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Tertiary alcohols have become interesting targets for organic synthesis themselves or as building blocks for valuable pharmaceutical compounds. However, the synthesis of optically pure tertiary alcohols is still a challenge both chemical and enzymatic means. Enzymes containing the GGG(A)X motif in the active site region have been known to show activity towards these sterically demanding substrates. Several tertiary alcohols have been resolved with high enantioselectivity by using this biocatalytic synthetic route. This thesis aims at providing a better understanding of enantiorecognition of GGG(A)X motif hydrolases in the enzymatic synthesis of enantiomerically enriched tertiary alcohols. Kinetic resolution of a wide range of tertiary alcohols using hydrolases provided insights on factors that can influence enantioselectivity of GGG(A)X motif enzymes. Additionally, a newly proposed chemoenzymatic method to synthesize protected alpha,alpha-dialkyl-alpha-hydroxycarboxylic acids has broadened the application of these enzymes to synthesize optically pure tertiary alcohols. Newly found biocatalysts through functional screening, database mining and rational protein design approaches provided a better enzyme platform for optically pure tertiary alcohol resolution.
This dissertation evaluates the effects of site conditions and livestock grazing on the vegetation of Azerbaijan’s winter pastures. We improved methods to estimate grazing intensity in vast rangelands and enhanced an approach to detect discontinuities in vegetation changes along environmental gradients. All analyses use field data from the semi-arid rangelands of Gobustan and Jeiranchel, at the foothills of the Greater Caucasus mountains. The data set comprises 313 vegetation relevés, each sized 100 m², based on a pre-stratification using topographical parameters. Additionally, we included data from farm transects and exclosure experiments. For each plot, selected site and soil variables were determined. VEGETATION AND SITE CONDITIONS: By means of cluster analysis, we derived 16 vegetation types with a total of 272 vascular plant species. Our vegetation classification, which is closely linked to site conditions, is an important groundwork for adapted rangeland management and monitoring. The study areas are dominated by semi-deserts with a high coverage of dwarf shrubs, and the mean number of vascular plant species was found to be about 28 per 100 m². According to ordination analysis (NMDS), species composition changes primarily along the altitudinal gradient, gradually proceeding from the Salsola nodulosa semi-deserts of the lowest parts (below 300 m a.s.l.) to the Salsola ericoides and Artemisia lerchiana semi-deserts of the upper regions (300–650 m a.s.l.). Soil salinity and carbonate concentration decrease as altitude increases. A second gradient reflects grazing intensity. One plant community that is typically found on intensively grazed sites in the vicinity of farmyards stands apart from the rest, which are subject to lower grazing and trampling pressures. A third factor that differentiates plant communities is the sand concentration of the soils. Additionally, communities that occur on steep slopes differ from communities that occur on level terrain. EXCLOSURE EXPERIMENTS: Exclosure experiments revealed that short-time abandonment of grazing leads to an increase in the number of annual species, in vegetation coverage, and in the heights of forbs and grasses. Clipping experiments indicated that the herbaceous species show hardly any compensatory growth in response to grazing. ESTIMATING GRAZING INTENSITY: A recurrent theoretical problem in rangeland research is the spatial modelling of grazing intensity around grazing hotspots like farms or watering places, the so called piospheres. In a widely used approach, grazing intensity is assumed to decrease in direct proportion to the distance from a hotspot. The resulting response patterns, which relate characteristics of the vegetation or site conditions to grazing intensity, are often nonlinear, and have been interpreted as indicating threshold changes or diff erent state-and-transitions along grazing gradients. However, we show that these ‘thresholds’ are usually geometrical artefacts. Taking into account the concentric structure of grazing hotspots, we suggest a new approach that approximates grazing intensity as the ratio of the total number of livestock kept at the farm to the distance between a given plot and the hotspot centre. Our approach is a simple yet significant improvement over current approaches because it enables us to merge or compare data from different sampling sites and because the approximation is in direct proportion to other grazing indicators like dung density or soil salinity. SPECIES TURNOVER PATTERNS: Combining our new grazing pressure model with species presence/absence data, we modelled vascular plant species responses, patterns of species richness and species turnover along grazing gradients on farm transects in Gobustan. The derived typical species response pattern along the finite grazing gradient is a sigmoid decrease. Species richness declines monotonically with increasing grazing intensity and thus conforms to generally acknowledged assumptions on the relationship between species richness and grazing pressure in semi-arid rangelands. Species turnover along the gradient was calculated using the slopes of species response curves. At first sight, the resulting pattern gives evidence for a discontinuous change. However, it ranges within the 95 % confidence interval of a null model based on assumptions of the individualistic continuum concept. Thus, species composition seems to change continuously along grazing gradients in Gobustan. This new null model approach can probably be adapted and applied to all ecological gradients and is useful for the validation of individualcontinuum or community concepts.
Macrophages are cells of immune system and distributed throughout the body. They provide the first line of defense against microbial pathogen infections. Using bone marrow macrophages (BMMs) which derived from mice of strain BALB/c and strain C57BL/6, this study aimed to identify the changes in proteome of the macrophages due to IFN gamma stimulation and S. aureus infection. Two quantitative proteomic techniques, two-dimensional difference gel electrophoresis (2D-DIGE) and liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) were applied in this study. The analysis results indicated that many proteins which play important roles in immunological functions of macrophages were changed due to IFN gamma stimulation and S. aureus infection. This study also identified the differences in proteome of macrophages derived from mice of strain BALB/c in comparing to macrophages of strain C57BL/6.
Die Neugeborenenuntergewichtigkeit ist ein Produkt verschiedenster intrauteriner Einflussgrößen und ist mit ausgeprägten individuellen als auch gesellschaftlichen Früh- und Spätfolgen verbunden. Zum jetzigen Zeitpunkt liegen keine aktuellen Daten zum niedrigen Geburtsgewicht bzw. dessen maternalen Risikofaktoren für die Region Ostvorpommern vor. Aus diesem Grund standen körperliche und soziale Einflussgrößen sowie Ernährungs- und Rauchgewohnheiten von Frauen während der Schwangerschaft und deren Auswirkung auf die Prävalenz des niedrigen Geburtsgewichts in der Studienregion im Untersuchungsfokus. Der Survey of neonates in Pomerania (SNiP) war in dem Zeitraum von April 2004 bis März 2006 mit einer Erfassungsrate von 95,6 % populationsbasiert. Von den insgesamt 2395 gebärenden Frauen mit Wohnsitz in der Studienregion, nahmen letztendlich 78,8 % an der Studie teil. 6,8 % aller Neugeborenen (5,5 % der Einlinge; 51,0 % der Zwillinge) waren unabhängig von der Schwangerschaftsdauer leichter als 2500 g. Von diesen waren 1,6 % der reifen Einlinge sowie 30,4 % der 23 reifen Zwillingskinder bzw. 1,5 % aller reif geborenen Kinder mit einem Geburtsgewicht von weniger als 2500 g hypotroph. Bemessen an den Perzentilengrenzwerten kleiner/gleich 3. bzw. 10. Perzentile waren 2,2 % bzw. 8,3 % aller neugeborenen Kinder zu leicht für ihr Gestationsalter (small for gestional age, SGA). In den Untersuchungen stellten sich das mütterliche Untergewicht, eine den Empfehlungen entsprechende Gewichtszunahme, ein Lebensalter < 20 Jahre, Schulbildung < 10 Jahre, monatliches Nettoäquivalenzeinkommen < 750 €, Unterschichtzugehörigkeit, Nikotinabusus während der gesamten Schwangerschaft, Vegetarismus sowie eine fehlende Folsäure- und Multivitamineinnahme als Risikofaktoren für ein niedriges Geburtsgewicht in der Studienregion heraus. In den multivariaten Analysen, welche die o.g. mütterlichen Faktoren (außer maternale Erkrankungen und Ernährung) enthielten, waren insbesondere eine fehlende Einnahme von Multivitaminen, sowie das Rauchen während der gesamten Schwangerschaft mit einer deutlichen Risikoerhöhung für die Neugeborenenuntergewichtigkeit verbunden. Dabei erhöhte eine fehlende Einnahme von Multivitaminen das Risiko für ein Geburtsgewicht kleiner/gleich der 10. um den Faktor 1,75. Das Rauchen während der gesamten Schwangerschaft war 1,66-mal häufiger mit einem Geburtsgewicht kleiner/gleich der 10. Perzentile assoziiert. Eine niedrigere Schulbildung hatte im multivariaten Modell keinen signifikanten Einfluss auf die Neugeborenenuntergewichtigkeit. Im Hinblick auf die räumliche Verteilung der Neugeborenenuntergewichtigkeit in der Studienregion zeigten sich keine eindeutigen Unterschiede. Dennoch wies Wolgast den größten Anteil an Kindern mit einem Neugeborenengewicht kleiner/gleich der 10. Perzentile auf. Im Anklamer Umland war die Quote an zu leichten reifen Einlingen (Geburtsgewicht < 2500 g) mit 3,0 % am größten. Dagegen waren in Anklam die Neugeborenen kleiner/gleich der 3. Perzentile mit 3,4 % am zahlreichsten vertreten. Zudem konnte SNiP eine signifikante unterschiedliche lokale Verteilung von soziodemografischen Risikomerkmalen und - verhaltensweisen (Lebensalter < 20 Jahre, Schulbildung < 10 Jahre, Nettoäquivalenzeinkommen < 750 €, Unterschichtzugehörigkeit, Nikotinabusus, fehlende Folsäure- und Multivitamineinnahme) von Wöchnerinnen in der Region Ostvorpommern zeigen. Demgemäß stellten sich hierfür insbesondere Anklam, das Anklamer Umland sowie Wolgast als risikoreiche Regionen innerhalb Ostvorpommerns heraus. Keine bedeutsamen innerregionalen Unterschiede ergaben sich hinsichtlich des mütterlichen Körpergewichtes, der optimalen Gewichtszunahme, des täglichen Zigarettenkonsums, maternalen Erkrankungen sowie der Ernährungsform und -änderung. SNiP konnte anhand dieser Ergebnisse weitgehend zeigen, dass auch in Ostvorpommern die in der Literatur anerkannten maternalen Risikofaktoren für die Neugeborenenunterwichtigkeit von Bedeutung sind und deutliche Unterschiede hinsichtlich ihrer räumlichen Verteilung in Ostvorpommern existierten. Durch die zeitnahe Analyse und Bewertung der mütterlichen Merkmale anhand der Daten des Neugeborenensurvey war es erstmalig möglich, maternale Risikogruppen und „risikobehaftete“ Verhaltensweisen sowie „lokale soziale Brennpunkte“ herauszufinden. Darauf fußend kann eine Erarbeitung geeigneter bzw. Optimierung bereits verwirklichter Präventionsmaßnahmen in der Region möglich werden. Jedoch sind in Zukunft weitere Untersuchungen regionaler und zeitlicher Trends für Ostvorpommern erforderlich, um auch weiterhin eine Optimierung der Schwangerschaftsvorsorge und Präventionsarbeit zu ermöglichen.
