heimatlosigkeit wird hervorgehoben (Yannif Feller). Die Arbeit schließt mit einer Einordnung der Werkinterpretation in den Bereich Literatur und Ritual (Wolfgang Braungart).
1. "Sole or Whole" – Quilting the Racialized Subject Calgary feminist and scholar Aruna Srivastava tackles the complex question of what it means to be "mixed-race/mixedblood/halfbreed/mestizo/hybrid/hyphenated?" in her editorial to Hyphe Nation (1996). In response to her question, this study of contemporary African-Canadian literature suggests that mixed-race Canadians are often constructed as the Other in Canadian society. In consequence, constructions of "racial hybridity" in African-Canadian literature usually aim at carving out a space that doesnt marginalize "racial" mixing but eviscerates restrictive Manichean constructions of identity in order to promulgate concepts of wholeness and self-definition. In consequence, African-Canadian mixed-race writers create hybrid identities that are infinite, multilayered, fragmented and yet whole. They reflect the processes of shifting, overlapping and re-creation in the process of creating identity and can hence be read as representations of complex, de-central, non-hierarchical identities. They are quilting multidimensional racialized subjects. 2. Signifying the In-Between: "Race", "Racial Hybridity" and Questions of Belonging "Race" is not a biological category. Rather it represents a social construction predicated upon the interpretation of difference. It was designed to establish, justify or perpetuate hegemonic social structures and is adherent to the principle of white supremacy. Contemporary "race" theory often neglects the experiences of racially mixed individuals because it fails to offer flexible models of identity in which bi- and multiracial people find themselves represented. This thesis argues in favor of a poetics of difference that accepts and recognizes the heterogeneity of subjectivities while taking into consideration the various dimensions of class, gender, sexuality and ethnicity. Accordingly, constructions of racial hybridity in contemporary African-Canadian literature demonstrate that racism must be acknowledged as an ideology in which people believe and upon which people act. Thus identities often bear the stamp of various histories of resistance and domination, while tackling the question of belonging and re-defining Canadianness. 3. African-Canadian Borderlands References to interracial contacts and the existence of bi- and multiracial people have been omitted from the official founding narratives of the Canadian nation. African-Canadian writers have therefore been successful chroniclers of the past and filled blanks in Canadian historiography in order to shed light on hitherto repressed or erased knowledge. Part of this process is also the inscription of the mixed-race experience into Canadas past. Along this line, bi- and multiracial Canadians often criticize that the state-proclaimed policy of multiculturalism fails to take their manifold racial and ethnic subjectivities into account. 4. "From Sole to Whole" – African-Canadian Mixed-Race Poetics Mixed-race characters in US-American literature often appear in the literary motif of the "tragic mulatto" and it is often implicitly suggested that the bi- or multiracial protagonist is categorized as black. In contrast, African-Canadian constructions of racial hybridity less frequently adhere to the stereotype of the "tragic mulatto" and leave more space for employing alternative modes of racial and ethnic identification. Canadian writers of mixed descent have created a mixed-race poetics that calls attention to contexts, relationships, intersections and wholes. They encourage sites of inclusiveness, incessant shifting and discontinuity in the process of constructing identities. Nevertheless, modes of identification among racially hybrid writers in Canada vary, ranging from detesting whiteness to claiming a Black Nationalist stance. In general, however, they support the idea of fluid and flexible identities. The answer to the initial question of Srivastava is hence given by a vast variety of African-Canadian subject positions. An essentially "black" or "racially mixed" Canadian subject does not exist. Instead, constructions of racial hybridity in African-Canadian literature offer a holistic view of identity and aim at re-conceptualizing the various senses of self and community in Canada. This strategy provides a significant means of self-empowerment and self-reclamation – making racially mixed African-Canadians "whole" instead of "sole".
Until today most social, historical and cultural studies of the American postwar era have contributed to the myth of a relatively homogeneous society and culture. Even though they understood these years as a turning point for modern American society, they failed to encompass the polyvalence and heterogeneity of American society. Focussing mostly on white and middle class males, these studies formed a onedimensional picture of sociocultural conformity, a picture in which issues of gender, race and class were largely absent. Crossing the boundaries of feminist, cultural and historical studies this dissertation starts from identifying the gaps and problems in current academic research. Those sociopolitical structures that affected non-white women are then juxtaposed with the dominant postwar discourse of womanhood. The literary texts by women of color show them grappling with the conflicting demands of socioecnomic realities and pervasive role definitions. On the surface these literary interventions seemed to submit to dominant ideologies while opposing them at the same time. Thus they are both anticipatory and antagonistic. The dissent and criticism in writings by women of color seem to have become a catalyst for the deep social transformations in the following decades.
Peter Holtz wurde durch seine Arbeiten über die Katecholamine und durch die Entdeckung der Dopadecarboxylase (1939) und des Noradrenalins (1944) im menschlichen Organismus weltbekannt. Schwerpunkt der Bioergographie ist die Rekonstruktion der Zusammenarbeit des Pharmakologen Holtz von Rostock aus mit dem Anatomieprofessor August Hirt in Strassburg. Hirt führte im Konzentrationslager Natzweiler-Struthof Versuche an Menschen mit dem Giftgas Lost durch und war einer der Entwickler der intravitalen Fluoreszenzmikroskopie. Weiterhin werden Verwechslungen von Peter Holtz mit dem Pharmakologen Friedrich Holtz in Halle erörtert. Letzterer arbeitete während des Krieges am Krebsforschungsinstitut in Nesselstedt/Posen und stimmte Menschenversuchen zu.
Die Bedeutung der Visite in der Medizin bezieht sich auf eine gute Kommunikation zwischen Arzt und Patient. In dieser Studie wurden der Visitenablauf und -gestaltung quantitativ und qualitativ betrachtet. Der Arzt war direktiv steuernd und zeigte adressatenorientierendes Kommukationsverhalten. Inhaltlich war die unfallchirurgische Visite somatisch orientiert, aber es zeigte sich auch ein hohes Maß an Small talk/Konversation. Zudem wurde die Zufriedenheit von Arzt und Patient als Auswertungskriterien herangezogen. Beide, Arzt und Patient, waren meist zufrieden mit der Visite.
The thesis is about ideological change of political parties and the way parties gather information, learn by updating their beliefs and ultimately make "rational choices". Analyzing 1451 policy moves of 137 parties in 22 OECD-countries from 1950 to 2013 it is a story about rational learning, about emulating other parties abroad and chasing public opinion. Yet, the "internal life" of a party conditions the effects when activists have some influence over the formation of party policy. As volunteers facing a scarcity of time and resources, members of the party on the ground have a different information horizon, and may arrive at the opposite decision where to move than party elites which (can) rest their decision on a broader set of information resources. In some parties the party on the ground thus constitutes an "internal wall of resistance" to the strategy party elites would choose, if they were free from constraints.
Microbial infections can be either caused by a single species or complex multi-species consortia. One of the most prominent opportunistic human pathogens leading to mono- or mixed-species infections is the Gram-negative bacterium Pseudomonas aeruginosa. Understanding the molecular basis of its adaptation to infection-related stresses is an essential prerequisite for the prevention and treatment of P. aeruginosa infections. We therefore employed state-of-the-art proteomics approaches to elucidate the molecular adaptation mechanisms of P. aeruginosa to infection-related conditions. Moreover, structure, function and interaction of complex microbial consortia containing P. aeruginosa and causing catheter-associated urinary tract infections were investigated by metaproteomics analyses. Our investigations revealed that the adaptation of P. aeruginosa during infection is either based on gene expression changes caused by environmental signal integration or by gene mutations leading to a selective advantage in a particular host environment. In study I, investigating the proteome response of P. aeruginosa biofilms to the clinical relevant antibiotic ciprofloxacin, global changes in the protein profile were observed. Ciprofloxacin induced the expression of proteins involved in the Lex-induced SOS-response, drug efflux pumps and gene products of the ciprofloxacin-responsive prophage cluster and repressed the expression of porins and DNA-binding proteins. In study II the transcriptome and proteome of two clonal P. aeruginosa lineages during long-term colonization of cystic fibrosis (CF) patient’s lungs were analyzed. Point mutations in global regulator genes, i.e. retS, gacS, and gacA, were identified by genomic sequencing. Inactivation of RetS, found two years after the initial colonization, induced the expression of genes involved in chronic infections and coding for the type 6-secretion system (T6SS). Additional mutations in the GacS/GacA two-component regulatory system (TCS) were found to repress the expression of T6SS proteins and to induce the expression of proteins belonging to the type 3-secretion system (T3SS). In study III we elucidated the niche-specific adaptation of P. aeruginosa isolates from different infection sites by investigating their protein expression patterns and glucose metabolic fluxes. We could show that isolates from the urinary tract express a higher amount of proteins involved in the acquisition of micronutrients (i.e. iron) and carbohydrates compared to isolates from the CF lung. In study IV 16S rDNA sequencing and metaproteomics were employed to demonstrate that the investigated CAUTI-related biofilms consisted of two to five different species with one or two species dominating the mixed community. Following this line of research, we investigated in study V structure and function of a biofilm of a long-term catheterized patient, which was predominantly composed of P. aeruginosa and Morganella morganii, but also contained a minor proportion of the obligate anaerobe Bacteroides sp.. The comparison of in vivo and in vitro protein expression profiles of P. aeruginosa and M. morganii indicated that iron and carbohydrates are the major growth-limiting factors in the bladder. These results indicate different nutritional strategies of the two pathogens in the bladder environment. A comparison of urinary protein profiles of healthy persons and catheterized patients suggested that the human innate immune system is induced by CAUTIs. Moreover, numerous proteins involved in nutritional immunity, e.g. iron-, calcium- and magnesium-binding proteins, were found to be more abundant in the urine of catheterized patients. A follow-up (meta)proteomics study (study VI) aiming at the elucidation of interspecies interactions during multi-species infections indicated that the urease-positive uropathogen Proteus mirabilis induces the precipitation of metal ions by urine alkalization and thereby limits the availability of these important micronutrients for other co-infecting bacteria. This limitation seems to be sensed by the P. aeruginosa PhoP-PhoQ two-component system (TCS) leading to an increased resistance to antimicrobial peptides and biofilm-forming capacity of the pathogen. Also during co-cultivation of P. aeruginosa with Staphylococcus aureus a slight increase in the expression of the PhoP-PhoQ TCS and the alkaline protease could be observed (study VII). In study VIII a combined metagenomics and metaproteomics approach was employed to investigate structure and function of the lichen Lobaria pulmonaria, a complex consortium consisting of a fungus, an algal partner, cyanobacteria, and a highly diverse bacterial microbiome. The results presented in this work contribute to a better understanding of the manifold and complex bacterial adaptation mechanisms to infection-related and environmental stress and thereby foster the development of novel treatment and prevention strategies.
Im Vergleich zu anderen deutschen Hochschulen begann die Ausbildung von Studierenden der Zahnheilkunde in Greifswald relativ spät. Seit dem Wintersemester 1893/94 führte der Greifswalder Zahnarzt Hermann Bahls fakultative zahnärztliche Spezialkurse für Medizinstudierende an der Chirurgischen Universitätsklinik durch. Erst am 12. Dezember 1900 wurde dann das zahnärztliche Institut an der Greifswalder Universität unter dem Dach der Chirurgischen Universitätsklinik eröffnet.
Als erster Leiter wurde Hermann Schröder noch in seiner Eigenschaft als Assistent der Chirurgischen Universitätsklinik eingesetzt. Unter der Leitung von Hermann Schröder (1900-1907), Guido Fischer (1907-1911) und Paul Adloff (1911-1920) entwickelte sich das zahnärztliche Institut zu einem anerkannten Glied der Medizinischen Fakultät der Greifswalder Universität.
Ab dem 15. April 1916 durfte das bisher der Chirurgischen Klinik zugeordnete zahnärztliche Institut als selbständige Einrichtung der Universität geführt werden.
Mit Erich Becker (1920-1923) und Friedrich Proell (1923-1935) entwickelte sich das Greifswalder zahnärztliche Institut in den zwanziger Jahren zum viertgrößten zahnärztlichen Universitätsinstitut in Deutschland. Die Bemühungen der Institutsleiter lagen immer in der Gewährleistung der Ausbildung der Studierenden, der baulichen Erweiterung des Institutes und der technischen Verbesserung. Erst 1934 wurde das Institut im Gebäude der Rotgerberstraße 8 zusammengefasst, nachdem es zeitweilig in drei verschiedenen Häusern, ab 1901 Hunnenstraße 1, ab 1928 Hunnenstraße 31 und ab 1931 Stralsunder Straße 10, untergebracht war.
Paul Wustrow (1936-1945) wollte die Einheit von Lehre, Forschung und medizinischer Betreuung fortführen, doch der Ausbruch des 2.Weltkrieges behinderte diese Fortführung. Schwerste Kriegsverletzungen mit Kieferbrüchen und Kieferschüssen machte die Einrichtung einer Kieferchirurgischen Bettenstation notwendig. Diese entstand unter Wustrow noch im Januar 1945.
Nach Kriegsende und dem Suizid von Wustrow wurde die Zahnklinik in kurzer Abfolge durch Richard Plötz (1945-1946), Georg Packhäuser (1946-1946) und Karl Jarmer (1946-1947) geleitet, bis Otto Hübner (1947-1952) als neuer Direktor ins Amt trat.
Josef Heiss (1952-1953) übernahm nach Hübner die Leitung der Zahnklinik und forschte intensiv über die chirurgische Wiederherstellung des Alveolarkammes. Gerd Staegemann arbeitete als Assistent unter der Leitung von Heiss und beschäftigte sich auch intensiv mit der Problematik der Fremdkörperwirkung. Unter der Leitung von Richard Plötz (1953-1963) wurden für die zahnärztliche Chirurgie Operationsstühle angeschafft und ein Operationsraum eingerichtet.
1963 übernahm Albrecht Schönberger (1963-1993) 30 Jahre die Leitung der Klinik und Poliklinik für Zahn-Mund- und Kieferheilkunde. Es entstand ein Neubau für die Klinik der Mund-Kiefer- und Gesichtschirurgie im Klinikumskomplex in der Sauerbruchstraße, welcher im April 1992 bezogen wurde.
Nach Schönberger übernahm Hans-Robert Metelmann (1993-2020) den Lehrstuhl und das Direktorat der Klinik und Poliklinik für Mund- Kiefer- und Gesichtschirurgie in Greifswald. Lokalisiert an zwei Standorten fungieren die Oralchirurgie und die Mund-Kiefer- und Gesichtschirurgie unverändert als eine Einheit an der Universitätsmedizin in Greifswald.
Die enossale Implantologie begann in Greifswald mit Gerd Staegemann, der die Methode der geschlossenen enossalen Implantologie als sogenannte Stiftverbolzung bzw. transdentale Fixation erforschte und publizierte. Die transdentale Fixation als eine Form der geschlossenen enossalen Implantation war seit den 50iger an der Greifswalder Zahnklinik eine übliche und erfolgreiche Behandlungsmethode.
Ab 1983 forschten die Greifswalder Universitätszahnärzte im Sinne einer Prüfklinik zur Anwendung der Titanblattimplantate des Typs Leipzig als offenes enossales Implantationsverfahren. Die politische Wende in Deutschland brachte auch für die Greifswalder Zahnklinik eine schnelle Weiterentwicklung der offenen enossalen Implantologie.
Die Behandlungsmethoden wurden weiter verbessert und die Produktpalette der Implantatsysteme maßgeblich erweitert. Wobei insbesondere die ITI-Straumann- Implantate und die Ankylos- Implantate erfolgreich zur implantologischen Therapie zum Einsatz kamen.
Die sich vollziehenden Veränderungen in der deutschen Zahnmedizin sind nicht vorwiegend struktureller sondern vor allem inhaltlicher Art. Daher wurde und muss die Ausbildung der Zahnmedizinstudierenden immer wieder angepasst werden, insbesondere die Implantologie als junge Teildisziplin fand Eingang in die studentische Ausbildung.
Die Fort- und Weiterbildungen in Form der Greifswalder Fachsymposien und der Curricula in der Implantologie sind ein weiterer wichtiger Baustein der Aktivitäten in der Universitätszahnmedizin Greifswald.
Heute blickt die Greifswalder Zahnklinik auf mehr als 125 Jahre erfreuliche Entwicklungen in der zahnärztlichen Chirurgie und davon 65 Jahre erfolgreiche Implantologie zurück.
Fragestellung: Die organerhaltende Nierentumorchirurgie des nicht metastasierten Nierenzellkarzinoms wird der radikalen Tumornephrektomie insbesondere bei elektiver Indikation, d. h. bei intakter kontralateraler Niere, kontrovers gegenüber gestellt. Diese retrospektiv angefertigte Langzeitstudie soll die Effektivität und Sicherheit der Nierenteilresektion anhand von tumorspezifischem Überleben und Lokalrezidivrate sowie die postoperative Entwicklung der Nierenfunktion unter Berücksichtigung einer elektiven oder imperativen Operationsindikation untersuchen. Gleichzeitig dienen die Ergebnisse der Qualitätskontrolle für die Klinik für Urologie der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald. Patienten und Methode: Von 134 Patienten, die zwischen 1983 und 2003 organerhaltend wegen eines Nierenzellkarzinoms operiert worden sind (101 elektiv, 33 imperativ bei Einzelniere, bilateralen Tumoren oder Niereninsuffizienz) werden 115 Patienten nachbeobachtet (mittlere Nachbeobachtungszeit 69 Monate). Neben tumor- und patientenbezogenen Daten werden das postoperative Überleben, Tumorrezidive und die Gasamtnierenfunktion erfasst. Ergebnisse: Die tumorspezifische 5-Jahres-Überlebensrate beträgt für die elektive Indikation 94,3% und für die imperative Indikation 86,3%. Bei 5,6% der Patienten der elektiven Gruppe wird ein Lokalrezidiv diagnostiziert, während 20% der imperativen Gruppe von einem solchen betroffen sind. Für das papilläre Nierenzellkarzinom ergibt sich keine signifikante Häufung von Lokalrezidiven oder eine schlechtere Prognose. Die präoperative Nierenfunktion unterscheidet sich selektionsbedingt bei beiden Indikationen. In der elektiven Gruppe ist zwar 5 Jahre postoperativ ein signifikanter Anstieg des Serumkreatinins zu verzeichnen, jedoch bleiben die Werte innerhalb des Normbereiches. Die Nierenfunktion der imperativen Gruppe ist bereits präoperativ vermindert und zeigt im Verlauf keine signifikante Verschlechterung. Schlussfolgerung: Das Langzeitüberleben nach organerhaltender Nierentumorchirurgie entspricht dem nach radikaler Tumornephrektomie. Zum Schutz des Nierenparenchyms und somit zum Erhalt von Lebensqualität für den Patienten muss die Nierenteilresektion bei resezierbarem Tumor als Standardtherapie angesehen werden.
Kenntnisse über Strukturen und Dynamik natürlicher und naturnaher Wälder sind die Voraussetzung für naturnahe Waldbewirtschaftung. Die Ziele der Arbeit waren deshalb die Rekonstruktion von Waldzusammensetzung und Dynamik sowie die Identifizierung der natürlichen bzw. naturnahen Waldgesellschaften im Ablagerungsgebiet der Grundmoräne des letzten Stadiums der Weichselvereisung in Mitteleuropa. Das Untersuchungsgebiet, der Eldenaer Wald, ist ein 407 ha großes Naturschutzgebiet nahe Greifswald und liegt in einer flachwelligen Grundmoränenlandschaft mit nährstoff- und basenreichen Böden. Die Vegetation wird heute vom Eschen-Buchenwald (Fraxino excelsioris-Fagetum sylvaticae) dominiert, in dem auch Acer pseudoplatanus und A. platanoides, Prunus avium, Ulmus glabra, Carpinus betulus und als Nutzungsrelikt Quercus robur vorkommen. Für die Vegetationsrekonstruktion wurden an sechs Bohrkernen aus sechs im Untersuchungsgebiet verteilt liegenden Senken Mikrofossilien und z. T. Makrofossilien analysiert sowie der Glühverlust bestimmt. Die zeitliche Einordnung erfolgte mit 25 14C-AMS-Datierungen. Für die untersuchten Proben wurden Altersangaben inter- und extrapoliert. Weiterhin wurden historische Akten und Karten ausgewertet. Für die Rekonstruktion der Vegetation in der nahen Umgebung der Untersuchungspunkte (UP) wurde eine Methode zur Trennung von (extra)lokalen und regionalen Signalen der Mikrofossil-Typen entwickelt. Dabei werden Mikrofossil-Werte der UP mit den regionalen Daten eines Bohrkerns aus dem Greifswalder Bodden (Bucht der südlichen Ostsee) verglichen. (Extra)lokale Anteile zeigen sich in Form von überhöhten Werten im Vergleich zu den regionalen Werten. Der Vergleich wurde getrennt für Mikrofossil-Typen, die sich schlecht bzw. gut erhalten, durchgeführt, um die Unterbewertung der ersteren zu verringern. Mit Hilfe von Korrekturfaktoren (ANDERSEN 1970, 1984) wurden aus dem (extra)lokalen Anteil der Gehölz-Pollen die etwaigen Anteile der Gehölze an der gehölzbestandenen Fläche der frischen bis trockenen Standorten im Umkreis von etwa 100 m um den UP rekonstruiert. Der Offenheitsgrad der Vegetation wurde aus dem Auftreten indikativer Mikrofossil-Typen abgeleitet. Die rekonstruierte Vegetation innerhalb der Senken bildeten hauptsächlich nasse Erlenwälder. Durch anthropogene Entwässerungen und andere Eingriffe bildeten sich Röhrichte, Birken- und Weidengehölze sowie Erlen-Eschenwälder. Die Vegetation der frischen bis trockenen Standorte im Umkreis der Hohlformen war sehr unterschiedlich ausgebildet und wechselte auch an den verschiedenen UP sehr stark. Der Vergleich der UP zeigte, dass im Zeitabschnitt von AD 200 - 700, außer an einem UP, keine Hinweise auf Nutzungseinflüsse auftraten. Trotzdem waren die Gehölzbestände als Folge früherer menschlicher Aktivitäten z. T. noch sehr stark von Zwischenwaldarten (Acer, Fraxinus, Ulmus) geprägt. Nur an zwei Standorten traten auch über diesen Zeitabschnitt hinaus relativ stabile, von Tilia bzw. Fagus dominierte und nicht nachweisbar von menschlicher Aktivität beeinflusste Gehölzspektren auf. Ab AD 1100 sind nach und nach an allen UP massive Veränderungen im Gehölzspektrum nachweisbar, die mit dem wachsenden Nutzungsdruck infolge der slawischen Besiedlung, der Klostergründung (AD 1199) und den Dorfgründungen (ab AD 1250) einhergingen. Erst im Zeitraum AD 1820 - 2000 stellten sich mit der Einführung der geregelten Forstwirtschaft an fast allen Standorten ähnliche, von Fraxinus und Fagus dominierte Gehölzspektren ein. Mit Hilfe von Cluster-Analyse und Detrended Correspondence Analysis aller rekonstruierten Gehölzbestände wurden vier typische Gesellschaften der Gehölzvegetation der letzten 2000 Jahre herausgearbeitet. Fraxinus-Acer-Quercus-Bestände und Carpinus-Fagus-Quercus-Bestände stellen Vor- und/oder Zwischenwälder dar, die sich mit der Wiederbewaldung von Offenflächen einstellten und aus denen sich Schlusswälder entwickelten. (Betula-)Corylus-Tilia-Bestände beinhalten Schlusswälder, die noch bis etwa AD 1500 im Untersuchungsgebiet existierten. Die Fraxinus-Fagus-Bestände sind ebenfalls Schlusswälder, die fast im gesamten Untersuchungszeitraum nachgewiesen wurden. Aus den Untersuchungen wurde deutlich, dass die Entwicklung der Waldbestände stark durch anthropogene Einflüsse geprägt war. Das Verschwinden der Tilia-bestimmten Bestände und die Ausbreitung von Fagus wurden durch menschliche Aktivitäten ausgelöst. Das Gattungsspektrum der heute dominierenden Waldgesellschaft, des Eschen-Buchenwaldes (Fraxino excelsioris-Fagetum sylvaticae), konnte am Standort EXB bis ins 1. Jh. AD auch in nutzungsfreien Phasen zurückverfolgt werden, so dass es als natürlich gelten kann.
Manipulating and utilizing plasmas becomes a more and more important task in various research fields of physics and in industrial developments. Especially in nowadays spacerelevant applications there are different ideas to modify plasmas concerning particular tasks.
One major point of interest is the ability to influence plasmas using magnetic fields. To study the underlying physical effects that were achieved by these magnetic fields for both scenarios Particle-in-Cell simulations were done. Two examples are discussed in this thesis.
The first example originates from an experiment performed by the European Space Agency ESA in collaboration with the German Space Agency DLR. To verify the possibility of heat-flux reduction by magnetic fields onto the thermal protection system of a space vehicle a simplified experiment on earth was developed. Most of the heat that is created during re-entry comes from compression of the air ahead of the hypersonic vehicle, as a result of the basic thermodynamic relation between temperature and pressure. The shock front, which builds up in front of the vehicle deflects most of the heat and prohibits the surface of the space vehicle from direct contact with the maximum flux. State of the art spacecrafts use highly developed materials like ceramics to handle the enormous heat. An attractive approach to reduce costs is to use magnetic fields for heat-flux reduction. This would allow the use of cheaper materials and thus reduce costs for the whole space mission. A partially-ionized Argon beam was used to create a certain heat-flux onto a target. The main finding of the experimental campaign was a large mitigation of heat-flux by applying a dipole-like magnetic field. The Particle-in-Cell method was able to reproduce experimental observations like the heat-flux reduction. An additionally implemented optical diagnostics module allowed to confirm the results of the spectroscopy done during the experiment. The underlying effect that is responsible for the heat-flux reduction was identified as a coupling between the modified plasma and the dominating neutral flux component. The plasma, that is guided towards the target, act as a shield in front of the target surface for arriving neutrals. These neutrals are slowed down by charge-exchange collisions. Furthermore the magnetic field induces an increased turbulent transport that is also needed to reach a reduction in heat-ux. The turbulent transport was also obtained by three-dimensional Direct Simulation Monte Carlo simulations. Unfortunately, such source driven turbulence can not be expected in space, so that a heat flux reduction in real space applications is questionable. Nevertheless, other effects like the induced turbulence by the rotating vehicle can compensate the missing source driven effect.
The second scenario in which a magnetic field is used to modify the heat flux of a plasma is the operation of the pulsed cathodic arc thruster. The same Particle-in-Cell code was used to simulate a typical pulse of this newly developed thruster of Neumann Space Pty Ltd. The typical behavior of the thruster could be reproduced numerically. The thrust is mainly produced by fast electrons. These electrons are accelerated by electric fields as a result of a plasma-beam instability. This plasma-beam instability was verified by a phase space diagnostics for the electrons. To demonstrate the influence of the magnetic field a simulation of the cathodic arc thruster without magnetic field and one with magnetic field were compared. It was shown that the use of a magnetic field leads to a ten times larger thrust by directing the heat ux. The resulting narrow plume is an additional Advantage of the particle guiding magnetic field. This narrowness of the plume reduces the danger of interaction with other components of the space vehicle.
Both scenarios demonstrate the different capabilities for electromagnetic fields to manipulate plasmas and especially the corresponding heat-flux with respect to certain tasks. The possibilities range from reducing the heat-flux onto a target to maximizing the thrust by directing the heat-ux. This thesis demonstrates that simulations are a great tool to support experiments and to deliver an improved physics understanding. They help to identify the basic physics principles in the different systems, because they can deliver information not accessible to experiments.
In particular, a better understanding of the influence of electromagnetic fields on the heat-flux distribution in space-relevant applications was obtained. This can be the basis for further simulation-guided optimization, e.g. for the design of more effective cathodic arc thrusters. Here, the goal is to minimize costs for prototypes by replacing the hardware by virtual prototypes in the simulations. This allows to test basic design ideas in advance and get more highly-optimized designs at a fraction of time and costs.
Until today, more than 17% of the population in Mecklenburg Western-Pomerania suffer from chronic kidney disease (CKD) which was revealed by the SHIP study (Study of Health in Pomerania). 20% of CKD cases can be traced back to glomerulopathies. One common characteristic of glomerulopathies is the morphologic change of the glomerular filtration barrier which consists of endothelial cells, the glomerular basement membrane and podocytes. Under healthy conditions, the foot processes of the podocytes interdigitate with the foot processes of the neighboring podocytes with a filtration slit in between. Apart from the slit membrane protein nephrin, typical adherens junction proteins like occludin or JAM-A are also expressed at this cell-cell junction. This junction is therefore considered to be a specialized type of adherens junction, necessary to maintain the size-selectivity of the filtration barrier. During podocyte injury, podocyte foot processes lose their characteristic morphology and the typical meandering filtration slit becomes linearized, a process which is described as foot process effacement.
Since morphological change is directly linked to change or loss of function, ultrastructural analysis of the foot processes is necessary for diagnostics and research. By using 3D-structured illumination microscopy (3D-SIM), we quantified these morphological changes as well as studied a possible biomarker, the tight junction protein claudin 5 (CLDN5). Our study showed a spatially restricted up-regulation of CLDN5 in effaced filtration slit areas in biopsies of patients suffering from minimal change disease (MCD), focal and segmental glomerulosclerosis (FSGS) as well as in mice after NTS injection and in the uninephrectomy DOCA-salt mouse model. CLDN5/nephrin ratios of biopsies from patients with glomerulopathies and of tissue received from NTS-treated mice were significantly higher compared to controls. We found that in patients the CLDN5/nephrin ratios were negatively correlated with the filtration slit density. Since CLDN5 up-regulation was observed in several areas of high filtration slit density, we hypothesized that CDLN5 upregulation preceded visible foot process effacement. Taken together, we suggest that CLDN5 could be a helpful biomarker to identify an early change of the foot process morphology in addition to filtration slit density measurement. Additionally, correlation analysis of foot process effacement with patient data showed a significant negative correlation of the filtration slit density with proteinuria in MCD patients.
Cyanobakterien sind eine vielversprechende Quelle an strukturell diversen und biologisch hochaktiven Naturstoffen für die Entwicklung neuer Wirkstoffe. Bislang konnte die Strukturklasse der [7.7]Paracyclophane nur in fädigen Cyanobakterien der Gattungen Nostoc und Cylindrospermum nachgewiesen werden. Vorangegangene Arbeiten zeigten, dass gerade die Carbamidocyclophane chemisch und biologisch interessante Verbindungen darstellen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden vor allem die Carbamidocyclophane produzierenden Cyanobakterien Nostoc sp. CAVN2 und Nostoc sp. CAVN10 unter besonderer Berücksichtigung der strukturellen Vielfalt an biosynthetisierten Metaboliten sowie deren antimikrobieller Aktivität umfassend charakterisiert. Um das biosynthetische Potenzial auf der metabolischen Ebene zu untersuchen, wurde im Vorfeld eine spezifische [7.7]Paracyclophan-Analytik etabliert, die skalierbare Methoden für alle Aufarbeitungsschritte beinhaltet. Die Optimierung endete in einem validierten sowie arbeits- und zeitsparenden einstufigen Extraktions- und Aufreinigungsverfahren mittels eines Zweiphasensystems und anschließender LC-UV-Analyse, um biologische Proben reproduzierbar zu analysieren und enthaltene Carbamidocyclophane zu quantifizieren. Kultivierungsstudien zum Einfluss der Temperatur an metabolisch aktiven und defizienten Nostoc-sp.-CAVN10-Kulturen ergaben einen direkten Zusammenhang zwischen der Biomassezunahme und der Temperaturerhöhung. Im Gegensatz dazu zeigten die einzelnen Carbamidocyclophan-Gehalte ein eher differenzierteres Bild über die verschiedenen Wachstumsphasen und Temperaturen hinweg. Da nur eine geringe Korrelation zwischen der spezifischen Wachstumsrate und der spezifischen Carbamidocyclophan-Produktionsrate ermittelt werden konnte, ist eine Relevanz dieser Verbindungen für den primären Zellstoffwechsel nicht ersichtlich. Bei Kultivierungsexperimenten an Nostoc sp. CAVN2 hatte der Zusatz von Chlorid- oder Bromid-Ionen eine drastische Erhöhung der Basalrate und Strukturdiversität der [7.7]Paracyclophane zur Folge. Das gleichzeitige Vorhandensein beider Halogenide im Medium zeigte kompetitive Effekte, wobei Chlorid als Substrat für den Halogenierungsprozess favorisiert wurde. Mit Hilfe eigens entwickelter Kultivierungsprozedere und Separierungsstrategien konnten insgesamt 25 Verbindungen aus Stamm CAVN2 isoliert und strukturell aufgeklärt werden. Dabei bilden die Carbamidocyclophane H–U neue chlorierte, bromierte und nicht halogenierte Naturstoffe. Zusätzlich konnten aus Stamm Cylindrospermum stagnale PCC 7417 neben den bekannten Cylindrocyclophanen A, B und D die drei neuen Cylindrofridine A–C erhalten werden. Diese stellen den Cylindrocyclophanen strukturell eng verwandte lineare Mono- und Dialkylresorcinole dar. Die vergleichende Evaluierung der Bioaktivität von 30 Reinsubstanzen ergab, dass viele Verbindungen sehr starke antimikrobielle Aktivität gegen grampositive Bakterien zeigen – besonders gegen Antibiotika-resistente Kokken mit minimalen Hemmkonzentrationen von oftmals deutlich unter 1 µM. Dabei bedingten die verschiedenen Substituenten (Carbamoyl- und Acetoxy-Reste sowie Hydroxygruppen oder Halogene) z.T. signifikante Aktivitätsunterschiede. Die Zytotoxizität der [7.7]Paracyclophane ist vor allem an das Vorhandensein des Makrozyklus gebunden, da lineare Derivate (Cylindrofridine B/C) kaum biologisch aktiv waren. Eine Ausnahme stellt dabei das nicht zytotoxische, aber antimikrobiell aktive Cylindrocyclophan-D-Monomer Cylindrofridin A dar. Die phylogenetische Analyse der 16S-rDNA-Daten bestätigte die morphologisch-taxonomische Identifizierung der Stämme CAVN2 und CAVN10 als Cyanobakterien der Gattung Nostoc und ergab weiterhin, dass alle Carbamido- und Cylindrocyclophane produzierenden Nostoc-Stämme Bestandteil einer monophyletischen Gruppe sind, die phylogenetisch distinkt zu anderen [7.7]Paracyclophan-Produzenten ist. Des Weiteren konnten keine Nukleotidunterschiede zwischen Stamm CAVN2 und CAVN10 auf den untersuchten Markergen-Sequenzen festgestellt werden, was beide auf der phylogenetischen Ebene als identisch erscheinen lässt und sie somit nur metabolisch aufgrund der strukturellen Diversität und Quantität an [7.7]Paracyclophanen differenzierbar sind. Mit Hilfe von molekulargenetischen Analyseverfahren und bioinformatorischer Auswertung konnte in Stamm CAVN2 das Carbamidocyclophan-Biosynthesegencluster mit einer Gesamtgröße von ca. 26,9 kbp identifiziert werden. Dieses beinhaltet 13 offene Leserahmen (cabA-cabM), wobei das Gen cabL für eine putative Carbamoyltransferase codiert. Ein neuer Halogenase-Typ in Verbindung mit einer Tandem-ACP-Domänen-Struktur in der Typ I Polyketidsynthase CabD könnte für die Ausbildung halogenierter Derivate verantwortlich sein. Der Nachweis eines codierenden Bereichs mit Rieske-Domäne (cabM) lässt eine direkte oxidative intermolekulare Makrozyklisierung bei der Assemblierung vermuten.