Die Neonatale Alloimmunthrombozytopenie (NAIT) ist eine erworbene hämorrhagische Diathese durch thrombozytäre Antikörper. Die Immunisierung der Mutter findet nach Übertritt von kindlichen Thrombozyten bereits während der ersten Schwangerschaft statt. Mütterliche Anti-Thrombozyten-IgG-Antikörper führen nach diaplazentarem Übertritt zu einem Abbau der kindlichen Plättchen im retikulo-endothelialen System. 75% aller Fälle von NAIT sind durch Anti-HPA1a-Antikörper verursacht (HPA1a/b-Polymorphismus). Dieser Polymorphismus wird durch das GPIIIa-Gen des thrombozytären GPIIb/IIIa-Rezeptors ausgebildet. Immunologische Toleranz ist die immunologische Hyposensibilität gegenüber einem Antigen. Eine Form ist die orale Toleranz (OT), bei der es durch orale Zufuhr eines Antigens zu einer spezifischen Suppression der zellulären und humoralen Immunantwort kommt. Denkbar wäre auch eine immunologische Toleranz gegenüber dem GPIIIa-Polymorphismus. Das Fernziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer transgenen zweikeimblättrigen Pflanze (Tabak/Karotte) zur oralen Toleranzinduktion im Menschen gegenüber dem HPA1a/b-Polymorphismus. Es wurde die Expression des humanen Glykoproteins GPIIIa in transgenem Tabak als Modellpflanzen systematisch untersucht. Die full-length cDNA von GPIIIa wurde schrittweise verändert und sowohl als native humane Form und als Konstrukt mit geändertem pflanzlichen Signalpeptid und einer Rückhaltesequenz in Pflanzenzellenassays getestet (Protoplastierung). Als subzelluläre Kompartimente der Versuche dienten je nach Konstrukt das Zytosol oder das Endoplasmatische Retikulum der Pflanzenzelle. Die Protoplastenassays erbrachten keinen Nachweis eines rekombinanten Proteins mit GPIIIa-spezifischen mono- und polyklonalen Antikörpern, ein RNA-Nachweis war methodisch nicht möglich. Allerdings konnte die erfolgreiche Transformation durch ein fluoreszierendes Kontrollprotein (GFP) bestätigt werden. Schließlich wurde der HPA1a-Polymorphismus in einem Proteinfragment mit einer Länge von 66 Aminosäuren in einem artifiziellen Gen rekonstruiert. Die Sequenz enthielt zusätzlich einen optimierten Pflanzenpromotor, spezifische sekretorische Signal-, tag- und Rückhaltepeptide und wurde in toto an die Pflanzenkodonusage angepasst. Mit dem Konstrukt wurde eine Tabakpflanzenlinie als Modell stabil transformiert. In den Pflanzen konnte die Integration und vollständige Transkription des synthetischen Gens mit der RT-PCR nachgewiesen werden. Die transgenen Pflanzen wurden mit GPIIIa- und tag-spezifischen Antikörpern mit unterschiedlichen Methoden (Western-Blot, ELISA) untersucht. Es wurden Versuchen zur Immunpräzipitation und Rekonstitution der Disulfidbrückenstruktur im Epitop durchgeführt. In keiner Pflanze konnte rekombinantes GPIIIa-Epitop detektiert werden. Auch der Nachweis eines unreifen Proteins anhand des c-terminalen tag-Peptides gelang nicht. Auffallend war in den Tabakzellen eine starke Kreuzreaktion eines inerten Proteins mit polyklonalen GPIIIa-Antikörpern auf Höhe der Bande des humanen GPIIIa. Es ist denkbar, daß Tabakpflanzen bereits ein GPIIIa-ähnliches Protein ausbilden und bei der Synthese von artfremden humanen GPIIIa das unreife Protein einer Degradation unterziehen oder es zu einem Gene-silencing kommt.
Hochpathogene aviäre Influenza-Viren (HPAIV) entstehen aus niedrig pathogenen aviären Influenza-Viren (LPAIV) durch die Erlangung einer polybasischen Spaltstelle im Hämagglutinin (HA). Diese gilt als Hauptvirulenzdeterminante. Durch die polybasische Spaltstelle kann das HA-Vorläuferprotein ubiquitär durch Subtilisin- ähnliche Proteasen gespalten werden, was zu einer systemischen Infektion führt. Bis jetzt sind in der Natur nur HPAIV der Serotypen H5 und H7 bekannt. Es ist noch unklar, ob die Umgebung der HA-Spaltstelle in der Evolution zum HPAIV angepasst werden muss, oder ob HA vom Serotyp H5 die polybasische HA-Spaltstelle besonders schnell erwerben können und ob die artifizielle Einführung einer polybasischen HA-Spaltstelle in verschiedene LPAIV HA-Serotypen zu einem hochpathogenen Phänotyp führt. Diese drei Fragestellungen wurden in separaten Projekten in der vorliegenden Arbeit untersucht. Vergleiche der HA-Spaltstellenumgebungen zeigten, dass die meisten HPAIV H5- Isolate entweder Serin oder Threonin an Position 323 (H3-Nummerierung) des HA tragen. LPAIV H5-Isolate besitzen dagegen an der korrespondierenden Stelle Valin. Darüber hinaus weisen die meisten LPAIV H5 an Position P2 der HA-Spaltstelle ein Threonin auf. Daher wurde der Einfluss dieser beiden Positionen auf die Virulenz untersucht. Hierzu wurden monobasische und polybasische HA-Spaltstellenmutanten des HPAIV A/Swan/Germany/R65/02 H5N1 (H5/R65) mit Hilfe der reversen Genetik hergestellt. In den in vitro Untersuchungen zeigten alle monobasischen HA-Spaltstellenmutanten den erwarteten Phänotyp eines LPAIV. Beim Wachstumsverhalten führte allerdings Serin zu einer effizienteren frühen Replikation. Außerdem scheint das HA-Spaltmotiv E-R!G, welches bisher in keinem LPAIV H5 gefunden wurde, einen Nachteil gegenüber dem HA-Spaltstellenmotiv E-T-R!G zu haben, welches bei LPAIV H5- Isolaten fast ausschließlich zu finden ist. Dieser Nachteil kann allerdings durch den Austausch von Valin 323 zu Serin aufgehoben werden. Im Gegensatz dazu führte der Austausch von Serin 323 zu Valin im HPAIV H5/R65 zu keinen Unterschieden in vitro. In vivo zeigten mit H5/R65-V infizierte Hühner aber ein verlängertes Überleben. Daher ist anzunehmen, dass Serin an Position 323 zur Virulenz im Huhn beiträgt. Die Evolution vom LPAIV Vorläufer zum HPAIV scheint nicht nur den Erwerb der polybasischen HA-Spaltstelle zu benötigen sondern auch die Veränderung von Regionen außerhalb der Spaltstelle. Um zu untersuchen, ob auch andere LPAIV außer H5 und H7 in der Lage sind, polybasische HA-Spaltstellen zu erwerben, wurden Selektionsversuche durchgeführt. Die HA verschiedener Serotypen (H3, H4, H5, H6, H7, H8, H9) wurden, um möglichst naturnahe Bedingungen zu schaffen, degeneriert mutagenisiert und dann ohne Zugabe einer externen Protease auf Trypsin-unabhängiges Wachstum hin selektiert. Es wurden nur von der monobasischen HA-Spaltstellenmutante des H5/R65 mit degeneriert mutagenisiertem HA, polybasische HA-Mutanten selektiert. Diese Viren zeigten eine ungewöhnliche AS-Komposition an der Spaltstelle, die weder der Wildtyp-Spaltstelle von H5/R65 noch einer natürlich bei HPAIV H5 vorkommenden Spaltstelle ähnelt. Zwei der isolierten Selektanten zeigten in weiteren in vitro Charakterisierungen den Phänotyp eines HPAIV. Da die Selektanten die restlichen sieben Gene und, außer der Spaltstelle, auch das HA mit H5/R65 gemeinsam haben, ist davon auszugehen, dass sie auch in vivo den Phänotyp eines HPAIV zeigen würden. Außerdem scheint es bei H5-Stämmen eine Prädisposition zum leichteren Erwerb einer polybasischen HA-Spaltstelle zu geben, wohingegen andere LPAIV-HA unter naturnahen Bedingungen polybasische HA-Spaltstellen deutlich schwerer erwerben können. Bei A/Chicken/Emirates/R66/02 H9N2 (H9/R66) führte die artifizielle Einführung der polybasischen HA-Spaltstellen eines HPAIV H5 oder H7 allein zwar zu Trypsin- unabhängigem Wachstum in vitro, bei Infektion von Hühnern blieb der Phänotyp aber unverändert niedrigpathogen. Die HA-Reassortante H9/R66+HAH5/R65 führte zur vorübergehenden nicht-letalen Erkrankung mit influenzatypischen Symptomen. Dagegen wies die Reassortante H5/R65+HAH9/R66mutR65 mit einem intravenösen Pathogenitäs-Index von 1,23 den Phänotyp eines HPAIV auf. Dies zeigt, dass ein HPAIV vom Serotyp H9 möglich ist, wenn das HA eine polybasische Spaltstelle erwirbt und einige oder alle anderen Gene von einem HPAIV H5 abstammen.
Arteriosklerose und ihre Komplikationen sind wesentliche Ursachen der Mortalität in Industrienationen. Der „oxidized-LDL-receptor-1“ (LOX-1), der wichtigste endotheliale Rezeptor für proatherogenes oxLDL, ist essentiell an Entstehung und Progression der Arteriosklerose beteiligt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Modulation von LOX-1 durch vasoaktive Substanzen in einem Modell endothelialer Dysfunktion in vitro zu untersuchen. Die Genexpressionsanalyse von eNOS diente zur Validierung des Zellkulturmodells. BK, PGI2 und Adenosin wurden als negative Regulatoren der LOX-1-Expression postuliert. Außerdem wurde die Beteiligung von drei Proteinkinasen an der Regulierung von LOX-1 im Bradykinin-Signalweg durch spezifische Hemmung betrachtet. Es wurden Bradykinin und Prostacyclin als repräsentative periphere Vasodilatatoren und Adenosin als kardialer Vasodilatator gewählt und ihr Einfluss auf die Expression von LOX-1 und eNOS in HUVEC nach 4 und 12 Stunden mittels RT-PCR und Western Blot quantifiziert. In einem Viabilitätstest gab es keinen Hinweis auf zytotoxische Kombinationen der Testsubstanzen. Es konnte gezeigt werden, dass BK und PGI2 eine TNF-α induzierte Überexpression von LOX-1 senken. Es konnte des Weiteren gezeigt werden, dass BK und PGI2 eine TNF-α induzierte Downregulation von eNOS wieder aufheben. Zusätzlich ließ sich nachweisen, dass Adenosin eine TNF-α induzierte Überexpression von LOX-1 senken kann. Eine Beteiligung von p38MAP-Kinase und PI3-Kinase bei der Signaltransduktion der von Bradykinin induzierten Effekte ließ sich nicht nachweisen. In TNF-α induzierten HUVEC unter Rho-Hemmung konnte Bradykinin eine LOX-1 Hochregulierung verhindern. Eine Wirkung von Bradykinin auf einen Rho-Kinase-abhängigen Signalweg der LOX-1-Expression ist somit wahrscheinlich. Eine Beteiligung von BK, PGI2 und Adenosin an der Modulation von LOX-1 konnte in dieser Arbeit nachgewiesen werden und ist in vivo besonders im Rahmen von Prä- und Postkondi-tionierungsprozessen von Interesse. In murinen Modellen ließ sich eine Reduktion der In¬farktgröße in Abhängigkeit der LOX-1-Aktivität bereits nachweisen. Auch in hypertensiven Ratten zeigte Bradykinin einen Einfluss auf die ventrikuläre LOX-1-Proteinexpression. Der Zusammenhang von BK, PGI2, Adenosin und LOX-1 sowie der beteiligten Signal¬¬kaska¬den ist ein Aspekt kardiologischer Grundlagenforschung mit therapeutischem Potenzial.
Hantaviren gehören zu den „Emerging Viruses“ mit einer weltweiten Verbreitung. Sie sind Erreger von Zooanthroponosen und werden von Nagetieren auf den Menschen übertragen. Humane Hantavirusinfektionen können je nach Erreger schwerwiegende Erkrankungen mit einer Letalitätsrate von bis zu 50 % hervorrufen. In den Jahren 2004/2005, 2007 und auch in diesem Jahr wurde in einer Reihe europäischer Staaten, einschließlich Deutschland, ein deutlicher Anstieg der Zahl der humanen Hantavirusinfektionen beobachtet. In Deutschland waren hauptsächlich Baden-Württemberg, Bayern, Niedersachsen und Nordrhein-Westfalen betroffen. Zu den Risikogruppen zählen Personen, welche aufgrund ihres Berufes in engen Kontakt zu dem Reservoirwirt und dessen Ausscheidungs¬produkten kommen und somit auch gegenüber den Viren besonders exponiert sind. Die Hanta¬virus¬diagnostik basiert größtenteils auf serologischen Nachweismethoden wie Enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) und Western Blot-Tests. Um humane Hantavirusinfektionen in Deutschland mit hoher Sensitivität und Spezifität zu diagnostizieren, wurden in dieser Arbeit serologische Testverfahren für die in Europa vorkommenden Hantaviren Dobrava-Belgrad-Virus (DOBV), Puumalavirus (PUUV) und Tulavirus (TULV) etabliert und validiert. Weiterhin wurden Protokolle zur Durchführung seroepidemiologischer Studien und für den Einsatz der neuen Testsysteme in der Diagnostik entwickelt. Gemäß dieser Protokolle wurden die Tests bei seroepidemiologischen Untersuchungen eingesetzt und lieferten Auf¬schluss über die Hantavirusprävalenz in verschiedenen Bevölkerungsgruppen in unter¬schiedlichen Gebieten Deutschlands. Auf der Basis Hefe exprimierter Nukleokapsidproteine (N-Proteine) von PUUV, Stamm Vranica-Hällnäs (PUUV-Vra) und Stamm Niederbayern (PUUV-Bava), DOBV, Stamm Slovenia (DOBV-Slo), und TULV, Stamm Moravia wurden ELISA und Western Blot-Tests zum Nachweis von humanen IgM- und IgG-Antikörpern entwickelt. Die Validierung mit deutschen und internationalen Seren ergab für die neuen Tests eine Sensitivität zwischen 94 % und 100 % und eine Spezifität von 96-100 %. Bei der Validierung der Tests mit Seren aus Finnland erreichte die Sensitivität 89-100 % und die Spezifität 95-100 %. Der Anteil an Seren, bei denen keine eindeutige Einteilung in „reaktiv“ oder „nicht reaktiv“ erfolgen konnte, lag bei maximal 2,7 %. Die indirekten DOBV-Slo- und PUUV-Vra-IgG/IgM-ELISA und Western Blot-Tests wurden durch INSTAND e.V. im März, September 2009 und April, September 2010 zertifiziert. Die TULV spezifischen Tests konnten aus Mangel an Referenztests und damit fehlender Referenzseren nicht validiert werden. Für die epidemiologischen Studien wurde das indirekte ELISA-Format eingesetzt, da das capture ELISA-Format in seiner diagnostischen Sensitivität schlechter als das indirekte Format abgeschnitten hatte. Die jeweiligen Western Blot-Tests und Immunfluoreszenztests dienten als Bestätigungstest. Die seroepidemiologische Studie bei 484 humanen Serumproben aus einem PUUV-Endemiegebiet in Niedersachsen zeigte eine Hanta-virusprävalenz von 7 %. Dieser Wert entspricht etwa dem Vierfachen der durchschnitt¬lichen Prävalenz des gesamten Bundesgebietes (1-2 %). Die Untersuchung von 178 Personen aus einem PUUV-Ausbruchsgebiet in Bayern ergab eine Hantavirusseroprävalenz von etwa 11 %. Interessanterweise waren 40 % der positiv getesteten Seren aus¬schließlich mit dem TULV-Antigen reaktiv. Es wurden auch die Seren von 208 in Bayern statio¬nierten Soldaten untersucht. Obwohl diese zu einer der Risikogruppen gehören, lag die Hantavirusprävalenz lediglich bei 2 %. Dagegen ergab eine Studie bei Wald¬arbeitern aus Branden¬burg dass 9 % der 563 ge¬testeten Personen Hantavirus spezifische Antikörper besaßen. Von diesen waren 43 % aus¬schließlich in den TULV-Tests reaktiv und 33 % reagierten exklusiv mit dem DOBV-Slo-Antigen. Eine ¬epidemiologische Studie bei Primaten aus dem deutschen Primatenzentrum in Göttingen zeigte, dass 12 % von den 251 getesteten Tieren mit mindestens einem der verwen¬deten Antigene reagierten. Dies stellt den ersten Nachweis von natürlichen Hantavirusinfektionen bei Primaten dar. Die Ergebnisse der epidemiologischen Studien zeigen die Bedeutung der Verwendung „homologer“ Antigene für eine hochsensitive serologische Diagnostik. Aus diesem Grund sollte zukünftig das PUUV-Bava Antigen für den serologischen Nachweis von Hantavirusinfektionen in Deutschland eingesetzt werden. Die epidemiologische Bedeutung des TULV muss weiter erforscht werden. Daher sollten bei zukünftigen epidemiologischen Studien die jeweiligen Serumproben auch auf TULV reaktive Antikörper untersucht werden. Mit den hier entwickelten serologischen Testverfahren wird es zukünftig möglich sein, Hantavirusinfek¬tionen mit hoher Sensitivität und Spezifität zu diagnostizieren.