Nowadays, a challenge in wildlife management and nature conservation is to reach a state of human-wildlife coexistence, integrating wildlife into the human-dominated landscape. Achieving a state of coexistence is urgent as human-wildlife conflicts increase over time. Thus a "route guide" for researchers and conservation practitioners will be needed to identify if a human-wildlife interaction is heading towards conflict or coexistence, enabling them to conduct management activities, when possible, to achieve human-wildlife coexistence. Researchers have used different individual-based attributes as a proxy to measure support towards wildlife species by the general public. Different operationalizations from Environmental Economics and Environmental and Conservation Psychology research fields have been used to measure support. Examples of operationalization are the willingness-to-pay and Likert-type scale, or rating scale, from the first and second research fields. In the first, participants must indicate how much they would be willing to pay to protect a specific wildlife species population in a particular area and time. In the second, participants are asked to rate statements through, e.g., a five-point ordinal rating scale with opposite alternatives between, e.g., strongly agree and strongly disagree. In the human dimension of natural resources management research, variations of these methodologies have been used to measure support, not only for one wildlife species but for a set. For the willingness-to-pay variation, i.e., money allocation, participants must distribute a constant sum of money among a set of wildlife species. For the rating scale variation, each of the wildlife species in the set corresponds to a statement to be rated. The thesis aims to contrast these two variations, i.e., money allocation and rating scale, in their capacity to assess support changes towards a set of 12 native wildlife species from different taxa.
A survey was applied in 2018 (n: 368) and replicated in 2019 (n: 359) among urban dwellers who cohabit with the wildlife species set, in Valdivia, south of Chile. The surveys were applied before and after information disclosure and exposure in an experimental and longitudinal research design structure, respectively. As information disclosure, the threatened and endemic status of the wildlife species was presented to the participants. On the other hand, mass media coverage of a human-wildlife conflict involving one of the species included in study, the South American Sea Lion, was used for information exposure. The results indicate that the money allocation method identified support changes among the wildlife species to a greater extent than the rating scale for both types of information (Chapters 2, 3, and 4). The money allocation in the experimental design structure grouped the wildlife species based on their threatened and endemic status, while the rating scale did not come with the same results (Chapter 3). In the longitudinal design structure, the South American Sea Lion support decreased based on the average values of the money allocation and rating scale after the information exposure (Chapter 4). Differently, when the South American Sea Lion position support is compared with the other wildlife species, based on the money allocation, there was a descent, while the rating scale presented an ascent after the mass media coverage of the human-wildlife conflict (Chapter 4). This difference between the results of the two methods, in both research design structures, can be explained to a certain extent due to their scaling technique characteristics. The money allocation is a comparative scale; therefore, the support given to one wildlife species will affect the possible support given to the other species. In contrast, the rating scale is a non-comparative scale, i.e., the support given to a wildlife species is independent of the support given to the other wildlife species in the set. In the experimental research design structure (Chapters 2 and 3), to give or increase the support to a threatened or endemic wildlife species, a bill should be taken from another wildlife species, usually not threatened nor endemic. On the contrary, in the rating scale, there was no need to choose; the support could be increased for a wildlife species without decreasing the support for other wildlife species. In the longitudinal study design structure, the money allocation allows direct comparison between wildlife species from one year to another, while the rating scale does not. For the money allocation, the possible amount of support to be given to a wildlife species, i.e., 12 bills of 1,000 CLP each, did not vary from 2018 to 2019. For the rating scale, the values received among the wildlife species can vary within the rating scale from one year to another, misleading to incorrect interpretations. The money allocation method can be suitable for monitoring human-wildlife interactions, i.e., to position and visualize support shifts. The money allocation could be used as an overview of human-wildlife interactions in a specific area, working as a first assessment.
Pentathiepins are cyclic polysulfides that exert antiproliferative and cytotoxic activity in cancer cells, induce oxidative stress and apoptosis, and potently inhibit GPx1. These properties render this class of compounds promising candidates for the development of anticancer drugs. However, the biological effects and how they intertwine to promote high cytotoxicity have not been systematically assessed throughout a panel of cancer cell lines from distinct tissues of origin. In this thesis, six novel pentathiepins were analyzed and constitute the second generation of compounds with additional properties such as fluorescence or improved water solubility to facilitate cellular testing. All compounds underwent extensive biological evaluation in 14 human cancer cell lines. These studies included investigations of the inhibitory potential with regards to GPx1 and cell proliferation, examined the cytotoxicity in human cancer cell lines, as well as the induction of oxidative stress and DNA strand breaks. Furthermore, selected hallmarks of apoptosis, ferroptosis, and autophagy were studied. Experimental approaches regarding these cellular mechanisms included observing morphological changes, detecting phosphatidyl serine exposure and caspase activity, and quantifying cleaved PARP1 and levels of LC3B II. In addition, the analysis of the cell cycle aimed to identify aberrations or arrests in cell division.
Five of the six tested pentathiepins proved to be potent inhibitors of the GPx1, while all six exerted high cytotoxic and antiproliferative activity, although to different extents. There was a clear connection observed between the potential to provoke oxidative stress and damage to DNA in the form of single- and double-strand breaks both extra- and intracellularly. Furthermore, various experiments supported apoptosis but not ferroptosis as the mechanism of cell death in four different cell lines. In particular, the externalization of PS, the detection of activated caspases, and the cleavage of PARP1 corroborated this conclusion. Additionally, indications for autophagy were found, but more investigations are required to verify the current data. The findings of this dissertation are mainly in line with the postulated mechanism of action proposed for pentathiepins and a previous publication from our group that described their biological activity. However, the influence of modulators such as oxygen and GSH on the biological effects was ambiguous and dependent on the compound. The expression profile of the cell lines concerning GPx1 and CAT did not influence the cellular response toward the treatment, whereas the cell doubling time correlated with the cytotoxicity.
As the various pentathiepins give rise to different biological responses, modulation of the biological effects depends on the distinct chemical structures fused to the sulfur ring. This may allow for future optimization of the anticancer activity of pentathiepins. An analysis of the structure-activity relationships revealed that the piperazine scaffold was associated with superior biological activity compared to the pyrrolo-pyrazine backbone. Furthermore, substituents with electron-withdrawing properties or those providing a free electron pair, such as fluorine or morpholine, were advantageous. These findings should help design and synthesize the next generation of pentathiepins, thereby expanding the library of compounds, allowing for the further deduction of structure-activity relationships and an improved understanding of their mechanism of action.
The present experimental work investigates plasma turbulence in the edge region of magnetized high-temperature plasmas. A main topic is the turbulent dynamics parallel to the magnetic field, where hitherto only a small data basis existed, especially for very long scale lengths in the order of ten of meters. A second point of special interest is the coupling of the dynamics parallel and perpendicular to the magnetic field. This anisotropic turbulent dynamics is investigated by two different approaches. Firstly, spatially and temporally high-resolution measurements of fluctuating plasma parameters are investigated by means of two-point correlation analysis. Secondly, the propagation of signals externally imposed into the turbulent plasma background is studied. For both approaches, Langmuir probe arrays were utilized for diagnostic purposes. The main findings can be summarized as follows: Greatly elongated fluctuation structures exist in plasma edge turbulence. The structures are aligned along the confining magnetic field (k|| = 0). The correlation degree of fluctuations for a short connection length of 0.75m is greater than 80%. For much longer connection lengths of 23m and 66m, the correlation degree is reduced to approximately 40%. A conceptual interpretation of these observations is the coexistence of two different fluctuation components. One component has a correlation length parallel to the magnetic field below 20m and the other component a correlation length greater than 70m. Sine signals in the frequency range 1-100 kHz were injected into the turbulent plasma background. The propagation parallel and perpendicular to the magnetic field of the signals was studied. In poloidal direction, an asymmetry is observed, that can be explained by a copropagation of the signal with the background E × B-rotation of the plasma. The signal propagation parallel to the magnetic field shows no such asymmetry. As an advanced approach, spatio-temporal wave patters were injected into the edge plasma. The waves launched that way can be seen as test waves' in a turbulent background. The coupling strength of the imposed wave patterns to the background turbulence relies on the match of the imposed waves to the dynamics of turbulent structures. If the propagation direction of the imposed waves is parallel to the propagation direction of the background plasma, improved coupling is observed. This finding underlines the importance of the background plasma rotation for future attempts of controlling the plasma edge turbulence. Further optimization of frequency and wave vector of the imposed waves is probably a promising approach for achieving a significant and systematic influence of turbulence. Taking into account the present experimental state-of-the-art, for a deeper insight into the mechanism of the plasma edge turbulence of magnetized high-temperature plasmas a joint effort of numerical modeling and experimental results is a valuable approach. Such a cooperation should cover the explanation of the correlation observations as well as the experiments on signal injection into background turbulence. A quantitative comparison between the results presented in this work and a dedicated numerical drift wave simulation would be a significant step forward to a better understanding of plasma edge turbulence.
Serbian Tertiary ultrapotassic province is part of widespread but not voluminous basaltic magmatism in Serbia. Two principal groups of ultrapotassic rocks are recognized; the lamproite affinity group (LAG) and the kamafugite affinity group (KAG). My results demonstrate three dominant low-pressure evolutional processes: magma mixing and fractional crystallization, analcimization and heteromorphism. The two suites of ultrapotassic rocks show large ranges of Sr and Nd isotopic values but a restricted variation of Pb isotopes. LAG is characterized by wide ranges of Sr and Nd isotopes (87Sr/86Sri 0.70735- 0.71299, 143Nd/144Ndi 0.51251-0.51216). KAG is isotopically homogeneous with a limited range of Sr-Nd isotopes (87Sr/86Sri 0.70599-0.70674, 143Nd/144Ndi 0.51263-0.51256). The Pb isotope compositions of both groups are similar (206Pb/204Pb 18.581-18.832, 207Pb/204Pb 15.624-15.696 and 208Pb/204Pb 38.744-38.987), and fall within the pelagic sediment field resembling Mesozoic flysch sediments from the Vardar ophiolitic composite suture zone. Highly variable Sr and Nd isotopic signatures of primitive-LAG rocks correlate with REE fractionation and enrichment of the HFSE. I explain this correlation using vein+wall-rock melting model, invoking the presence of different metasomatic domains (veins with phlogopite, Cpx and F-apatite) that are out of isotopic equilibrium with the peridotite wall rock. Relatively uniform Sr and Nd isotopic data of KAG rocks, similar trace element patterns and small but regular variations of HFSE ratios, indicate different degrees of melting of a relatively homogeneously metasomatized mantle source. Geochemical modelling implies the role of phlogopite, apatite and Ti-oxide in their mantle source.
Forest ecosystems around the world and especially boreal forests, are facing
drastically changing climatic conditions. It is known that these changes could
challenge their functionality and vitality. Still, the exact impact is not fully
understood, as tree growth is a complex process and depends on countless
environmental and genetic factors. To estimate the effects of climate change
on tree growth and forest development precisely, we must learn more about
tree growth itself. A comprehensive approach is needed where trees and
forests are investigated on different scales and levels of detail, ranging from
global studies to studies on single individuals.
In this dissertation, I follow such a comprehensive approach, using the
North American conifer white spruce as an example. I present three papers
in the form of three chapters in which my co-authors and I studied the
growth and anatomy of white spruce (Picea glauca [Moench] Voss) and how
it is influenced by environmental, climatic, and genetic factors.
We used diverse approaches and methods on different spatial scales, ranging from
investigations on the landscape to the local scale. We established three paired
plots with forest and treeline sites (two cold-limited and one drought-limited).
as well as one additional forest site. In the first chapter, we concentrated
on the genetic diversity of white spruce within and between populations at
all study sites throughout Alaska. The genetic investigations were combined
with analyses on the individual growth response of trees to climatic conditions
to find whether genetic similarities or spatial proximity caused similarities
in growth and climatic sensitivity. In the second chapter, we studied the
direct and indirect effects of environmental conditions on the xylem tissue
of white spruce. We analyzed the impact of precipitation, temperature, and
tree height on four xylem anatomical traits in trees growing at the three
treelines. The investigated traits represented the main functions of xylem
tissue (i.e., water transport and structural support). In the third chapter,
we investigated similar xylem anatomical traits at one cold-limited treeline.
We compared xylem anatomy and annual increment between genetic groups
and individuals and between spatial groups to investigate whether spatial or
genetic grouping influenced the anatomy and growth of white spruce.
We found an overall high gene flow and high genetic diversity in white
spruce. However, the sensitivity of the growth and anatomical traits of white
spruce was driven mainly by spatial rather than genetic effects and differed
between study sites. Trees from the drought-limited site were more sensitive
towards precipitation and a moisture index, while trees from the cold-limited
sites were more sensitive towards temperature. A strong direct effect of tem-
perature was primarily found in latewood traits related to the structural sup-
port of the tree. Earlywood traits related to water transport, however, were
influenced mainly by tree height. Tree height itself was potentially affected
by diverse abiotic and biotic factors (e.g., (micro)climate, soil conditions,
and competition). Thus, traits related to water transport were indirectly
influenced by environmental conditions. Genetic effects in xylem anatomical
traits were found in the earlywood hydraulic diameter and latewood den-
sity, whereas in general, primarily spatial rather than genetic grouping was
influencing the anatomy of white spruce.
Overall, white spruce showed to be a genetically diverse species with a
high gene flow. The effects of spatial proximity and spatial grouping on the
sensitivity and anatomy of white spruce indicate high phenotypic plastic-
ity. This high phenotypic plasticity combined with the vast genetic diversity
translates into an immense potential for the species to adjust (phenotypically)
and possibly adapt (genetically) to changing conditions. Thus, in terms of
climate change, white spruce may be a rather persistent species that manages
to cope with the drastic changes. Though additional work might be needed to
draw a more solid conclusion, the presented work shows how a comprehensive
study approach can help to interpret and understand the growth and ecology
of a tree species. It may be an inspiration for future studies to broaden their
approaches and to use comprehensive methods on different levels of detail to
not only observe trees but to explore and understand them.
In the present work high density helicon plasma discharges are created and characterized as a promising concept towards the realization of plasma wakefield accelerators to build up electric fields in the order of GV/m to accelerate electrons to energies in the TeV range with proton driving bunches. For such a concept plasma sources are needed that are able to maintain discharges with plasma densities of n_e = 7E20 m^-3 over long distances with a low variation in plasma density. Measurements at the PROMETHEUS-A device are performed for variable parameters, like magnetic induction, RF heating power and filling gas pressure. A CO2 laser interferometer, a laser induced fluorescence (LIF) diagnostic and a reaction rate model are combined to give a full picture. It is shown that in most cases the plasma density is centrally peaked with a high density region +- 5 mm from the center. The peak plasma density increases with increasing filling gas pressure, RF heating power and magnetic induction, limited by the number of neutral particles in low pressure discharges, by the transferred heating power and the increasing recombination and electron quenching rates of argon ions in high filling pressure cases. The increase in plasma density with increasing magnetic induction correlates to the direct proportionality in the helicon dispersion relation. For all investigated operational parameters the time evolution of the helicon discharge shows the same characteristics and is reliably reproducable inside the error bars. The electron temperature is determined by combining the collisional radiative model with line ratio measurements of two spontaneously emitted LIF lines. The low electron temperature regime of 1.2 eV < T_e < 1.4 eV and the electron temperature profiles are consistent with helicon wave heating via collisional power dissipation. The maximum plasma density of n_e = (6 +- 1)E20 m^-3 is measured at high RF power of P_RF = 24 kW, p_0 = 9 Pa filling gas pressure and a magnetic induction of B = 105 mT with a maximum electron temperature at 1.4 eV. At these operational parameters the plasma density peaking time and width are determined to be 270E-6 s and 50E-6 s, respectively. This shows that specific plasma density requirements for the use of a wakefield accelerator are reachable and the duration of the peak plasma density is more than sufficient for a relativistic particle to pass a 1 km long plasma cell. Additionally time-resolved LIF profile measurements for neutral and singly ionized argon were conducted to complement the previously evaluated measurements. The time resolution of the LIF diagnostic was chosen in a way to adequately represent the evolution of densities and to allow full profile measurements over one day. A resolution of 200E-6 s was chosen. The time-resolved neutral and ion metastable densities show hollow profiles with high densities at the edges over the first ms indicating higher ionization levels and increasing electron quenching rates. The metastable densities are highly determined by electron temperature, RF heating power and filling neutral gas pressure and do not reflect the neutral argon evolution. To investigate the influence of neutral depletion on the density evolution and maximum plasma density, the argon neutral and ion ground state densities are determined. Both time-resolved density profiles show a hollow profile with highest densities at the edges over a longer time interval of 3-4 ms. The penetration depths (ionization mean-free paths) indicate increased ionization of neutral argon while dissipating inwards, corresponding well to the theoretical value of lambda = 20 mm. This results in a depletion of neutrals in the center of the discharge, leading to a limitation and a fast decrease of plasma density after the neutrals are partially ionized. The shown refilling effect of neutral argon is too slow to have an important impact. At operation parameters for highest plasma density, the calculated ground states also show a fast increase in density at the end of the discharge after the RF-heating is switched off. This indicates recombination effects to these atomic states and higher ionization levels than ArII in the helicon discharge.
A highly stereoselective recombinant alcohol dehydrogenase aus 'Pseudomonas fluorescens' DSM50106
(2005)
The alcohol dehydrogenase was biochemically characterized. A broad range of arylaliphatic ketones is efficiently reduced to the corresponding optically active (R)-alcohols by a recombinant alcohol dehydrogenase (PF-ADH) produced by overexpression in 'Escherichia coli'. PF-ADH shows high activity and stereoselectivity in the reduction of acetophenone and various derivatives (45-99%), as well as in the reduction of 3-oxy-butyric acid methyl ester and 3-oxy-butyric acid methyl ester and 3-oxy-hexanoic acid ethyl ester (>99%). The highest activity was observed between 10 and 20°C. The copfactor NADH can be efficiently recycled by the addition of 10-20% of iso-propanol. A flow-through-polarimetry-based assay to determine oxidoreductase activity and stereoselectivity is described.
A molecular approach to characterize the arbuscular mycorrhizal fungus, Glomus sp. AMykor isolate
(2012)
The arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) interaction with plants has a major impact on the soil ecosystem. However, so far, only a few studies on AMF genetics have been performed and molecular information on the genetic diversity of AMF is limited. In this study a fundamental genetic characterization of the industrial isolate, Glomus sp. AMykor (AMykor GmbH, Bitterfeld, Germany) has been undertaken to increase the understanding of AMF genetic diversity. Based on phylogenetic analysis of partial rDNA sequences, Glomus sp. AMykor isolate was proposed to belong to the G. irregulare species together with the reference isolate, DAOM197198. To investigate if both isolates differ in their ploidy level, fluorescence in situ hybridization (FISH) was performed and mainly one or two hybridization signals per nucleus were observed in both isolates. It is suggested that they harbour at least two major rDNA sites and possibly two minor sites. The DNA content was estimated by means of flow cytometry (FC) and confirmed by Feulgen densitometry (FD). The calculated average DNA content per nucleus is 153.0 ± 3.6 Mb for the G. irregulare AMykor isolate and 154.8 ± 6.2 Mb for the DAOM197198 isolate. Since there are plenty criticisms coming recently of using rDNA sequence for fungal barcoding there is necessity of development other system for the identification to species level of Glomeromycotan fungi. The focus of this part of the study was the GiFRD gene encoding fumarate reductase enzyme for use as a potential candidate for AMP species determination. Unfortunately, observed sequence variations do not allow the discrimination of Glomeromycotan species. However, further analysis of enzyme encoded by GiFRD showed a possible role of fumarate reductase in AMF redox balance maintaining under oxygen deficient conditions. Using a yeast expression system, it has been demonstrated that the protein encoded by GiFRD has fumarate reductase activity. The functional expression of GiFRD in the S. cerevisiae fumarate reductase deletion mutant restored the ability of growth under anaerobiosis which indicated that Gifrdp is able to functionally complement the S. cerevisiae missing genes. The fact that GiFRD expression was present only in the asymbiotic stage confirmed existence of at least one metabolic pathway involved in anaerobic metabolism and suggested that AMF behave as a facultative anaerobe in asymbiotic stage.
Understanding the fundamental mechanisms in the extracellular matrix of cells (ECM) is crucial for the development of drugs and biomaterials. Therefore, an atomistic model of the extracellular matrix is a cost-efficient way to observe influences of drugs, test the effect of mutations or misfolds in proteins or study the properties of fibril or network-forming peptides.
With this thesis, a refined molecular model of an adhesion complex is proposed that contains collagen, fibronectin and the cell receptor integrin. During the building of the model, major new insights are given for each of these proteins and a powerful protein-folding algorithm is
developed.
This thesis describes experiments with clusters stored in an electrostatic ion trap called Multi-reflection time-of-flight (MR-ToF) analyzer. These devices are established as mass separators and analyzers with high resolving powers and fast processing times. The objective was to characterize an experiment that utilizes such analyzer for cluster research, to this end a laser-ablation ion source was combined with an MR-ToF analyzer.
In the first part, an experiment scheme that combines two operating modes, namely in-trap lift operation and mirror operation, is presented and characterized for the present setup. For ion capture in-trap lift switching was employed and exit-side mirror switching for ejection with higher information content. Measurements were performed with small lead clusters to illustrate individual advantages of both techniques and the gain of combining them with focus on the ions’ ToF ejection window.
In the second part, a recently introduced method of ion separation by transversal ejection of unwanted species inside the trap was studied for the present setup. The ejection is performed by appropriate pulses of the potentials of deflector electrodes located in the trap. The various parameters affecting the selection effectivity and resolving power are illustrated with tin-cluster measurements, with resolving powers of up to several tens of thousands.
The third part presents the experiment in detail, with the construction of each component and measurements for its various performance parameters. Because the heart of the setup is the MR-ToF analyzer the characterization focuses on the trap. In addition, cluster ions were mass selected in the MR-ToF device and photodissociated. The charged fragments were stored and mass analyzed in a proof-of principle MS/MS experiment where both MS steps were performed in the MR-ToF operation mode.
Background:
Microvascular decompression (MVD) success rates exceed 90% in hemifacial spasm (HFS).
However, postoperative recovery patterns and durations are variable.
Objective:
We aim to study factors that might influence the postoperative patterns and duration needed until
final recovery.
Method:
Only patients following de-novo MVD with a minimum follow-up of 6 months were included.
Overall trend of recovery was modeled. Patients were grouped according to recognizable clinical
recovery patterns. Uni- and multivariable analyses were used to identify the factors affecting
allocation to the identified patterns and time needed to final recovery.
Results:
323(92.6%) patients had >90% symptom improvement and 269(77.1%) patients had complete
resolution at the last follow–up. The overall trend of recovery showed steep remission within the
first 6 months, followed by relapse peaking around 8 months with a second remission ~16
months. Five main recovery patterns were identified.
Patterns analysis showed that evident proximal indentation of the facial nerve at REZ, males and
facial palsy are associated with earlier recovery at multivariable and univariable levels. AICA,
AICA/VA compressions and shorter disease durations are related to immediate resolution of the
symptoms only on the univariable level. Time analysis showed that proximal indentation (vs.
distal indentation), males and facial palsy witnessed significantly earlier recoveries.
Conclusion:
Our main finding is that in contrast to peripheral indentation, proximal indentation of the facial
nerve at REZ is associated with earlier recovery. Postoperative facial palsy and AICA
compressions are associated with earlier recoveries. We recommend a minimum of 1 year before
evaluating the final outcome of MVD for HFS.
This thesis revolves around a new concept of independence of algebras. The independence nicely fits into the framework of universal products, which have been introduced to classify independence relations in quantum probability theory; the associated product is called (r,s)-product and depends on two complex parameters r and s. Based on this product, we develop a theory which works without using involutive algebras or states. The following aspects are considered: 1. Classification: Universal products are defined on the free product of algebras (the coproduct in the category of algebras) and model notions of independence in quantum probability theory. We distinguish universal products according to their behaviour on elements of length two, calling them (r,s)-universal products with complex parameters r and s respectively. In case r and s equal 1, Muraki was able to show that there exist exactly five universal products (Muraki’s five). For r equals s nonzero we get five one parameter families (q-Muraki’s five). We prove that in the case r not equal to s the (r,s)-product, a two parameter deformation of the Boolean product, is the only universal product satisfying our set of axioms. The corresponding independence is called (r,s)-independence. 2. Dual pairs and GNS construction: By use of the GNS construction, one can associate a product of representations with every positive universal product. Since the (r,s)-product does not preserve positivity, we need a substitute for the usual GNS construction for states on involutive algebras. In joint work with M. Gerhold, the product of representations associated with the (r,s)-product was determined, whereby we considered representations on dual pairs instead of Hilbert spaces. This product of representations is - as we could show - essentially different from the Boolean product. 3. Reduction and quantum Lévy processes: U. Franz introduced a category theoretical concept which allows a reduction of the Boolean, monotone and antimonotone independence to the tensor independence. This existing reduction could be modified in order to apply to the (r,s)-independence. Quantum Lévy processes with (r,s)-independent increments can, in analogy with the tensor case, be realized as solutions of quantum stochastic differential equations. To prove this theorem, the previously mentioned reduction principle in the sense of U. Franz and a generalization of M. Schürmann’s theory for symmetric Fock spaces over dual pairs are used. As the main result, we obtain the realization of every (r,s)-Lévy process as solution of a quantum stochastic differential equation. When one, more generally, defines Lévy processes in a categorial way using U. Franz’s definition of independence for tensor categories with inclusions, compatibility of the inclusions with the tensor category structure plays an important role. For this thesis such a compatibility condition was formulated and proved to be equivalent to the characterization proposed by M. Gerhold. 4. Limit distributions: We work with so-called dual semigroups in the sense of D. V. Voiculescu (comonoids in the tensor category of algebras with free product). The polynomial algebra with primitive comultiplication is an example for such a dual semigroup. We use a "weakened" reduction which we call reduction of convolution and which essentially consists of a cotensor functor constructed from the symmetric tensor algebra. It turns dual semigroups into commutative bialgebras and also translates the convolution exponentials. This method, which can be nicely described in the categorial language, allows us to formulate central limit theorems for the (r,s)-independence and to calculate the correponding limit distributions (convergence in moments). We calculate the moments appearing in the central limit theorem for the (r,s)-product: The even moments are homogeneous polynomials in r and s with the Eulerian numbers as coefficients; the odd moments vanish. The moment sequence that we get from the central limit theorem for an arbitrary universal product is the moment sequence of a probability measure on the real line if and only if r equals s greater or equal to 1. In this case we present an explicit formula for the probability measure.
This work studies different alternatives for parallelization of ground-state DMRG, with a focus on shared memory multiprocessor systems. Exploiting the parallelism in the dominant part of a DMRG calculation (diagonalization of the superblock Hamiltonian), speedups of 5 to 6 on 8-CPU machines can be achieved. A performance analysis gives hints as to which machine is best siuted for the task. The parallelized DMRG code is then applied to current problems in theoretical solid state physics with electronics, bosonic and spin degrees of freedom. Stripe-like modulations of the hole density in the ground state of doped Hubbard with cylindrical boundary conditions are idenficied in the thermodynamic limit using extrapolation techniques. In the 1D Holstein model of spinless fermions at half filling, Luttinger parameters and the charge structure factor are determinde in order to derive the phase diagram that had previously been established only on small lattices. For the 1D half-filled Holstein-Hubbard model, a finite size analysisof spine and charge excitation gaps in the relevant sectors (Mott insulator, Peierls band insulator and bipolaronic Peierls insulator) is able to yield the phase diagram as well. Finally, is the Heisenberg spin chain with dynamical phonons is considered as a relevant model for a spin-Peierls transition in Copper Germanate. Using DMRG, the relation between singlet-triplet excitation gap and dynamical dimeriaztion is calculated for the first time.
A physiological proteomic approach to address infection-related issues of Gram-positive bacteria
(2012)
Trotz der vielen wissenschaftlichen Fortschritten sind Infektionskrankheiten auch heute noch die Haupttodesursache weltweit. Sie haben nicht nur heute, sondern werden auch in der Zukunft eine große epidemiologische Bedeutung haben. Die komplexe Infektionsthematik sollte unter zwei Gesichtspunkten betrachtet werden: der Prävention und der Behandlung. Zur Prävention von Infektionen zählen neben der Dekontamination und Sterilisation auch die Impfungen sowie die Hygiene- und Gesundheitsaufklärung. Bei der Behandlung von Infektionen kann auf Antibiotika zurückgegriffen werden, wenn das humane Immunsystem die Infektionen nicht auf natürliche Weise bekämpfen kann. Zwischen 1969 und 2000 wurde kein neues Antibiotikum den bereits vorhandenen Antibiotikaklassen hinzugefügt. Parallel zu dieser schwindenden Antibiotikaforschung, verbreiten sich nosokomiale Infektionen und community-acquired (vor allem Methicillin-resistente) Infektionen rapide. Von besonderer Bedeutung ist die Grundlagenforschung an infektionsassoziierten Mikroorganismen, wie dem humanen Erreger Staphylococcus aureus. Im Zusammenhang mit Infektionen spielen Virulenzfaktoren eine entscheidende Rolle. Sie sind entweder an der Zelloberfläche platziert oder werden aktiv ins Medium sekretiert. Um das pathogene Potential von S. aureus besser zu verstehen und aufzuklären ist ein Verständnis über die Proteintransportwege essentiell. Momentan sind die Transportwege von Escherichia coli (Gram-negative) und Bacillus subtilis (Gram-positive) am besten charakterisiert. Viele Transportwegekomponenten wurden mittels Transkriptions und Proteomeanalysen auch in S. aureus konserviert gefunden und ermöglichten dadurch einen ersten Einblick in die Sekretionsmaschinerie. Das Verständnis, warum und wie Virulenzfaktoren Infektionen auslösen birgt ein großes Potential in der Suche nach verbesserter Infektionskontrolle und Behandlung. Kontaminierte medizinische Arbeitsmittel, wie zum Beispiel Katheter oder Endoskope können auch eine auslösende Quelle von Infektionen sein. Diese medizinischen Arbeitsmittel oder Geräte bestehen immer häufiger aus bio-kompatiblen Polymeren (z.B. Polyethylen (PE) oder Polyethylenterephthalat (PET). Diese thermosensitive Polymere können keinen hohen Temperaturen ausgesetzt werden, ohne dass sie beschädigt werden. Damit sind herkömmliche Sterilisationsverfahren (z.B. Autoklavieren) nicht anwendbar. Alternative chemische Verfahren (z.B. Ethylenoxid-Sterilisation) sind mit Nebenwirkungen und Risiken verbunden, die im medizinischen Bereich nicht akzeptabel sind. Alternative Dekontaminationsverfahren für diese thermosensitive Materialen sind also gefragt. Hierbei rückt das Niedertemperaturplasma (NTP) nicht nur bei den Physikern sondern auch bei den Biologen und Medizinern immer weiter in den Fokus der Forschung. NTP, welches unter atmosphärischen Druck erzeugt wird, ist aus einer Vielzahl von antimikrobiell aktiven Agentien und chemischen Produkten (z.B. atomarer Sauerstoff (O), Ozon (O3), Hydroxyl (OH), reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und reaktive Stickstoffspezies (RNS)) zusammengesetzt und stellt damit ein wirksames Mittel für die mikrobielle Dekontamination dar. Seit einiger Zeit wird NTP auch erfolgreich bei der Wundbehandlung angewendet. Erste Studien zeigen ein großes Potential von NTP-Wundbehandlungen in Hinblick auf verbesserte Wundheilung. Die Anwendung von Plasma in der Medizin könnte ganz neue Perspektiven eröffnet- das ist zumindest die Vision. Auf der praktischen Seite gibt es allerdings noch eine Vielzahl von offenen Fragen: (i) welche Art von Plasma ist für welchen Zweck am besten geeignet; (ii) was sind die Vorteile von Plasma im Vergleich zu gängigen medizinischen Behandlungen; (iii) ist Plasma ein ökonomische Alternative im Vergleich zu gängigen Anwandelungen und Standards? Bevor Plasma sicher und routinemäßig in Krankenhäusern zu Einsatz kommen kann ist es zusätzlich von größter Wichtigkeit den Einfluss von Plasma auf Zellen zu klären. Erst wenn die Plasma-Zell-Interaktion (pro- und eukaryotische Zellen) grundsätzlich untersucht und verstanden ist kann eine sichere, erfolgreiche und vor allem akzeptierte Implementierung in den Krankenhausalltag stattfinden.
The thesis develops a scholarly-artistic modular method of analysis for literary studies, film studies and comic studies. Artistic modules of analysis are combined with established research methods used by the humanities on order to deepen the level of understanding of the analysed comic/literary/cineastic work. Martin Rowson's comic adaptation of Laurence Sterne's novel "The Life and Opinions of Tristram Shandy, Gentleman" is analysed with the scholartistic method and treated as an addative literary adaptation.
Hyperoxia is a well-known cause of cerebral white matter injury in preterm infants with male sex being an independent and critical risk factor for poor neurodevelopmental outcome. We investigated the underlying mechanisms behind such a sex dependent difference in oligodendrocyte progenitor cells (OPCs). Our findings demonstrate that oxidative stress severely affects cellular functions related to energy metabolism, stress response, and maturation in male derived oligodendrocyte progenitor cells (OPCs) whereas the female cells remain largely unaffected. This impairment of maturation is accompanied by the downregulation of nucleoporin and nuclear lamina proteins. We identify Nup133, which regulates OPC maturation as a major target protein affected by hyperoxia in male cells and that this differential response is mediated by an inverse Nup133 regulation in the male and female cells. It also regulates mitochondrial function and oxidative stress response through its downstream target Nuclear respiratory factor 1 (Nrf1). Additionally, the presence of 17-β estradiol and higher amounts of fetal zone steroids (precursors for maternal estrogen synthesis during fetal development) confer resistance to the female cells mediated by the estrogen receptor alpha (ERα) along with Nup133. Both Nup133 and ERα regulate mitochondrial function and oxidative stress response by transcriptional regulation of Nrf1. These findings establish prominent sex based differences and the molecular mechanisms involved in differential response of OPCs towards oxidative stress and the important role of Nup133 in mediating a severe negative outcome in the male cells.
The present doctoral dissertation comprises new studies on the fossil vertebrate assemblage recovered from the late Early Jurassic marine “Green Series” clay deposits of Grimmen and Dobbertin in north-eastern Germany that contribute to fill the gap of knowledge regarding its faunal composition and its relevance for understanding Early Jurassic vertebrate life. The investigations led to the recognition of wide range of vertebrate taxa, including basal gravisaurian sauropods, secondarily marine reptiles, a diverse fauna of leptolepid fishes, and a new genus and species of pycnodontiform fishes. In addition, a taxonomic revision of the Early Jurassic saurichthyid fish Saurorhynchus was performed, leading to the identification of two new, previously unnamed species. The results provide new insights into the taxonomic, systematic, and ecological diversity of Early Jurassic vertebrates, and hence add significant new data to our knowledge on Lower Jurassic vertebrate palaeobiodiversity patterns.
Numerous signalling pathways orchestrate the development, the functions, and the survival of cells, mostly in response to external stimuli. An overwhelming amount of data supports the concept of specific, spatio-temporal redox signalling pathways that affect the redox state of protein cysteinyl side chains and thus the biological function of these proteins. Glutaredoxins (Grxs) and thioredoxins (Trxs) catalyse reversible thiol-disulphide exchange reactions. The cytosolic Grx2 isoform Grx2c is essential for brain development and axonal outgrowth. A reversible dithiol-disulphide switch of CRMP2 has been identified as one of the major targets regulated by Grx2c. This CRMP2 redox switch is toggled in neuronal differentiation. Reduction of CRMP2 thiols induces profound conformational changes, modifying interactions and downstream elements of this redox switch. In [article I] and [manuscript V], we identified the Cys504 of CRMP2 to be the redox regulated residue. We used various in vitro assays with recombinant protein and molecular dynamics simulations to characterise the conformational change. The changes involve the solvent accessible surface area of at least one known phosphorylation site at the C-terminus of the protein. In [article III], we analysed the function of Grx2 and Trx1 in a model for perinatal asphyxia. Trx family proteins exhibit a very complex, cell-type and tissue specific expression pattern following hypoxia/ischemia and reoxygenation, especially Trx1 and Grx2. The results imply the clinical relevance for both proteins in perinatal asphyxia as well as many other neurological disorders. In agreement with the results presented in [articleI], Grx2 may be required for the re-establishment of neuronal integrity and connectivity. Cell shape, all forms of intracellular transport, and cell movement depend on the cytoskeleton, particularly on the fine tuned complex regulation of the dynamic re-arrangement of actin filaments and microtubules. In [article IV], we discuss the redox regulation of this dynamic cytoskeletal remodelling. Taking recent discoveries into account, we focus on redox signalling mechanisms, e.g. reversible thiol and methionyl switches. These switches are specifically controlled by enzymes such as Trx1 and Grx2c, for instance, and not the result of random modification by unspecific oxidants. Methionyl sulphoxidation of actin can be reversed by methionyl sulphoxide reductase (MsrA), promoting actin polymerisation. Human cells express two different Msr enzymes (MsrA and MsrB), that can reduce S- and R-methionyl sulphoxide, respectively. In the gram-positive Streptococcus pneumoniae, on the other hand, both Msr genes and thus enzymes were fused during evolution. In [article II], we characterised the surface-exposed thioredoxin family lipoproteins Etrx1 and 2 and regulators of this Msr (SpMsrAB). A loss of function of both Etrx proteins or SpMsrAB dramatically reduced pneumococcal virulence, enhanced the bacterial uptake by macrophages, and accelerated pneumococcal killing by H2O2 or free methionine sulphoxide. Identification and characterisation of components of this redox regulated system may contribute to the design of new antimicrobials. In [manuscript VI], we investigated the effects of Grx2c expression on cell morphology, migration, and invasion behaviour of cancer cells. Grx2c expressing cancer cells developed dramatic changes in phenotype, including alterations in cytoskeletal dynamics and significantly increased motility and invasiveness. We used quantitative proteomics and phopshoproteomic approaches to characterise the underlying mechanisms. Proteins and pathways regulating cytoskeletal dynamics, cell adhesion, and receptor-mediated signal transduction were detected to be specifically altered. We started a clinical pilot study with patients suffering from clear cell renal cell carcinoma (ccRCC). Grx2c was expressed with significantly higher frequency in ccRCC compared to healthy kidney tissue, associated with a strong trend for locally more advanced tumour stages and a clear tendency for a decreased cancer-specific survival, compared to patients without detectable Grx2c. These results were supported by data from "The Cancer Genome Atlas". In synopsis, the results presented and discussed in these articles and manuscripts, support the concept of specific redox signalling in different models and model organisms. They also demonstrate the importance of the specific redox control of signalling pathways that, in the case of errors or misinterpretations, contribute to pathophysiological alterations. The regulation of the CRMP2 redox switch by Grx2c, for instance, is physiologically essential for brain development, but might lead to cancer progression, if "switched on" in adult tissue. Identification of further interaction partners as well as the development of compounds modulating this redox switch and CRMP2s conformations, will be part of our future research.
Liu–II coal pit is a typical example of China’s deep coal mines which is seriously threatened by groundwater inrush from the underlying carboniferous Taiyuan limestone formation. An exhaustive data set of this confined aquifer exists. The aquifer lies 45 m∼ 60 m below the major coal seam. A traditional artesian aquifer test has been performed in order to assess the hydraulic properties, e.g. transmissivity (T) and storage coefficient (S). This artesian aquifer test is conducted with four simultaneously operating production wells while the discharge of each production well varied with time. The results of this test suggest that the aquifer is heterogeneous. Therefore, the according problems are: (1) how to analyze the artesian aquifer test with linearly declining discharge; (2) how to deal with multiple production wells in an aquifer test; (3) how to adequately consider aquifer heterogeneity. Thus, the objective of this thesis is to solve these problems. 1) As opposed to classical above-ground pumping tests, it is difficult to control the discharge rate of the production well in a deep mine artesian aquifer test since the hydraulic pressure is extraordinary high. Moreover the discharge rate won’t descend rapidly to zero, thus the analytical solution of Jacob and Lohman (1952) type curve for the artesian aquifer test will not be applicable. It is more reasonable to analyze the test as a pumping test with variable discharge. It is considered to rebuild a hydrogeological conceptual model which is similar with Theis (1935) model but with the variable discharge. A general equation for any discharge variability is given. Its application for the linearly declining discharge is presented subsequently, and a type curve of this equation with linearly declining discharge is given as well. After that, a simple numerical model is built by FEFLOW to simulate an artificial pumping test with the linearly declining discharge by assigning different parameter sets for transmissivity and storage coefficient. The type curve method is applied to evaluate transmissivity and storage coefficient for the linearly declining discharge well. The deviation between the given values of transmissivity and storage coefficient in FEFLOW and the values of those calculated by matching point are sufficiently small. Thus, when the discharge of production well declines linearly, a type curve method as an empirical method is reasonable and gives satisfactory values of these hydrogeological parameters. 2) In some cases, it is necessary to conduct a pumping test (or an artesian aquifer test) with several pumping wells (or production wells) which work simultaneously in order to discharge maximum quantity of groundwater. Normally, the superposition method or numerical simulation is applied to analyze the test result. However, a new approach called “Well Generalization Method” is defined and analyzed in this thesis. It is an easy–to–use approach for hydrogeologist to estimate the aquifer parameters while conducting an aquifer test. Since the key point of this approach is using a generalization well to substitute the pumping (or production) wells, it is obvious that this approach will generate the estimated error of parameters. Accordingly, several scenarios are analyzed and discussed based on the artificial type aquifer designed in FEFLOW. A homogeneous aquifer and a heterogeneous aquifer which is generated by geostatistical stochastic simulation technique (see 3)) are discussed separately. As a result, this approach is feasible and applicable under some conditions when the calculated observation well is arranged more than about 2.5 times the scale of the multi–pumping–wells field away from the center of the multi–pumping–wells field, furthermore, the maximum deviation of drawdown resulting from these observation wells will be less than 0.5 m, and the estimated value of transmissivity will be 0.44% smaller than real value. 3) Finally aquifer heterogeneity is addressed, in order to check the introduced method for applicability under realistic conditions. It has been described that aquifer heterogeneity plays a major role in hydrodynamic processes (e.g. de Marsily et al., 1998). Geostatistics which is considered as a useful tool for characterizing the spatial variability of transmissivity is applied to solve this problem. Based on the results of the artesian aquifer test conducted in Liu–II coal pit, a model of spatial variability of transmissivity is developed. Sequentially, the variogram model is applied in ordinary kriging to interpolate the transmissivity distribution, and in sequential Gaussian simulation to simulate a random field of transmissivity data in order to reflect its small scale variability. A comparison of the results of estimation and simulation of transmissivity indicates that the simulated values better reflect the spatial variability, reversely, the estimated values are much smoother.
Computational chemical physics can give important input to astrophysical modelling and other fields of physics, where molecular properties are of importance. Understanding of spectroscopic and reactive behaviour is crucial for many systems of astrophysical interests like stars, interstellar medium and comets. Especially stellar atmospheres are of interest, because the complex physics of stars are not yet completely understood. Stars are in an unstable balance of gravitation and radiation pressure and the atmospheric dynamics have been subject of extensive modelling. Complete and accurate spectroscopic information of the atoms and molecules in these atmospheres is necessary for this attempt. In addition, the only information we have about astrophysical systems is light which is emitted or absorbed by particles in these media. This is not only true for astrophysics. In plasma physics sometimes the usage of invasive diagnostics, like Langmuir probes, is not wanted because they disturb the system. In these cases some information of the system can be regained by passively measuring infrared spectra of the plasma or by active induction of electronic transition like the laser-induced fluorescence method. Another remote sensing application is the measurement of the atmospheric composition on earth. Here, larger particles in the atmosphere as well as greenhouse gases are of current interest. Unfortunately, the experimental spectroscopic data, which is needed for the understanding and interpretation of the measured spectra, is often incomplete. This gap can be, to some extend, filled by computational chemical physics. The aim of this work was to investigate the capabilities and limitations of ab initio based potential energy surfaces for spectroscopic and reactive studies and to apply these methods to problems of rovibrational and rovibronic spectroscopy and reaction dynamics. The choice of ab initio methods and the potential fitting methods is critical for the computational chemical physics, as all further quantities directly depend on their quality. In this work modified versions of the Braams polynomial potential energy surface were used. A high level coupled cluster ab initio method was used to build potentials for a series of small hydrocarbons. Hydrocarbons can be found almost everywhere on earth and in the universe. They exist in laboratory plasmas, stellar and planetary atmospheres and interstellar gases. In all these cases, light emitted or absorbed by the molecules is an important diagnostics of the system. The potential constructed in this work partly included a cluster expansion, which adds reactant configuration spaces to the fits. This could not be done for CH_3 and higher hydrocarbons, because of the limitations of the Coupled Cluster ab initio method, which is well suited for the potential wells, but not for the dissociation regions. The examples of methyl and methane show how the potentials can be used for rovibrational spectroscopy. Results of radiation transport simulations illustrate the importance of as complete-as-possible line lists for radiation transport calculations.\\ The rovibronic spectroscopy of diatomic molecules is another important aspect for the stellar atmospheric modelling. Metal hydrides and oxides add opacity to the atmosphere in the visible light and ultraviolet frequency regions, as well as do the hydrocarbons in the infrared one. In addition the spectra of metal hydrides/oxides can be used to gather information about metal and their isotope abundances. They are used as markers for the conditions in the atmospheres of stars. In this work a new code was developed, that efficiently calculates bound-bound transitions between electronic states and bound-continuum cross sections for diatomic molecules. It also offers an adequate treatment of quasi-bound rovibrational states. One important representative of the diatoms is magnesium hydride, MgH. Before this work, line lists and photodissociation cross section were available involving the three lowest doublet states of MgH. In this work new potential energy curves were calculated and adapted to updated experimental data. This causes changes in the relative energies between the electronic states and therefore shifts in the line lists. These are important, because accurate line positions are needed for the identification of spectral lines. In addition two further electronic states were included in the calculations. This expands the spectral range of MgH into the near ultraviolet region. Radiation transport models showed significant absorption by MgH from the newly added electronic states. A second usage of the diatomic potential energy curves are photodissociation cross sections. As interstellar environments are chemically active, such data is necessary for a complete picture of the ongoing processes. The photodissociation cross sections of MgH reveal a stronger dependence of the underlying potential than the bound-bound lines. In the case of MgH the cross sections are rather weak, besides occasional resonance lines which can be several orders of magnitude stronger. As mentioned, not only spectroscopic, but also reactive behaviour of molecules is important in astrophysics. A current problem connected with this is the abundance of CH^+ in interstellar clouds. Its measured abundances do not fit the predictions from theoretical models. In addition Gerlich and co-workers recently measured low temperature H + CH^+ -> C^+ + H_2 reaction rates, which diverge from the theoretical picture and which could not be explained. In this work a reactive potential energy surface was built for the CH_2^+ system, which was then used to perform extensive calculations with quasi-classical trajectory and quantum scattering methods. It was found out, that the potentials used in previous works are not accurate enough to allow low temperature calculations. Results from these potentials must be taken with care. Furthermore, the results from the new potential energy surface indicate significantly reduced reaction rates compared to previous numerical studies. This is in agreement with the new results of Gerlich and co-workers. Nevertheless, the large error bars in the low temperature range for experimental as well as numerical results strongly suggest refined methods to be developed for both, before a final conclusion can be made. This work demonstrated the possibility of modern computational chemical physics to supply consistent data for spectroscopy and reaction dynamics. These are necessary and important inputs for fields like astrophysics, plasma physics and chemistry.
Prüfungsangst stellt eine schwerwiegende und häufig auftretende psychische Störung dar. In der klinischen Praxis war die Abgrenzung klinisch relevanter Prüfungsangst von subklinischer Prüfungsaufregung lange Zeit schwierig und die psychische Störung wurde uneinheitlich als soziale oder als spezifische Phobie kodiert, weil es an eindeutigen Diagnosekriterien mangelte. In den vergangenen Jahrzehnten intensiver Beforschung des Themenkomplexes Prüfungsangst, insbesondere durch die Pädagogische Psychologie, wurden vielfältige Variablen mit Prüfungsangst in Verbindung gebracht und als direkte oder indirekte Prädiktoren diskutiert. Bislang fehlte es jedoch an der Integration dieser unterschiedlichen Erklärungsansätze in ein geeignetes Rahmenmodell. Zunächst wurde untersucht, ob sich das „Test Anxiety Inventory“ (TAI) eignet, klinisch unauffällige von klinisch relevanter Prüfungsangst abzugrenzen. Dazu wurden eine Stichprobe 47 prüfungsängstlicher Patienten einer Psychotherapieambulanz und eine Gruppe von 41 Studenten mit gesunden Ausmaßen an Prüfungsangst verglichen. Dabei wurde auch untersucht, mittels welcher Diagnose die Prüfungsangst der Patienten von den behandelnden Therapeuten kodiert wurde und ob sich objektivierbare Unterschiede zwischen unterschiedlich klassifizierten Patienten finden lassen. Im zweiten Schritt wurden in Anlehnung an das Prüfungsangstmodell von Zeidner und Matthews (2007) die wichtigsten Prüfungsangstprädiktoren hinsichtlich ihrer prädiktiven Validität für die Unterscheidung pathologischer und gesunder Prüfungsangstintensitäten analysiert. Im dritten und letzten Arbeitsschritt wurde eine Stichprobe von 22 Prüfungsangstpatienten im Längsschnittverlauf einer kognitiv-verhaltenstherapeutischen Behandlung unter realistischen Therapiebedingungen betrachtet. Ziel war es dabei zu überprüfen, ob die bisherigen Erkenntnisse auch für die Vorhersage des Therapieerfolgs bedeutsam sind. Ein Cut-Off-Wert von 80 Punkten im TAI scheint sich zur Unterscheidung klinischer und nicht-klinischer Ausmaße an Prüfungsangst zu eignen. Das Krankheitsbild der untersuchten Prüfungsangstpatienten zeigt sich sehr einheitlich und ist unabhängig von der vergebenen Störungsdiagnose des Therapeuten. Das Vorliegen einer komorbiden depressiven Erkrankung beeinflusst nicht die Schwere der Prüfungsangst. Selbst bei Beachtung des Einflusses der grundsätzlichen psychischen Belastung ist eine Unterscheidung pathologischer und nicht-pathologischer Prüfungsangst anhand der Konstrukte Lernzielorientierung, Fähigkeitsselbstkonzept, Selbstbeschuldigung, Elaboration im Lernen und Perfektionismus möglich. Diese Variablen mit der höchsten diskriminierenden Validität entspringen allen drei Erklärungsebenen des Prüfungsangstmodells von Zeidner und Matthews, welches sich offensichtlich zur Untersuchung der Bedeutung der unterschiedlichen Prüfungsangstprädiktoren eignet. Im Rahmen der psychotherapeutischen Behandlung der Prüfungsangst kam es zwar insgesamt zur Reduktion prüfungsängstlicher, depressiver und sozialängstlicher Symptome sowie der grundsätzlichen psychischen Belastung, jedoch haben die Patienten sehr unterschiedlich auf die Behandlung angesprochen. Nahezu 50 Prozent der behandelten Betroffenen weisen auch nach dem Therapieende noch immer klinisch relevante Werte an Prüfungsangst und nur unerhebliche Verbesserungen der anderen interessierenden Variablen auf. Die Bedeutung der Variablen Elaboration, Lernzielorientierung, Fähigkeitsselbstkonzept und Selbstbeschuldigung bestätigt sich auch in der Längsschnittanalyse. Der empfohlene Cut-Off-Wert im TAI sollte in repräsentativen Stichproben repliziert und das Instrument konventionell zur Diagnostik von Prüfungsangst verwendet werden um die Identifikation pathologischer Prüfungsangst zu erleichtern und dem Screening sowie der Differentialdiagnostik der Störung zu dienen. Schwere und Generalisierungsgrad sozialängstlicher Symptome sollten in der Prüfungsangstdiagnostik stärker beachtet werden. Die Möglichkeit, Prüfungsangst wie im DSM-5 als Sozialphobie mit dem Spezifikator „Nur in Leistungssituationen“ zu diagnostizieren, sollte zukünftig auch im ICD Anwendung finden um die Kodierung der Prüfungsangst zu vereinheitlichen. Parallel vorliegende psychische Erkrankungen sollten frühzeitig im Verlauf der Diagnostik in ihrer Bedeutung als Ursache oder Folge von Prüfungsangst identifiziert werden um entsprechende Ableitungen für den Behandlungsplan vornehmen zu können. Die klinische Forschung sollte sich stärker auf das Prüfungsangstmodell von Zeidner und Matthews und bei Replikation unserer Ergebnisse auf die zentralen Prüfungsangstprädiktoren Lernzielorientierung, Fähigkeitsselbstkonzept, Selbstbeschuldigung, Elaboration und Perfektionismus konzentrieren. Entsprechende Behandlungsansätze sollten gezielt auf ihren Therapieeffekt hin untersucht werden. Zudem sollte genau analysiert werden, welche weiteren Faktoren es gibt, die über das Therapieansprechen entscheiden.
Abbau von Phenylalkanen und weiteren alkylsubstituierten Aromaten durch Hefen und filamentöse Pilze
(2009)
Gegenstand der vorliegenden Arbeit war es, den Abbau von Phenylalkanen durch eukaryotische Mikroorganismen, insbesondere Pilze, zu untersuchen. Im Focus der Dissertation lagen dabei Untersuchungen mit der Hefe Trichosporon asahii SBUG-Y 833. Des Weiteren erfolgten Analysen mit Candida maltosa SBUG Y 700, Trichosporon mucoides SBUG Y 801 und neun filamentösen Pilzen der Gattungen Cunninghamella, Fusarium, Lecanicillium, Mucor, Penicillium, Sporothrix und Umbelopsis. Als Substrate wurden Phenylalkane mit fünf bis zehn und zwölf Kohlenstoff-Atomen in der Alkylseitenkette eingesetzt. Zur Charakterisierung der Abbau- und Transformationsleistungen der Hefen, insbesondere von T. asahii, erfolgten darüber hinaus Biotransformationsexperimente mit Phenylalkan-Derivaten und aromatischen Säuren. Candida maltosa 1. Mit der Hefe C. maltosa, die zur Assimilation von n Alkanen befähigt ist, konnte ein Wachstum mit Phenylalkanen (0,5 % [v/v]), deren Alkylseitenkette mindestens 8 Kohlenstoff-Atome aufwiesen, ermittelt werden. 2. In Biotransformationsexperimenten mit ungeradzahligen Phenylalkanen (Phenylheptan und Phenylnonan) konnte eine kontinuierliche extrazelluläre Akkumulation von Benzoesäure nachgewiesen werden. Phenylalkane mit einer geraden Anzahl von Kohlenstoff-Atomen in der Alkylseitenkette (Phenylhexan, Phenyloctan, Phenyldecan und Phenyldodecan) werden via Phenylbuttersäure und 4 Phenyl 3-butensäure zu Phenylessigsäure abgebaut, die ebenso wie Benzoesäure extrazellulär angereichert wird. 3. C. maltosa ist nicht zur weiteren Oxidation von Benzoesäure und Phenylessigsäure befähigt und akkumuliert daher diese Säuren während des Phenylalkan-Abbaus als dead-end-Produkte. Trichosporon asahii 1. In Wachstumsexperimenten mit T. asahii konnte gezeigt werden, dass die Hefe n Alkane (n Dodecan, n Tetradecan, n Hexadecan) und Phenylalkane mit mindestens sieben Kohlenstoff-Atomen in der Alkylseitenkette assimilieren kann. 2. In Biotransformationsexperimenten mit ruhenden Zellen und Phenylheptan konnten anhand von HPLC-, GC-MS- und z. T. NMR-Analysen neun Produkte identifiziert werden: 7 Phenylheptansäure, 7-(2 Hydroxyphenyl)-heptansäure, 3 (2 Hydroxyphenyl) propionsäure, Benzoesäure, 3,4 Dihydroxybenzoesäure, Cumarin, 4 Hydroxycumarin, 4,6 Dihydroxycumarin und 4,8 Dihydroxy-cumarin. 3. Die Bildung der Metaboliten 2 Hydroxyphenylheptansäure und 2 Hydroxyphenylpropionsäure sowie der Cumarine konnte erstmals durch die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit für den mikrobiellen Abbau von Phenylalkanen beschrieben werden. Die hydroxylierten Cumarine 4 Hydroxy-, 4,6 Dihydroxy- und 4,8 Dihydroxycumarin wurden bis Versuchende kontinuierlich im Inkubationsmedium akkumuliert, während die übrigen sechs Produkte nur zwischenzeitlich durch die Hefe ausgeschieden wurden. Die Inkubation von T. asahii mit Phenyloctan führte dagegen nur zum Nachweis der hydroxylierten Cumarine. In Biotransformationsexperimenten mit Phenylnonan, Phenyldecan und Phenyldodecan konnte als einziger Metabolit 4 Hydroxy-cumarin detektiert werden. Die für andere Hefen typischen Abbauprodukte wie Benzoesäure und Phenylessigsäure wurden durch diese Aromaten verwertende Hefe nicht akkumuliert. 4. Die Bildung von 4 Hydroxycumarin konnte auch in Biotransformationsexperimenten mit Phenylheptansäure, 2 Hydroxyphenyl-propionsäure, trans 2 Hydroxyzimtsäure sowie Cumarin nachgewiesen werden. Während die Transformation der zwei ortho-hydroxylierten Säuren in Ausbeuten von über 70 % 4 Hydroxycumarin innerhalb von 24 h resultierte, wurden nur 9,4 % der Phenylheptansäure und ca. 13 % des Cumarins in 4 Hydroxycumarin transformiert. 6. Im Hinblick auf die medizinische Bedeutung der Cumarine wurde die Bildung von Cumarinen aus den Präkursor-Stoffen 2,4 Dihydroxyphenylpropionsäure und 7 Hydroxycumarin durch T. asahii geprüft. Dabei konnte 4,7 Dihydroxycumarin während der Inkubation mit 2,4 Dihydroxyphenyl-propionsäure und 7 Hydroxycumarin nachgewiesen werden und zusätzlich 6,7 Dihydroxycumarin mit 7 Hydroxycumarin als Substrat. Eine 20-fache Steigerung der 6,7 Dihydroxycumarin-Konzentration wurde mit Zellen einer Phenol-Kultur im Vergleich zu Zellen, die mit Hefeextrakt kultiviert wurden, erreicht, was auf die Beteiligung einer induzierbaren Phenolhydroxylase hindeutet. 7. Unter Verwendung des Cytochrom P450-Inhibitors 1 Aminobenzotriazol konnte eine Beteiligung von Cytochrom-P450-Enzymen an der ortho-Hydroxylierung des Benzenrings von Phenylalkanen bzw. alkylsubstituierten aromatischen Säuren ermittelt werden. Diese Reaktion ist neben der Einführung einer Doppel-bindung in der Alkylseitenkette eine wesentliche Voraussetzung für die Bildung von Cumarinen. 8. Während der Inkubation von T. asahii mit dem Phenylheptan-Derivat Heptanophenon wurden primär Metaboliten detektiert, die am C1-Atom der Alkylseitenkette eine Hydroxy-Gruppe aufweisen und/oder subterminal am C4-, C5- und C6-Atom oxidiert sind. Aufgrund der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit konnte für Hefen erstmals eine subterminale Oxidation von gesättigten Alkylketten nachgewiesen werden. Trichosporon mucoides 1. In den Untersuchungen mit T. mucoides konnte gezeigt werden, dass die Hefe nicht zur Assimilation von n Alkanen (n Dodecan, n Tetradecan, n Hexadecan) befähigt ist. Die Kultivierung mit Phenylnonan und Phenyldecan führte zwar nur zu einer geringen, dennoch signifikanten Zunahme der Biomasse. 2. Obwohl T. mucoides keine n Alkane verwerten kann, wurden in Biotransformationsexperimenten mit Phenylalkanen Metaboliten detektiert, die nicht nur aus terminalen und ß Oxidationsreaktionen an der Alkylseitenkette hervorgegangen sind, sondern auch subterminalen und am Ring stattfindenden Reaktionen zugeschrieben werden konnten. Das Metabolitenspektrum, das in den Untersuchungen mit Phenylalkanen und aromatischen Säuren ermittelt wurde, glich im Allgemeinen dem von T. asahii. Filamentöse Pilze 1. Mit Ausnahme von Penicillium chrysogenum zeigten alle Stämme der getesteten filamentösen Pilze die Fähigkeit zum Wachstum mit Phenyldodecan. Eine besonders starke Zunahme der Biomasse war dabei mit Sporothrix nivea SBUG M 35 und Umbelopsis isabellina SBUG M 1145 zu verzeichnen. Phenylalkane mit kürzeren Alkylseitenketten konnten von den meisten der untersuchten Pilze kaum bzw. nicht als Wachstumssubstrate genutzt werden. 2. In Biotransformationsexperimenten mit C. elegans, M. hiemalis und U. isabellina konnten 5 neuartige Metaboliten identifiziert werden: Zimtaldehyd, Zimtalkohol, Phenylpropanol und Benzylalkohol (deren Bildung wird auf reduktive Reaktionen der entsprechenden Carbonsäuren zurückgeführt) sowie ein Glycinamid der Zimtsäure, das eine Art Konjugat darstellt. 4. Während der Inkubation der filamentösen Pilze Sp. nivea SBUG-M 25 und SBUG M 242 sowie C. elegans und U. isabellina mit Phenylheptan wurde – analog zu Versuchen mit T. asahii - auch 4 Hydroxycumarin als Metabolit nachgewiesen.
Microbial cell factories have been largely exploited for the controlled production of recombinant proteins, including industrial enzymes and biopharmaceuticals. The advent of high-throughput ‘-omics’ techniques have boosted the design of these production systems due to their valuable contribution to the field of systems metabolic engineering, a discipline integrating metabolic engineering with systems and synthetic biology. In order to thrive, the field of systems metabolic engineering needs absolute proteomics data to be generated, as proteins are the central players in the complex metabolic and adaptational networks. Due to advent of mass spectrometry-based proteomics, a substantial amount of absolute proteomic data became available in the past decade. However, membrane proteins remained inaccessible to these efforts.
Nonetheless, comparative studies targeting the membrane proteome have been quite successful in characterizing physiological processes. Hence, label-free proteomics was used in a study (Quesada-Ganuza et al, 2019 – Article I) to identify and optimize PrsA in Bacillus subtilis, for improved yield of amylase. Amylase is one of the most relevant enzymes in the biotechnological sector. By employing a label-free mass spectrometry approach targeting the membrane proteome of this bacterium, relative changes in heterologous and native levels of PrsA could be quantified. The results of this study evidenced that each PrsA shows different relative abundancies, but with no relevant impact in the yield of amylase.
Even though relative protein quantification can already provide a good visualization of the physiological changes occurring between different conditions, they are not sufficient to understand how resources are allocated in the cell under certain physiological conditions. Therefore, a global method for absolute membrane protein quantification remains the biggest requirement for systems metabolic engineering.
Hence, with this work, we successfully developed a mass spectrometry-based approach enabling the absolute quantification of membrane proteins (Antelo-Varela et al, 2019 – Article II). This study was also performed in the Gram-positive model organism Bacillus subtilis, regarded as a prolific microbial cell factory. The method developed in this work combines the comprehensiveness of shotgun proteomics with the sensitivity and accuracy of targeted mass spectrometry. Fundamental to the method is that it relies on the application of a correction and an enrichment factor to calibrate absolute membrane protein abundances derived from shotgun mass spectrometry. This has permitted, for the first time reported, the calculation of absolute membrane protein abundances in a living organism.
The newly developed approach enabled to accurately quantify ~40% of the predicted proteome of this bacterium, offering a clear visualization of the physiological rearrangements occurring upon the onset of osmotic stress. In addition, this work also provides evidence for new membrane protein stoichiometries.
Overall, this study enabled the development of a straightforward methodology long-needed in the scientific and biotechnological community and, for the first time reported, providing absolute abundances of one of the most puzzling fractions of the cell – the membrane proteome.
The next step of the work summarized here was to implement the afore described method to a biotechnological relevant strain, as absolute membrane protein abundances are essential to understand the fundamental principles of protein secretion and production stress. Hence, this work was applied in a genome-reduced B. subtilis strain, ‘midiBacillus’, expressing the major staphylococcal antigen IsaA (Antelo-Varela et al, submitted – Article III). The employed absolute membrane protein quantification methodology enabled the analysis of physiological rearrangements occurring upon the induction of heterologous protein production. This work showed that, even though IsaA was successfully secreted into the growth medium, one of the main requirements for the biotechnological sector, it was still partly accumulated in the cell membrane of this bacterium. This led to an exacerbated physiological response where membrane proteins involved in the management of secretion stress were activated. In addition, this study also showed that a rearrangement of the cell’s translocation machinery occurs upon induction of production, where a ‘game’ of in- and decrease of transporters takes place.
Anticipating the impact of genetic and environmental insults, such as the ones caused by production stress, is essential for the field of systems metabolic engineering. Thus, the highly accurate and comprehensive dataset generated during this work can be implemented in predictive mathematical models, thereby contributing in the rational design of next-generation secretion systems.
In this work, spatial distributions for reactive stable and transient species that are involved
in the reaction cycle of H2O2, a key species for biomedical applications, were
determined directly in the effluent of a kINPen-sci plasma jet. The small diameter
of cold atmospheric pressure plasma jets and their operation at atmospheric pressure
that causes strong quenching reactions make diagnostics challenging. Here, various diagnostic
techniques have been employed and adapted for the use in the effluent of a
cold atmospheric pressure plasma jet, which were laser atomic absorption spectroscopy
(LAAS) at 811.5 nm for the detection of Ar(3P2), picosecond two-photon absorption
laser-induced fluorescence spectroscopy (ps-TALIF) at 225 nm and 205 nm for the
detection of O and H atoms, respectively, and continuous wave cavity ring-down spectroscopy
(cw-CRDS) at 1.506 µm for the detection of HO2, and cw-CRDS at 8000 µm
for the detection of H2O2. All these methods provide absolute number densities. In
this work, spatial distributions within the small diameter of the effluent of a CAPJ
were obtained, which have not been reported so far literature. In order to overcome the
line-of-sight limitations of CRDS, radial scans were performed and transformed into a
spatial distribution by using Abel inversion.
Based on the determined spatial density distributions for H atoms, O atoms, HO2
radicals, and H2O2 molecules, together with the investigated impact of humidity in the
feed gas on the excitation dynamics and the production of Ar(3P2), and finally on a
comparison of the experimental results to a plasma chemical and reacting flow model,
three different zones with varying reaction kinetics were identified. The densities close
to the nozzle of the kINPen-sci plasma jet were dominated by reactions within the
plasma zone including the dissociation of H2O added to the Ar feed gas and O2 that
was presumably transferred into the plasma zone by counter-propagating ionisation
waves. Notably, also the larger molecules, such as HO2 and H2O2 were mainly formed
within the plasma zone of the plasma jet. Between 1.5 mm and 5 mm below the nozzle,
the atomic species and molecular radicals generated in the plasma zone were consumed
by chemical reactions with the surrounding gas, whose composition was controlled by
applying a gas curtain. At further distances from the nozzle, where typically biological
samples are positioned, only H2O2 and HO2 were observed.
With this work, it is successfully demonstrated that even for the small diameters of
cold atmospheric pressure plasma jets the determination of spatial profiles for reactive
transient and stable species is possible within the effluent. By combining the experimental
results, important insights into the formation and consumption of H2O2 and its
precursors were gained, which are essential for the understanding of use of plasmas in
biomedical applications.
Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy in the mid InfraRed spectral range (IR-TDLAS) has been applied to investigate the behaviour of CF, CF2 and C2F4 species produced in pulsed CF4/H2 capacitively coupled radio frequency plasmas (13.56 MHz CCP). This experimental technique was shown to be suitable for temporally resolved measurements of the absolute number density of the target molecules in the studied fluorocarbon discharges. The temporal resolution of about 20…40 ms typically achieved in the standard data acquisition mode (“stream mode”) was sufficient for the real-time measurements of CF2 and C2F4, but not of CF whose kinetics was observed to be much faster. Therefore, a more sophisticated approach (“burst mode”) providing a temporal resolution of 0.94 ms was established and successfully applied to CF density measurements. In order to enable the TDLAS measurements of the target species, preliminary investigations on their spectroscopic data had been carried out. In particular, pure C2F4 has been produced in laboratory by means of vacuum thermal decomposition (pyrolysis) of polytetrafluoroethylene and used as a reference gas. Therefore, an absorption structure consisting of several overlapping C2F4 lines around 1337.11 cm-1 was selected and carefully calibrated, which provided the first absolute measurements of the species by means of the applied experimental technique. The absolute number density traces measured for CF, CF2 and C2F4 in the studied pulsed plasmas were then analysed, in which two differential balance equations were proposed for each of the species to describe their behaviour during both “plasma on” and “plasma off” phases. Analytical solutions of the balance equations were used to fit the experimental data and hence to deduce important information on the kinetics of the studied molecules. In particular, during the “plasma off” phase, the self-recombination of CF2 (CF2 + CF2 (+M) → C2F4 (+M)) was found to be dominant in the kinetics of the radical, but of minor importance for C2F4 production. A rapid consumption of CF observed within 7…25 ms after switching off the plasma was explained mainly by volume reaction with other species (most likely with CF3), whereas diffusion of the radical towards the reactor walls followed by sticking on the surfaces was found to contribute only at relatively low pressures (<10 Pa). Under certain discharge conditions, measured CF density traces exhibited significant overshoots in 50…150 ms after the plasma ignition, which had not been known from literature before. The electron impact fragmentation of C2F4 was shown to be essential for CF production at the beginning of the “plasma on” phase and therefore for formation of the observed CF density overshoots. Finally, the broad band FTIR spectroscopy was applied in order to better characterize the gas phase composition of the studied plasmas. Thus, absorption bands of CF4, C2F4, C2F6, C3F8, CHF3 and HF stable molecules were detected in the FTIR spectra recorded between 400 and 4000 cm-1. The spectra were then successfully deconvolved and the absolute concentration of the detected species was estimated. In particular, the absolute number density of C2F4 obtained from the FTIR measurements was in a good agreement with that achieved by means of the IR-TDLAS technique. The work was supported by the German Research Foundation (DFG) within the framework of the Collaborative Research Centre Transregio 24 “Fundamentals of Complex Plasmas” (SFB/TRR24, project section B5).