Ausgehend von der Hypothese, dass die präoperative Vorbereitung der Unterarme der Hautantiseptik an den Oberarmen durch die vergleichbare Beschaffenheit der Haut deutlich ähnlicher ist als der Desinfektion der Hände, werden diese beiden Areale mit einem modifizierten Verfahren nach standardisierten Prüfmethoden miteinander verglichen. Es soll untersucht werden, ob es möglich ist, unter Reduktion der Applikationszeit an den Unterarmen entsprechend der Richtlinien der Antiseptik die gleiche Wirkstärke wie zur Vorbereitung vor Injektionen am Oberarm zu erreichen. Diese Wirkstärke wird als zur präoperativen Vorbereitung an den Unterarmen ausreichend postuliert. Zur Prüfung wird ein sowohl für die chirurgische Händedesinfektion als auch für die Hautantiseptik zertifiziertes Präparat auf Ethanolbasis ausgewählt. Das Prüfpräparat wird auf seine Koloniezahlreduktion am Unterarm nach 2,5 min, 30 min und. 3 h, bzw. am Oberarm nach 15 s, 2,5 min und 30 min Einwirkzeit in Anlehnung an die DIN 12791 und die Richtlinien zur Prüfmethodik des VAH für die Hautantiseptik geprüft, um durch den Vergleich der Wirkstärke auf beiden Arealen ein schlüssiges Konzept für die chirurgische Händedesinfektion ableiten zu können. Im Folgeversuch beschränken wir uns im Rahmen einer Pilotstudie auf den Vergleich der Wirkung am Unterarm nach 2,5 min mit der am Oberarm nach 15 s an 12 Probanden. Im Ergebnis ist eine der zertifizierten Wirkung am Oberarm entsprechende Wirkung am Unterarm durch 2 x 5 s andauerndes Benetzen erreichbar. In der ergänzenden Pilotstudie wird am Unterarm nach nur 5 s Applikationszeit im Nachwert nach 2,5 min eine entsprechende Keimzahlreduktion erreicht. Diese bedarf allerdings durch Erhöhung der Stichprobenzahl der Verifizierung. Die Behaarung zeigt keinen Einfluss auf die Desinfizierbarkeit am Unterarm. Als Resultat der Untersuchungen kann eine Änderung der Durchführung der chirurgischen Händedesinfektion empfohlen werden. Die von der DGHM vorgeschriebenen 1,5 min für die Desinfektion der Hände sind an den Unterarmen nicht notwendig. Hier scheint durch 5 s andauerndes Benetzen bereits eine ausreichende Desinfektionswirkung erreichbar. Damit ist eine deutliche Vereinfachung und sichere Standardisierung im Ablauf der chirurgischen Händedesinfektion möglich.
Schon kurze Zeit nach ihrer Entdeckung in den 1950er Jahren wurde bekannt, dass Tetracycline (Tcs) neben ihrer antibiotischen Wirkung auch nicht-antibiotische Effekte zeigen. In dieser Arbeit werden die strukturellen Grundlagen sowohl antibiotischer als auch nicht-antibiotischer Wirkungsweisen der Tetracycline untersucht und miteinander verglichen. Die detaillierte Beschreibung der spezifischen Wechselwirkungen zwischen Tetracyclin und den verschiedenen Proteinen wird durch Röntgen-Strukturanalysen ermöglicht. Phospholipase A2 Spezifische Wechselwirkungen der Tetracycline mit verschiedenen Proteinen sind Ursache nicht-antibiotischer Eigenschaften. Tetracycline beeinflussen durch Inhibierung von Phospholipasen A2 (PLA2), neutralen Matrixmetalloproteinasen oder alpha-Amylasen neben Entzündungen auch eine Reihe von verschiedenen Körperfunktionen. Seit einiger Zeit sind anti-inflammatorische Eigenschaften der Tcs bekannt. Die PLA2 katalysiert die erste Reaktion, die zur Bildung der Eicosanoide führt. Eicosanoide sind hormonähnliche Signalmoleküle, die als Neurotransmitter wirken und an inflammatorischen Prozessen im Körper beteiligt sind. Bei entzündlichen Krankheiten wie Rheuma oder Arthritis wurde eine vermehrte Eicosanoidproduktion beobachtet. Experimentelle Studien zeigten, dass die sekretorische Phospholipase A2 durch das Tetracyclin-Derivat Minocyclin inhibiert wird. Bei Patienten mit rheumatoider Arthritis zeigte die Anwendung von Minocyclin in ersten klinischen Tests signifikante Wirkungen. Die struktuelle Grundlage der Inhibierung der PLA2 durch Minocyclin war bislang unbekannt. Im ersten Teil dieser Arbeit wird die strukturelle Ursache einer nicht antibiotischen Wechselwirkung zwischen einer sekretorischen Phospholipase A2 und Minocyclin beschrieben. Dies ist die erste Röntgenkristallstruktur, die eine nicht-antibiotische Wechselwirkung eines Tetracyclins zeigt und somit deren strukturelle Grundlage erklärt. Die Phospholipase A2 wurde aus dem Gift der Indischen Kobra (Naja naja naja) gereinigt. Dabei konnten im Rahmen dieser Arbeit die ersten Kristalle des PLA2/Minocyclin-Komplexes gezüchtet werden. Die Qualität der Kristalle erlaubte die Sammlung von Röntgendiffraktionsdaten bei 100 K mit einer maximalen Auflösung von 1,65 Å. In der Struktur wird sichtbar, dass Minocyclin im hydrophoben Tunnel der PLA2 bindet, der zum aktiven Zentrum des Enzyms führt. Als Folge dieser Interaktion ist der Zugang für die Substratmoleküle zum aktiven Zentrum blockiert. Das Wissen über die spezifischen Interaktionen zwischen der PLA2 und Minocyclin kann verwendet werden, um eine Leitstruktur zur Entwicklung neuer anti-inflammatorischer Medikamente zu schaffen. Tetracyclin-Repressor Im zweiten Teil der Arbeit wird eine antibiotische Wirkungsweise der Tetracycline strukturell untersucht. Hier soll geklärt werden, welche Interaktionen zwischen dem Tet Repressor der Klasse D (TetR(D)) und dem Tetracyclin entscheidend sind, um den Induktionsmechanismus auszulösen und den β-Turn Typ II zu stabilisieren. Die hier vorgestellten Strukturanalysen des TetR(D)s liefern somit neue detaillierte Informationen zum Induktionsmechanismus. Das Tetracyclin-Derivat Anhydrotetracyclin (AnTc) zeigt die bisher höchste beobachtete Bindungskonstante an den TetR(D). Experimente ergaben dass AnTc in der Lage ist, den Induktionsmechanismus des TetRs auch in Abwesenheit von Magnesium-Ionen auszulösen. Es wurden Röntgendiffraktionsdaten von Komplexen des TetR(D)s mit Anhydrotetracyclin und Mg2+ oder K+ und eines Komplexes von TetR(D) mit AnTc in Abwesenheit von spezifisch bindenden Metallionen gesammelt und ausgewertet. Die Strukturananlyse ermöglicht die Aufklärung der Interaktionen zwischen dem TetR(D) und AnTc und zeigt die Eigenschaften der Metallkoordination. Außerdem wurden die Röntgenkristallstrukturen von TetR(D)-Mutanten untersucht, um weitere Informationen zu den ausschlaggebenden Interaktionen zwischen TetR(D), Tc und dem Metallion während der Induktion zu erhalten. Hierbei war speziell die TetR(D)T103A-Mutante von großem Interesse, da die Seitenkette von Thr103 entscheidend an der Stabilisation des β-Turns Typ II (His100-Thr103) beteiligt ist. Von der TetR(D)T103A-Mutante wurden jeweils mit einem Mg2+-Ion ein Anhydrotetracyclin- und ein Chlortetracyclin-Komplex analysiert. Der TetR(D)T103A-Komplex mit Anhydrotetracyclin zeigt die nicht-induzierte und der Komplex mit Chlortetracyclin weist überraschenderweise die induzierte Struktur des TetR(D)s auf. Die hier beschriebenen Strukturanalysen ermöglichen somit im Vergleich zur bekannten Struktur des TetR(D)s in Komplex mit Tetracyclin und dem physiologisch bevorzugten zweiwertigen Metallion Mg2+, die strukturelle Rolle des Metallions und weiterhin die Bedeutung der Seitenkette von Thr103 für den Induktionsmechanismus aufzuklären.