Turbulence is a state of a physical system characterized by a high degree of spatiotemporal disorder. Turbulent processes are driven by instabilities exhibiting complex nonlinear dynamics, which span over several spatial as well as temporal scales. Apart from fluids and gases, turbulence is observed in plasmas. While turbulent mixing of a system is sometimes a desired effect, often turbulence is an undesired state. In hot, magnetically confined plasmas, envisaged for energy generation by thermonuclear fusion, plasma turbulence is clearly a problem, since the magnetic confinement time is drastically deteriorated by turbulent transport. Hence, a control mechanism to influence and to suppress turbulence is of significance for future fusion power devices. An important area of plasma turbulence is drift wave turbulence. Drift waves are characterized by currents parallel to the ambient magnetic field, that are tightly coupled to a coherent mode structure rotating in the perpendicular plane. In the present work, the control of drift waves and drift wave turbulence is experimentally investigated in the linear magnetized helicon experiment VINETA. Two different open-loop control systems - electrostatic and electromagnetic - are used to drive dynamically parallel currents. It is observed that the dynamics of the drift waves can be significantly influenced by both control schemes. If the imposed mode number as well as the rotation direction match those of the drift waves, classical synchronization effects like, e.g., frequency locking, frequency pulling, and Arnold tongues are observed. These confirm the nonlinear interaction between the control signal and the drift wave dynamics. Finally, the broadband drift wave turbulence, and thereby turbulent transport, is considerably reduced if the applied control signal is sufficiently large in amplitude.
Despite a plethora of therapeutic approaches, the injection of local anaesthetics itself remains one of the most painful and dreadful procedures among children. Stimulation of acupoint LI4 is associated with analgesic effects in dentistry. Goal of the study To investigate whether stimulation of LI4, added to standard therapy (ST), reduces pain and distress during injection of local anaesthetic (LA) in comparison with ST alone. Materials and Methods Children, scheduled for dental treatment in local anaesthesia on 2 separate days were enrolled in this trial, approved by local ethics commission. On one day each child received bilateral acupuncture of LI4 point, using indwelling fixed “New Pyonex” needles (0.2 x 1.5 mm; Seirin, Japan). The parents of the children were asked to stimulate the needles by massage. Standardized injection of LA was performed 5 min following acupuncture. The needles were withdrawn at the end of dental treatment. On the other day of treatment children received LA injection without acupuncture. The order of treatment days (acupuncture first or vice versa) was randomised. Primary endpoint was the pain intensity during LA injection reported by children on Visual Rating Scale from 0=no pain to 10=maximal pain imaginable (VRS-11). Secondary endpoints were parent- and dentist-assessed pain intensity (measured on Numeric Rating Scale 1-10), patients’ heart rate before and during dental treatment and satisfaction with received therapy (measured on Numerical Rating Scale 1-5.) Side effects of LI4 stimulation were also recorded. Results and Discussion The data of 49 children (22 females; age 10 ± 4 yrs; mean ± SD), who completed both visits, were analysed. Children reported less pain with than without acupuncture: 2.2 ± 2.5 vs. 3.9 ± 2.7; mean ± SD, p<0.001. Heart rate decreased after LI4 stimulation compared to ST alone throughout the dental treatment (p<0.05). LI4 stimulation was safe and raised better satisfaction with the treatment among children and parents, than ST alone (p<0.05). Other secondary endpoints were comparable between both sessions. Conclusion Stimulation of acupuncture point LI4 reduces pain and autonomous stress during injection of local anaesthetics in paediatric dentistry.
Adaptation mechanisms within the B cell composition for successful human and murine pregnancies.
(2021)
Introduction
A well-balanced immune maternal status is essential for favourable outcome of pregnancy. Due to their complexities, not all immune adaptations that promote tolerance during pregnancy are known. To understand the adaptation of the B cell compartment, we analysed and compared B cell lymphopoiesis in different lymphoid tissues in a number of murine models.
Furthermore, we focused on the humoral immune response during pregnancy. We analysed immunoglobulin profiles in human subjects and mice during pregnancy.
These cellular alterations are subject to the influence of chemokines, among others. Therefore, we assessed serum levels of B cell activation factor to clarify its effects during pregnancy.
Methods
For analysis of the human peripheral B cell compartment, peripheral blood samples from age-matched non-pregnant and pregnant women without pregnancy complications, immunological disease or acute/chronic inflammation were collected and sub-classified into four different groups: non-pregnant, and first, second, or third trimester of pregnancy. The experiments, based on a mouse model, were performed with 8-week-old female mice: clinically healthy non-pregnant (CBA/J (H2k)), pregnant mice with normal gestation (BALB/c (H2d) x CBA/J (H2k)), and mice with pregnancy loss (DBA/2J (H2d) x CBA/J (H2k)). Subsequently, peripheral blood mononuclear cells from blood and lymphatic organs were isolated following standard protocols. The B cell analysis was performed by flow cytometry. The immunoglobulin serum levels of the human and murine subgroups were quantitated using Bio-Plex isotyping assay and analysed by a Bio-Plex reader. To quantify B cell activating factor (BAFF) in serum of pregnant and non-pregnant mice a BAFF enzyme-linked immunosorbent assay was used. The concentrations were determined by using a FLUOstar OPTIMA microplate reader. All statistical analyses were performed using the Kruskal–Wallis test with Dunn’s post-test in GraphPad Prism software. P values of < 0.05 were considered statistically significant.
Results
We were able to demonstrate B cell lymphopenia in mice bone marrow downstream of pre-pro B cells, irrespective of pregnancy outcome. The mature bone marrow B cells did not show this adjustment mechanism during normal gestation.
Closer inspection of the splenic tissue revealed expansion and activation of marginal zone B cells in mice with a normal pregnancy. However, this was not observed in mice suffering from pregnancy disturbances. Natural antibodies secreted from marginal zone B cells were also present at higher concentrations in serum of pregnant mice, compared to non-pregnant animals.
We also found significantly higher levels of natural antibodies in serum of pregnant women compared to non-pregnant age-matched controls. Analysis showed significantly lower levels of BAFF in mice with normal pregnancy as compared to non-pregnant mice.
Conclusions
We are able to show mechanisms within the B cell compartment as well as the change within the natural antibodies that might be crucial for successful pregnancy in both humans and mice. Furthermore, BAFF seems to play a central role as a mediator of peripheral B cell compartment and B cell lymphopoiesis in the bone marrow for successful pregnancy.
The toluene-degrading and solvent-tolerant strain Pseudomonas putida DOT-T1E was investigated with respect to its suitability and economic efficiency as biocatalyst in aqueous-organic two-phase systems with aliphatic solvents as organic phase (Rojas et al. 2004, chapter 4 and 5) and to its adaptive responses to the solvent decanol. The adaptive changes on the level of cell morphology (chapter 2), membrane fatty acids and permeability (chapter 3), as well as energetics and surface properties (chapter 5) of P. putida DOT-T1E have been investigated in order to ascertain information about the strain's suitability for two-phase biotransformation systems (chapter 4). The morphological adaptation to the presence of solvents was observable in changes of the cell size of P. putida DOT-T1E. Those changes were dependent on the cellular activity and occurred only after addition of non-lethal solvent concentrations. The cells reacted to the presence of organic solvents by decreasing the ratio between surface and volume of the cells and therefore reducing their relative surfaces (chapter 2). The cell surface and especially the cytoplasmic membrane are the major targets for toxic effects of membrane-active compounds like solvents. The mechanism of the cis-trans isomerisation of unsaturated fatty acids counteracts the fluidizing effect of solvents by increase the ordering of the membrane and therefore its rigidity. By comparing the responses of the cells to a series of stress factors (like solvents), a direct correlation between the activation of this mechanism and the well investigated K+-uptake pumps was observed (chapter 3). Huertas et al. (1998) reported that this strain tolerated concentrations of heptane, propylbenzene, octanol, and toluene of at least 10 % (vol/vol). 1-decanol is, in comparison to toluene, less hazardous and volatile, and it possesses good extraction properties for the desired fine chemical products. In further investigations of possible biotechnological processes, it was discovered that decanol is also a more suitable solvent as organic phase (chapter 4). Although the cells of P. putida DOT-T1E needed additional energy for their adaptation to the presence of the solvent decanol, they were able to maintain or activate their electron transport phosphorylation allowing homeostasis of ATP level and energy charge in the presence of the solvent, at the price of a reduced growth yield. On the other hand, significantly enhanced cell hydrophobicities converging with more negative cell surface charges were observed in cells grown in the presence of 1-decanol (chapter 5). It is however important to note that all the cell’s properties observed are closely linked to each other since they are all part of the adaptive response of the cells. It can be concluded that the easy adaptability and good growth properties of Pseudomonas putida DOT-T1E in the presence of the organic solvent 1-decanol make this system an excellent candidate for two-phase fermentation processes. Moreover, the absence of differences in the energetics of the bacteria during exposure to 1-decanol as compared to bacteria that grew in the absence of 1-decanol, support that this organism can be used for the industrial production of fine chemicals in an economically sound manner.
Die zunehmende Prävalenz von Übergewicht und Adipositas ist mit einer Reihe von Begleiterkrankungen und sozioökonomischen Problemen verbunden. Daher besteht die Notwendigkeit die Folgen und Interaktionen dieser Entwicklung zu erforschen. Neben einer Reihe von Wechselwirkungen zwischen Adipositas und entzündlichen Erkrankungen, konnten aktuelle Studien auch Zusammenhänge mit Parodontalerkrankungen nachweisen. Grundlage dieser Arbeit ist die epidemiologische Longitudinalstudie Study of Health in Pomerania. Die Analyse und der Vergleich der Daten von SHIP 0 und SHIP 1 konnten Wechselwirkung zwischen Adipositas und Parodontitis nachweisen. Ziel dieser Arbeit ist es, die Tendenzen und Entwicklungen der Interaktionen zwischen den zentralen Parametern zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass ansteigende BMI- und WHR-Werte mit hohen Leukozyten, Fibrinogen und hs-CRP-Konzentrationen verbunden sind. Zu dem konnten mit steigender Konzentration der Akute-Phase-Proteine (hs-CRP, Fibrinogen) eine verstärkte Progression des Attachmentverlustes registriert werden. Es wurde keine deutliche Dosis-Wirkungsbeziehung zwischen der Progression parodontaler Erkrankungen (dargestellt durch Attachmentverlust, Plaque- und Blutungswerte) und erhöhtem BMI bzw. WHR festgestellt. Lediglich bei Probanden mit sehr starker Ausprägung der Parodontitis wiesen erhöhte BMI-Werte einen negativen Einfluss auf das Attachment auf. Zusätzlich ist der Einfluss sehr hoher BMI- bzw. WHR-Werte auf chronische Parodontalerkrankungen deutlich stärker als der Einfluss von leicht erhöhten Werten. Darüber hinaus zeigte sich, dass mit zunehmendem BMI das Zahnverlustrisiko signifikant steigt. Die Entzündungsmediatoren modifizieren dabei die Adipositas-Parodontitis-Beziehung. Hohe Konzentrationen von hs-CRP, Fibrinogen und Leukozyten scheinen ein wichtiges Bindeglied in den Wechselwirkungen von Fettleibigkeit und chronischen Zahnbetterkrankungen zu sein. Zusammenfassend konnte kein Beweis für Adipositas als unabhängigen Risikofaktor für Parodontitis erbracht werden. Die Ergebnisse zeigen jedoch deutlich, dass Interaktionen zwischen den Parametern bestehen, und diese durch proinflammatorische Entzündungsmediatoren modifiziert werden.
Ziel:
Diese populationsbasierte Studie untersucht sowohl die Prävalenz adipöser Schwangerer und deren Geburtsoutcome als auch den Einfluss der Adipositas auf das Outcome des Neugeborenen. Sie beschreibt die Bedeutung der Gewichtsentwicklung in der Schwangerschaft für Mutter und Kind.
Material/Methode:
Insgesamt wurden n=4593 Mütter und ihre Kinder in der populationsbasierten SNiP Studie, Survey of Neonates in Pomerania untersucht. Die Datenerhebung erfolgte im Zeitraum von März 2003 bis November 2008 in Universitäts- und Kreiskrankenhäusern im Nordosten von Mecklenburg-Vorpommern nach standardisierten Fragebögen, Erhebung von Laborparametern und klinischer Dokumentationen. Zur Beurteilung der Schwangerschaftskomplikationen und des Schwangerschaftsausganges wurden die Schwangeren in einzelne BMI Gruppen eingeteilt. Die individuelle Gewichtzunahme wurde ermittelt. Als Outcomeparameter wurden prä- und perinatale Erkrankungen, Pathologien und Risiken bei der Schwangeren und dem Neugeborenen ermittelt und ausgewertet. Hierbei wurden auch sozioökonomischen Faktoren erhoben und ausgewertet.
Ergebnis:
Adipositas ist eine Volkskrankheit. Die mit dieser Volkskrankheit im Zusammenhang stehenden gesundheitlichen Risiken treten nicht nur im Alter auf, sondern es entstehen auch zunehmend Gefährdungen junger Menschen. Hier sind besonders schwangere Frauen mit ihren Neugeborenen betroffen. Mehr als ¼ der schwangeren Frauen im Studiengebiet OVP sind präadipös (BMI 25-29,9) oder adipös (BMI ≥ 30).
Adipöse Schwangere finden sich dem weltweiten Trend entsprechend in der unteren sozialen Bevölkerungsschicht.
Eine Adipositas der Mutter beinhaltet Risiken für Mutter und Kind. Das Risiko einer adipösen Mutter (BMI ≥ 30) an einem Gestationsdiabetes zu erkranken gegenüber einer normalgewichtigen Mutter (BMI 19-24,9) steigt auf das 4,5fache. Das Risiko, eine Gestose auszubilden, steigt auf das 3fache.
Das Risiko des Auftretens mehr als einer Schwangerschaftskomplikation verdoppelt sich bei adipösen Müttern gegenüber normalgewichtigen Müttern. Dies kann unter der Geburt zu höheren Komplikationsraten führen. Häufiger ist bei adipösen Müttern eine primäre oder sekundäre Sectio indiziert. Für die Mütter beinhaltet eine Sectio die allgemeinen Risiken einer Operation (Thrombose/Embolie- Risiko, Blutungen, Wundinfektionen und Bildungen von Verwachsungen) bis hin zur Unfruchtbarkeit.
Zusätzlich stellt sich negativ heraus, dass die Fruchtwasserqualität mit zunehmender Adipositas schlechter wird. Es zeigt sich häufiger Mekonium im Fruchtwasser als Ausdruck einer Hypoxie mit Hyperperistaltik des kindlichen Darms. Durch die Sauerstoffunterernährung kann es vor oder während der Geburt zur Meconiumaspiration kommen, die Obstruktionen und chemische Schädigungen der Lunge verursachen können.
Bei der Betrachtung der Ergebnisse stellt sich allerdings immer wieder heraus, dass die Gewichtszunahme während der Schwangerschaft bei der Beurteilung des Geburtsoutcomes eine untergeordnete Rolle spielt. Allenfalls ist sie ein Parameter zur Abschätzung der Körpermaße des Kindes.
Der BMI eignet sich besser zur Abwägung von Risiken für Mutter und Kind.
Zuletzt ist zu vermerken:
Dennoch sollten untergewichtige Frauen auch nicht außer Acht gelassen werden.
Untergewichtige Frauen haben häufiger Fehlgeburten oder gebären häufiger Frühgeborene mit fehlenden Reifezeichen.
Schlussfolgerung:
Schwangerschaften von adipösen Schwangeren sind mit deutlich erhöhten prä- und perinatalen Schwangerschaftsrisiken für Mutter und Kind behaftet. Daher ist es sinnvoll, schon frühzeitig (am besten vor der Schwangerschaft bei Kinderwunsch) die werdende Mutter bei bestehender Disposition über die Folgen einer Adipositas aufzuklären und durch geeignete Maßnahmen (Diätberatung, Ernährungsumstellung) der Adipositas entgegen zu wirken. Die Beratung sollte jedoch nicht mit der Geburt des Kindes enden. So sollte nach der Geburt das Stillen des Kindes für einen gewissen Zeitraum empfohlen werden, um das spätere Adipositasrisiko des Neugeborenen zu verringern.
Der soziale Status spielt bei der Bekämpfung der Adipositas eine besondere Rolle.
Bildung kann zu einem großen Teil das Auftreten von Adipositas vermeiden.
Adjuvante Poetry-Therapie in der Psychiatrie : eine Analyse von 50 Poetry-Gruppentherapiesitzungen
(2015)
Problem: In dieser Doktorarbeit werden 50 protokollierte Gruppentherapiestunden in der Psychiatrie aus den Jahren 1985 bis 1987 von SCHRÖDER (unveröff.), in denen Poetry-Therapie (PT) angewendet wird, in mehreren Ebenen analysiert. Methode: Die ersten 25 PT-Gruppenstunden werden in der geschlossenen Psychiatrie, die letzten 25 Stunden in der offenen Psychiatrie durchgeführt. Nach dem reihum Vorlesen eines vom Therapeutenteam ausgewählten dichterischen Textes folgt ein teils freies, teils vom Gruppentherapeuten strukturiertes Gruppengespräch über den zuvor gelesen Text. Währenddessen protokolliert der Gruppentherapeut anfangs schematisch, in späteren Stunden detailliert das PT-Gruppengespräch. Der PT-Gruppenstunde schließt sich eine ca. 15minütige Therapeutenteambesprechung ohne Anwesenheit der Patienten an. In den Gesprächsprotokollen lässt sich ein regelmäßiger PT-Gruppengesprächsverlauf beobachten, der in dieser Arbeit zu der Entwicklung einer Fünf-Phasen-Regel führt: Phase 1: Interpretation des Textes, Phase 2: Bewertung des Textes oder des Protagonisten, Phase 3: Einbringen von eigenen Erlebnissen in Bezug auf Inhalt des Textes, Phase 4: Gruppengespräch löst sich vom Text, Phase 5: Austausch von Erfahrungen, Gefühlen, Meinungen, Erinnerungen, Wünschen und Hoffnungen unabhängig vom Text. Des Weiteren ist bei der Bearbeitung der Gesprächsprotokolle eine Klassifizierung der ausgewählten Texte entstanden: in sehr gute, gute, mittelmäßige PT-Literatur. Die Einteilung erfolgt anhand von 10 Bewertungskriterien. Abschließend wird mithilfe der statistischen Tests von Kendalls Tau und Goodman und Kruskals Gamma überprüft, ob eine Korrelation zwischen der Literaturklassifizierung und der Fünf-Phasen-Regel existiert. Ergebnis: Es werden die einzelnen PT-Texte, die Gruppentherapieverläufe, die anschließende Teambesprechung sowie tabellarisch das Erreichen der verschiedenen Gesprächsphasen mit Gesprächsauszügen dargestellt. 75% der sehr gut geeigneten Literatur, 64% der gut geeigneten und 45% der mittelmäßig geeigneten Literatur führen zu einer guten Entwicklung des Gesprächs (Gesprächsphasen 4 und 5). 25% der sehr guten Literatur, 36% der guten und 54% der mittelmäßig geeigneten Literatur führen zu gering entwickelten Gesprächen (Gesprächsphasen 2 und 3). Es zeigt sich keine statistisch signifikante Korrelation zwischen angewendeter Literaturklassifizierung und Gesprächsentwicklung nach der Fünf- Phasen-Regel. Diskussion: Eine solche oder ähnliche Einteilung bei angewendeter dichterischer PT findet sich bisher nicht in der Literatur, wohl aber testpsychologische Untersuchungen, die einen Erfolg adjuvanter PT mit verhaltenstherapeutischen Texten in der Behandlung z.B. von Depression, von Panikstörungen und zur Suizidprophylaxe, etc. verzeichnen. Aufgrund von Effektivität und Kostenersparnis sollte über einen breiteren Gebrauch von adjuvanter Poetry-Therapie in Deutschland nachgedacht werden.
Technological advances in light microscopy have always gone hand in hand with unprecedented biological insight. For microbiology, light microscopy even played a founding role in the conception of the entire discipline. The ability to observe pathogens that would otherwise evade human observation makes it a critical necessity and an indispensable tool to infectious disease research. Thus, the aim of this thesis was to optimize, extend, and functionally apply advanced light microscopy techniques to elucidate spatio-temporal and spatio-morphological components of bacterial and viral infection in vitro and in vivo.
Pathogens are in a constant arms race with the host’s immune system. By finding ways to circumvent host-mediated immune responses, they try to evade elimination and facilitate their own propagation. The first study (publication I) demonstrated that the obligate intracellular pathogen Coxiella burnetii is not just able to infect natural killer (NK) cells, but is actually capable of surviving the harsh degradative conditions in the cytotoxic lymphocyte’s granules. Using live-cell imaging of reporter-expressing Coxiella burnetii, the transient NK cell passage was closely monitored to provide detailed spatio-temporal information on this dynamic process in support of a range of static analyses. Bacterial release from NK cells was pinpointed to a time frame between 24 to 48 hours post-infection and the duration of release to about 15 minutes.
The second approach (publications II-V) aimed at shedding light on the greater spatio-morphological context of virus infection. Thus far, most studies investigating the distribution or tropism of viruses in vivo have used conventional immunohistochemistry in thin sections. Omitting the native spatial context of the infection site in vivo inherently bears the risk of incomplete description. While the microscopic tools and sample preparation protocols needed for volumetric 3D immunofluorescence imaging have recently been made available, they had not gained a foothold in virus research yet. An integral part of this thesis was concerned with the assessment and optimization of available tissue optical clearing protocols to develop an immunofluorescence-compatible 3D imaging pipeline for the investigation of virus infection inside its intact spatio-morphological environment (publication II). This formed the basis for all subsequent volumetric analyses of virus infection in vivo presented here. Consequently, this thesis provided a valuable proof of concept and blueprints for future virus research on the mesoscopic scale of host-pathogen interactions in vivo (publications II-V), using rabies virus (RABV; publications II-IV) and the newly-emerged severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2; publication V) as infection models for the nervous system and the respiratory tract, respectively.
Applying and further improving this volumetric 3D imaging workflow enabled unprecedented insights into the comprehensive in vivo cell tropism of RABV in the central (CNS) (publication III) and peripheral nervous system (PNS) (publication IV). Accordingly, differential infection of CNS-resident astrocytes by pathogenic and lab-attenuated RABV was demonstrated (publication III). While either virus variant showed equal capacity to infect neurons, as demonstrated by quantitative image analysis, only pathogenic field RABVs were able to establish non-abortive infection of astrocytes via the natural intramuscular inoculation route. A combined 3D LSFM-CLSM workflow further identified peripheral Schwann cells as a relevant target cell population of pathogenic RABV in the PNS (publication IV). This suggested that non-abortive infection of central and peripheral neuroglia by pathogenic RABV impairs their immunomodulatory function and thus represents a key step in RABV pathogenesis, which may contribute significantly to the establishment of lethal rabies disease.
Finally, utilizing the full volumetric acquisition power of LSFM, a further refined version of the established 3D imaging pipeline facilitated a detailed mesoscopic investigation of the distribution of SARS-CoV-2 in the respiratory tract of the ferret animal model (publication V). Particularly for this newly-emerged pathogen of global concern, in-depth knowledge of host-pathogen interactions is critical. By preserving the complete spatio-morphological context of virus infection in the ferret respiratory tract, this thesis provided the first specific 3D reconstruction of SARS-CoV-2 infection and the first report of 3D visualization of respiratory virus infection in nasal turbinates altogether. 3D object segmentation of SARS-CoV-2 infection in large tissue volumes identified and emphasized a distinct oligofocal infection pattern in the upper respiratory tract (URT) of ferrets. Furthermore, it corroborated a preferential replication of SARS-CoV-2 in the ferret URT, as only debris-associated virus antigen was detected in the lower respiratory tract of ferrets, thus providing crucial information on the spatial distribution of SARS-CoV-2.
Ion traps such as Paul traps and MR-ToF (multi-reflection time-of-flight) devices are indispensable tools at radioactive ion beam facilities for the preparation of high-quality radioactive ion beams for subsequent experiments or for precise measurements of the properties of radioactive ions, such as nuclear binding energies or nuclear charge radii.
Within the work of this thesis, Doppler- and sympathetic cooling is implemented in a linear Paul-trap cooler-buncher enabling a reduction of the longitudinal emittance of radioactive ion beams resulting in a significant improvement of the ion beam quality. Moreover, a next-generation MR-ToF device is conceptualized in order to achieve isobaric pure beams with a higher ion intensity than state-of-the-art MR-ToF devices can provide. Once fully constructed and commissioned, it will operate at an unprecedented ion beam energy of 30 keV. Both of these advances are expected to become important for a wide range of experimental programs pursued at low-energy branches of RIB facilities ranging from fundamental symmetry studies, nuclear structure, rare isotope studies with antimatter, searches of physics beyond the standard model to material science and the production of medical isotopes.
The next-generation MR-ToF mass separator is based on MIRACLS’ 30-keV MR-ToF device for highly sensitive and high-resolution collinear laser spectroscopy. By storing the ions in the Multi Ion Reflection Apparatus for Collinear Laser Spectroscopy (MIRACLS), the same ion bunch is probed by a spectroscopic laser for thousands of times compared to a single passage in traditional collinear laser spectroscopy (CLS). Dedicated simulation studies show that the accuracy and resolution will be close to traditional single-passage CLS while the sensitivity is significantly enhanced. Hence, measurements of nuclear properties via fluorescence-based CLS of very rare radionuclides as well as highly sensitive and high-precision measurements of electron affinities via laser-photodetachment-threshold spectroscopy of negatively-charged (radioactive) ions will become possible.
First measurement campaigns employing MIRACLS’ 1.5-keV MR-ToF device confirm the outstanding boost in signal sensitivity and provide confidence in the application of the MIRACLS technique for the measurement of scarcely produced radioactive ions that have been so far beyond the reach of conventional techniques. Furthermore, the electron affinity of 35Cl was measured, which is in perfect agreement with the literature value. These measurements will serve as important benchmarks for modern atomic and nuclear theory, especially in its description of nuclear charge radii.
In summary, the implementation of Doppler and sympathetic cooling at RIB facilities, the conceptualization of a 30-keV MR-ToF apparatus for highly selective and high-flux mass separation as well as for highly sensitive and high-resolution fluorescence-based laser spectroscopy and the expansion of the MIRACLS technique for the study of negatively-charged ions will enable unprecedented new measurement opportunities at RIB facilities.
A paradigm was developed to experimentally investigate the dysregulation of affective reactivity in clinical depression. The literature so far reported evidence for three directions of dysregulation - negative potentiation, positive attenuation, and emotion context insensitivity. Therefore a paradigm was designed to allow to test all three hypotheses simultaneously. Furthermore, to enable generalization across the specific stimuli used in the experiment, stimuli of two sensory modalities were used - pictures and sounds. Because it was hypothesized, that the specificity of affective reactivity of depressed patients will be especially prominent in long lasting affective situations, a categorically blocked presentation mode was chosen. Regarding the dependent variables, a multimethod approach was conducted. Besides self-report ratings of the feeling state, startle responses, skin conductance responses, heart rate, and the electromyogram of the corrugator and zygomatic muscle were recorded. In a separate session, BOLD-responses during picture viewing were collected by functional magnetic resonance imaging (fMRI). Both sessions were conducted with three samples: a healthy student sample, a depressed outpatient sample, and a healthy age and gender matched control sample. The results of the patient sample support an integration of the emotion context insensitivity and the negative potentiation hypothesis. Patients reported generally to feel more unpleasant and more aroused than healthy controls. Skin conductance and startle responses were modulated by valence to a smaller degree in the patients than in the controls. No group differences were found in the facial muscle activity. BOLD-responses were potentiated during unpleasant compared to neutral pictures in the patient but not in the control group in the amygdala, the insular cortex and the orbito frontal cortex. A model to integrate these results is developed. Its central assumption is, that the inability to respond to affective stimuli is an aversive experience and therefore leads to a negativity bias in attention and cognition. Direction of further research and implications for psychotherapies are discussed.
Fragestellungen: In dieser Dissertation wurde unter Verwendung psychophysiologischer Parameter die affektive Dysregulation bei Patienten mit einer Borderline-Persönlichkeitsstörung (BPS) untersucht. Klinische Beobachtungen legen nahe, dass Personen mit einer BPS Defizite in der emotionalen Steuerung, eine sogenannte affektive Dysregulation mit einer hohen emotionalen Reaktivität, vor allem auf aversive affektive Reize, aufweisen. Die empirischen Befunde sind jedoch inkonsistent. Es wurde daher experimentell überprüft, ob sich bei Patienten mit BPS generell eine gesteigerte emotionale Reaktivität im Vergleich zu gesunden Kontrollprobanden nachweisen lässt oder ob sich die affektive Dysregulation vorrangig in Reaktion auf persönliche oder störungsspezifische emotionale Themen zeigt. Zusätzlich wurde der Einfluss einer, bei der BPS häufigen, komorbiden Posttraumatischen Belastungsstörung (PTBS) sowie einer dissoziativen Symptomatik auf die emotionale Reaktivität der BPS-Patienten untersucht. Methodik: Unter Verwendung eines Paradigmas zur Imagination emotionaler Skripte wurden die affektiven Reaktionen von 40 unmedizierten BPS-Patienten (37 weiblich) und 32 psychisch gesunden Kontrollprobanden (27 weiblich) untersucht. Neben standardisierten emotional unangenehmen, neutralen und angenehmen Skripten wurden persönliche (idiographisch aversive) Skripte verwendet, die ein extrem belastendes Lebensereignis beschrieben. Die persönlichen Skripte der BPS-Patienten beinhalteten zumeist Szenen traumatischer Erfahrungen. Außerdem wurden störungsspezifische Szenen zu Ablehnung und Verlassenwerden verwendet. Die Probanden waren instruiert, sich die Skripte nach dem Lesen so lebendig wie möglich vorzustellen. Als Maß der emotionalen Aktivierung während der Imagination der Skripte wurden psychophysiologische Parameter wie die emotionsinduzierte Modulation der Schreckreaktion und Indikatoren autonomer Erregung wie die Herzrate und die elektrodermale Aktivität gemessen. Weiterhin wurde die akute und generelle Dissoziation erfasst. Von den 40 Patienten mit einer BPS erfüllten 26 die Kriterien für eine komorbide aktuelle PTBS. Diese wurden bezüglich des Schweregrades in zwei Subgruppen unterteilt (moderate PTBS n = 13, schwere PTBS n = 13). Ergebnisse: Die vorliegenden Daten zeigen klar, dass eine generelle affektive Dysregulation bei der Imagination von emotionalen Skripten unterschiedlicher Valenz bei BPS-Patienten im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen nicht nachweisbar ist. Beide Gruppen wiesen eine vergleichbare Ausprägung und Modulation der Schreckreaktionen und der Indikatoren autonomer Erregung auf. Allerdings zeigten BPS-Patienten eine erhöhte defensive Reaktivität mit potenzierten Schreckreaktionen und einem Anstieg der autonomen Erregung während der Imagination der störungsspezifischen Skripte. Eine komorbide PTBS war mit der Beeinträchtigung defensiver Reaktionen assoziiert. BPS-Patienten mit aktueller PTBS zeigten im Vergleich zu BPS-Patienten ohne BPS während der Imagination aller Skripte generell verminderte Schreckreaktionen und eine eingeschränkte emotionale Modulation. Gerade BPS-Patienten mit schwerer PTBS wiesen während der Imagination idiographisch aversiver und störungsspezifischer Skripte eine fehlende Potenzierung der Schreckreaktionen bei einem gleichzeitig deutlich ausgeprägten Anstieg der Herzrate als Indikator autonomer Erregung auf. Des Weiteren scheint ein, in die gleiche Richtung weisender, Zusammenhang zwischen dissoziativen Symptomen und den emotionalen Reaktionen der BPS-Patienten zu bestehen. Ein höheres Ausmaß an akuter Dissoziation hing mit einer Verminderung der Schreckreaktionen während der Imagination idiographisch aversiver Skripte und gleichzeitig stärker ausgeprägter emotionaler und physiologischer Erregung zusammen. Mit zunehmendem Schweregrad der komorbiden PTBS erhöhte sich die aktuelle und generelle Dissoziationsneigung. Schlussfolgerungen: Diese Daten implizieren, dass die im klinischen Kontext zu beobachtende affektive Dysregulation bei Patienten mit BPS kein generelles Phänomen darstellt, sondern eher durch Aktivierung spezifischer Schemata ausgelöst wird. Eine komorbide PTBS moduliert die emotionalen Reaktionen der BPS-Patienten während der Imagination emotionaler Skripte in substantieller Weise. Durch die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit wird auf die Bedeutung therapeutischer Interventionen im Hinblick auf die manifesten Annahmen über Ablehnung und Verlassenwerden bei BPS-Patienten hingewiesen. Die Stärkung der Fähigkeiten, bei Aktivierung dieser Annahmen, Erfahrungen klar zu differenzieren und damit einhergehende unangenehme Gefühle in Beziehungen zu regulieren, stellen ein zentrales Ziel in der Therapie der BPS dar. Dabei ist es in der klinischen Arbeit von immenser Bedeutung, neben der dissoziativen Symptomatik, das Ausmaß der posttraumatischen Belastung zu beachten, um neue Lernerfahrungen im therapeutischen Kontext zu ermöglichen.
Es gibt Hinweise darauf, dass das Kleinhirn an affektiven und kognitiven Verarbeitungsprozessen und an Arbeitsgedächtnisleistungen beteiligt ist. In dieser Arbeit wurden 8 Patienten mit Kleinhirninsulten (Durchschnittsalter 61,25 Jahre), die in der neurologischen Klinik der Universitätsmedizin Greifswald behandelt wurden und 7 Patienten mit peripher neurologischen Erkrankungen (Durchschnittsalter 56,71 Jahre), bei denen eine Kleinhirnläsion ausgeschlossen worden war, untersucht. Zur Beurteilung veränderter neuronaler Aktivitäten wurde eine 129-Kanal-Elektroenzephalographie-Studie (EEG) verwendet und mithilfe der Interpretation ereigniskorrelierter Potentiale (EKP) verschiedene affektive und kognitive Verarbeitungsprozesse analysiert. In der Teilstudie 1 wurde die frühe Verarbeitung visuell-affektiver Stimuli, in der Teilstudie 2 affektive und kognitive Verarbeitungsprozesse während der Präsentation visueller Stimuli, in der Teilstudie 3 affektive und kognitive Verarbeitungsprozesse während der Präsentation visueller und akustischer Stimuli und in der Teilstudie 4 die späte Verarbeitung visuell-affektiver Stimuli untersucht. Zur Untersuchung der affektiven Verarbeitungsprozesse wurden Bilder verschiedenen emotionalen Inhaltes (angenehm, neutral, unangenehm) und Erregungsstufe (schwach bis stark erregend) aus dem Katalog des International Affective Picture System (IAPS) verwendet. Es wurden Bilder in schneller 333ms (Teilstudien 1 bis 3) oder in langsamer Abfolge von 1000ms (Teilstudie 4) präsentiert. Zur Untersuchung kognitiver Verarbeitungsprozesse wurden die IAPS-Bilder bearbeitet. Für die Teilstudie 2 wurden sie mit Linien (horizontal/vertikal) überlagert und für die Teilstudie 3 mit Tönen (hoch/tief) synchronisiert. Linien und Töne unterschieden sich in ihrer Wahrscheinlichkeit des Auftretens, wobei die seltenen Reize als Zielreize dienten, welche von den Probanden mitgezählt werden mussten. Es wurden durch dieses Studiendesign folgende ereigniskorrelierte Potentiale gemessen: Die EPN, die visuelle P200 und P300, die akustische P300 und das LPP. Bezüglich der frühen und späten Verarbeitung visuell-affektiver Stimuli konnten folgende Daten erhoben werden. In der Teilstudie 1 lösten in der Läsionsgruppe nur stark erregend angenehme vs. neutrale Bilder eine EPN aus. Ein signifikanter Gruppeneffekt bestand jedoch nicht. In der Teilstudie 2 war weder für schwach noch für starke erregend affektive vs. neutrale Bilder eine EPN in der Läsions- und Kontrollgruppe nachweisbar. In der Teilstudie 3 konnte zwar nur in der Kontrollgruppe für stark erregend angenehme vs. neutrale Bilder eine EPN nachgewiesen werden, die Gruppen unterschieden sich jedoch nicht signifikant voneinander. In der Teilstudie 4 lösten weder schwach noch stark erregend affektive Bilder ein LPP in der Läsionsgruppe aus. Ein signifikanter Gruppeneffekt bestand nicht, trotz nachweisbaren LPPs in der Kontrollgruppe für schwach erregend angenehme und stark erregend affektive vs. neutrale Bilder. Bezogen auf kognitive Verarbeitungsprozesse konnte in beiden Gruppen in der Teilstudie 2 eine visuelle P300 nach der Präsentation seltener Zielreize nachgewiesen werden. Die Läsionsgruppe wies dagegen eine signifikante visuelle P200 nach Präsentation von Zielreizen gegenüber der Kontrollgruppe auf. Eine akustische P300 (P3b) war in der Teilstudie 3 nach der Präsentation akustischer Zielreize in keiner Gruppe nachweisbar. Dagegen bestand in der Kontrollgruppe eine signifikant stärkere P3a. Die Ergebnisse zeigen, dass Patienten mit einer Kleinhirnläsion keine Beeinträchtigung in der frühen oder späten Verarbeitung visuell-affektiver Stimuli aufweisen. Sie sind in der Lage, eine Bottom-up-Prozessierung visuell-affektiver Stimuli durchzuführen und sie nach ihrer Motivationsrelevanz einzuordnen. Patienten mit einer Kleinhirnläsion unterscheiden sich nicht signifikant in ihrer neuronalen Aktivität gegenüber der Kontrollgruppe während intra- und crossmodaler Verarbeitungsprozesse von visuell-affektiven Stimuli während visueller oder akustischer Aufgaben. Die in vielen Studien beobachteten affektiven Auffälligkeiten bei Patienten mit einer Kleinhirnischämie sind daher auf spätere Verarbeitungs- und Ausführungsprozesse von Emotionen zurückzuführen, welche einer kognitiven und somit Top-down-Kontrolle unterliegen. Patienten mit einer Kleinhirnläsion benötigen allerdings mehr Arbeitsgedächtnisleistung, um die gestellte visuell-kognitive Aufgabe zu absolvieren. Des Weiteren weisen sie Beeinträchtigungen in supramodalen kognitiven Verarbeitungsprozessen auf. Je schwieriger die kognitiven Anforderungen sind, umso mehr weisen Patienten mit einer Kleinhirnläsion Beeinträchtigungen in Form veränderter neuronaler Aktivität auf. Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen darauf hin, dass das Kleinhirn vor allem an kognitiven und weniger an affektiven Verarbeitungsprozessen beteiligt ist.
We consider Iterated Function Systems (IFS) on the real line and on the complex plane. Every IFS defines a self-similar measure supported on a self-similar set. We study the transfer operator (which acts on the space of continuous functions on the self-similar set) and the Hutchinson operator (which acts on the space of Borel regular measures on the self-similar set). We show that the transfer operator has an infinitely countable set of polynomial eigenfunctions. These eigenfunctions can be regarded as generalized Bernoulli polynomials. The polynomial eigenfuctions define a polynomial approximation of the self-similar measure. We also study the moments of the self-similar measure and give recursions for computing them. Further, we develop a numerical method based on Markov chains to study the spectrum of the Hutchinson and transfer operators. This method provides numerical approximations of the invariant measure for which we give error bounds in terms of the Wasserstein-distance. The standard example in this thesis is the parametric family of Bernoulli convolutions.
African swine fever virus (ASFV) is one of the most threatening animal viruses which has dramatically expanded its distribution range within the last years. ASFV was first described and is endemic in sub-Saharan Africa where it is transmitted in a sylvatic cycle between indigenous suids and Ornithodoros soft ticks. Therefore, ASFV is the only known DNA-arbovirus and, in addition to that, the only member of the genus Asfivirus within the family Asfarviridae. Being highly infectious to domestic pigs and wild boar, the virus was introduced into Georgia in 2007 and has subsequently spread throughout eastern Europe reaching the European Union in 2014. Despite almost 100 years of intensive research and the occurrence of African swine fever (ASF) on four continents including Europe, many aspects of its epidemiology, vector dynamics and virus evolution are unknown. In our study, first evidence is presented on endogenous ASFV-like (EASFL)- elements which are integrated into the genome of ASFV natural vectors, O. moubata soft ticks. Through a series of experiments including next-generation sequencing, infection experiments, phylogenetic and BEAST analyses as well as PCR-screening, evidence is provided that these elements belong to an ancestral ASFV strain that might have existed 50,000 to 30,000 years BCE. Further results suggest that the EASFL-elements are involved in protecting ticks against ASFV infection and might belong to a generalised tick defence mechanism. In order to evaluate factors influencing ASFV epidemiology in eastern Europe, experiments were conducted on possible indigenous vector species and circulating virus isolates. In the absence of the natural tick vector, blow fly larvae were considered as possible mechanical vectors involved in ASFV transmission and persistence. Results are presented that even after feeding on highly infectious wild boar tissue, fly larvae and pupae showed no contamination with infectious virus. On the contrary, the maggots appeared to have inactivated the virus in the organ tissue through their salivary secretions. Further experiments conducted on an ASFV-strain isolated from northeastern Estonia resulted in the first report of an ASFV-strain with attenuated phenotype isolated in Eastern Europe. Results from NGS-analyses provided evidence for a major genome reorganisation in that strain that included a large deletion and a duplication of multiple ASFV genes.
Taken together, this study provides novel insights into the epidemiology of ASF and evolution of ASFV one of the major threats to animal health worldwide and therefore does not only contribute significantly to basic research but possibly also to specific knowledge necessary for future disease management.
Abstract: Ischemic stroke is an aging disease and causes high mortality or long-term disability. The reduced neurological recovery in aging is possibly associated with impairment of angiogenesis and non-specific enhancement of inflammatory reaction. To check this hypotheses, those events were compared within young and elder animals brain at day 14 following focal ischemic stroke. Moreover, it is of importance to investigate also the potential therapies of indomethacin for prolonging the therapeutic window using aged animal models. The focus of present study was on neurobiological and neurological differences between young and old rats modulated by indomethacin daily treatment beginning at four hours post-ischemic episode. The effectiveness of indomethacin treatment in young and elder rats was probed using immunohistochemistry, oligonucleotide microarray, Real Time PCR and neurological evaluation. Our results provide insight of several age-independent positive consequences of Cox non-specific inhibition by indomethacin including increased NeuN positive surviving neurons, reduced infarct volume and enhanced neuroprotective response of innate immune system evidenced by increased Iba1 and Anx3 immunoreactivities in moderately activated microglia in periinfarction. From gene level we observed in both age groups downregulation of Mdk and Cxcl1 chemokines, and Id3 transcription factor which might modulate inflammatory response and facilitate repair. Other several findings showed age-dependent drug effect. Indomethacin had reduced efficacy in aged ischemic brain. From a total of 34 genes differential regulated, we observed 43% in young and only 28% of genes in aged have tendency toward age-matched sham expression level. In aged rats, indomethacin is ineffective in inhibiting phagocytic activity which is probably due to no expression changes of several cytokines like Tnfá and Cxcl4. Also, at protein level we observed no change of lysosomal ED1 immunoreactivity under treatment. On the other hand aging is characterized by no expression changes of Plau, Timp1, Timp2 and Col18a1 after treatment resulting in no improvement of angiogenesis. In young rats, conversely, drug administration decreased phagocytic activity by downregulating several cytotoxic cytokines such as Tnfá and Cxcl4. Moreover, the observable decrease of proteases like MMP10, Plau and MMP inhibitor Timp2 employed in matrix remodeling together with downregulation of Col18a1 expression after treatment might sustain angiogenesis in young rat ischemic brain. Indomethacin improves the motor-sensory performance in ischemic stroke rats as compared with age-matched untreated animals. Young rats fully recovered while aged showed important recuperation but did not achieve the preoperative level. In view of all this, indomethacin treatment might be consider as adjuvant therapy following ischemic stroke, even if aging blunts the positive effect of indomethacin on altered angiogenic-related gene expression. Because of the small number of rats, the results obtained from this study show only a tendency to significance and that further studies with more animals need to be statistically validated before firmly conclusions can be drawn. KEY WORDS: indomethacin; aging; microglia; angiogenesis; gene expression; microarray; neurological recovery; reversible middle cerebral artery occlusion.
External effects of agglomeration and human capital is a more than a century old research topic. Their theory and empirics have evolved over time to interact with more economic factors and to dig more deeply into heterogeneous effects, whose empirical evidence remains scarce, especially for developing countries. Furthermore, local human capital and agglomeration are often introduced in separate models rather than a single model in explaining productivity. These limitations motivate the implementation of this thesis. To achieve this, firm-level panel data from Vietnam is employed. This developing country provides an interesting case because its level of agglomeration and human capital is still low but its socio-economic conditions are highly dynamic with the high growth rates of urbanization and university-educated labor force (production inputs) as well as income (production output), in comparison with developed countries. The heart of this thesis lies on its chapter 2 and chapter 3, which are summarized as follows.
Chapter 2 aims at finding which agglomeration forces play the dominant role in affecting firms’ productivity and how agglomeration induces unequal influences across various firm characteristics. To achieve this, a six-year panel data set is employed, and the estimation is based on a production function that the left-hand side is firm’s total factor productivity while the righthand side is local technology which contains the agglomeration terms. In the first step of regression, consistent values of productivity are obtained following a strategy that combines the control function approach with the instrumental variables technique to tackle endogeneity caused by a possibility that firms choose their production inputs based on their productivity. In the second step, log of productivity is regressed on agglomeration proxies and controls, using multiple fixedeffects terms to control for unobserved factors and local shocks. Estimated results show that urbanization rather than specialization has a positive impact on productivity. Besides, the agglomeration effects are stronger for foreign-owned, small-sized, or young firms.
Chapter 3 shows attempts to find evidence of human capital externalities along with urbanization economies, given that the two external terms are rarely placed together in a single specification in literature. The estimation is implemented based on a production function whose context is an unique spatial equilibrium resulting from migration behaviors of entrepreneurs and workers. In this function, the externalities play the role of a region-specific productivity shifter. The model is regressed primarily with the instrumental variables technique to tackle possible identification problems. Between the two external terms, the resulting estimates confirm only the existence of urbanization economies. However, human capital externalities are found to be strong and significant in high-tech industries, implying that the effects of local human capital are very heterogeneous across different technological levels.
AGnES in der Regelversorgung - Umsetzung des § 87 Abs. 2b S. 5 SGB V im Bundesmantelvertrag AGnES (AGnES: Arztentlastende, Gemeinde-nahe, E-Healthgestützte, Systemische Intervention) ist ein vom Institut für Community Medicine der Univeritätsmedizin Greifswald entwickeltes Modell zur Entlastung von Hausärzten, bei dem Hausbesuche auf speziell fortgebildete nicht-akademische Fachkräfte delegiert werden. Die Hausbesuche werden ohne Anwesenheit des Arztes durchgeführt und sollen gerade im ländlichen Raum Ärzte entlasten und dem Ärztemangel entgegenwirken. AgnES wurde von 2005 bis 2008 in mehreren Bundesländern erprobt. Im Jahr 2008 wurde im Rahmen einer Pflegereform (Pflege-Weiterentwicklungsgesetz) auch § 87 Abs. 2b S. 5 SGB V ergänzt. In dieser Norm werden die Behörden der Selbstverwaltung im Gesundheitswesen (in diesem Fall die Kassenärztliche Bundesvereinigung, der Spitzenverband Bund der Krankenkassen und der Bewertungsausschuss) verpflichtet, Regelungen zur Vergütung von Hausbesuchen nicht ärztlicher Fachkräfte zu erlassen. Der Bundesgesetzgeber verfolgte mit der Schaffung dieser Norm gerade das Ziel, das AGnES-Projekt oder ein inhaltlich gleichwertiges, wissenschaftlich evaluiertes und breit erprobtes Delegationsmodell in der Regelversorgung der Gesetzlichen Krankenversicherung zu verankern. Die Selbstverwaltung im Gesundheitswesen hat hierfür 2009 einerseits den Bundesmantelvertrag durch eine Anlage ergänzt, die sog. Delegationsvereinbarung. Außerdem wurde der Einheitliche Bewertungsmaßstab als Leistungs- und Vergütungskatalog der Gesetzlichen Krankenversicherung um Abrechnungspositionen für nicht-ärztlich durchgeführte Hausbesuche erweitert. Delegationsvereinbarung und EBM bleiben weit hinter dem vom Gesetzgeber gemeinten AgnESProjekt zurück. Die Delegationsvereinbarung verstößt deshalb in vielfältiger Hinsicht gegen den Vorrang des Gesetzes. Sie lässt sich unter anderem hinsichtlich der bis Ende 2014 vorgenommenen Beschränkung auf unterversorgte Gebiete (§ 2 Abs. 2), der Einschränkung der infrage kommenden Patientengruppen (§ 3 lit. a) und b)), des Anstellungszwanges der Praxisassistentinnen bei den Praxen (§ 4 Abs. 2), der Notwendigkeit der ärztlichen Einzelfallanordnung (§ 5 Abs. 1 S. 1, Abs. 2 S. 2), den zugelassenen Ausgangsqualifikationen der Fachkräfte (§ 6 S. 2 lit.a)) und vor allem hinsichtlich der Dauer der Fortbildung und ihrer Inhalte u.a. (§ 7 Abs. 2) nicht mit dem von § 87 Abs. 2b S. 5 SGB V vorgegeben Anforderungen vereinbaren. Die Regelungen der Delegationsvereinbarung verfehlen nicht nur die vom parlamentarischen Gesetzgeber gestellten Anforderungen, sondern werden auch den anderen Beteiligten nicht gerecht: Durch die zu niedrig festgelegten Qualifikationsanforderungen wird die Sicherheit der Patienten möglicherweise gefährdet. Zudem werden durch die zu restriktiven Voraussetzungen, welche Patientengruppen überhaupt von Praxisassistentinnen versorgt werden dürfen, unnötig viele Patienten ausgeschlossen. Hinsichtlich der Praxisassistentinnen wird die Chance vertan, einen großen Schritt hin zur Steigerung der Attraktivität der Heilhilfsberufe zu unternehmen und diesen den Stellenwert im Gesundheitssystem einzuräumen, den sie in den anderen europäischen Ländern bereits haben und wo sowohl finanzielle als auch personelle Probleme mit Hilfe der Praxisassistentinnen abgefedert werden können. Schließlich werden die Regelungen der Delegationsvereinbarung und des EBM auch den Vertragsärzten nicht gerecht. Ihnen steht die dringend notwendige Entlastung bis Ende 2014 nur in unterversorgten Gebieten zur Verfügung, die notwendige Attraktivitätssteigerung des Hausarztberufes bleibt auf der Strecke. Schließlich sind Zahl und Schwierigkeitsgrad der delegierbaren Leistungen aufgrund der potentiell ungenügenden Qualifikation der Praxisassistentinnen nach der Delegationsvereinbarung und damit ihre Entlastungswirkung deutlich in Frage gestellt, wollen nicht Hausärzte und Praxisassistentinnen Gefahr laufen, deshalb haftungsträchtige Behandlungsfehler zu begehen.
Bei moderaten sinusförmigen Betriebsspannungen tritt in reinem Stickstoff der diffuse Townsend-Modus (APTD) auf. Das elektrische Feld ist hier über den Entladungsspalt annähernd konstant, weshalb ein anodengerichteter exponentieller Anstieg der Intensität der Emission beobachtet wird. Dementsprechend ist das Intensitätsmaximum direkt vor der Anode lokalisiert. Überraschenderweise lässt sich die APTD unter den gegebenen experimentellen Bedingungen (Breite des Entladungsspalts d_Spalt=1 mm und sinusförmige Betriebsspannung) ebenfalls in einer Helium-BE genieren. Für gewöhnlich wird jedoch in einer Helium-Entladung der diffuse Glimmentladungs-Modus (APGD) beobachtet, wobei der Entladungsspalt zwischen 2-5 mm breit ist. Das Emissionsmaximum einer solchen Entladung befindet sich durch die Ausbildung eines Kathodenfallgebiets vor der Kathode. Die geringe Breite des Entladungsspalts verhindert hier jedoch die Ausbildung der APGD. Entsprechend kann sich das Kathodenfallgebiet nicht entwickeln, wodurch die Spaltspannung nur schwach einbricht. Das Intensitätsmaximum der Emissionsentwicklung befindet sich wie bei der diffusen Stickstoff-BE direkt vor der Anode. Die Zünd- und Brennspannung ist in Stickstoff größer als in Helium, da die Vibrationszustände des Stickstoffs effizient durch Elektronen angeregt werden und diesen dabei Energie entzogen wird. Helium hat jedoch keine Vibrationszustände, weshalb die Elektronentemperatur ansteigt und die Zünd- und Brennspannung deutlich geringer ist. Eine Erhöhung des Spannungsanstiegs dU/dt beeinflusst signifikant die Entladungsentwicklung in der diffusen Helium-Entladung. So führt eine Variation von der Sinus- zur Rechteckspannung zu einem Wechsel des Entladungsmodus, nämlich von der APTD zur APGD. Die Ursache hierfür ist der deutlich höhere Energieeintrag, was sich auf die Ionisationsprozesse auswirkt. Die Verwendung einer Sägezahnspannung stellt in Bezug auf den Spannungsanstieg dU/dt eine Kombination aus der Sinus- und der Rechteckspannung dar. Mit dieser Betriebsspannung war es erstmals möglich, in einer Entladungsperiode entsprechend der Spannungsgradienten beide Entladungsformen (APTD und APGD) zu beobachten und zu studieren. Durch die Oberflächenladungsmessung konnte nachgewiesen werden, dass die während eines elektrischen Durchbruchs im Entladungsvolumen transferierte Ladung vollständig auf den Dielektrika akkumuliert wird. Der Vergleich der phasenaufgelösten Oberflächenladungsdichtemessung mit der zeitlichen Integration der Stromdichte zeigt, dass die Akkumulation von Oberflächenladungen instantan mit dem Auftreten eines Strompulses stattfindet. Nach einem Entladungsstrompuls bleiben die Oberflächenladungen unabhängig vom Entladungsmodus auf dem Dielektrikum konstant, bis die Entladung in der nächsten Halbwelle erneut zündet. In der filamentierten Entladung markieren die Oberflächenladungen den Auftreffpunkt der einzelnen Mikroentladungen. Die Oberflächenladungen sind an diesen Stellen stark lokalisiert. Die gemittelten radialen Oberflächenladungsdichteprofile haben gezeigt, dass diese sowohl für die negativen als auch für die positiven Oberflächenladungen einer Gauß-Verteilung folgen. Die volle Halbwertebreite der entsprechenden Oberflächenladungsdichteprofile unterscheidet sich. Die negativen Oberflächenladungen nehmen eine größere Fläche ein als die positiven Oberflächenladungen. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass Mikroentladungen über viele Entladungsperioden immer wieder an der gleichen Stelle zünden, wo sich aus einer vorhergehenden Entladung ein lokalisierter Oberflächenladungsfleck entgegengesetzter Polarität befand. Dieses Phänomen wird als Memory-Effekt bezeichnet. Durch zeitlich definiertes Abschalten der Entladung konnten die Lebensdauern von Oberflächenladungen beider Polaritäten auf dem BSO-Kristall gemessen werden. Es konnte gezeigt werden, dass der Abbau der Oberflächenladungen in zwei Zerfallsprozesse k_1 und k_2 unterteilt ist. Während des Prozesses k_1 nimmt die Oberflächenladungsdichte innerhalb einiger weniger Sekunden deutlich ab. Die Zeitkonstante k_1 ist trotz der photoleitenden Eigenschaft des BSO-Kristalls unabhängig von der Beleuchtungsfrequenz des Kristalls ist. Der zweite deutlich langsamer ablaufende Prozess zeigte hingegen eine starke Abhängigkeit von der Beleuchtungsfrequenz der BSO-Kristalls. Wurde der Kristall kontinuierlich beleuchtet, verschwanden die Oberflächenladungen unabhängig von ihrer Polarität nach wenigen Sekunden vollständig. Je kleiner die Beleuchtungsrate des Kristalls ist, desto länger waren die Oberflächenladungen nachweisbar. Der Zerfallsprozess k_2 beruht auf intrinsischen Transportprozessen. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die negativen Oberflächenladungen durch Elektronen nahe der Oberfläche gebildet werden. Die positiven Oberflächenladungen sind Löcher im Valenzband, die durch Elektronen-Ionen-Rekombination entstehen.
Aktive Immunisierung mit GD2-Peptidmimotopen und anti-Idiotypen zur Immuntherapie beim Neuroblastom
(2013)
Das Neuroblastom ist der häufigste solide, extrakranielle Tumor des Kindesalters. Die schlechte Prognose von Patienten mit fortgeschrittener Erkrankung macht die Entwicklung neuer Therapiemodalitäten zu einem der wichtigsten Forschungsziele auf dem Gebiet der pädiatrischen Onkologie. Durch die passive Immuntherapie mit Antikörpern gegen das Glykolipidantigen Disialogangliosid GD2, welches von Neuroblastomen hoch exprimiert wird, konnte die Überlebensrate von Hochrisiko-Neuroblastompatienten zuletzt deutlich verbessert werden. Dennoch ist die passive Immuntherapie mit Nachteilen verbunden: Das Ausbleiben einer langfristigen Immunität erfordert repetitive Antikörpergaben mit akuten antikörperbezogenen Nebenwirkungen und dem Risiko, eine humorale Immunreaktion gegen den applizierten Antikörper zu entwickeln. Eine aktive GD2-gerichtete Immunisierung erscheint daher vorteilhaft. Die schwache Immunogenität des Glykolipids ist hierbei ein wesentliches Hindernis bei der Induktion einer effektiven GD2-gerichteten Immunität. Dieses Problem kann durch die Verwendung von Proteinantigenen wie GD2-Peptidmimotopen oder anti-Idiotyp-Antikörpern umgangen werden. Zunächst beschreibt diese Arbeit die Charakterisierung von zwei GD2-Peptidmimotopen („MA“ und „MD“), welche durch Screening von Phagenbibliotheken identifiziert wurden, sowie den Nachweis der erfolgreichen Induktion einer neuroblastomspezifischen Immunität im syngenen Mausmodell. In einem zweiten Schritt wurden die Peptidmimotope durch Austausch einzelner Aminosäuren in ihrer Affinität zu GD2-Antikörpern optimiert und das so geschaffene neue Peptidmimotop („C3“) im Hinblick auf die Induktion einer humoralen GD2-spezifischen Immunität erfolgreich im Mausmodell getestet. Zudem gelang es, einen neuen monoklonalen GD2-anti-Idiotyp-Antikörper („Ganglidiomab“) zu erzeugen. Ganglidiomab weist typische Eigenschaften eines anti-Idiotypen wie die kompetitive Inhibition der Bindung von GD2 an GD2-Antikörper auf und erwies sich im Mausmodell als wirksam bei der Induktion einer GD2-spezifischen humoralen Immunantwort. Das optimierte GD2-Peptidmimotop C3 und der neue monoklonale GD2-Anti-Idiotyp Ganglidiomab bilden somit eine Basis zur weiteren Entwicklung einer wirksamen und sicheren Vakzine zur Behandlung von Hochrisiko-Neuroblastompatienten.
Im Rahmen dieser Arbeit standen Kulturüberstände von je 20 S. aureus-Stämmen von gesunden Probanden und von an einer Sepsis erkrankten Patienten zur Verfügung. Die verwendeten Kulturüberstände waren in Vorarbeiten unter anderem hinsichtlich ihrer Superantigeneigenschaften gut charakterisiert worden. Mittels eines Assays zur Bestimmung der procoagulatorischen Aktivität von Monozyten konnte nachgewiesen werden, dass S. aureus-Überstände konzentrationsabhängig eine TF-Aktivierung auf Monozyten induzieren. Dieser Effekt war nicht davon abhängig, ob es sich um ein Isolat gesunder Spender oder erkrankter Patienten handelte, auch die Menge an produziertem FXa durch einen Stamm aus Rachenabstrichen oder Blutkulturen unterschied sich nicht. Monozyten verschiedener Spender reagierten unterschiedlich auf den gleichen Kulturüberstand. Die Superantigen-Eigenschaften der Kulturüberstände nahmen keinen Einfluss auf die prokoagulatorische Aktivität von Monozyten. Sechs Kulturüberstände waren nicht in der Lage eine PCA zu induzieren, daher erfolgten verschiedene Untersuchungen zu Ermittlung der Zellvitalität. Im MTT-Test zeigte sich ein konzentrationsabhängiger zytotoxischer Effekt der Überstände, allerdings betrug der Anteil vitaler Zellen stets über 60 %. Ergänzende durchflusszytometrische Messungen konnten jedoch zeigen, dass Monozyten teilweise nur noch sporadisch nachweisbar waren. Um die prokoagulatorischen Eigenschaften der Sekretionsprodukte von S. aureus genauer zu charakterisieren, kamen der Laborstamm RN6390 und seine isogenetischen agr(-)- und sar(-)-Mutanten zum Einsatz. Der Wildtyp RN6390 sowie dessen Mutanten induzierten in hohen Konzentrationen eine geringere Faktor Xa-Generierung auf Monozyten als nur mit Medium behandelte Zellen. Während sich durch den Wildtyp und die agr(-)-Mutante auch in höheren Verdünnungsstufen keine PCA von Monozyten induzieren ließ, war dies mit der sar(-)-Mutante möglich. Dieses Aktivierungsmuster ließ sich auf ausgeprägte zytotoxische Eigenschaften zurückführen, sodass es nicht möglich war, den für die Faktor Xa-Generierung verantwortlichen Faktor genauer zu charakterisieren. Als eine mögliche Monozyten aktivierende Komponente untersuchten wir Peptidoglykan im Faktor Xa-Assay. Bereits geringste Konzentrationen von Peptidoglykan konnten eine PCA induzieren. In den Kulturüberständen selbst konnten wir PG semiquantitativ nachweisen. Ob Peptidoglykane allein oder in Synergie mit anderen Sekretionsfaktoren von S. aureus die TF-Aktivierung auslösen, ließ sich mit dieser Arbeit nicht abschließend klären.
Aktivierung von humanen Thrombozyten durch Staphylococcus aureus und seine Sekretionsprodukte
(2008)
Die Ansichten über die Funktion der Thrombozyten unterliegen derzeit einem Wandel. Neben dem Verschluss von Endothelläsionen spielen sie eine Rolle in der Pathologie der Artherosklerose, der Endokarditis und weiterer Erkrankungen und es existieren Hinweise auf eine Beteiligung bei der Immunantwort über die Expression von CD40L (Elzey et al., 2003). Ihre übermäßige Aktivierung und damit ihr Verbrauch bei der DIC sind noch nicht endgültig aufgeklärt. Zu dieser schwerwiegenden Komplikation im Gerinnungssystem kann es unter anderem durch eine Bakteriämie bzw. Sepsis mit dem grampositiven Erreger Staphylococcus aureus kommen, der in jüngster Zeit durch eine weit reichende Resistenzentwicklung in den Mittelpunkt der Forschung gerückt ist. Die Sepsis ist mit einer Letalität von 30 – 50% trotz modernster Intensivmedizin weiter ein ernstes Problem und grampositive Erreger wie S. aureus verursachen einen großen Anteil der Fälle (Moerer et al., 2004). Die Interaktion von Thrombozyten und S. aureus wurde bisher immer unter dem Aspekt des direkten Kontakts dieser Zellen untersucht, jedoch scheint auch eine Betrachtung der Sekretionsprodukte und ihrer Auswirkungen auf Thrombozyten wegweisend, denn nicht immer ist bei Auftreten von septischen Gerinnungskomplikationen eine Bakteriämie nachweisbar. In dieser Arbeit sollte daher die thrombozytenaktivierende Wirkung von Sekretionsprodukten von S. aureus untersucht werden, es sollte eine Annäherung an die Identität dieser Substanzen erfolgen und es sollte geklärt werden, ob der menschliche Organismus Abwehrmechanismen gegen diesen spezifischen Angriffsweg besitzt. Dazu wurden 20 kommensale und 20 invasive (aus Blutkulturen gewonnene) Isolate von S. aureus sowie die Laborstämme RN6390, RN6911 (RN6390Δagr) und ALC136 (RN6390ΔsarA) bis zur stationären Wuchsphase kultiviert und ihr zellfreier Kulturüberstand untersucht. Das Sekretom von RN6390 und seiner regulatordefizienten Mutanten ist bekannt (Ziebandt et al., 2001). Die Thrombozytenaggregation wurde größtenteils in einem einfachen Funktionstest mit gewaschenen Thrombozyten gemessen. Weitere Tests wurden mit gewaschenen Erythrozyten durchgeführt. 60% der Isolate sezernieren thrombozytenaggregationsauslösende Substanzen, dabei ist die Herkunft des Isolats (kommensal oder invasiv) und die im Kulturüberstand enthaltene Gesamtproteinmenge nicht entscheidend. 35% der Isolate sezernieren ausreichend hämolysierende Substanzen, dies ist ebenfalls unabhängig von ihrer Herkunft. Die zellaktivierenden Substanzen waren hitzeempfindlich, daher konnten Zellwandbestandteile wie Lipoteichonsäure oder Peptidoglykane als Verursacher ausgeschlossen werden. Mittels PCR wurden die genetischen Anlagen der verschiedenen Hämolysine der Isolate untersucht. Die thrombozytenaggregierende und hämolysierende Wirkung von alpha-Toxin konnte in dieser Arbeit nachvollzogen werden (Bhakdi et al., 1991). Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass verschiedene Protease-Typen von S. aureus an der Thrombozytenaggregation beteiligt sind. Diese Ergebnisse konnten bei der Untersuchung von RN6390 und seiner Mutanten bestätigt werden. Die aggregationsauslösenden Substanzen sind positiv durch den globalen Genregulator agr reguliert. Eine Koinkubation mit Serum, aus Serum gewonnenen IgG und IgG-Präparationen führte zu einer konzentrationsabhängigen Hemmung der Aggregation ausgelöst durch bakterielle Kulturüberstände. Insgesamt handelt es sich bei der durch Sekretionsprodukte von S. aureus ausgelösten Thrombozytenaggregation um ein multifaktorielles Geschehen, welches zur Pathogenese der Gerinnungsstörungen bei einer Sepsis oder Infektion beitragen kann. Die Aggregation kann durch im Serum enthaltene IgG in vitro gehemmt werden. In weiteren Untersuchungen muss die genaue Identität dieser Antikörper gefunden werden. Dies kann als neuer Ansatzpunkt in der Behandlung der Gerinnungskomplikationen während eine S. aureus- Sepsis dienen, zusätzlich zu bisherigen Strategien der Substitution und medikamentösen Intensivtherapie.
Als Folge eines akuten Myokardinfarktes kommt es zu einem Anstieg der intrazellulären Ca2+-Konzentration assoziiert mit einer Aktivierung der kardialen Cysteinproteasen Calpain I und II. Diese scheinen in der Pathogenese von Gewebeschäden und Nekrose nach Myokardinfarkt eine wesentliche Rolle zu spielen. Darüber hinaus gibt es Hinweise auf eine Beteiligung von Calpain I bei kardialen Umbauprozessen nach Infarkt. Calpaininhibitoren könnten daher in der Therapie des Myokardinfarkts erfolgreich eingesetzt werden. Unter den Bedingungen einer kardialen Ischämie konnte bei einigen dieser Substanzen eine kardioprotektive Wirkung demonstriert werden. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde ein Aktivitätsprofil der beiden Calpainformen im infarzierten und nicht-infarzierten Myokard erstellt und die Auswirkungen des Calpaininhibitors CAL 9961 in vitro und in vivo untersucht. Hierzu wurde an Ratten durch permanente Ligation der linken Koronararterie ein akuter Myokardinfarkt induziert. Ein, 3, 7 und 14 Tage nach Infarkt wurden Calpain I und II aus Gewebehomogenaten von interventrikulärem Septum (IS) und linker, freier Ventrikelwand (LVFW) mittels Chromatographie auf DEAE-Sepharose getrennt. Die Aktivität wurde in scheinoperierten und Infarkt-induzierten Tieren mit chronischer Placebo- oder CAL 9961-Therapie mithilfe eines Enzymassays mit synthetischem Substrat gemessen. Die Therapie wurde 3 Tage vor Infarktinduktion begonnen. Calpain I-Aktivität erreichte 14 Tage nach Infarkt höchste Werte im nicht-infarzierten Myokard (IS), während die maximale Calpain II-Aktivität 3 Tage nach Infarktereignis im infarzierten Herzgewebe (LVFW) gemessen wurde. In Experimenten in vitro hemmte CAL 9961 beide Calpainformen vollständig. In vivo verhinderte eine chronische Therapie mit CAL 9961 bei Tieren mit Myokardinfarkt teilweise den Anstieg der Calpain I-Aktivität im nicht-infarzierten Gewebe (IS) und reduzierte die Calpain II-Aktivität im infarzierten Myokard (LVFW) auf das Level scheinoperierter Tiere. Die in dieser Dissertation erbrachten Ergebnisse zeigen, dass die kardialen Calpaine I und II nach einem akuten Myokardinfarkt aktiviert werden, sich ihre Aktivierung jedoch innerhalb des Myokards zeitlich und regional unterscheidet. Die chronische Inhibition dieser Enzyme könnte die Calpain-vermittelten Gewebeschäden limitieren und zur Erhaltung der strukturellen Integrität des Myokards nach Infarkt beitragen.
Zusammenfassung
Die Verordnung einer Stressulkusprophylaxe im Rahmen stationärer Aufenthalte ist im medizinischen Alltag weit verbreitet. Die Verschreibungspraxis einer SUP wurde bisher vor allem im Bereich der Intensivmedizin und der Inneren Medizin untersucht [33, 40, 42, 45, 46]. Allerdings konnte gezeigt werden, dass eine stressulkusbedingte gastrointestinale Blutung unter stationären Bedingungen ein sehr seltenes Ereignis darstellt [12,17]. Im Bereich chirurgischer, nicht kritisch erkrankter Patienten gibt es bislang nur wenige Studien zur aktuellen Praxis der Verschreibung einer SUP [16, 46].