In the post genomic era, novel “Omics” technologies like genomics and proteomics can be used in powerful screening approaches to provide unbiased lists of candidate genes and proteins and thus facilitate a comprehensive analysis of complex diseases such as cancer, which would not have been possible applying traditional genetic and biochemical approaches alone. During my PhD tenure I applied functional genomics screening technologies including proteomics in combination with traditional biochemical and cell biology approaches in two disease oriented projects: 1. Characterization of the role of BCL11b in Human T cell lymphomas (and) 2. Elucidation of the mechanism of pathophysiology of Johanson Blizzard Syndrome using UBR1 knockout mice and JBS patients’ lymphoblasts cell lines.
1.Characterization of the role of BCL11b in Human T cell lymphomas
: The Bcl11b protein belongs to the C2H2-family of Krueppel-like zinc finger proteins and thus is a member of the largest family of transcription factors in eukaryotes. It was shown to be important for a variety of functions such as T cell differentiation, normal development of central nervous system and DNA damage response. Malignant T cells undergo apoptotic cell death upon BCL11B down-regulation. However, the detailed mechanism of this cell death is not fully understood. Two dimensional difference in-gel electrophoresis (2D-DIGE), mass spectrometry and cell biological experiments were employed to investigate the functional impact of knock down of BCL11B in malignant T cell lines such as Jurkat and huT78. To further confirm the findings of these experiments, changes in protein patterns were also recorded after down-regulation of BCL11B expression in Jurkat cells over expressing BcL-xL and in Jurkat cells over expressing BCL11B. These experiments provide evidence for the involvement of the mitochondrial apoptotic pathway and increased levels of cleavage fragments of known caspase targets such as myosin, spectrin and vimentin were observed after BCL11B knockdown. The findings suggest an involvement of ERM proteins, which were up-regulated and phosphorylated upon BCL11B down-regulation. Besides ERM proteins, PDCD5, a key regulator of apoptosis, was also found at increased levels upon down regulation of BCL11B. Moreover, the levels of several proteins implicated in cell cycle entry, including DUT-N, UCK2, MAT1, CDK6, MCM4 and MCM6 were elevated, which might lead to uncontrolled cell cycle progression, uracil misincorporation and cell death. Interestingly, an inverse regulation pattern, i.e. decreased levels of ERM proteins, DUT-N, UCK2 and PDCD5 was seen upon over expression of BCL11B in Jurkat cells. In summary, proteome analyses revealed several previously unidentified mechanisms which could significantly contribute to the cell death following BCL11B knockdown.
2.Elucidation of the mechanism of pathophysiology of Johanson Blizzard Syndrome using UBR1 knockout mice and JBS patients’ lymphoblasts cell lines
: Johanson-Blizzard syndrome (JBS; OMIM 243,800), which was first described in 1971, is a rare autosomal recessively inherited genetic disorder with a unique combination of congenital abnormalities. The most constant clinical feature of JBS is the loss of exocrine pancreatic function due to progressive destruction of pancreatic acini. Genome wide linkage analysis identified the disease associated locus in the 15q14-q21 chromosome region and high-throughput sequencing of this region revealed several truncated and some missense mutations in the UBR1 gene. UBR1 gene contains 47 exons and spans over 161 kilobases. The UBR1 protein belongs to the E3 ubiquitin ligase family and is an important component of the N-end rule pathway of ubiquitous protein degradation. It was hypothesized that stabilization of direct and unique substrates of UBR1 could be the main cause of the JBS pathophysiology. So far sequencing of the UBR1 gene is the only available diagnostic procedure. However, sequencing might not always allow precise prediction of residual UBR1 activity. Hence, this study was started to develop a protein based diagnostic assay for the detection of subclinical cases of JBS and to identify signalling pathways contributing to the pathophysiology of this complex disorder using a murine UBR1 knockout model. 2D-DIGE proteome analysis was carried out for a comparative evaluation of lymphoblast samples of 14 patients and 11 controls. Principal component Analysis (PCA) clearly discriminated JBS patients from controls. However, 4 JBS patients differed from the rest and resembled controls more closely. Western-blot analysis revealed residual UBR1 levels in these patients, which were linked to a milder phenotype. Hierarchical clustering of the three groups (controls, patients with residual UBR1 levels and patients without UBR1) showed group-specific characteristic differences in the abundance of differentially regulated proteins. Quantification of a panel of five selected protein spots encompassing Interferon-induced GTP binding protein, HLA class II histocompatibility antigen, Annexin A6, FK506-binding protein 4 and GRP78 permitted discrimination of controls and JBS patients with mild phenotypes. Of note, the molecular chaperones GRP78 (BiP) and FK506BP were consistently altered in level in JBS patients and probably constitute UBR1 dependent substrates. This suggested JBS as an ER-stress related disease also indicating a possible way of therapeutic intervention. Comparative proteome analysis of UBR1 knockout and wild type animals after caerulein treatment revealed a significant accumulation of pancreatic proteases such as chymotrypsin B, anionic trypsin and pancreatic elastase in animals lacking UBR1. Furthermore, an up-regulation of ER-stress proteins and inflammation related proteins was observed. Phenotypic characterisation revealed in UBR1 knockout animals significantly increased lipase levels, a significantly increased histological score and significantly increased elastase activity 8h after the onset of pancreatitis. In isolated pancreatic acini of UBR1 knockout animals we found a significant increase in intracellular elastase activation upon supramaximal CCK stimulation, which was associated with a significant rise in the rate of necrosis explaining the more severe phenotype in the UBR1 knock-out animals. A TUNEL assay showed that there was more apoptosis in wild type compared to UBR1 knockout mice. Another set of experiments was designed to identify physiologically important substrates of UBR1. Inhibition of such substrates might then in turn allow reversion or prevention of the severe form of pancreatitis in UBR1 knockout mice. However, using the trypsin specific and reversible inhibitor S-124 it was shown that impaired trypsin degradation and thereby prolonged activation of this protease did not critically influence the phenotype. Calcium analysis after physiological stimulation revealed an increase of pathological Ca2+ signalling events, i.e. significant decrease of spike number and significant increase of spike duration. Of the candidates potentially influencing Ca2+ signalling RGS4 turned out to be of particular importance. Pre-incubation of pancreatic acini of UBR1 knockout animals with a specific RGS4 inhibitor (CCG-4986, 10 µM) normalized Ca2+ patterns, did not affect trypsin activity itself but prevented Ca2+-triggered premature trypsin activation and thus acinar disintegration. In summary, using lymphoblasts samples of JBS patients we were able to deduce a protein panel which could be developed as a possible diagnostic tool for confirmation of JBS syndrome. Furthermore, using UBR1 knockout mice in an experimental model we were able to elucidate the vital function of UBR1 and its direct substrate RGS4 in the defense against pathologic pancreatic damage thereby manifesting JBS as an inflammatory disorder due to an inadequate UBR1 mediated defense.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, durch den Vergleich von zwei unterschiedlichen Systemen in der Kariesentfernung, die möglichen Vor- und Nachteile zwischen diesen Systemen zu ermitteln. Verglichen wurden die konventionellen Hartmetallrosenbohrer mit neuentwickelten kunststoffbeschichteten SmartPrep™ Bohrern. Als Vergleichsparameter sollten die verbliebene Restkaries nach der Exkavation (Schliff- und Zahnebene), die benötigte Zeit des kompletten Exkavationsvorgangs sowie eine Abschätzung der wirtschaftlichen Nutzung dienen. Für die Untersuchung wurden 30 extrahierte, permanente menschliche Zähne mit Dentinkaries und möglichst gleichen Defekten verwendet. Diese wurden in zwei Gruppen mit jeweils 15 Zähnen aufgeteilt. Zur Optimierung und Schaffung möglichst gleicher Bedingungen, wurde unbedingt darauf geachtet, dass auch die Kariesentfernung mit den konventionellen Rosenbohrern nach der Gebrauchsanweisung der SmartPrep™ Instrumente erfolgte. Im Gegensatz zur klassischen Vorgehensweise begann die Kariesexkavation im Zentrum der Kavitäten. Ein zügiges überkappen und verschließen bei Pulpenexposition wäre hier nicht möglich gewesen. Nach der Kariesentfernung wurde bei beiden Systemen die Behandlung bei ausreichender Sondierungshärte beendet. Im Anschluss daran wurden die Zähne eingebettet und Dünnschliffpräparate von 400 mm Dicke angefertigt. Diese Präparate wurden dann mit einem Kariesdedektor angefärbt und 60 Sekunden später mit Wasser abgespült. Mit Hilfe des Auflichtmikroskops wurden die Präparate mit einer Videokamera als Standbilder in das PC-Programm AnalySIS übertragen. Danach wurden die angefärbten Flächen und die Längen der behandelten Kavitätenränder beider Versuchsgruppen vermessen und miteinander ins Verhältnis gesetzt. Daraus konnte die Tiefe der verbliebenen Restkaries ermittelt werden. Bewertet wurden die maximale und die durchschnittliche Länge, Fläche und Tiefe der Restdentinkaries auf Schliff- und auf Zahnebene. Alle ermittelten Ergebnisse zeigten keine signifikanten Unterschiede zwischen beiden Systemen. Aus wirtschaftlicher Sicht ist die Verwendung von Hartmetallrosenbohrern primär günstiger. Das schonendere Verfahren in Bezug auf eine mögliche Überexkavation lag aber im SmartPrep™ System.
Es wurden die Untersuchungsbefunde aus Sonografie, Nuklearmedizin, Röntgen, Ureterdynamik und Urethrozystoskopie bei 24 Kindern, die im Zeitraum zwischen 1995 und 2002 auf Grund eines angeborenen Megaureters mit vorliegender oder drohender Nierenfunktionseinschränkung zweizeitig operativ behandelt wurden, ausgewertet. Die Patienten waren zum Zeitpunkt der Erstoperation durchschnittlich 3 Monate alt. In der Erstoperation erfolgte die Anlage einer temporären distalen, kutanen Ureterostomie. Nach einem Intervall von ca. 20 Monaten, in dem regelmäßige Kontrollen von Nierenfunktion und Harnabfluss erfolgten sowie Nierenbecken-/Ureterweite und Transporteigenschaften des Harnleiters beurteilt wurden, erfolgte die Zweitoperation als Ureterzystoneostomie nach POLITANO-LEADBETTER. Die Beurteilung der Harnleitertransporteigenschaften erfolgte durch Ureterdynamik, ein modifiziertes urodynamisches Verfahren, bei dem durch Druck-Fluss-Messungen Aussagen über Peristaltik, Peristaltikrichtung und Tonisierung des Harnleiters bei Volumenbelastung möglich sind. Damit konnten Aussagen zur Harnleitermaturation getroffen werden und der geeignete Zeitpunkt für die Zweitoperation wurde bestimmt. Durch das zweizeitige operative Verfahren konnten Verbesserungen im Hinblick auf Harnabflussbehinderung, Nierenbecken-/Ureterweite und vor allem Transporteigenschaften des Harnleiters erzielt werden. Zweitzeitige Verfahren sind inzwischen besonderen Fragestellungen vorbehalten. Insgesamt wird bei kongenitalen Megaureter zunehmend ein konservatives Vergehen favorisiert.
Bacillus licheniformis is one of the most important hosts used in the biotechnological industry for the production of technical enzymes, antibiotics and a number of biochemicals. Although this bacterium has been used for a long time as an expression host, only little information on expression systems of this host is available. An expression system could be controlled by a cell density signal, a specific chemical inducer or a thermal shift. A limiting substrate such as glucose or phosphate limitation is suggested to use as the signal for the induction of an expression system. When B. licheniformis cells are subjected to nutrient limitation conditions, numerous genes involved in the metabolism of alternative nutrient sources are induced in order to keep cell survival. Therefore, the main topic of this study was to identify and investigate the regulation of genes or operons which are strongly induced in B. licheniformis cells grown under nutrient limitation conditions in order to apply for the construction of potential new expression systems. The research includes studies on the regulation of genes which are responsible for the acetoin and 2,3-butanediol utilization in B. licheniformis cells grown under glucose limitation conditions. Furthermore, we also analyzed the regulation of phytase gene expression as well as investigated the function of a putative ribonuclease expressed in B. licheniformis under phosphate limitation conditions. From this study, it was shown that in B. licheniformis, the utilization of acetoin and 2,3-butanediol was mainly mediated by enzymes encoded by the acoABCL operon. The transcription of this operon was regulated by sigma L transcription factor and was induced by acetoin. The acuABC operon was suggested to play as an indirect regulatory role for the acetoin utilization in B. licheniformis. This operon was controlled by a typical sigma A dependent promoter, however, acetoin was not an inducer for its expression. Furthermore, the regulation of phytase gene expression was suggested to be controlled by PhoPR-two component systems. The results showed that phytate, which is the substrate of phytase enzyme, was not an inducer for the expression of phy gene. However, growth experiments revealed that phytate served as a good alternative phosphate source for the growth of B. licheniformis cells under these conditions. Finally, the inactivation of BLi03719 gene, coding for a putative ribonuclease, resulted in an increase of the total RNA concentration of B. licheniformis cells grown in phosphate limited medium. However, the mutation did not affect the expression of the heterologous reporter gene. Therefore, it could be speculated that the putative ribonuclease BLi03719 plays a role in ribosomal RNA degradation under these conditions.
Tobramycin und Imipenem sind zwei im klinischen Alltag häufig eingesetzte Medikamente, insbesondere in der Therapie einer Sepsis. Antibiotika können neben der antimikrobiellen Wirkung, anti-/proinflammatorische Effekte haben. Die klinische Relevanz dieser Studie besteht darin, einen Beitrag zum weiteren Verständnis der Wirkungen einer antibiotischen Therapie zu leisten. Potentielle Nebenwirkungen bei der Auswahl einer Antibiose mit dem Wissen, dass die intestinale Mikrozirkulation die wichtigste Rolle bei der Entwicklung eines septischen Organversagens spielt, sollten gezielt untersucht werden. Dazu wurden intravitalmikroskopische Untersuchungen der Darmwand am terminalen Ileum der gesunden Ratte durchgeführt. Die Vitalparameter wurden erfasst, der intestinale mikrovaskuläre Blutfluss gemessen. Zu Beginn und zum Abschluß des Experimentes wurden die Zytokinspiegel bestimmt. Imipenem in Kombination mit Cilastatin verminderte die funktionelle Kapillardichte und den intestinalen mikrovaskulären Blutfluss in der gesunden Ratte, die Leukozyten–Endothel-Interaktion war vermindert. Tobramycin hatte keine Auswirkungen auf die funktionelle Kapillardichte. In den postkapillären Venolen waren vermehrt aktivierte Leukozyten nachweisbar. Weder Imipenem noch Tobramycin hatten Auswirkungen auf die Makrohämodynamik. Die Zytokinspiegel blieben, mit Ausnahme von erniedrigten IL-10-Spiegeln nach Tobramycingabe, unbeeinflusst. Es ist bekannt, dass Imipenem und Tobramycin neben ihren antibiotischen Wirkungen auch immunmodulatorische Fähigkeiten haben. Die reduzierte Kapillardichte in der gesunden Ratte nach Zienamgabe könnte durch die Auswirkungen des obligat mit Imipenem kombinierten Zusatzstoffs Cilastatin erklärt werden. Der erhöhte Anteil an fest adhärenten Leukozyten nach Tobramycingabe stützt die bekannten, teils kontrovers diskutierten, Einflüsse von Aminoglykosiden direkt auf Leukozyten. Inwiefern diese Effekte durch die Antibiose auf die kommensale Besiedlung verursacht werden, lässt sich durch die vorliegende Arbeit nicht klären. Weitere tierexperimentelle Arbeiten sollten die kombinierten Stoffe Imipenem und Cilastatin getrennt untersuchen.