Um die aktuelle Verschreibungspraxis einer SUP in einem chirurgischen Patientenkollektiv beschreiben und bezüglich des Vorliegens einer Indikation nach aktuellen Leitlinien charakterisieren zu können, wurden retrospektiv von Januar bis Juni 2016 Patientendaten an der Universitätsmedizin Greifswald erhoben und ausgewertet [49]. Des Weiteren erfolgte eine Untersuchung der landesweiten Verschreibungspraxis einer SUP auf der Basis einer Befragung der Abteilungsleiter und Mitarbeiter chirurgischer Abteilungen der Akutkliniken in Mecklenburg-Vorpommern [50].
Die Auswertung der retrospektiv erhobenen Patientendaten zeigte eindeutig, dass im weit überwiegenden Anteil der Patienten mit neu verordneter SUP keine Risikofaktoren für die Ausbildung von Stressulzera und stressulkusbedingten Blutungen vorlagen [49]. In 85.7-99.6 % der Patienten mit SUP konnte die Indikation für die Gabe nicht nachvollzogen werden [49].
Die Befragung chirurgisch tätiger Ärzte in Mecklenburg-Vorpommern zeigte, dass die Verschreibung der SUP nur in einer Minderzahl der Kliniken durch eine SOP geregelt war [50]. In den Kliniken mit vorhandener SUP war deren Inhalt nur einer Minderheit der klinisch tätigen Ärzte inhaltlich bekannt [50]. Eine kritische Reevaluation der Indikation einer SUP erfolgte nicht regelhaft bei Verlegung von Intensiv- auf die Normalstation oder bei Entlassung [50].
Die vorliegende Untersuchung zeigt, dass bei chirurgischen Patienten auch heute noch eine massive Überverschreibung einer medikamentösen Stressulkusprophylaxe zur medizinischen Routine gehört [49, 50]. Dabei scheint von den behandelnden Ärzten das Risiko eines Auftretens stressulkusbedingter Blutungen massiv überschätzt beziehungsweise den Patientengruppen nicht regelrecht zugeordnet werden zu können [49, 50]. Angesichts der Tatsache, dass den zur SUP verwendeten Medikamente eine zunehmend größere Zahl unerwünschter Nebenwirkungen (bakterielle Gastroenteritis, akute interstitielle Nephritis, Vitamin-B12-Mangel, ein erhöhtes Risiko für eine Covid-19-Infektion, ambulant und nosokomial erworbene Pneumonien, Demenzerkrankungen, Osteoporose sowie Elektrolytstörungen) zugeordnet werden kann, sollte die Verschreibung der SUP nach einem festen Indikationsschemas erfolgen und im Laufe des stationären Aufenthaltes wiederholt kritisch hinterfragt werden [23-27].
Die Entwicklung einheitlicher Empfehlungen und Richtlinien zur Handhabung von SUP und die Sensibilisierung chirurgisch tätiger Ärzte im Rahmen von Fort- und Weiterbildungen erscheint somit, angesichts der erarbeiteten Daten, dringend notwendig zu sein.
Ziel dieser Arbeit war es, den prognostischen Wert neonatal abgeleiteter FAEP für das Outcome im korrigierten Alter von 12-15 Monaten bei Früh- und Neugeborenen mit perinatalen Risikofaktoren zu ermitteln. Im Weiteren sollte die Beobachtung "besserer" neonataler FAEP bei Frühgeborenen unter 35 SSW mit späteren Entwicklungsstörungen überprüft werden. Von den 226 untersuchten Kindern zeigten 179 (79,2%) ein normales neuromotorisches Outcome mit 12 Monaten, 31 (13,7%) eine leichte bis mittelschwere ZKS und 16 (7,1%) eine schwere ZKS bis hin zu einer spastischen Bedrohung. Der Chiquadrat-Test zeigt für bestimmte klinische Parameter einen hoch signifikanten Zusammenhang (p<0,001) in Bezug auf die motorische Entwicklung mit 12 Monaten, anhand der Kontingenzkoeffizienten kann man in dieser Gruppe eine Wertung vornehmen: Die Entwicklung eines Hydrozephalus (0,533) hat die größte Aussagekraft auf die spätere motorische Entwicklung, vor dem motorischen Status mit 3 Monaten (0,451), den intracraniellen Hämorrhagien (0,408), dem Microcephalus (0,371), der Schwangerschaftsdauer (0,369), der periventrikulären Leukomalazie (0,337), dem Geburtsgewicht (0,325) und dem Auftreten cerebraler Krampfanfälle (0,287). Für die neuromotorische Prognose mit Hilfe der FAEPs läßt sich bei den reifen Neugeborenen ein grenzwertig signifikanter Zusammenhang (p=0,05) erkennen, bei den Frühgeborenen unter 35 SSW dagegen kann keine Prognose mit Hilfe der FAEPs gemacht werden. Abschließend wurde anhand von matched pairs die Interpeaklatenzen I-III und I-V verglichen. Dabei wurde jedem Kind aus der Gruppe mit pathologischer motorischer Entwicklung (MOT12-2) ein Partner mit gleicher Schwangerschaftsdauer, gleichem Alter bei FAEP-Ableitung und normaler Entwicklung (MOT12=0) zugeordnet. Hierbei trat zwar wiederum ein minimaler Trend zu kürzeren IPL auf, er erreichte jedoch keine statistische Signifikanz.
Bei der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung handelt es sich um eine pulmonale Erkrankung mit persistierender respiratorischer Symptomatik. Für die Erkrankung pathognomonisch ist eine Atemflussminderung aufgrund einer progressiven Atemwegsobstruktion. Trotz individueller Krankheitsverläufe und verschiedenen klinischen Phänotypen resultiert häufig eine chronisch respiratorische Insuffizienz mit obstruktiver Ventilationsstörung, welche sich limitierend auf die Überlebenszeit auswirkt und die Wahrscheinlichkeit für wiederholte Hospitalisierungen erhöht. Die nichtinvasive Beatmung stellt seit Jahren eine etablierte und anerkannte Therapieoption der akuten respiratorischen Insuffizienz bei COPD-Patienten da. Weniger eindeutig verhält sich jedoch die Studienlage bezüglich der Etablierung einer langfristigen außerklinischen NIV-Therapie bei COPD-Patienten mit chronisch respiratorischer Insuffizienz. Kurz- und Langzeiteffekte dieser Therapieoption bei chronisch respiratorischer Insuffizienz wurden in den letzten 20 Jahren nur in wenigen Publikationen untersucht und es konnte kein Vorteil hinsichtlich des Überlebens von Patienten mit Überleitung auf eine LTH-NIV-Therapie gezeigt werden. Ziel dieser retrospektiven Studie war es, die Auswirkungen der NIV-Therapie auf das Langzeitüberleben und die Rehospitalisierung zu untersuchen und mögliche Einflussfaktoren bzw. Prädiktoren auf diese zu identifizieren. Zur Beantwortung der Fragestellung wurden 151 Patienten in die Studie eingeschlossen, welche sich in dem Zeitraum vom 01.01.2012 bis 30.06.2019 aufgrund einer akuten nicht-invasiven Beatmungsnotwenigkeit bei AECOPD in den Abteilungen für innere Medizin der UMG in Behandlung befanden. Vom Gesamtkollektiv wurden 83 Patienten im Anschluss an den Indexkrankenhausaufenthalt direkt auf eine LTH-NIV-Therapie eingestellt. Die Non-NIV-Gruppe bildeten 68 Patienten, welche ohne Überleitung auf eine LTH-NIV-Therapie nach dem Indexaufenthalt aus dem Krankenhaus entlassen wurden. Über ein Follow-up von zwei Jahren wurden Blutgasanalysen, Beatmungsparameter, Rehospitalisierungen und die Mortalität betrachtet. Es wurden eine Überlebenszeitanalyse nach der Kaplan-Meier-Methode sowie eine Cox-Regression zur Analyse mehrerer Einflussgrößen auf das Überleben im Gruppenvergleich durchgeführt.
In der vorliegenden retrospektiven Datenauswertung von COPD-Patienten mit akuter nicht-invasiver Beatmungsnotwendigkeit im Rahmen einer AECOPD, konnte gezeigt werden, dass die Einstellung auf eine LTH-NIV-Therapie das Überleben in einem zweijährigen Beobachtungszeitraum signifikant (p=0,027) verbessert. Das 24-Monats-Risiko einer Rehospitalisierung lag in der LTH-NIV-Gruppe bei 41% gegenüber 55,9% in der Non-NIV-Gruppe. Dieses Ergebnis verfehlte nur knapp die statistische Signifikanz (p=0,053). In der statistischen Testung ergab sich ein verringertes Mortalitätsrisiko bei den Patienten, die im direkten Anschluss an eine AECOPD auf eine LTH-NIV-Therapie übergeleitet wurden [HR: 0,37 (0,17; 0,79)].
In dieser Dissertation wurden Transient Severe Motion (TSM) Artefakte in der mit Gadoxetat kontrastierten Magnetresonanztomographie (MRT) der Leber untersucht. Dieses Phänomen beeinträchtigt die Diagnostik erheblich. Erforscht wurde die Häufigkeit der TSM-Artefakte, der Einfluss des genauen Zeitabschnitts der bildlichen Erfassung der arteriellen Kontrastierungsphase auf ihr Auftreten sowie Risikofaktoren dafür. 354 Patienten, die von 2013 bis 2016 am Institut für Diagnostische Radiologie und Neuroradiologie der Universität Greifswald untersucht wurden, gingen in die retrospektive Studie ein. 69 dieser Patienten erhielten eine Folgeuntersuchung.
Aufnahmen der arteriellen Phase wurden hinsichtlich der TSM-Artefakte auf einer vierstufigen Skala nach Schweregrad eingeteilt (0=keine TSM, 1=leichte TSM, 2=mäßige TSM, 3=schwere TSM). Das Auftreten von TSM-Artefakten war erheblich vom genauen Zeitabschnitt der bildlichen Erfassung der arteriellen Phase (früharteriell, vollarteriell, spätarteriell) sowie eventueller TSM-Artefakte in Voruntersuchungen und verschiedenen Risikofaktoren abhängig.
TSM-Artefakte traten bei 48,59% der untersuchten Patienten auf (172/354). Bei 22,88% aller Patienten (n=81) traten TSM-Artefakte des Grades 1 auf. Bei 18,36% (n=65) wurden TSM-Artefakte des Grades 2 festgestellt. Bei 7,34% (n=26) kam es zu TSM-Artefakten des Grades 3.
In der vollarteriellen Phase kam es mit 58,8% der Untersuchungen am häufigsten zu TSM-Artefakten. In der früharteriellen Phase (51,6%) sowie der spätarteriellen Phase (42,1%) traten die Artefakte signifikant seltener auf (p=0,031). Das Auftreten von TSM-Artefakten korrelierte signifikant mit dem BMI (p=0,001) sowie grenzwertig mit Leberzirrhose (p=0,05). TSM-Artefakte der verschiedenen Schweregrade korrelierten signifikant mit Gewicht (p=0,03), Größe (p=0,033), BMI (p=0,003) sowie γ-GT (p=0,029). Bei Folgeuntersuchungen zeigte sich ein signifikanter Zusammenhang zwischen TSM-Artefakten in der Erstuntersuchung und TSM-Artefakten in Folgeuntersuchungen (p=0,041).
In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass die geringste Wahrscheinlichkeit für TSM-Artefakte in der spätarteriellen Phase besteht. Daher ist bei der Diagnostik der mit Gadoxetat kontrastierten Leber-MRT die spätarterielle Phase zu empfehlen.
Die Herzinsuffizienz mit eingeschränkter LVEF führt zu einer Reduktion des aortalen AIx in Ruhe. Wie sich die zentralen Parameter bei diesen Patienten unter Belastung verändern, ist bisher wenig untersucht. Probanden mit einer linksventrikulären Pumpfunktion ≤ 40 % und NYHA ≥ 2 und ohne Vorhofflimmern (CHF) wurden mit Kontrollprobanden ohne Herzinsuffizienz (Con) verglichen, die für Alter, Geschlecht und Nierenfunktion individuell gematcht wurden. Eine oszillometrische Pulswellenanalyse (Mobil-O-Graph®) wurde im Liegen, im Sitzen und über die Dauer von zehn Minuten nach einer spiroergometrischen Ausbelastung durchgeführt. In Einklang mit der Studienlage sahen wir einen niedrigeren AIx bei der CHF-Gruppe vs. der Con-Gruppe im Liegen in Ruhe (28,4 ± 3,4 % vs. 19,9 % ± 2,8; p < 0,05). In sitzender Position ließ sich dies jedoch nicht reproduzieren. Unmittelbar nach der Belastung war die Pulswellengeschwindigkeit in der Con-Gruppe signifikant höher als in der CHF-Gruppe (9,09 ± 0,25 m/s vs. 8,45 ± 0,29 m/s, p < 0,05). Der AIx stieg gegenüber dem Ruhewert bei der CHF-Gruppe signifikant an und war im Vergleich zur Con-Gruppe höher. Ursächlich waren Unterschiede in der Amplitude der reflektierten Welle, welche in der Kontrollgruppe nach der Belastung im Vergleich zur Ruhemessung abnahmen, in der CHF-Gruppe jedoch nicht. Die Belastungsintoleranz bei herzinsuffizienten Patienten konnte möglicherweise durch den erhöhten AIx erklärt werden. Ursächlich hierfür war ein Anstieg der Amplitude der reflektierten Welle. Die vorliegende Arbeit liefert eine Einsicht in die komplexen hämodynamischen Auswirkungen von körperlicher Belastung bei Patienten mit Herzinsuffizienz
Mit weltweit potenziell 5,3 Millionen Todesopfern pro Jahr ist die Sepsis eine der häufigs-ten Todesursachen3. Ursprung dieser ist eine Dysregulation einer immunologischen Reak-tion mit Inflammation und daraus folgenden Organschäden9,10. Der Nutzen von Albumin in der supportiven Therapie dieser lebensbedrohenden Erkrankung wird seit längerem disku-tiert. Aus diesem Grund befasst sich die hier vorliegende Arbeit mit dem Zusammenhang zwischen der Albuminsubstitution und Letalität der schweren Sepsis und des septischen Schocks. Als Grundlage dienten die Patient*innendaten aus der intensivmedizinischen Sepsisdatenbank der Universitätsmedizin Greifswald, im Zeitraum von 2010 bis 2015. Zu-nächst wurden die Patient*innen in zwei Gruppen eingeteilt. Die Patientin*innen der „Gruppe A“ erhielten kein Albumin und die Patient*innen der „Gruppe B“ bekamen Albumin substituiert. Anschließend erfolgte die Unterteilung je nach Ausprägung der Hypalbuminä-mie, bemessen am niedrigsten Serumalbuminwert, in vier Subgruppen (Gruppe 1 A/B bis 4 A/B). In einer weiteren Unterteilung, anhand einer messbaren Erhöhung des Serumal-bumins nach Substitution, wurden die Patient*innen der „Gruppe B“ in „Responder“ und „Nonresponder“ gruppiert.
Insgesamt konnten dadurch 701 Patient*innen in die Studie eingeschlossen werden. Von diesen waren 258 weiblich (36,8 %) und 443 männlich (63,20 %). Entsprechend lag das akkumulierte mittlere Erkrankungsalter aller Patient*innen bei 67,93 ± 12,6 (MW ± SD) Jahren. In der Gesamtheit betrachtet war der septische Schock mit 76,03 % (n = 533) häufiger vertreten als die schwere Sepsis mit 23,97 % (n = 168). Der „APACHE II Score“ der Gesamtpopulation lag im Mittel bei 20,19, was einem Mortalitätsrisiko von rund 40 % entspricht. Die Patient*innen, die kein Albumin substituiert bekamen, wiesen ein 30 % höheres Risiko auf innerhalb der ersten 28 Tage nach Sepsisdiagnose zu versterben (Fisher-Exact-Test: p = 0,0279; KI: 1.019 - 1.257). Die statistische Betrachtung der Pati-ent*innen mit besonders niedrigen Albuminwerten (≤ 15 g/l) zeigte, dass Patient*innen ohne Substitution ein 56 % höheres Risiko hatten in den ersten 28 Tagen zu versterben. Im Vergleich der Gruppen bezüglich ihrer 90-Tage-, Intensiv- und Krankenhaussterblich-keit ergab sich keinen signifikanten Unterschied. Bei den Gruppen B 2-4 mit Albuminkon-zentrationen über 15 g/l konnte ebenfalls, im Vergleich der Letalität, keine Unterschiede ausgemacht werden.
Grundsätzlich wurde anhand der vorliegenden Daten aufgezeigt, dass die Substitution von Albumin mit einer reduzierten Letalität in den ersten 28 Tagen assoziiert ist. Dies gilt für alle Patient*innen mit einer Albumintherapie und insbesondere für Patient*innen mit einem Albuminwert unter 15 g/l. Fraglich bleibt jedoch, ob eine alleinige Albuminsubstitution eine Letalitätsreduktion bedingt. Allerdings konnte die Hypalbuminämie als unabhängiger Risi-kofaktor für eine erhöhte Letalität in der Sepsis bestätigt werden.
Abschließend kann gesagt werden, dass die durch diese Studie gewonnenen Ergebnisse die aktuellen Leitlinien zur Diagnostik und Therapie der Sepsis unterstützen7. Um aller-dings genauere Aussagen über den Einfluss von Albumin in Bezug auf die Letalität in der Sepsis machen zu können, sollten Studien unter kontrollierten Bedingungen und unter der Einbeziehung einer größeren Studienpolulation durchgeführt werden.
Background: Alcohol consumption accounts for a high burden of disease. The general population of West Pomerania has been characterized as a population at risk with a high prevalence of behavioural risk factors such as alcohol risk drinking. This is reflected by the high proportion of patients being admitted to general hospitals due to alcohol-attributable diseases. The aims of the present dissertation were (a) to analyze dose-response relations between volume of alcohol drinking and the risk of diseases with different alcohol-attributable fractions (AAF) in general hospital inpatients (study 1); (b) to assess motivation to change drinking behaviour and motivation to seek help for alcohol problems during their hospital stay as well as changes in motivation to change drinking behaviour, motivation to seek help and changes in daily alcohol consumption across time according to diseases with different AAFs (study 2); and (c) to investigate the association of fatty liver disease (FLD) with blood pressure and hypertension in a general population sample and to test for the specific contribution of alcohol consumption to this association (study 3). Methods: For studies 1 and 2, data from 'Early Intervention at General Hospitals', a randomized controlled trial to test the effectiveness of brief intervention for alcohol problem drinking in general hospitals, were used. Study 1 comprised data from 846 inpatients, study 2 comprised data from 294 inpatients aged 18 to 64 years with alcohol problem drinking and alcohol-attributable diseases from four general hospitals in West Pomerania. Hospital diagnoses were classified according to their AAF: (1) diseases wholly attributable to alcohol consumption by definition (AAF=1), (2) diseases partially attributable to alcohol consumption (AAF<1), and (3) diseases with no relation to alcohol consumption or where alcohol consumption has been found to be a protective factor (AAF=0). Study 3 encompassed data from the 'Study of Health in Pomerania', a general population sample of 3191 adults aged 20-79 years. FLD was defined using ultrasound in combination with increased serum alanine aminotransferase levels. Results: Analyses showed that 46.8% of the general hospital inpatients had a disease attributable to alcohol consumption. There was a dose-response relationship between volume of alcohol drinking and the risk of diseases with different AAFs. Inpatients consuming >120 g and inpatients consuming 61-120 g of pure alcohol per day revealed significantly higher odds for diseases with AAF=1 compared to inpatients consuming 31-60 g of pure alcohol per day with odds ratios (OR) of 6.3 (95% CI 3.6-11.3) and 2.9 (95% CI 1.6-5.1), respectively. Regarding diseases with AAF<1, inpatients consuming >120 g of pure alcohol per day had significantly higher odds compared to inpatients consuming 31-60 g of pure alcohol per day (OR 2.0, CI 1.2-3.4). Analyses on motivation to change drinking behaviour and on motivation to seek help at hospitalization revealed that motivation to change drinking behaviour was higher among inpatients with alcohol-attributable diseases than among inpatients without alcohol-attributable diseases (p<.001). Among inpatients with AAF=1, motivation to seek help was higher than among inpatients with AAF<1 and AAF=0 (p<.001). While motivation to change drinking behaviour remained stable within one year after hospitalization in all three AAF groups, motivation to seek help decreased in this time period. The volume of alcohol consumed decreased in all three AAF groups within one year after hospitalization. Data from the general population study revealed that FLD was associated with blood pressure and hypertension at baseline and at five-year examination follow-up. For example, the chance of hypertension at both time points was threefold higher in individuals with FLD (OR 2.8, CI 1.3-6.2; OR 3.1, CI 1.7-5.8, respectively) compared to individuals without FLD. Analyses further revealed that the association of FLD with blood pressure and hypertension was independent of alcohol consumption. Conclusion: The results of the present dissertation provide relevant implications for public health. In view of the high proportion of general hospital inpatients with alcohol-attributable diseases, a screening procedure for problem drinking is needed. Furthermore, appropriate interventions considering the inpatient’s motivational level have to be implemented. The concept of AAFs to classify disease conditions according to their causal relationship with alcohol consumption might be a tool to detect inpatients with problem drinking. The results regarding FLD and its association with blood pressure and hypertension demonstrate that it is important to pay attention to alcohol-attributable diseases in the general population and that alcohol-attributable diseases are associated with subsequent serious sequelae. The results of the present work further indicate that the concept to distinguish between alcoholic and non-alcoholic origin of FLD might be obsolete and should be replaced by a concept that regards FLD as a multifactorial disease condition.
Alcohol dehydrogenases as biocatalysts for the production of enantiomerically pure chiral alcohols
(2016)
Summary Enantiomerically pure chiral alcohols are key compounds in the production of certain chemicals including pharmaceuticals. Chemical synthesis allows to obtain maximal yield of 50% for one enantiomer ( >50% yield is achievable with chiral catalysts used in chemical synthesis), whereas biosynthesis leads to nearly 100% yield. Hence, expensive and time consuming resolution of racemic mixture can be avoided. Alcohol dehydrogenases are the most popular enzymes used in the chiral alcohols synthesis due to high activity with appropriate aldehydes or ketones. ADHs require a cofactor which has to be regenerated after the conversion of aldehyde/ketone to the respective alcohol. Thereby, different regeneration methods were used in the practical work to compare and choose the better one. R. erythropolis and C. hydrogenoformans alcohol dehydrogenases were chosen based on the literature screening. Each gene was cloned into Xplor2 vector and pFPMT vector. Xplor2 vector was used for the transformation of A. adeninivorans and pFPMT vector was used for the transformation of H. polymorpha. Chemically synthesized alcohol dehydrogenase sequences from R. erythropolis (ReADH) and C. hydrogenoformans (ChADH) were cloned between TEF1 promoter and PHO5 terminator which are components of Xplor2 vector or between FMD promoter and MOX terminator which are genetic elements of pFPMT vector. Moreover, ChADH and ReADH sequences with His-tag encoding sequence at the 5’ or 3’ end were constructed and the most active form of the protein was selected for further studies. ReADH-6H was used for the synthesis of 1-(S)-phenylethanol and ethyl (R)-4-chloro-3-hydroxybutanoate whereas ChADH-6H was used for the production of ethyl (R)-mandelate. ReADH-6H synthesized in A. adeninivorans and H. polymorpha was fully biochemically characterized. The enzymes from the two yeast species showed some differences in their pH and temperature optima, thermostability and activity levels. A-ReADH (A. adeninivorans) and H-ReADH (H. polymorpha) were highly active with the same substrates which were: acetophenone, 4-hydroxy-3-butanone and ethyl 4-chloroacetoacetate for reduction reaction along with 1-phenylethanol and 1,6-hexanediol for oxidation reaction. Recombinant A-ReADH-6H and H-ReADH-6H were synthesized in A. adeninivorans and H. polymorpha, respectively. Both enzymes were used for the synthesis of 1-(S)-phenylethanol and ethyl (R)-4-chloro-3-hydroxybutanoate with the use of substrate-coupled cofactor regeneration system. The enantiopurity of the products was >99%. Moreover, A. adeninivorans whole cell catalyst was also used for the synthesis of both chiral alcohols. BmGDH (Bacillus megaterium glucose dehydrogenase) was co-expressed with ReADH-6H for NADH cofactor regeneration. Comparison between isolated enzymes and permeabilized whole cell catalysts indicate that cell biocatalysts are more suitable for the production of 1-(S)-phenylethanol with 92% of acetophenone being converted in 60 min. However, cells did not show any significant advantage over isolated enzymes in the synthesis of ethyl (R)-4-chloro-3-hydroxybutanoate although the velocity of the synthesis of ethyl (R)-4-chloro-3-hydroxybutanoate was slightly improved using whole-cell catalysts, giving an 80% substrate conversion in 120 min. Recombinant C. hydrogenoformans alcohol dehydrogenase was synthesized in A. adeninivorans and biochemically characterized. Enzyme showed high activity only with one substrate, ethyl benzoylformate. The A. adeninivorans and H. polymorpha cell catalysts synthesizing ChADH and BmGDH (Bacillus megaterium glucose dehydrogenase) were constructed and used in the synthesis of ethyl (R)-mandelate (reduction product of ethyl benzoylformate) with the enantiopurity of the reaction product being >98%. H. polymorpha catalysts were more effective in the synthesis than A. adeninivorans cells. The first were able to convert 93% of ethyl benzoylformate within 180 min and the latter were converting 94% of the substrate within 360 min. Re-use of non-immobilized cells and catalysts entrapped in Lentikat® was performed and the improvement of the stability of immobilized catalysts was reported. Space time yield of 3.07 mmol l-1 h-1 and 6.07 mmol l-1 h-1 was achieved with A. adeninivorans and H. polymorpha cell catalysts, respectively. Alcohol dehydrogenase 1 from A. adeninivorans was analyzed concerning the synthesis of enantiomerically pure chiral alcohols. The enzyme did not synthesize industrially attractive products. However, based on biochemical characterization enzyme plays a role in the synthesis of 1-butanol or ethanol and thereby it is of biotechnological interest.
Alcohol-related somatic disorders are highly prevalent among general hospital inpatients. Alcohol problem drinking can be differentiated into alcohol use disorders (alcohol dependence and alcohol abuse) and three subtypes of drinking above recommended levels (at-risk drinking only [AR], heavy episodic drinking only [HE], at-risk and heavy episodic drinking [ARHE]). The aims of this study were threefold. First, proportions of alcohol problem drinking among general hospital inpatients in a region of north-eastern Germany were estimated (study 1). Second, among individuals with alcohol problem drinking the association between beverage preference and alcohol-related diseases was tested (study 2). Third, subtype differences regarding demographics, alcohol-related variables, motivation to change drinking behaviors, and the risk to develop short-term alcohol dependence among the three subtypes of drinking above recommended levels were analyzed (study 3). The data presented in this dissertation are based on the randomized controlled trial “Early Intervention at General Hospitals”, which is part of the Research Collaboration Early Substance Use Intervention (EARLINT). Study 1 includes a sample of consecutively admitted general hospital inpatients between 18 and 64 years old (n = 14,332). The study adopted a two-stage-sampling approach: (a) screening and (b) ascertainment of alcohol problem drinking. Those who were identified with alcohol problem drinking were asked for written consent for further study participation. This included further baseline assessment, the consent to use routine treatment diagnoses and participation in a follow-up interview 12 months after hospitalization. For study 2, routine treatment diagnoses were provided by hospital physicians for a total of 1,011 men with problem drinking. These diagnoses were classified into three categories according to their alcohol-attributable fractions (AAF): diseases totally attributable to alcohol by definition (AAF=1), diseases partially attributable to alcohol (AAF<1) and diseases with no empirical relationship to alcohol or with a possibly protective effect associated with alcohol (AAF=0). Study 3 was restricted to study participants with drinking above recommended levels (n=425). Study 1: Among all general hospital inpatients, 8.9% were identified with current problem drinking in the following descending order: 5.3% exhibited alcohol use disorders and 3.6% drinking above recommended levels. Higher proportions of problem drinking were found at rural sites compared to urban sites (13.7 vs. 7.5%, p<.001). Study 2: Because of the low proportion of women with alcohol problem drinking the following analyses were restricted to males. Multinomial regression analyses revealed different risks for alcohol-related diseases in relation to beverage preference while controlling for alcohol-associated and demographic confounders. Compared to all other groups, spirits only drinkers had the highest risk for having a disease with AAF>0; e.g., beer only drinkers had lower odds of having a disease with AAF<1 (odds ratio, OR=0.50, 95% confidence interval, CI: 0.27-0.92). Study 3: Men with alcohol use disorder were excluded from the following analysis. At baseline, multinomial logistic regression revealed differences between individuals with AR, HE and ARHE while controlling for age. ARHE was associated with higher odds of having a more severe alcohol problem (OR=2.06, CI: 1.23-3.45), using formal help (OR=2.21, CI: 1.02-4.79), and having a disease with AAF=1 (OR=3.43, CI: 1.58-7.43), compared with AR. In addition, individuals with ARHE had higher odds of taking action to change drinking behaviors (i.e., beginning to implement change) than individuals with HE (OR=2.29, CI: 1.21-4.34) or AR (OR=2.11, CI: 1.15-3.86). At follow-up, individuals with ARHE had higher odds of having alcohol dependence according to the DSM-IV (OR=4.73, CI: 1.01–22.20) compared to individuals with AR. In addition to alcohol use disorders, drinking above recommended levels is a common problem among general hospital inpatients. Thus, the implementation of systematic alcohol screening and brief interventions should be considered. These data suggest an association between beverage preference and alcohol-related diseases. Among hospitalized problem drinkers, spirits only drinkers had the greatest risk of having diseases with AAF>0. Of the three subtypes of drinking above recommended levels, ARHE seems to be particularly problematic because there appears to be an indication of a subclinical diagnosis. To provide adequate intervention, clinical practice should distinguish between the three groups of drinking above recommended levels. Brief alcohol intervention should be tailored to the individual’s motivation to change and to the type of alcohol problem drinking. The effectiveness of such a procedure remains to be evaluated in further studies.
Hohe Aldosteron-Konzentrationen haben einen nicht zu unterschätzenden Einfluss auf kardiovaskuläre Risikofaktoren wie arterielle Hypertonie, Störungen des Glukosemetabolismus, eingeschränkte Nierenfunktion und Fettstoffwechselstörung. In vorausgehenden Studien an speziellen Patientenkollektiven aber auch in klinischepidemiologischen Studien wurde eine Assoziation zwischen der Plasma AldosteronKonzentration (PAC) und bestimmten Komponenten des Lipidmetabolismus beschrieben. Ob dieser Zusammenhang auch in der allgemeinen Bevölkerung, und innerhalb des Referenzbereiches für die PAC besteht ist unklar. Um dies zu beantworten, beschäftigte sich die vorliegende Arbeit mit der Assoziation zwischen der PAC und ausgewählten Lipoproteinen (High density lipoprotein cholesterol (HDL-C), Low density lipoprotein cholesterol (LDL-C), Triacylglyceride, gesamt Cholesterol, non-HDL-C) in der allgemeinen Bevölkerung. Hierfür wurden Daten von 793 Männern und 938 Frauen zwischen 25-86 Jahren genutzt die am ersten Follow-up der Study of Health in Pomerania (SHIP-1) teilnahmen. Die Assoziation zwischen der PAC und den oben genannten Lipoproteinen wurde anhand von multivariablen, linearen Regressionsmodellen erfasst. Diese wurden adjustiert für Geschlecht, Alter, BMI, geschätzter glomerulärer Filtrationsrate (eGFR) und HbA1c. Es zeigte sich, eine statistisch signifikante positive Assoziation von PAC mit LDL-C und non-HDL-C sowie eine inverse Assoziation mit HDL-C.
Erstmalig konnte in dieser Arbeit somit gezeigt werden, dass die PAC im physiologischen Bereich im engen Zusammenhang mit dem Lipidmetabolismus steht. Die beobachteten und bereits aus vorherigen Studien bekannten Assoziationen sind daher nicht auf ein bestimmtes Patientenkollektiv beschränkt, sondern auch in der allgemeinen Bevölkerung vorhanden. Weiterhin bestätigen die Ergebnisse aus SHIP-1 die bereits bekannte inverse Assoziation zwischen der PAC und HDL-C. Die hier beschriebene Assoziation zwischen der PAC und LDL-C sowie dem non-HDL-C wurde bis Dato noch nicht beschrieben.
Hintergrund: Die vorliegende Arbeit setzt sich mit dem Auftreten von Alexithymie bei Zwangspatienten und deren erstgradigen Angehörigen unter Berücksichtigung komorbider Erkrankungen auseinander. Einige Studien beschreiben bereits eine Assoziation zwischen Alexithymie und Zwangsstörung. Unbeantwortet bleibt aber bisher die Frage, ob und in welchem Maße alexithyme Charakterzüge bei Zwangspatienten auf ein familiäres Defizit im kognitiven Verarbeiten und Ausdrücken von Gefühlen zurückzuführen sind. Folgende Hypothesen liegen den Untersuchungen zugrunde: Zwangspatienten zeigen im Vergleich zu gesunden Kontrollprobanden verstärkt alexithyme Züge, ungeachtet vorhandener komorbider Erkrankungen. Auch ihre erstgradigen Angehörigen sind in höherem Maße alexithym als die Angehörigen von Kontrollprobanden. Die TAS-20-Werte sind innerhalb der Familien korreliert. Methode: Aus dem Projekt „German Epidemiologic Network for OCD-Studies“ (GENOS) wurden 82 Zwangsprobanden mit 169 erstgradigen Angehörigen 76 Kontrollprobanden mit 144 erstgradigen Angehörigen gegenübergestellt. Von diesen Probanden lagen die Toronto-Alexithymie-Skala (TAS-20) und das PADUA-Inventory (PI-WSUR) vor. Die direkten Interviews wurden mit der „Schedule for Affective Disorders and Schizophrenia - Lifetime Anxiety for the assessment of DSM-IV diagnoses“ (SADS-LA-IV) und die Fremdbefragungen mit dem „Instrument Family Informant Schedule and Criteria“ (FISC) in den jeweiligen deutschen Übersetzungen durchgeführt. Ergebnisse: Es zeigten sich signifikant erhöhte Alexithymiewerte bei den Zwangsprobanden gegenüber den Kontrollprobanden. Die TAS-20-Werte der erstgradigen Zwangsangehörigen, der Kontrollprobanden und deren erstgradigen Angehörigen wiesen keine signifikanten Unterschiede auf. Das Vorhandensein komorbider Erkrankungen hatte keinen Einfluss auf diese Ergebnisse. In linearen Regressionsanalysen konnte eine signifikante intrafamiliäre Assoziation der TAS-20-Werte in den Kontrollfamilien, nicht aber in den Familien der Zwangsprobanden gefunden werden. Diskussion: Die Zwangsstörung ist eine psychische Erkrankung, die –unabhängig von anderen komorbiden Störungen- mit Schwierigkeiten in der Emotionswahrnehmung und im Emotionsausdruck assoziiert ist. Diese Schwierigkeiten treten lediglich bei den Zwangsprobanden, nicht jedoch bei ihren Angehörigen auf. Hinsichtlich der Alexithymieentwicklung bei Zwangspatienten kann neben psychoanalytischen Ansätzen auch ein lerntheoretischer Ansatz angeführt werden, der die Ursache der Alexithymieentwicklung in familiären Gegebenheiten, nämlich in einem Defizit der Mutter-Kind-Beziehung sieht, was zu einer mangelnden Entwicklung des affektregulierenden Systems führt.