Staphylococcus (S.) aureus is the most common cause of nosocomial infections and the species is becoming increasingly resistant to antibiotics. In contrast, about 35% of the healthy population are colonized with S. aureus in the anterior nares. The genetic make-up of this species is highly diverse. Mobile genetic elements comprise about 15% of the S. aureus genome. They encode many virulence factors like the 21 different known staphylococcal superantigens (SAgs), highly potent activators of T lymphocytes. Besides their well known causative role in food poisoning and toxic shock syndrome, information about SAg involvement in pathogenesis is limited. On the other hand, the human host and its immune response are also highly diverse. This study focuses on SAgs, because they are potent virulence factors that are highly diverse and therefore mirror of the variability of the species S. aureus. The goals of this work were (i) to identify virulence determinants by comparing the prevalence of SAg genes and phages among colonizing and invasive S. aureus isolates and to correlate it with the clonal background, (ii) to determine the prevalence and the development of anti-SAg antibodies in healthy S. aureus carriers and noncarriers as well as in bacteremia patients, and (iii) to elucidate the reasons for the selective lack of neutralizing serum antibodies specific for a subgroup of SAgs, the egc SAgs. In search for a molecular-epidemiological associations between SAgs and different diseases caused by S. aureus we investigated the distribution of SAg genes and/ or bacteriophages and correlated this with the clonal background, determined by spa genotyping. The analysis of more than 700 S. aureus isolates from nasal colonization, bacteremia or furunculosis revealed that SAg-encoding mobile genetic elements and bacteriophages were strongly associated with the clonal background. As a consequence, each clonal lineage was characterized by a typical SAg gene and phage repertoire. Therefore, we suggest that the simultaneous assessment of virulence gene profiles and the genetic background strongly increases the discriminatory power of genetic investigations into the mechanisms of S. aureus pathogenesis. However, we found no association of SAg genes with bacteremia or furunculosis. While functional neutralization assays closely mimic the protective action of anti-SAg antibodies in vivo, they are labor-intensive and time-consuming. A fast and easy method for the simultaneous quantification of antibody binding to multiple staphylococcal antigens is the Luminex® technology. Using serum samples from persistent carriers and noncarriers we showed a strong correlation between antibody binding and neutralizing capacity against the SAg TSST-1. This assay confirmed the astonishing lack of antibodies against egc SAgs in healthy carriers and noncarriers, which was previously described by Holtfreter and coworkers. Since colonization is probably not sufficient to induce a robust antibody response as revealed by experimental colonization with S. aureus, we propose that (minor) infections are required to induce the high titers of non-egc SAg-neutralizing antibodies in healthy adults. To test this, we investigated whether SAgs elicit a neutralizing antibody response during S. aureus bacteremia. At the acute phase of the disease most patients already had neutralizing antibodies against non-egc SAgs, and antibody titers frequently increased during infection. Notably, egc SAgs did not elicit a boost or de novo generation of specific antibodies. The “egc gap” in the antibody response, which has now been shown in healthy adults, as well as following systemic infection with S. aureus, is astonishing. After all, egc SAgs are by far the most prevalent SAgs. In search for an explanation, the intrinsic properties of three recombinant egc (SEI, SElM, SElO) and non-egc SAgs (SEB, SElQ, TSST-1) were compared in depth. Egc and non-egc SAgs were very similar with regard to induced T cell proliferation, cytokine profiles, and gene expression of human immune cells. However, there was a striking difference in the regulation of the two groups of SAgs by S. aureus in bacterial culture. We conclude that the differential regulation of egc and non-egc SAg has an impact on the immune response. But how are SAgs regulated by S. aureus during its interaction with the host? Up until now most research on regulation of virulence factors has been performed in vitro. The immune response can help to shed light on this problem, because it is an exquisitely specific sensor for the exposure to different antigens. The high prevalence of neutralizing serum antibodies against non-egc SAgs indicates that most healthy adults have been exposed to these toxins during their encounters with S. aureus. For egc SAgs this remains an open question. However, initial data indicate that the egc SAg genes are transcribed during nasal colonization.
Die Transkription von Genen der Phospholipidbiosynthese in S. cerevisiae wird durch ein ICRE (inositol/choline responsive element) genanntes UAS-Element aktiviert, welches durch die Phospholipid-Vorstufen Inositol und Cholin (IC) gesteuert wird. ICRE-Motive werden durch ein Heterodimer der bHLH-Proteine Ino2 und Ino4 erkannt, wobei Ino2 über zwei Transkriptionsaktivierungsdomänen (TAD) die Expression vermittelt, während Ino4 dem Kernimport des Komplexes dient. Negativer Regulator ist Opi1, der mit Ino2 interagiert. SUA7 (TFIIB) wird durch die Interaktion mit Ino2 an den Promotor rekrutiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Untersuchungen durchgeführt, um ein Heterodimer aus heterolog exprimiertem Ino2 und Ino4 über chromatographische Methoden zu reinigen. Es wurde eine affinitätschromatographische Strategie entwickelt, die es gestattet, epitopmarkiertes Ino2 und Ino4 von einem Großteil der Fremdproteine abzutrennen. Mit größeren Zellmengen könnte es künftig gelingen, ein Ino2/Ino4-Heterodimer zu reinigen und es nach Kristallisierung zusammen mit einem ICRE-Motiv einer Röntgenstrukturanalyse zugänglich zu machen. Unter Verwendung genomischer Sequenzdaten von S. cerevisiae wurden in dieser Arbeit weitere Gene identifiziert, die ICRE-Motive in ihrer Promotorregion tragen, aber keine offensichtliche Rolle bei der Phospholipidbiosynthese spielen. Untersuchungen zeigten, dass die ICRE-tragenden Gene FAR8, RSF1, YEL073C und URA8 relativ stark, die Gene ARG4, ERG20, GPD2 und VHT1 nur moderat durch IC beeinflusst werden. Für das in S. cerevisiae stark IC-abhängige INO1 Gen (50-fache Derepression bei IC-Mangel) wurde gezeigt, dass drei distinkte ICRE-Motive für diese Regulation verantwortlich sind. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden mit Transkriptomanalysen anderer Gruppen verglichen und die Aussagekraft von in silico-Recherchen bewertet. Candida albicans ist eine opportunistisch pathogene Hefe. Auch C. albicans ist in der Lage, Inositol, Cholin und Fettsäuren de novo zu synthetisieren. Ein Funktionshomolog zu INO1, das CaINO1, vermag eine entsprechende Nullmutation in S. cerevisiae zu komplementieren. Ebenso wurden in C. albicans die Gene CaCHO1, CaFAS1 und CaFAS2 für die Synthese von Cholin bzw. Fettsäuren identifiziert. Ferner besitzt C. albicans das dem Opi1-Protein strukturell und funktionell ähnelnde CaOpi1, welches ebenfalls in der Lage ist, eine IC-abhängige Genregulation in S. cerevisiae zu vermitteln. Die in silico Identifikation potentieller C. albicans Orthologer zu INO2 sowie zu INO4 gab Anlass zu der Annahme, dass die Regulation der Phospholipidbiosynthese in S. cerevisiae und C. albicans konserviert vorliegt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein unkonventionelles Intron im mutmaßlichen CaINO4 Gen identifiziert und durch RT-PCR eine intronfreie cDNA des CaINO4 Gens erhalten. Mit den Produkten der mu tmaßlichen Gene CaINO2 und CaINO4 wurden Protein/DNA- und Protein/Protein-Interaktionen untersucht und mit der Situation in S. cerevisiae verglichen. CaIno2 und CaIno4 sind in der Lage zu heterodimerisieren und an ICRE-Motive aus S. cerevisiae zu binden, jedoch konnte keine Bindung an den CaINO1 Promotor gezeigt werden. Weiterhin ist das Heterodimer der C. albicans-Proteine in der Lage, einer S. cerevisiae ino2 ino4 Doppelmutante ein Wachstum auf IC-freiem Medium zu ermöglichen. Keines der Gene kann jedoch allein die jeweils entsprechende ino2 oder ino4 Einfachmutation komplementieren. Weder CaIno2 noch CaIno4 interagieren mit CaOpi1, hingegen interagiert CaIno2 mit Opi1, ebenso CaOpi1 mit Ino2. Ferner interagiert CaIno2 wie auch CaIno4 mit CaSua7, nicht jedoch mit Sua7. Es konnte keine Interaktion zwischen Ino2 bzw. Ino4 mit CaIno4 bzw. CaIno2 festgestellt werden, ebensowenig eine Homodimerisierung der Proteine. Ähnlich wie Ino2 enthält auch CaIno2 zwei Transkriptionsaktivi erungsdomänen an entsprechenden Positionen und vergleichbarer Aktivierungsleistung. Es gelang im Rahmen dieser Arbeit nicht, homozygote Mutationen der Gene CaINO2 und CaINO4 durch Gendisruption in die diploide Hefe C. albicans einzuführen, es konnten lediglich heteroallele Mutanten hergestellt werden. Dieser Befund ist ein Hinweis auf eine Rolle von CaIno2 und CaIno4 bei der Aktivierung essentieller Gene in C. albicans. Daher wurde mit Genaktivierungstests nach der CaIno2/CaIno4-Konsensusbindesequenz gesucht und diese dann verwendet, um potentielle Zielgene in silico zu identifizieren. Als Konsensussequenz wurde das Motiv BWTCASRTG erhalten. Dieses Motiv wurde weder vor CaINO1, CaFAS1 oder CaCHO1 gefunden, jedoch zeigte sich eine deutliche Häufung des UAS-Elements vor mitochondrialen Genen, vor Genen der Ergosterolbiosynthese und besonders vor einer Vielzahl von Genen ribosomaler Proteine. Es kann aus diesen Daten gefolgert werden, dass CaIno2 und CaIno4 für die Aktivierung anderer, vermutlich essentieller Zielgene erforderlich sind als ihre Orthologen aus S. cerevisiae, während CaINO1 durch bisher unbekannte Faktoren reguliert wird.