In their idealized forms, enzymes can facilitate complex reactions with extreme specificity and selectivity. Additionally, in this imaginative form, they only require mild reaction conditions, resulting in low energy consumption, and they are biodegradable, efficient, reusable, and sustainable. Unfortunately, this idealized form often deviates significantly from reality, where enzymes are more likely to be associated with marginal stability and low reaction rates, leaving them less than desirable for many industrial applications. As such, if we could master the process of engineering the configuration of a protein towards a given task, the implications could be staggering.
This thesis aims to contribute to the process of protein engineering, mainly how computational tools can be used to make the protein engineering process more efficient and accessible.
Article I explores the current state of the art in machine learning-guided directed evolution and serves as a foundation for Article II, which is a concrete application of these techniques to an engineering campaign. Despite successfully improving overall activity and selectivity, we also observe limitations and constraints within the methodology. Article III then delves into these drawbacks and attempts to lay the foundation for a more generalizable and, more importantly, efficient engineering workflow, balancing the strengths and weaknesses of computational techniques with advances in gene synthesis. We then validated this novel pipeline in Article IV, where we show the potential of this methodology. Article V describes a more standard protein engineering campaign on squalene-hopene cyclases for potentially interesting products in the flavor and fragrance industry. Lastly, Article VI outlines a PyMol plugin for molecular docking.
Die Pflanze Mitragyna speciosa Korth. ist ein Rötegewächs, das vorwiegend in den Sumpfgebieten Thailands und Malaysias vorkommt. Die Pflanze wie auch die Zubereitungen aus den Blättern der Pflanze werden in Thailand als Kratom bezeichnet. Die Blätter dieses Baumes werden traditionell in der Naturheilkunde, aber auch als Rauschmittel verwendet. Die Wirkung der darin enthaltenen Alkaloide, die sich wie der Neurotransmitter Serotonin von der Aminosäure Tryptophan ableiten, werden als einerseits stimulierend und andererseits sedierend/analgesierend beschrieben, was in zahlreichen Studien auch belegt wurde. In der vorliegenden Arbeit werden Methoden zum Auszug von Alkaloiden aus Blattmaterial, zur Extraktion dieser Alkaloide aus diversen Lösungen und zu deren Detektion in einem HPLC/DAD- sowie einem GC/MS-System beschrieben. Weiterhin werden Möglichkeiten zur Identifizierung von Mitragyna-Alkaloiden ohne das Vorliegen von Vergleichssubstanzen gezeigt. Für die Indol-Alkaloide Mitragynin, Mitraciliatin, Speciogynin, Speciociliatin waren für die vier erstgenannten Substanzen Spektren in einer elektronischen Vergleichsbibliothek (NIST05) vorhanden. Das Paynanthein konnte aufgrund seines Fragmentierungsmusters identifiziert werden. Im Falle der übrigen ausgewählten Alkaloide konnten Vorschläge zur Grundstruktur erarbeitet werden. Für diese Substanzen waren keine Bibliotheksspektren als Vergleich verfügbar und auch die Literaturangaben erlaubten keine genaue Identifizierung. Wir schlagen aber aufgrund der Fragmentierungsmuster folgende Zuordnung vor: Speciofolin oder Isomer, Isorhynchophyllin oder Isomer, Mitragynin Oxindol A/B und (Iso-) Corynantheidin. Der Gehalt der identifizierten Alkaloide in 11 verschiedenen Kratomprodukten wurde ermittelt und der so erhaltene Alkaloid-Fingerprint zu den Herkunftsangaben dieser Produkte ins Verhältnis gesetzt. Zwei unbekannte Proben wurden mit diesen Daten verglichen. Als effektivstes Auszugsmittel erwies sich ein 80 %iges Methanol/Wasser-Gemisch, das zur Bestimmung der Alkaloidgehalte verwendet wurde. Die Mitragynin-Gehalte der untersuchten Kratomprodukte lagen zwischen 0,6 und 1,2 %; in einem als „10x-Extrakt“ angebotenen Produkt bei 3,9 %. Die benutzte Extraktionsmethode zeigt eine nahezu vollständige Wiederfindung der betrachteten Alkaloide und erlaubt eine Quantifizierung von Mitragynin in einer Konzentration, die weit unterhalb der von uns angestrebten Nachweisgrenze in Kratomprodukten (0,001 % des Blattmaterials) liegt. Es sollten jedoch auch prinzipiell für jedermann zugängliche Auszugsmethoden zur Anwendung gebracht werden, so dass darüber hinaus Teezubereitungen und Auszüge mit Trinkalkohol gefertigt und untersucht wurden. Der Auszug mit einem 80 %igen Ethanol/Wasser-Gemisch zeigte vergleichbare Ergebnisse zum methanolischen Auszug, wohingegen in den Teezubereitungen eine Ausbeuteverschlechterung und Verschiebung im Alkaloidmuster zu erkennen war. Die hier verwendete Standard-Methode wurde durch die ermittelten Parameter (Spektren, Retentionszeiten, Kalibration) so erweitert, dass eine Quantifizierung von Mitragynin im Routinebetrieb möglich ist. Eine Zuordnung der Produkte zu den angegebenen Herkunftsgebieten anhand des Alkaloid-Fingerprints erwies sich als nur begrenzt möglich. Eine GC/MS-SIM-Methode zur qualitativen Erfassung von Alkaloiden wurde erstellt und kann für weitere Untersuchungen (Quantifizierung) an Körperflüssigkeiten erweitert werden.
Hintergrund: Alkoholassoziierte Morbidität und Mortalität ist ein bedeutender Kostenfaktor im Gesundheitswesen. Daher sind genaue Kenntnisse über den Zusammenhang zwischen Alkoholkonsum und der Inanspruchnahme medizinischer Leistungen von Relevanz für alle Entscheidungsträger im Gesundheitswesen. Studien aus Japan, Kanada, Spanien und den USA zeigen, dass Personen mit riskantem Alkoholkonsum und Personen, die derzeit abstinent leben, seltener medizinische Hilfe in Anspruch nehmen als leichte Alkoholkonsumenten. Ziel dieser Arbeit ist es, diesen beschriebenen U-förmigen oder umgekehrt linearen Zusammenhang in der bundesdeutschen Allgemeinbevölkerung zu bestätigen. Außerdem werden zwei Erklärungsansätze geprüft, welche dem Befund einer höheren Inanspruchnahme medizinischer Leistungen bei abstinent lebenden Personen zugrunde liegen könnten. Methode: Die Daten wurden im Rahmen der Study of Health in Pomerania (SHIP) und des Bundesgesundheitssurvey 1998 (BGS) erhoben und basieren auf Zufallsstichproben der erwachsenen Allgemeinbevölkerung. Die Studienregion der SHIP umfasst die Region Nordost-Vorpommern und erreichte mit N = 4.310 eine Ausschöpfungsquote von 69%. Der BGS umfasste das gesamte Bundesgebiet; N = 7.124 nahmen an der Untersuchung teil (Ausschöpfung 60%). In beiden Querschnittsstudien wurden mittels Fragebögen, computergestützten Interviews und medizinischen Untersuchungen Daten erhoben, welche mit Hilfe multivariabler statistischer Verfahren ausgewertet wurden. Ergebnisse: In der erwachsenen Allgemeinbevölkerung bestand eine höhere Nachfrage medizinischer Leistungen bei abstinent lebenden Personen als bei Konsumenten mit moderatem Alkoholkonsum. Darüber hinaus fand sich ein umgekehrter Zusammenhang zwischen Alkoholkonsum und der Inanspruchnahme medizinischer Leistungen. Zwei Hypothesen für die höhere Inanspruchnahme abstinent lebender Personen wurden untersucht. (1) Ehemalige Risikokonsumenten, die derzeit keinen Alkohol trinken, nahmen mehr ambulante Leistungen wahr als andere Abstinente. (2) Abstinent lebende Personen und Alkoholkonsumenten unterschieden sich hinsichtlich sozialer, lebensstil- und gesundheitsbezogener Risikofaktoren, welche mit einem schlechteren Gesundheitszustand und höherer Inanspruchnahme in Verbindung stehen. Die Berücksichtigung dieser Merkmale als konfundierende Variablen im statistischen Modell verdeutlichte, dass insbesondere alkoholassoziierte Erkrankungen, welche bei Abstinenten häufiger auftraten, für den Befund einer höheren Inanspruchnahme abstinenter Personen verantwortlich sind. Diskussion: Angesichts der vorliegenden Ergebnisse muss davon ausgegangen werden, dass die in internationalen Studien gefundene höhere Inanspruchnahme medizinischer Leistungen auf unberücksichtigte konfundierende Variablen sowie auf eine Fehlklassifikation der ehemaligen Risikokonsumenten zurückzuführen ist. Dieser Befund ist auch für die wissenschaftliche Evidenz zum protektiven Effekte des moderaten Alkoholkonsum von Relevanz, weil in den meisten Studien Konfundierung und Fehlklassifikation bei der Datenanalyse nicht ausreichen Berücksichtigung gefunden haben.
Hintergrund: Das in Händedesinfektionsmitteln enthaltende Ethanol wird während der Anwendung dermal und pulmonal resorbiert. Obwohl sich hieraus keine Gesundheitsgefährdung ableiten lässt, kann eine sich durch die Resorption ergebende grenzwertüberschreitende Konzentration von Ethylglucuronid (EtG) (>100 ng/ml) im Rahmen der gutachterlichen Beurteilung der Einhaltung der Abstinenz rechtlich schwerwiegende Folgen haben. Methode: 33 freiwillige Teilnehmer aus Klinik und Labor führten in einer Arbeitsschicht wiederholt praxisübliche Händedesinfektionen (HD) bei zusätzlicher Alkoholabstinenz (Studienphase 1) und bei erlaubtem Alkoholkonsum (Studienphase 2) durch. Der bei jedem natürlichen Toilettengang gewonnene Urin wurde auf EtG mittels Immunoassay und Flüssigchromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung (LC-MS/MS) sowie auf Ethanol und Acetaldehyd mittels Gaschromatographie (GC-FID) untersucht. Ergebnisse: Während der ersten Studienphase lag die Maximalkonzentration für EtG bei 958 ng/ml (MW 281,4 ng/ml), für Ethanol bei 9,2 mg/l (MW 1,7 mg/l) und für Acetaldehyd bei 0,81 mg/l (MW 0,16 mg/l). Drei Teilnehmer überschritten noch am folgenden Morgen den EtG-Grenzwert mit 149 ng/ml, 131 ng/ml und 120 ng/ml. In Studienphase 2 erreichte die Maximalkonzentration für EtG einen Wert von 5043,0 ng/ml (MW 2.328,8 ng/ml), für Ethanol von 1.020,1 mg/l (MW 110,4 mg/l) und für Acetaldehyd von 1,83 mg/l (MW 0,33 mg/l). Schlussfolgerung: In der Praxis durchgeführte ethanolische HD können grenzwertüberschreitende EtG-Konzentrationen im Urin verursachen, die u. U. noch nach 24 h nachweisbar sind. Daher müssen die Ergebnisse einer positiven EtG-Testung bei Teilnahme an einem Abstinenzprogramm stets im individuellen Kontext betrachtet und die HD ggf. auf ein Propanol basiertes Händedesinfektionsmittel umgestellt werden. Verglichen mit der als gesundheitlich verträglich geltenden oralen Aufnahme von 20 bzw. 10 g Ethanol/d für das männliche bzw. weibliche Geschlecht ist die Aufnahme von Ethanol durch wiederholte HD als unbedenklich zu bewerten.
Die Händedesinfektion als keimzahlreduzierendes Verfahren wird im medizinischen Bereich von einer großen Personenezahl genutzt, um die Übertragung von nosokomialen Infektionen per Handkontakt zu minimieren. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, inwiefern bei der Durchführung der alkoholischen Händesdesinfektion die Möglichkeit einer dermalen Resorption der Wirkstoffe besteht, und ob bei einer Permeation durch die Haut ein gesundheitliches Risiko zu erwarten ist. Da bisher nur wenige realitätsnahe in-vivo Untersuchungen zur Resorption der Wirkstoffe aus alkoholischen Desinfektionsmitteln durchgeführt worden sind, haben wir in einer Studie mit 12 Probanden und fünf verschiedenen Desinfektionsmitteln die Bedingungen der hygieneischen und der chirurgischen Händedesinfektion simuliert, um anschließend mit geeigneten Blutuntersuchungen die Resorption und den Metabolismus der Alkohole Ethanol, Propan-1-ol und Propan-2-ol darzustellen. Bei jedem Probanden und für alle fünf Präparate ist die Resoprtion der Wirkstoffe reproduzierbar gezeigt worden. Die median erreichten Ethanolkonzentrationen liegen für die hygienische Händedesinfektion je nach verwendetem Präparat zwischen 6,9 mg/l und 20,9 mg/l und für die chirurgische Händedesinfektion zwischen 8,8 mg/l und 30,1 mg/l. Propan-1-ol erreicht bei der hygienischen Händedesinfektion Medianwerte von 6,5 mg/l bzw. 9,2 mg/l. Bei der chirurgischen Händedesinfektion erreicht Propan-1-ol mediane Konzentrationen von 3,2 mg/l bzw. 18,0 mg/l. Die medianen Propan-2-ol-Konzentrationen erreichen bei der hygienischen Händedesinfektion 4,9 mg/l bzw. 5,3 mg/l und bei der chirurgischen Händedesinfektion 5,8 mg/l bzw. 10,0 mg/l. Dabei ist anteilig inkeinem der Fälle mehr als ¼ der auf die Haut aufgetragenen Alkoholmenge resorbiert worden. Im Ergebnis eines Risk Assessment läßt sich schlußfolgern, dass bei bedachtem Einsatz alkoholischer Händedesinfektionsmittel zu keinem Zeitpunkt eine toxische Gefährdung besteht und die Gefahr gesundheitlicher Schäden bei vorschriftsmäßiger anwendung durch den gesunden Nutzer gerin ist.
Mit dieser Arbeit wird eine populationsgenetische Studie für die Y-STR-Systeme DYS 19, DYS385, DYS390, DYS391, DYS392, DYS393, DYS389I, DYS389II und YCAII in der Region Vorpommern vorgelegt. In den 208 Proben aus dem Einzugsgebiet des Greifswalder Institutes für Rechtsmedizin fanden sich im extended haplotype 193 verschiedene Haplotypen. Davon kamen 181 singulär vor, 12 Haplotypen konnten bei mehr als einer Person (bis zu vier) nachgewiesen werden. Im minimal haplotype dagegen wurden 183 verschiedene Haplotypen gefunden, wovon 15 bei mehr als einer Person (bis zu vier) auftraten. Die ermittelte PD (Power of Discrimination) der Haplotypen des minimal haplotype betrug 0,993, die des extended haplotype 0,994. Die PD-Werte der einzelnen STRs betrugen 0,66 in DYS19, 0,73 in DYS390, 0,51 in DYS391, 0,57 in DYS392, 0,33 in DYS393, 0,80 in DYS385, 0,59 in DYS389I, 0,76 in DYS389II, 0,83 in DYS389I/II und 0,74 in YCAII. Diese Ergebnisse zeigen eine weitgehende Übereinstimmung der vorpommernschen Daten mit den Daten anderer mitteleuropäischer Studien.
Humans are exposed to a plethora of microorganisms that reside on outer and inner body surfaces. These are collectively referred to as the human microbiome. The evolutionary relationship between humans and their microbiome is very complex. It is now widely accepted that these microorganisms are not just passive spectators but play an important role in health. The presence or absence of certain microbes is also linked to various diseases, including inflammatory bowel disease, cardiovascular disease, obesity, cancer, and allergies.
Allergies are several conditions caused by a misguided immune response to foreign antigens that are typically harmless. Common allergic diseases include atopic dermatitis (AD), allergic asthma, hay fever, and anaphylaxis. The incidences of allergic diseases are continuously rising, with up to 40% of the human population thought to be sensitised to environmental antigens. This increased incidence is not simply the result of societies becoming more aware and better at diagnosing these diseases. It is believed that the increases in allergies and sensitisation have environmental causes and are related to Western lifestyles. It is known that the rate of allergies is less frequent in developing countries. They are also more likely to occur in urban than rural areas. The prevailing view of the involvement of bacteria in allergies is described by the hygiene hypothesis. The hypothesis claims that decreased exposure to diverse microbial communities early in life increases the risk of developing allergic diseases. There are numerous examples to support this claim. For example, children born and raised in close contact to farm animals or in the presence of pets, and who are thus in direct and constant contact with a complex microbial environment, are protected from allergic diseases. On the other hand, colonisation or infection with certain bacteria increases allergic disease risks. This seems to contradict the hygiene hypothesis.
It appears that the members of the microbiome have different effects on allergy, and the hygiene hypothesis may not apply to every player in the complex microbial diversity that humans are in contact with. Therefore, a better understanding of the host bacterial interaction is required on the level of bacterial species.
This work studies the interplay between bacteria and the immune system to identify and characterise bacterial components with allergenic properties. In this quest, Staphylococcus aureus (S. aureus) and Staphylococcus epidermidis (S. epidermidis) were investigated for their allergenic properties and involvement in different allergic diseases. In the case of S. aureus, evidence is presented on allergic implications for two different components; serine protease-like proteins (Spls) and superantigens (SAg). Furthermore, experimental support is provided on the allergenic properties of the extracellular serine protease (Esp) from S. epidermidis. We argue that stimulating allergic reactions by staphylococci is an immune evasion mechanism that increases the survival chances of the bacteria within the host.
In chapter 1, an introduction is given to both S. aureus and S. epidermidis and their interactions with the immune system. Also, the bacterial components with allergenic properties and allergic diseases with known bacterial involvement are presented. Finally, the question of why bacteria cause allergy is discussed.
Chapter 2 describes allergic reactions to the Spls of S. aureus in a cohort of cystic fibrosis patients. Chapter 3 focuses on the SAgs of S. aureus. SAgs were discovered more than 30 years ago, but their physiological function is still under discussion. In this chapter, the allergenic properties of SAgs and their possible immunological mechanisms are reviewed, and a possible link between SAgs and allergic diseases is discussed. In chapter 4, the focus shifts to S. epidermidis and its involvement in AD. The human immune response to the Esp from S. epidermidis is characterised in healthy and AD individuals. The allergenic properties of Esp imply a detrimental role of S. epidermidis in AD. Finally, chapter 5 summarises and discusses the results of this thesis. In this section, the pieces are put together, and attention is brought back to the question of why bacteria cause allergies.
Viele hämatologische Neoplasien treten vornehmlich in einem Lebensalter deutlich jenseits des 50. Lebensjahres auf. Gleichzeitig sind viele dieser Erkrankungen derzeit nur durch eine allogene Stammzelltransplantation mit kurativem Ansatz behandelbar. Durch die Einführung von intensitätsreduzierten Konditionierungen und der Verbesserung der supportiven Therapie, besonders der antibiotischen und immunsuppressiven Behandlung, wird diese Behandlungsoption für ältere Patienten zunehmend eingesetzt. Im Zeitraum von 1999 und 2011 wurden an der Klinik für Innere Medizin C der Universitätsmedizin Greifswald 91 allogene Stammzelltransplantationen an 86 Patienten durchgeführt, die zum Zeitpunkt der Transplantation 55 Jahre oder älter waren. 85 Patienten bzw. 90 Transplantationen konnten in die Auswertung eingehen. Das mediane Alter lag bei 61 Lebensjahren. Die nach Sorror et al eingestufte Komorbidität erbrachte einen medianen Wert von 3, wobei 50,6% einen Wert von 3 oder höher aufwiesen und damit in die Hochrisikogruppe einzuordnen waren. Das Spektrum der Grunderkrankungen war, einem unselektierten Patientengut entsprechend, heterogen. In 91,1% wurden im Rahmen des Engraftments Leukozyten über 1 Gpt/l und Thrombozyten über 20 Gpt/l erreicht. Eine akute GvHD wurde in einem Drittel der Fälle beobachtet, und zwar in 27,8% nach der Transplantation und 5,6% nach einer DLI-Gabe. Eine chronische GvHD ließ sich in 21,1% der Fälle diagnostizieren, wobei mehr als die Hälfte im Stadium der Limited Disease blieben. Im Beobachtungszeitraum sind 58 Patienten [68,2%] verstorben. 26 dieser Patienten [44,8% der Todesfälle] verstarben aufgrund der Wiederkehr oder Progression der malignen Grunderkrankung. 32 Todesfälle [55,2% der Todesfälle] ereigneten sich in einem erkrankungsfreien Intervall [NRM]. Die Analyse der erhobenen Daten zeigte, dass eine genaue Erhebung des Sorror-Scores über einen Wert von 3 hinaus sinnvoll ist, da auch in diesen Bereichen statistisch signifikante Unterschiede bei Gesamtüberleben und erkrankungs- bzw. progressionsfreiem Überleben zu erhalten sind. Auch bei einem Punktewert von über 3 hinaus sank das Gesamtüberleben und das erkrankungs- bzw. progressionsfreie Überleben statistisch signifikant mit ansteigendem Komorbiditäts-Score. Darüber hinaus konnte ein signifikant längeres Gesamt- und erkrankungs- bzw. progressionsfreies Überleben in Verbindung mit einer chronischen GvHD gezeigt werden. Dies belegt eindrucksvoll die Rolle eines Graft-versus-tumor-Effektes in der Kontrolle der Grunderkrankung. Die Daten zeigen, dass die allogene Stammzelltransplantation für ältere Patienten einsetzbar ist.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden neuartige alpha-Phosphanylaminosäuren untersucht. Die Verbindungen wurden durch eine Dreikomponenten-Eintopfreaktion bei Raumtemperatur aus Diphenylphosphan, einem primären Amin und Glyoxylsäure hergestellt. Alle Verbindungen sind luftempfindlich und bilden in Lösung langsam Zersetzungsprodukte. Es wurden P-Sulfide, P-Oxide und P-Pentacarbonylmetall(0)komplexe hergestellt, Versuche zur Synthese von BH3-Addukten in Molverhältnis 1:1 und 1:3 durchgeführt. Das enantiomerenreine 1-(p-methoxyphenyl)ethyl-substituierte Phosphanylglycin wurde als Ligand auf Eignung in enantioselektiven, katalytischen Hydrierungen verschiedener alpha-, beta-ungesättigter Ketoverbindungen untersucht. Sieben Verbindungen aus verschiedenen Gruppen N-substituierter Phosphanylglycine wurden als Liganden mit Ni(COD)2 zu in situ in Katalysatoren umgesetzt und damit die Poly/Oligomerisation von Ethylen untersucht. Die meisten untersuchten Liganden bewirkten hohe katalytische Umsätze von Ethylen und zeigten somit gute Eignung als Liganden zur Stabilisierung aktiver Ni-Oligomerisationskatalysatoren.
Alter und Überlebenswahrscheinlichkeit nach Polytrauma - Local Tailoring des DGU Prognosemodells
(2011)
Hintergrund: Alter stellt einen von 5 auf der Basis von Daten des Traumaregisters der DGU als unabhängig herausgearbeiteten Prognosefaktoren dar. Wir stellten die Frage, ob das vorgeschlagene Prognosemodell eine ähnlich gute Vorhersagekraft im eigenen Patientengut besitzt. Es wurde zudem untersucht, ob sich das Alter oder vielmehr die altersbedingte Komorbidität prognostisch ungünstig auswirkt. Methoden: Als Datenbasis dienten die in unserem Zentrum im Rahmen des DGU-Traumaregisters prospektiv erfassten Daten von 103 polytraumatisierten Patienten (67 Männer, 36 Frauen, mittleres Alter 35,4±SD 19,0 Jahre, ISS 36,8±10,9). Anhand der miterfassten Nebenerkrankungen erfolgte eine Risikoabschätzung mit der ASA-Klassifikation. Die Rangkorrelation zwischen Alter und ASA wurde nach Spearman ermittelt. Mittels logistischer Regression wurden die prognostische Vorhersagekraft des Originalmodells im eigenen Patientengut mit und ohne ASA-Klassifikation, eventuelle Interaktionen und diskriminatorische Modellfähigkeiten überprüft. Ergebnisse: Die beobachtete Mortalität lag bei 31,7% (95% KI 22,7–41,7%). Es wurden Alter, ISS, GCS und ASA in das finale logistische Modell aufgenommen. Die Odds-Ratios des Originalmodells waren im eigenen Krankengut nahezu identisch zu reproduzieren (OR: Alter 1,048; ISS 1,066; GCS 0,822). Wir fanden eine hochsignifikante Korrelation zwischen Alter und ASA-Schweregrad (rho=0,60, p<0,0001), jedoch keine prognostische Bedeutung der Co-Morbidität. Schlussfolgerungen: Das vorgeschlagene Prognosemodell auf der Basis multizentrisch gewonnener Daten lässt sich mit geringen diskriminatorischen Einbußen auf die Ebene des einzelnen Zentrums übertragen. Hierbei scheint das Alter unabhängig von der Altersmorbidität prognostische Bedeutung zu besitzen.
The experience of abuse in the period of childhood and youth is a key stressor that has con-sequences on the developing brain and is associated with the genesis of mental disorders. Childhood abuse and depression often cooccur together and have both been associated with cortical thickness resulting in a difficulty to detangle the influence of each factor. In prior studies, childhood abuse and depression were inconsistently related to whole-brain cortical thickness. Thus, this thesis aims to investigate the link between childhood abuse, depres-sive symptoms, and alterations of the cortex.
Therefore, this study analyses 1,551 individuals of the general population. A significant in-teraction effect of childhood abuse and depressive symptoms is observed for whole-brain cortical thickness. Yet, the results indicate no influence of childhood abuse or depression alone. A thinner cortex was associated with more severe depressive symptoms in the abused, but not in the non-abused group. In non-depressed participants, an increased whole-brain cortex was found in the abused, compared to the non-abused group. Similar interaction effects were observed in 12 out of 34 cortical regions.
The results suggest, in line with prior findings, that depressed individuals with a history of childhood abuse are a specific ecophenotype which is also reflected in specific brain altera-tions. Cortical regions that are distinct associated with the interaction of depressive symp-toms and childhood abuse are involved in various fields such as sensory processing, self-conception, and memory. Greater cortical thickness in subjects with childhood abuse and without depressive symptoms might act compensatory and thus reflect resilience against depressive symptoms.
Practical implications concern the treatment and diagnostic system as well as the im-portance of early prevention programs. An individualised treatment is necessary as various studies found a less favourable outcome in depressive patients with a history of maltreat-ment. Therefore, it seems urgent to assess experiences of childhood abuse at the beginning of psychiatric and psychotherapeutic treatment. In addition, early prevention programs are in need to support vulnerable family systems and thereby strengthening the economic, health and social system.
In dieser Arbeit wird die Auswirkung des p75NTR-Knockouts auf die Dichte cholinerger Fasern und die Morphologie dendritischer Dornen im Hippocampus altersabhängig untersucht. Der p75-Knockout zeigt eine gesteigerte cholinerge hippocampale Faserdichte bei unveränderte Spinemorphologie. Dabei wird in einer getrennten Knockoutlinie nachgewiesen, dass die Expression des S-p75NTR, einer trunkierten Isoform des p75NTR, diese procholinergen Knockouteffekte altersabhängig verschwinden lässt.
Hintergrund: In dieser Arbeit wurde die Altersabhängigkeit der Gefäßreaktion bei der dynamischen Gefäßuntersuchung (DVA) retinaler Arterien und Venen in einem gesunden Probandenkollektiv untersucht. Die bereits erprobte statische Gefäßuntersuchung (SVA) diente dabei als Vergleichsmethode. Zukünftig sollen die in dieser Studie gewonnenen Daten als Referenz-Normal-Werte für die Bewertung hinsichtlich pathologischer Veränderungen der DVA-Reaktionsmuster gelten. Methode: Die dynamischen und statischen Gefäßanalysen wurden mit dem "Retinal vessel analyzer" (RVA) der Firma IMEDOS (Jena/ Germany) an insgesamt 52 gesunden Probanden zwischen 20-78 Jahren (44,28 ± 16,42) durchgeführt. Die Stimulation bei der DVA-Messung erfolgte durch dreimaliges Flickerlicht (12,5 Hz) über je 20 Sekunden. Ergebnis: Für die statische Gefäßuntersuchung ergab sich für alle drei Messgrößen eine signifikante Altersabhängigkeit mit "Central retinal arterial equivalent" (CRAE) (227,98 ±16,77) (p=0,017), "Central retinal venous equivalent" (CRVE) (265,41 ±16,034) (p=0,049) und einem unkorrigierten AV-Quotient (AVR) (0,90 ±0,05) (p=0,005). Für die DVA Untersuchung zeigte sich eine statistisch signifikante Altersabhängigkeit für die arterielle Konstriktion (-2,63 ±1,66) (p<0,001), die arterielle Gesamtreaktionsstrecke (6,17 ±2,49) (p=0,002), die arterielle Konstriktionsgeschwindigkeit (0,17 ±0,12) (p<0,001) und die venöse Dilatationsgeschwindigkeit (0,24 ±0,09) (p=0,046). Bei der arteriellen Dilatationsgeschwindigkeit (p=0,104) und der venösen Dilatationsstrecke (p=0,199) war nur eine tendenzielle Einflussnahme des Alters zu erkennen. Bedingt durch die repetitiv durchgeführten Blutdruckmessungen konnte als Nebeneffekt ein signifikanter Blutdruckabfall im Sinne einer Normalisierung hin zum Ruhewert über die ca. zweistündige Voruntersuchung von Ankunft (94,23 ±10,46) bis zum Beginn der DVA Messungen (89,03 ±7,40) (p<0,001) gezeigt werden. Schlussfolgerung: Sowohl bei der statischen als auch bei der dynamischen Gefäßanalyse muß die Altersabhängigkeit der gewonnenen Ergebnisse berücksichtigt werden. Die Einflussnahme aktueller kardiovaskulärer Stellgrößen wie z.B. dem Blutdruck auf die Ergebnisse der Messung ist anerkannte Tatsache. Die signifikante Veränderung der gemessenen Blutdruckwerte während der Probandenuntersuchung belegt somit die Notwendigkeit einer Miterfassung dieser Werte. Die in dieser Arbeit gewonnen Daten können nun für weitere Studien bezüglich pathologischer Veränderung als Referenzwerte dienen.
In Deutschland leben derzeitig mehr als eine Million Menschen mit demenziellen Erkrankungen. Rund 60% dieser Patienten leben in Privathaushalten und werden dort überwiegend von Familienmitgliedern betreut. Das Fortschreiten der Erkrankung geht mit einem steigenden Pflegebedarf einher, so dass der Pflege elementare Aufgaben innerhalb der Demenzversorgung zukommen. Im Rahmen der Ausbildung in der Gesundheits- und Krankenpflege bzw. Altenpflege gewinnt die Thematik Demenz zunehmend an Bedeutung. Für eine qualitätsgesicherte und evidenzbasierte Koordination der Behandlung und Betreuung ist jedoch eine Weiterqualifizierung der Pflegefachkraft notwendig. Eine Analyse der bestehenden Fort- und Weiterbildungsoptionen zeigt dabei, dass bisher keine Qualifizierung auf das spezifische Handlungsfeld der ambulanten, netzwerkbezogenen Demenzversorgung fokussiert. Ein neuer Lösungsansatz ist die Qualifizierung und der Einsatz von Pflegefachkräften nach dem Konzept des Dementia Care Managements, wie es im Centre for Integrated Dementia Care Research (CIDC) in einer Kooperation zwischen den Universitäten Rostock und Greifswald und dem Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) aktuell entwickelt und evaluiert wird. Dazu ist es zunächst erforderlich, das Aufgaben- und Tätigkeitsfeld einer Pflegefachkraft im Dementia Care Management zu identifizieren und darauf basierend einen Qualifizierungsbedarf abzuleiten. Unter Berücksichtigung der Primärausbildung Gesundheits- und Krankenpflege bzw. Altenpflege sind in einem zweiten Schritt hieraus entsprechende Qualifizierungsinhalte zu entwickeln, was den Inhalt der vorliegenden Dissertationsarbeit darstellt. Diese leistet somit eine Vorarbeit für die Entwicklung eines Curriculums für die zukünftigen Dementia Care Manager. Die Bearbeitung der Fragestellung erfolgte in einem dreistufigen Forschungsprozess unter Anwendung einer Datentriangulation in Form eines Mixed Methodology Designs aus qualitativen und quantitativen Forschungsansätzen. Datentriangulation meint die Einbeziehung von verschiedenen Datenquellen. In Bezug auf das Arbeitsfeld eines Dementia Care Managers konnten insgesamt 27 Aufgaben und Tätigkeiten identifiziert werden. Die Vorstellungen zum Aufgabenfeld des Dementia Care Managers stimmen in 18 der 27 Tätigkeiten zwischen Pflegefachkräften und Hausärzten überein. Bezüglich der neun Tätigkeiten, in denen sich die Vorstellungen bei den Pflegefachkräften und Hausärzten deutlich unterscheiden, sollte im Rahmen des praktischen Einsatzes der Dementia Care Manager besonderes Augenmerk gelegt werden. Aus dem so entwickelten Aufgabenfeld des Dementia Care Managers lassen sich notwendige Kompetenzen ableiten, die eine Pflegefachkraft aufweisen sollte, um die Durchführung und Umsetzung der Tätigkeit als Dementia Care Manager in hoher Qualität zu gewährleisten. Die Thematik Demenz in der regulären Ausbildung zur Gesundheits- und Krankenpflege bzw. Altenpflege wird in den verschiedenen Ausbildungseinrichtungen in einer unterschiedlichen Stundenanzahl gelehrt. So beträgt der Stundenumfang an der beruflichen Schule am Dietrich-Bonhoeffer-Klinikum in Neubrandenburg 20 Stunden in beiden Ausbildungsgängen. Diese Arbeit zeigt, dass zur Übernahme der Aufgaben im Dementia Care Management durch Pflegefachkräfte eine Weiterqualifizierung der pflegerischen Profession erforderlich ist. Auch die befragten Pflegefachkräfte (79,3%), Hausärzte (90,3%) und pflegende Angehörige (63,3%) sehen für die Pflegefachkraft, die als Dementia Care Manager tätig werden wollen, einen Qualifizierungsbedarf, der das gegenwärtige Qualifizierungsangebot erheblich übersteigt. Im Rahmen der Qualifizierung sollten vor allem Grundlagen der Demenzerkrankung, medizinische Inhalte, Pflege, Kommunikation und Beratung sowie Themen der netzwerkbezogenen Demenzversorgung vermittelt werden. Limitationen dieser Arbeit betreffen unter anderem die geringe Grundgesamtheit der befragten Gruppen von Hausärzten (N=32), Pflegefachkräften (N=145) und pflegende Angehörige (N=108). Die getroffenen Aussagen der drei Zielgruppen sind damit beschränkt. Die Resultate dieser Arbeit lassen wichtige Hinweise zum Aufgaben- und Tätigkeitsfeld eines Dementia Care Managers ableiten. Durch die Identifizierung wichtiger Qualifizierungsinhalte kann ein wertvoller Beitrag zur Konkretisierung des Dementia Care Management Konzeptes geleistet werden.
Im deutschen Gesundheitswesen stellt MRSA nicht nur im stationären, sondern auch im ambulanten Bereich eine Behandlungserschwernis dar. Patienten mit chronischen Wunden sind bei MRSA-Infektionen besonders gefährdet. Deshalb wurden als Ausgangslage für die vorliegende Arbeit die Forschungsfragen formuliert, ob a) eine ambulante MRSA-Sanierung bei Patienten mit chronischen Wunden durchführbar ist und b) die damit erzielbaren Fallerlöse die Praxiskosten decken. Zur Beantwortung der Frage wurden a) Berichtsdaten der Kassenärztlichen Bundesvereinigung an das Bundesministerium für Gesundheit b) Abrechnungsdaten der Kassenärztlichen Vereinigung Mecklenburg-Vorpommern und c) die Daten der MRSA-fokussierten MEracL-Studie (MRSA eradication for chronic lesions) analysiert. Auf Grund der Ergebnisse konnten fünf Kernaussagen formuliert werden: 1) Die Durchführung einer ambulanten Sanierungsbehandlung ist möglich. 2) Das Vorhandensein einer chronischen Wunde ist ein MRSA-Risikofaktor, aber kein Hemmnis für die Durchführung einer ambulanten Sanierungsbehandlung. 3) Die Akzeptanz der Ärzte hinsichtlich der Durchführung einer ambulanten Sanierungsbehandlung ist regional unterschiedlich. 4) Die errechneten Fallerlöse decken nicht die realen Praxiskosten. 5) Das Budget für Leistungen im Zusammenhang mit MRSA sollte sektorenübergreifend geplant und eingesetzt werden. Die vorliegende Arbeit unterstreicht die Wichtigkeit einer gesundheitsökonomischen Analyse bei der Einführung neuer Behandlungsmethoden.
Einleitung: Der Gesetzgeber hat die 2001 von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) veröffentlichte Internationale Klassifikation der Funktionsfähigkeit, Behinderung und Gesundheit (ICF) als Grundlage der Rehabilitation in Deutschland im Sozialgesetzbuch IX verankert. Anders als bisherige Klassifikationsmodelle, die einen linearen Zusammenhang zwischen Beeinträchtigung der Funktion und Behinderung annehmen, basiert die ICF auf einem bio-psycho-sozialen Verständnis von Gesundheit und Krankheit. Das ICF-Modell sieht Beeinträchtigungen der funktionalen Gesundheit einer Person als das Ergebnis der negativen Wechselwirkung zwischen den Gesundheitsproblemen sowie den personbezogenen und umweltbezogenen Kontextfaktoren der Person. Ziel einer Rehabilitationsmaßnahme ist die Förderung der gleichberechtigten Teilhabe am Leben der Gemeinschaft und die Selbstbestimmung von behinderten und von Behinderung bedrohten Menschen. Auf Basis der ICF ist es also Aufgabe der deutschen Rehabilitationseinrichtungen, die Kontextfaktoren mit zu berücksichtigen, um den Rehabilitanden eine bestmögliche (Re-)Integration in die Gesellschaft und Teilhabe am gesellschaftlichen Leben zu ermöglichen. Besonders gefordert sind hierbei ambulante Rehabilitationseinrichtungen, die nach der Akutbehandlung bzw. Frührehabilitation ansetzen, in einer Phase, in der der Rehabilitand bereits in sein gewohntes häusliches Umfeld zurückgekehrt ist, was eine Mitberücksichtigung von Kontextfaktoren in besonderer Weise ermöglicht. Bislang gibt es nur wenige Studien, die explizit das Konstrukt Teilhabe als Zielvariable im Rehabilitationsverlauf untersuchen und beeinflussende Kontextfaktoren mit in den Blick nehmen.
Material und Methoden: In vier empirischen Studien wurden Teilhabeverläufe und beeinflussende Kontextfaktoren in der ambulanten Neurorehabilitation untersucht. Da Depressivität den Behandlungserfolg im Kontext einer ambulanten Neurorehabilitation beeinflussen kann, wurde mit den Depressions-Angst-Stress-Skalen (DASS-21) eine Raschanalyse durchgeführt, um ihre Eignung als Screeninginstrument zu untersuchen.
Ergebnisse und Diskussion: In der ersten Studie wurde explorativ die teilhabebezogene Ergebnisqualität in vier ambulanten Reha-Einrichtungen im österreichischen Vorarlberg erfasst. Es zeigten sich positive Entwicklungen im Reha-Verlauf. In deutschen ambulanten neurologischen Rehabilitationseinrichtungen konnten in Studie 2 mehrheitlich positive Teilhabeentwicklungen im Rehabilitationsverlauf gezeigt werden, darüber hinaus fanden sich aber auch Teilnehmer, deren Teilhabe sich nicht veränderte oder sogar verschlechterte. Als beeinflussende Kontextfaktoren konnten sowohl das Geschlecht als auch das Nettoeinkommen identifiziert werden, wobei die genauen Hintergründe hinsichtlich des Geschlechts noch weiterer Forschung bedürfen. In Studie 3 zeigte sich zudem, dass insbesondere eine niedrige Depressivität am Ende der Rehabilitation die Wahrscheinlichkeit erhöhte, in der Gruppe der Teilhabeverbesserten zu sein. Zu Beginn der Rehabilitation unterschieden sich die Depressivitäts-Werte der zum Ende der Rehabilitation Teilhabeverbesserten und Teilhabeverschlechterten nicht, was auf Einflussmöglichkeiten im Verlauf der Rehabilitation hindeutet. Die Mehrheit der Teilnehmer erfüllte nicht das Vollbild einer klinisch relevanten Depression. Bei der Raschanalyse einer Kurzversion der Depressions-Angst-Stress-Skalen (DASS-21) zeigte sich passend dazu, dass sich insbesondere eine zusammengefasste Skala aus Stress- und Depressions-Items, die den generellen Faktor „psychologischer Distress“ erfassen sollte, für den Einsatz in der ambulanten Neurorehabilitation als besonders geeignet erwies. Auch die Depressions- und die Stressskala konnten jedoch mit einigen Einschränkungen die Kriterien des Rasch-Modells erfüllen, die Angstskala erwies sich bei den Teilnehmern dieser Studie als ungeeignet, die Stichprobe erwies sich hinsichtlich des mit der Angstskala erfassten Angstkonstrukts als wenig ängstlich.
Fazit: Neben ersten, weiter zu erforschenden Erkenntnissen hinsichtlich der ambulanten Neurorehabilitation in Österreich konnten insbesondere Informationen zu unterschiedlichen Teilhabeverläufen und beeinflussenden Kontextfaktoren in der ambulanten Neurorehabilitation in Deutschland gewonnen werden. Insbesondere die kontinuierlich erfasste Variable Depressivität geriet hierbei in den Blickpunkt, die DASS-21 erwiesen sich im Rahmen einer Raschanalyse mit einigen Einschränkungen als geeignetes Screeninginstrument, um besonders gefährdete Patienten herauszufiltern. Neben der Untersuchung weiterer Kontextfaktoren besteht insbesondere noch Forschungsbedarf bei der Frage, welche Unterstützungsmethoden bei psychischem Distress im Rahmen der ambulanten Neurorehabilitation effizient und realistisch umsetzbar eingesetzt werden können
Einleitung: Die Internationale Klassifikation der Funktionsfähigkeit, Behinderung und Gesundheit (ICF) der Weltgesundheitsorganisation (WHO) mit seinem zugrunde liegenden bio-psycho-sozialen Modell wurde 2001 in Deutschland vom Gesetzgeber aufgegriffen und im Sozialgesetzbuch IX verankert sowie in das Zentrum rehabilitativer Bemühungen gestellt. Durch eine Vielzahl möglicher Erkrankungsfolgen charakterisieren unterschiedliche Behandlungs-konzepte, Struktur- und Prozessmerkmale die Umsetzung der gesetzlichen Rahmenbedingungen in den verschiedenen Phasen neurologischer Rehabilitation. Bei der Erfassung der Ergebnisqualität in der neurologischen Rehabilitation gibt es eine Reihe ungeklärter Fragestellungen. Material und Methoden: In vier empirischen Studien wurden Strukturen und Prozesse in der ambulanten neurologischen Rehabilitation in Deutschland sowie patientenbezogene Assessmentverfahren untersucht. Ergebnisse und Diskussion: In einer eigenen Untersuchung von Struktur- und Prozessdaten einer repräsentativen Stichprobe ambulanter Einrichtungen der Neurorehabilitation zeigen sich im Ergebnis vergleichbare strukturelle Voraussetzungen der Einrichtungen, die zumeist durch die Rahmenempfehlungen zur ambulanten neurologischen Rehabilitation der Bundesarbeitsgemeinschaft für Rehabilitation (BAR) und entsprechende Versorgungsverträge bedingt sind. Unterschiedliche konzeptionelle Ausrichtungen führen zu unterschiedlichen Prozessen. Es ergeben sich dabei deutliche Hinweise auf Unterschiede formaler sowie inhaltlicher Konzepte zur Umsetzung des sozialrechtlichen Rehabilitationsauftrags zwischen verschiedenen Rehabilitationseinrichtungen. Grundsätzlich zeigt sich ein oft noch ungenutztes Potenzial in der Kontextarbeit, dem durch den Einbezug des unmittelbaren personellen und materiellen Sozialraums der Rehabilitanden in die Therapie begegnet werden könnte. Bei der Untersuchung patientenbezogener Assessments zeigt sich, dass zur globalen Erfassung von Teilhabe der Index zur Messung von Einschränkungen der Teilhabe (IMET) gut geeignet ist. Die Studienergebnisse zum Selbstständigkeits-Index für die Neurologische und Geriatrische Rehabilitation (SINGER) sprechen für eine gute Eignung in der ambulanten Neurorehabilitation und eine eindeutige Überlegenheit des SINGER als Assessmentinstrument gegenüber den bisher am weitesten verbreiteten Instrumenten Barthel-Index (BI) und Funktioneller Selbstständigkeitsindex (FIM). Die Resilienzskala (RS-13) besitzt auch bei ambulanten neurologischen Rehabilitanden akzeptable psychometrische Eigenschaften und kann daher auch in der ambu-lanten neurologischen Rehabilitation eingesetzt werden. Die Beachtung des Resilienz-Konstrukts mit Blick auf therapeutische Interventionen, die auf eine Verbesserung der psychischen Widerstandsfähigkeit abzielen, erscheinen aufgrund einer Assoziation mit dem Reha-Outcome sinnvoll. Die zur Ergebnismessung eingesetzte Marburger Kompetenz Skala (MKS) erweist sich nur als bedingt geeignet. Jedoch kann der Vergleich von Selbst- und Fremdbeurteilung im Therapieprozess systematisch genutzt werden. Fazit: Die ambulante neurologische Rehabilitation in Deutschland stellt innerhalb der Rehabilitationsforschung ein Forschungsgebiet mit spezifischen Fragestellungen dar. Die bestehenden Strukturen und Prozesse zielen auf die Umsetzung des gesetzlich verankerten Rehabilitationsauftrages ab. Zur Erfassung des Rehabilitationsergebnisses existieren mittlerweile eine Reihe geeigneter patientenbezogener Assessmentverfahren. Um ihre vollen spezifischen Vorteile zu entfalten, muss die ambulante Neurorehabilitation zu einem Behandlungssetting ausgebaut und weiterentwickelt werden, in dem evidenzbasiert nicht mehr nur an Funktionen und Aktivitäten sondern übergeordnet an der Teilhabe und selbstbestimmter Lebensführung der Rehabilitanden behandelt wird. Hierzu besteht jedoch noch Forschungsbedarf.
Die Messung der endexspiratorischen Ammoniakkonzentration bei Patienten mit terminaler Niereninsuffizienz während der Dialyse stellt eine neue nicht-invasive Methode zur Evaluation des Dialyseerfolges dar.
Ziel dieser Studie ist es die endexspiratorische Ammoniakkonzentration von Patienten mit terminaler Niereninsuffizienz während der Dialyse zu messen, um einen signifikanten Abfall der endexspiratorischen Ammoniakkonzentration während des Dialysevorganges nachzuweisen. Des Weiteren gilt es Einflussfaktoren auf die endexspiratorische Ammoniakkonzentration vor der Dialyse zu finden sowie eine mögliche positive Korrelation zwischen der endexspiratorischen Ammoniakkonzentration und der Harnstoffkonzentration im Blut zu untersuchen.
Insgesamt wurden 45 Dialysepatienten (22 Frauen, 23 Männer) im Alter zwischen
dem 28. und dem 85. Lebensjahren für diese Studie rekrutiert. Es erfolgte eine standardisierte Befragung der Patienten bezüglich ihrer Vorerkrankungen und kardiovaskulären Risikofaktoren. Die restlichen relevanten Diagnosen wurden aus den Krankenunterlagen entnommen. Neben der Messung der endexspiratorischen Ammoniakkonzentration erfolgten laborchemische Bestimmungen der Ammoniakkonzentration im EDTA-Blut ebenfalls vor und nach der Dialyse. Auch weitere Laborparameter, wie Aspartataminotransferase, Alaninaminotransferase, Gamma-Glutamyl-Transferase, Harnstoff, Kreatinin sowie Hämoglobin HbA1c wurden mitbestimmt. Die Analyse der endexspiratorischen Ammoniakkonzentration erfolgte mittels des durchstimmbaren Infrarotdiodenlasers unter der Anwendung der Absorptionsspektroskopie als eine hoch sensitive und selektive Methode zur Bestimmung der organischen Atembestandteile.
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen einen signifikanten Abfall der endexspiratorischen Ammoniakkonzentrationen im Verlauf der Dialyse (mediane Werte: von 236,3 ppb
auf 120,6 ppb (p < 0,001)). Beim genaueren Betrachten des individuellen Verlaufs von Dialysepatienten fällt auf, dass 18 Patienten mit einer hohen endexspiratorischen Ammoniakkonzentration vor der Dialyse (über 300 ppb) einen deutlichen Abfall (> 100 ppb) im Verlauf der Behandlung aufweisen. Von den Patienten, bei denen vor der Dialyse ein niedriger Atemammoniakspiegel (< 300 ppb) erfasst wurde, zeigten sich bei fünf Probanden ein deutlichen Abfall, bei elf Probanden ein geringerer Abfall (< 100 ppb), bei vier Probanden keine signifikante Veränderung (±10 ppb) und bei sieben Teilnehmern eine Erhöhung der endexspiratorischen Ammoniakkonzentration während der Dialyse.
Die statistische Analyse ergab weiterhin eine deutlich positive Korrelation zwischen den Ammoniakkonzentrationen im Blut vor der Dialyse mit den Blutammoniakwerten nach der Dialyse und eine mäßig positive Korrelation zwischen den endexspiratorischen Ammoniakkonzentrationen vor der Dialyse mit den Ammoniakspiegel im Atem nach der Dialyse. Eine schwach positive Korrelation wurde zwischen den endexspiratorischen Ammoniakwerten nach der Dialyse mit den Blutammoniakwerten nach der Dialyse gefunden. Die lineare Regressionsanalyse ergab eine signifikante Assoziation von Nephrektomie und Restdiurese mit den endexspiratorischen Ammoniakwerten, welche vor der Dialyse gemessen wurden. Damit wird verdeutlich, das nephrektomierte Patienten und Patienten mit einer höheren Restdiurese einen deutlichen Abfall der endexspiratorischen Ammoniakkonzentrationen während der Dialyse aufzeigten und somit vermehrt von der Dialyse als Behandlung profitieren.
In Anlehnung an die Ergebnisse dieser Studie, dass im Verlauf der Dialyse ein signifikanter Abfall der endexspiratorischen Ammoniakkonzentration vorliegt, wird eine klinische Etablierung der nicht-invasiven Ammoniakkonzentrationsmessung vor und nach der Dialyse als eine gute Möglichkeit der Überwachung einer Dialysesitzung empfohlen. Aus unserer Sicht sollte am besten die Messung nicht offline mittels Sammelns der Atemproben im Tedlar-Beutel, sondern durch direktes Ausatmen in das Messsystem erfolgen, um den Verlust von an der Oberfläche des Beutels haftenden Ammoniaks zu verhindern. Falls jedoch die offline Methode bevorzugt werden sollte, müsste gewährleistet werden, dass die Atemgasproben so schnell wie möglich analysiert werden, um die Messgenauigkeit zu stärken.
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.
Self-affine tiles and fractals are known as examples in analysis and topology, as models of quasicrystals and biological growth, as unit intervals of generalized number systems, and as attractors of dynamical systems. The author has implemented a software which can find new examples and handle big databases of self-affine fractals. This thesis establishes the algebraic foundation of the algorithms of the IFStile package. Lifting and projection of algebraic and rational iterated function systems and many properties of the resulting attractors are discussed.
In this thesis an artificial enzyme cascade consisting of an ADH from Lactobacillus kefir, a CHMO from Acinetobacter sp. NCIMB 9871 and lipase A from Candida antarctica has been investigated for the biocatalytic synthesis of the bulk chemical ε-caprolactone as well as several derivatives for their direct utilization as polymer building blocks. Due to major limitations, which hamper such a biocatalytic route, the first addressed demand in this work was the improvement of the stability of the CHMO. By structure-guided engineering, distinctively improved variants concerning the resistance against oxidation as well as temperature stability without compromising the catalytic activity were successfully created. Due to the incomplete knowledge of the mechanisms that lead to thermal and/or oxidative inactivation of enzymes, this study illustrates that the selection of mutations for increased protein stability is still hard to predict. Thus, these results can serve as a basis for further stability studies on this enzyme class to give better insights into the underlying mechanisms, which determine the stability of an enzyme. Such a highly stabilized biocatalyst will pave the way for the successful use of flavin-dependent enzymes for industrial applications. A further aim of this thesis was dedicated to the second major hurdle en route to polyester precursors represented by the product inhibition and enzyme deactivation caused by ε-caprolactone, particularly at higher concentrations. To overcome this limitation, we developed an elegant solution in which the ε-caprolactone produced by the one-pot two-step enzymatic method is directly subjected to ring-opening polymerization using the unique lipase A from Candida antarctica. Applying this enzyme cascade in a whole cell biocatalysis in combination with an improved cofactor regeneration approach, the problem of product inhibition problem was efficiently solved leading to the formation of oligo-ε-caprolactone at more than 20 g/L when starting from 200 mM cyclohexanol. By a process development approach through solvent engineering it was found that biotransformations proceed much faster in an isooctane-containing biphasic solvent system when using free enzymes. Finally, the improved enzyme cascade was applied for the synthesis of chiral substrates and provided access to functionalized chiral compounds in high yields (up to >99%) and optical purities (up to >99%ee). By subsequent enzymatic enantioselective ring-opening of the enantiopure monomers, oligomeric lactones were successfully synthesized, which can be directly serve as building blocks for the polymer industry.
Objectives:
This study investigates the effectiveness of the Cold AP on the alteration of the enamel surface
without using acid etchant by using Conventional photo-activated resin bond to bond the
orthodontic brackets.
Materials and Methods:
One hundred and twenty-five Enamel specimens are prepared from disinfected bovine
mandibular incisors are divided into five groups. Group I: brackets are attached on the enamel
surface with the standard adhesive technique (etch + primer +bond). Group II: the brackets are
attached with the Standard Orthodontic adhesive technique without etching. Group III: the
enamel surface is conditioned with pure Argon Cold atmospheric plasma before the application
of the primer without using an acid etchant. Group IV: the enamel surface is conditioned with
the admixture of Argon Cold atmospheric plasma with 0.5 % Oxygen before the application of
the primer without using acid etchant Group V: after the application of Argon Cold atmospheric
plasma with 0.5 % Oxygen the surface is rewetted by deionized water before the application
of the primer and adhesive. After that, the samples are exposed to thermal cycling. The shear
bond strength of the samples is tested by the universal testing machine which measured the
maximum force at which the brackets are deboned from the tooth surface at a speed of
1mm/minute is measured.
Results:
Significant intergroup differences were found. Group V showed the highest shear bond
strength followed by Group I, VI, III, II respectively. There isn’t a statistical difference in the
values of The Shear bond strength values between Group III and IV.
Conclusions:
this study implies that Cold Atmospheric Plasma is a safe method to change the chemical
surface characteristics of the enamel surface.in addition to the significant importance of plasma
treatment followed by water rewetting, which could enhance adhesion between the orthodontic
attachments and the enamel layer
In the framework of the current work has been the plasma initiated and surface catalysed species conversion studied in low pressure and atmospheric plasmas. The aim of the work is to improve the understanding of the internal processes in order to increase the energy efficiency as well as the selectivity of the reaction products of future plasma devices. Beside many technical applications of plasmas, air purification shows great potential. Over the last decades, plasma based pollution control has proofed its ability to remove harmful contaminants or annoying odours from an air stream. However, the energy efficiency and the selectivity of the products are a remaining challenge.
Motivated by these issues, a multi stage packed-bed reactor has been used to remove admixed ethylene and toluene from an air stream. It has been found that the maximum toluene destruction has been 60%, whereas ethylene has been nearly completely removed. The specific energy β has been between 120 and 1600 JL-1. Fourier Transform Infrared spectroscopy, FTIR spectroscopy, has been used to identify and quantify the species H2O, CO2, CO, O3, HNO3, HCN, CH2O, CH2O2, N2O and NO2. However, none of these experiments led to the detection of NO.
The embedment of packing material into a plasma volume leads to increased surface effects. In order to study them, the inner side of a tube reactor, made of Pyrex, served as the surface under study and has been exposed to a rf plasma for 1h. The surface effects of the plasma treatment have been investigated indirectly by studying the oxidation of NO into NO2. After the plasma exposure, the reactor has been evacuated and filled with a gas mixture of 1% NO in N2 / Ar. Both species have been measured using quantum cascade laser absorption spectroscopy, QCLAS. It has been found that, using oxygen containing plasmas, the NO concentration decreased whereas the NO2 concentration increased. Therefore, oxygen containing plasmas are able to deposit oxygen on the surface. The filling with NO leads to the oxidation via the Eley-Rideal mechanism. A simplified model calculation supports these assumptions.
For a more comfortable application of the QCLAS, a compact multi channel spectrometer has been developed, TRIPLE Q. It combines the high time resolution with the possibility to measure the concentration of at least three infrared active species simultaneously. Due to the high time resolution, a huge number of spectra have to be analysed. In order to calculate absolute number densities, an algorithm has been developed which automatically treats typical phenomena like pulse jitter, rapid passage effect or variations of the intensity of the laser pulses.
The gas temperature is an important parameter in plasma physics. Using the TRIPLE Q system, the gas temperature has been determined for pulsed dc plasmas. For this case, NO has been used as a probe gas. From the spectra, the temperature has been calculated using the line ratio method. The relative intensity of the absorption structures of NO at 1900.5cm-1 and 1900.08cm-1 depend on the temperature. Therefore, the ratio has been used to calculate the gas temperature with a time resolution in the μs range.
Vibrationally excited nitrogen can be an energy reservoir that plays an important role in plasma chemistry. In N2 / N2O plasmas, vibrationally excited N2 can undergo relaxation via a resonant vibration vibration coupling between vibrationally excited N2 and N2O. Due to such an efficient energy transfer, the method allows one to study the relaxation of vibrationally excited N2. Using this method, molecules, which are not infrared active, can be monitored. This approach has extended the field of scientific and commercial applications of the QCLAS.
In this thesis, it was the subject to build a setup to study the interaction of clusters with intense laser light. A magnetron sputter cluster ion source was built to create metal clusters for the planned investigations. Furthermore, a linear Paul trap setup was built in order to allow the investigation of the mentioned interaction at one specific cluster size. The whole apparatus was characterized and first experiments were performed.
In dieser Studie sind die in-vitro-Befunde Gesamt-IgE, ANA-Titer und Plasmablastenaktivität als mögliche potentielle prognostische (Früh-) Marker für das Ansprechen (kein bzw. reduziertes Ansprechen) der Biological-Therapie im Verlauf bei Patienten mit Psoriasis vulgaris untersucht worden. Zwar konnte man keinen statistisch signifikanten Zusammenhang zwischen den Laborparameter und dem Ansprechen auf die biologische Therapie beobachten, jedoch sollte man die Schwächen der Analyse berücksichtigen. Schlussfolgernd konnte man in dieser retrospektiven Analyse keinen Zusammenhang zwischen den in-vitro erhobenen Werten von Gesamt-IgE und/oder ANA-Titer und/oder Plasmablastenaktivität und dem Ansprechen auf Biologika bei Psoriatikern feststellen. Prospektive Studien mit klar definierten Kontrollpunkten der Laborparameter, mit einer großen Anzahl der Patienten sind für die Zukunft wünschenswert, um die möglichen Prognosefaktoren für eine Therapie mit Biologicals zu definieren.
Der Schlaganfall ist nach Herz- und Krebsleiden die dritthäufigste Todesursache in den westlichen Industrieländern und einer der Hauptgründe für eine permanente Behinderung. Ein entscheidender Faktor in der Therapie des akuten ischämischen Schlaganfalls ist die Rekanalisation des Gefäßverschlusses. Endovaskuläre Therapieverfahren, sowohl medikamentöse als auch mechanische, spielen eine immer bedeutendere Rolle. Es gibt keinen Konsens darüber, ob für solche Intervention eine Intubationsnarkose (ITN) notwendig ist oder eine lokale Anästhesie (LA) im Zugangsbereich erfolgen sollte. Ziel der Studie war es, die Durchführbarkeit der lokalen Schlaganfalltherapie unter lokaler Anästhesie zu evaluieren. Über einen Zeitraum von fünf Jahren wurden 131 Patienten mit einem akut ischämischen Schlaganfall eingeschlossen. Die endovaskuläre Therapie erfolgte als lokale intraarterielle Thrombolyse, als primäre mechanische Rekanalisation oder als Kombinationstherapie. Die systematische Auswertung erfolgte retrospektiv hinsichtlich Rekanalisationsrate, primärem anästhesiologischem Vorgehen, Konversion von lokaler Anästhesie zu Intubationsnarkose, neurologischem Outcome sowie postinterventionellen Komplikationen. Von den 124 Patienten (mittleres Alter 68,8 ± 14,6) waren 65 weiblich (52,4 %) und 59 (47,6 %) männlich. Der Verschluss lag bei 94 Patienten (75,8 %) im vorderen, bei 30 Patienten (24,4 %) im hinteren Stromgebiet. 105 Patienten (84,7 %) wurden in lokaler Anästhesie, 16 Patienten (12,9 %) primär in ITN behandelt. In 3 Fällen (2,4 %) erfolgte eine Konversion von LA in ITN. Eine primäre Lyse bzw. mechanische Rekanalisation erfolgte bei 60 (48,4 %) bzw. 27 (21,8 %) Patienten, in 37 Fällen (29,8 %) erfolgte eine Kombination beider Verfahren. Zwischen der LA- und ITN-Gruppe bestand weder hinsichtlich Rekanalisationsrate noch peri- oder postinterventionellen Komplikationen ein statistisch signifikanter Unterschied. Das finale Infarktvolumen war bei Behandlung in Lokalanästhesie signifikant kleiner (p = 0.024). Lokal rekanalisierende Verfahren in der Therapie des akut ischämischen Schlaganfalls sind unter lokaler Anästhesie und bedarfsweiser Analgosedierung mit niedrigem Risikoprofil möglich und scheinen zu einem geringeren Infarktvolumen und besserem klinischen und radiologischem Outcome zu führen.
Zusammenfassung
Kaltes atmosphärisches Plasma (CAP) ist eine mögliche neue Therapieoption für das hochaggressive Glioblastoma multiforme. Bisher konnte die Wirksamkeit der Behandlung von Glioblastomzellen mit CAP sowohl in vitro, als auch in vivo bestätigt und reaktive Sauerstoffspezies (ROS) als ein wichtiger Mediator der CAP-Wirkung identifiziert werden. Sowohl die zytotoxische Wirkung von CAP auf Glioblastomzellen, als auch eine positive Korrelation der Behandlungsdauer mit der Stärke der CAP-Wirkung konnten wir bestätigen. Mit dem Ziel einer molekularen Charakterisierung der zugrundeliegenden Vorgänge innerhalb der Zellen untersuchten wir die Veränderung des Expressions- und Aktivierungsmusters relevanter Proteine zentraler Wachstums- und Apoptosewege, sowie der microRNA-1 in den humanen Glioblastomzelllinien U87-MG und LN-18 unter Behandlung mit CAP.
Die Kinase ERK1/2, der Zellzyklusregulator p21 und das Hitzeschockprotein Hsp90 sind zentrale Effektoren der Tumorprogression. Obgleich die CAP-Behandlung leichte Änderungen der Expressionsraten dieser Proteine zeigte, kann ohne weitere Untersuchungen nicht von der Beteiligung dieser Faktoren ausgegangen werden. Ein Einfluss auf die Zellproliferation ist jedoch denkbar.
Im Falle der proliferativen Kinase AKT1 konnte eine Induktion in beiden untersuchten Glioblastomzellinien nachgewiesen werden. Diese könnte möglicherweise eine zytoprotektive Antwort auf den CAP-vermittelten Redox-Stress darstellen und wäre demnach als eine Resistenz gegenüber der CAP-Behandlung anzusehen. Im Gegensatz dazu stellt die Induktion der tumorsuppressiven MikroRNA miR-1, im Einklang mit in der Literatur beschriebener Inhibition des Zellwachstums bei Induktion, einen Wirkmechanismus des CAP dar.
Insgesamt kommt es in den Glioblastomzellen nach der Behandlung mit CAP zu einer Veränderung verschiedener Signalkaskaden. Insbesondere die vermutlich protektive Wirkung der Kinase AKT1, sowie die wirkungs-verstärkenden Effekte von miR-1 könnten eine entscheidende Rolle bei der Wirkung von CAP auf Glioblastomzellen darstellen. Weiterführende Untersuchungen insbesondere dieser Mediatoren und deren Interaktionen könnten zu einem tieferen Verständnis der Wirkungsweise von CAP auf die Zelle beitragen und die Entwicklung dieser neuen und innovativen Behandlungsmethode vorantreiben.
Ziel der Dissertation war die Untersuchung der physiologischen Adaptation von Staphylococcus aureus an Vancomycin und Linezolid mit Hilfe der Proteom-Analytik und die Entwicklung neuer Methoden für Proteom-Untersuchungen. Für die Untersuchung der Vancomycinstress-Antwort im ersten Teil der Doktorarbeit wurden alle vier Subproteome mit insgesamt sechs verschiedenen Methoden untersucht. Es konnte mehr als die Hälfte des theoretischen Proteoms quantifiziert werden, die Arbeit ist damit eine der umfassendsten Proteom-Studien, die bisher in S. aureus durchgeführt wurden. Es wurden verschiedene Enzyme der Biosynthese von Aminosäuren, die im Peptidoglykan-Vorläufer-Pentapeptid vorkommen, nach Vancomycin-Stress in signifikant erhöhter Menge nachgewiesen. Das ist ein Hinweis auf eine erhöhte Peptidoglykan-Synthese, wie sie auch in S. aureus Stämmen mit verminderter Vancomycin-Sensitivität beobachtet werden kann. Die Abundanz SaeRS-kontrollierter Virulenzfaktoren war nach Vancomycin-Stress vermindert. In der Vancomycin-Studie wurden extrazelluläre Proteine mit einer Trichloressigsäure (TCE)-Fällung gefällt, diese Methode ist in der Proteom-Analytik weit verbreitet. Die TCE-Fällung hat verschiedene Nachteile. Nach der Fällung muss das entstandene Pellet mehrfach gewaschen werden, hierbei kommt es zu Verlusten und die Reproduzierbarkeit sinkt. Aufgrund dieser Nachteile wurde im zweiten Teil der Dissertation ein neues Protokoll zur Anreicherung verdünnter Proteine entwickelt. Grundlage war das kommerziell erhältliche Festphasenextraktions-System StrataClean, das ursprünglich zur Entfernung von Proteinen aus PCR-Ansätzen entwickelt wurde. Im Rahmen der Doktorarbeit wurde die StrataClean-Extraktion für die gel-freie Proteom-Analytik optimiert. Der wichtigste Schritt war eine Präinkubation der StrataClean-Partikel in Salzsäure, um Kontaminationen an den Partikeln quantitativ abzubauen. Mit dem optimierten Protokoll konnten Proteine auch aus sehr stark verdünnten Lösungen (20 µg Protein in 200 ml Flüssigkeit) mit hoher Effizienz reproduzierbar angereichert werden. Diese hoch-effiziente Anreicherung ist mit keinem anderen etablierten Protokoll möglich. Zudem konnte gezeigt werden, dass die StrataClean Fällung Proteine unabhängig von ihren biophysikalischen Eigenschaften anreichert. Daher ist die StrataClean-Aufreinigung auch für absolute Quantifizierungsansätze interessant. Als weitere Anwendung können StrataClean-gebundene Proteine für mehr als 10 Tage bei Raumtemperatur gelagert werden. Das ermöglicht den Versand von Proteinproben auf dem normalen Postweg ohne aufwendige Kühlsysteme. Im dritten Teil der Doktorarbeit wurde die Linezolid-Adaptation von S. aureus USA300 analysiert. In Wachstumsversuchen konnte gezeigt werden, dass nach Linezolid-Zugabe zu exponentiell wachsenden Zellen bei OD 0.5 die Wachstumsrate sofort abnahm. Bei OD 1.6 – 2 trat ein temporärer Wachstumsarrest auf, dessen Dauer von der zugegebenen Linezolid-Konzentration abhing. Nach diesem Wachstumsarrest, der bis zu 15 Stunden anhielt, fingen die Zellen wieder an sich zu teilen. Es konnte gezeigt werden, dass die Linezolid-Konzentration im Medium während des kompletten Versuches konstant blieb. Die Hauptanpassung an Linezolid war eine verstärkte Expression der Gene ribosomaler Proteine und eine daraus folgende erhöhte Akkumulation der ribosomalen Proteine. Zudem konnte eine generelle Abnahme der Menge integraler Membranproteine und sekretierter Proteine festgestellt werden, auch wenn die Expression der codierenden Gene zunahm. Mittels elektronenmikroskopischer Analysen konnte gezeigt werden, dass die Zellen nach Linezolid-Zugabe deutlich größer wurden. Als weitere morphologische Auswirkung von Linezolid-Stress war die Dicke der Zellwand um den Faktor vier erhöht und es wurden Defekte in der Zellteilung beobachtet. Insbesondere nach Wiederaufnahme des Wachstums gab es zahlreiche zelluläre Strukturen, die mehrere, zum Teil falsch positionierte, Septen hatten. Mit Fluoreszenz-Mikroskopie wurde bewiesen, dass sich das Chromosom, das im normalen Wachstum das Cytosol ausfüllt, nach Linezolid-Zugabe komprimierte und den Kontakt zur Membran verlor. Eine Verbindung zwischen Chromosom und Membran wird durch Transertions-Komplexe gebildet. Transertion bezeichnet die simultane Transkription, Translation und Translokation integraler Membranproteine, dabei werden Komplexe aus Chromosom, mRNA, Ribosom, dem entstehendem Protein und den membranständigen SEC-Proteintransportern gebildet. Aus der Kombination der Ergebnisse wurde geschlossen, dass durch die Linezolid ausgelöste Translations-Hemmung die Transertionskomplexe aufgelöst werden und dadurch die Protein-Translokation vermindert wird. Auch die Defekte in der Zellteilung können so erklärt werden, da so das Chromosom eine Struktur-gebende Funktion für die Zellteilung verliert. Bisher war nicht vollständig bekannt, wie die strukturelle Ordnung in der Zellteilung von Staphylokokken entsteht.