Die Magen-Darm-Passage von Arzneiformen ist ein komplexer Vorgang, der durch starke Variabilität gekennzeichnet ist. Die Inhomogenität der Passagebedingungen betrifft sowohl die physiko-chemischen Eigenschaften des Milieus der einzelnen Abschnitte des Magen-Darm-Traktes als auch deren spezifische Motorik und kann das Wirkstoffabgabeverhalten fester peroraler Arzneiformen beeinflussen. Die Komplexität der Gegebenheiten in vivo macht es notwendig, die peroralen Arzneiformen hinsichtlich der Applikationsbedingungen zu optimieren, um ein gezieltes Wirkstoffabgabeverhalten und somit die therapeutische Wirkung bei Patienten zu erzielen. Dies gilt besonders für Arzneiformen mit modifizierter Wirkstofffreisetzung, die gewöhnlich hohe Dosen von Arzneistoffen enthalten. Die Wirkstoffabgabe und somit die Anflutung in die systemische Zirkulation werden bei solchen Präparaten von der Arzneiform determiniert. Deswegen erscheint die zuverlässige Funktion der Arzneiform von essentieller Bedeutung für die Sicherheit und Optimierung der Therapie. Die Untersuchung des Wirkstoffabgabeverhaltens einer Zubereitung wird vor Anwendung am Menschen laut Arzneibüchern in so genannten Freisetzungstests überprüft. Basierend auf den physiologischen Erkenntnissen wurde versucht die Freisetzungstests an die physiologischen Verhältnisse stärker anzupassen. In zahlreichen Studien wurde der Einfluss der Freisetzungsmedien auf das Freisetzungsverhalten der Arzneiformen erforscht. Diese Adaptation der Freisetzungsuntersuchung an die physiologischen Verhältnisse wurde bereits im Arzneibuch in Form von „biorelevanten Freisetzungsmedien“ berücksichtigt. Die Relevanz des Einflusses der Hydrodynamik und der Mechanik des Magen-Darm-Traktes auf das Freisetzungsverhalten der Arzneiformen ist zwar akzeptiert aber unzureichend untersucht. Zum Anfang dieser Arbeit wurde eine Hypothese formuliert die besagt, dass vor allem die mechanischen Aspekte der Magen-Darm Passage, aber auch der unterbrochene Medienkontakt das Freisetzungsverhalten fester peroralen Arzneiformen mit modifizierter Wirkstofffreisetzung beeinflussen können. Die Stressfaktoren konnten in den bisher entworfenen Testverfahren und Arzneibuchmethoden nicht auf biorelevante Weise simuliert werden. Deswegen wurde in dieser Arbeit ein Freisetzungstestgerät entwickelt, das vermag, die mechanischen Aspekte der GI-Passage monolithischer Arzneiformen realistisch nachzubilden. Die Konstruktion ermöglicht eine parallele Simulation von GI-spezifischen Druckverhältnissen, Diskontinuität und Intensität der physiologischen Transportvorgänge und des unterbrochenen Kontaktes der Arzneiformen zu den Freisetzungsmedien. Das Gerät ist geeignet, vor allem die monolithischen Arzneiformen wie zum Beispiel Tabletten oder Kapseln mit modifizierter Wirkstofffreisetzung zu testen. Im Laufe der Arbeit wurden entsprechende Testprogramme etabliert, die die kritischen Momente der GI-Passage von Arzneiformen simulieren. Die Programme sind Kombinationen aus Ruhephasen, die durch kurze Stressereignisse unterbrochen werden. Die zeitliche Abfolge der Stressphasen wurde so programmiert, dass die physiologischen Passagezeiten der Arzneiformen realistisch imitiert werden. Die Intensität der Stressereignisse wurde dabei so definiert, dass die Maxima der physiologisch relevanten Belastungswerte nachgebildet werden können. Gezeigt wurde, dass die Simulation des biorelevanten Stresses der Magen-Darm-Passage sowohl in Form von Transportvorgängen als auch variablen Druckverhältnissen die Freisetzungscharakteristika der getesteten Retardarzneiformen bedeutend beeinflusste. Die Ergebnisse belegen, dass die mechanische Beständigkeit der hydrophilen Matrixtabletten von entscheidender Bedeutung für deren Freisetzungsverhalten in vitro und in vivo ist. Ferner wurde gezeigt, dass durch Simulation nüchterner Passagebedingungen das In vivo-Freisetzungsverhalten einer Modellarzneiform nachgebildet werden kann. Die Testergebnisse weisen darauf hin, dass die starken Fluktuationen der Plasmaspiegel durch die Anfälligkeit der Arzneiform auf den biorelevanten Stress hervorgerufen werden. Diese Anfälligkeit scheint eine der wichtigsten Ursachen für arzneiformbedingte Interaktionen darzustellen, besonders für dose dumping in vivo, und kann unter Anwendung der offiziellen Methoden nicht erfasst werden. Gezeigt wurde, dass durch den Einsatz des biorelevanten Freisetzungs-Testgerätes die risikobehafteten Formulierungen mit unerwünschter Wirkstoffsfreisetzungscharakteristik in einem einfachen Testverfahren identifiziert werden können. Nachgewiesen wurde, dass die Veränderungen der Freisetzungscharakteristika der Arzneiformen, die durch die Stressereignisse biorelevanter Intensität ausgelöst werden, eine klinische Relevanz aufweisen. Nunmehr wurde die Einsetzbarkeit des Gerätes in den Screeninganalysen von bioäquivalenten Produkten bestätigt.
Zielsetzung: Analyse der Tötungsdelikte einer bestimmten Region Mecklenburg-Vorpommerns mit dem Ziel, sich mit den pauschalen Auffassungen auseinanderzusetzen, die Zahl dieser Vorfälle habe nach der politischen Wende im Jahre 1989 zugenommen, und es sei „eine Brutalisierung“ eingetreten. Methodik: Der vorliegenden Arbeit wurden vollendete, vorsätzliche Tötungsdelikte aus dem Einzugsgebiet des Instituts für Rechtsmedizin der Universität Greifswald für den Zeitraum 1970 bis 2007 zu Grunde gelegt. Dazu wurden 11852 Sektionsprotokolle durchgesehen und die Tötungsdelikte herausgesucht. Es handelt sich um eine retrospektive Analyse. Ergebnisse. Es wurden 470 Fälle, in denen die Opfer vorsätzlich getötet worden waren, registriert. In den Jahren von 1970 bis 1999 war, das Einzugsgebiet des Instituts für Rechtsmedizin Greifswald betreffend, eine Zunahme der vorsätzlichen Tötungsdelikte zu beobachten, wobei in den ersten zehn Jahren nach der politischen Wende die meisten Tötungsdelikte der untersuchten vier Jahrzehnte verübt wurden. Die stumpfe Gewalt war die häufigste zum Tode führende Gewalteinwirkung. Die Opfer vorsätzlicher Tötungsdelikte waren zumeist Männer, ihr Anteil war nach der politischen Wende signifikant erhöht. Während vor der politischen Wende etwa 1/3 der Opfer unter Alkohol standen, betraf dies nach der politischen Wende etwa die Hälfte der Opfer. Die Täter waren überwiegend männliche Einzeltäter. Die Häufigkeit stumpfer Gewalt, begangen von zwei und mehr Tätern, nahm über die Jahrzehnte zu. Kindstötungen wurden zu 74,3% vor der politischen Wende begangen. Nach der politischen Wende wurden mehr Säuglinge getötet, kein Opfer verstarb aufgrund von Vernachlässigung. 64,3% der Tötungsdelikte mit Suizid/ Suizidversuch des Täters ereigneten sich vor der politischen Wende. Schlussfolgerung: Die Untersuchung ergab, dass es in den 90-er Jahren zu einer signifikanten Zunahme der vorsätzlichen Tötungsdelikte im Einzugsgebiet der Rechtsmedizin Greifswald gekommen ist. Ebenso war ein „Brutalisierung“ in der Nachwende zu verzeichnen.
Eight hundred and fifty two students with an age range 9-13 years (mean 10.34, SD±0.56, 48% females) were recruited from the fifth grade students of different 19 primary schools in Greifswald and East Pomerania. In conjunction with the compulsory dental community examination, additional data were collected with two questionnaires for the children and their parents. Newly generated items were taken from the children’s questionnaire to form short scales for oral health-related knowledge, behaviour, attitudes. Parents’ questionnaire contains questions on socio-economic status (SES) and child’s health. The response rate was 93.2%; 78.8% for children; parents, respectively. Results: The distribution of DMFT values was highly polarized with most of the children (71%) exhibiting no carious defects, fillings or missing teeth in the permanent dentition with a mean of 0.6 ±1.2. There was a significant correlation between DMFT and social class levels (rs=-0.19, p=0.001) with mean DMFT values of 0.9 ± 1.3, 0.6 ±1.1 and 0.4 ± 0.9 for the low, medium and higher social strata, respectively. There was a clear correlation between the dental attitude and dental behaviour (rs=0.32, p=0.003). However, correlations between knowledge vs. attitude and knowledge vs. behaviour were loose. A statistically significant correlation between DMFT and dental behaviour was found (rs=-0.15, p=0.003). It should be noted that children with higher self-esteem were found to have significantly higher dental awareness scores (rs=0.19, p=0.001). General health was a significant predictor for caries incidence (rs=0.08, p=0.01). The frequency of drinking lemonade or ice tea and eating salty snacks (chips, nuts) showed clear correlations with the DMFT (rs=0.17 and 0.13, p<0.01). Prolonged daily TV watching was associated directly with DMFT values (rs=0.13, p=0.001). A significant correlation was found between caries and smoking, even after adjusting for age (rs=0.1, p=0.002). Smoking children had a significantly higher DMFT rate than children who were not smokers with a mean DMFT of 0.9 ±1.5 vs 0.6 ±1.2 (p=0.004). Interestingly, each of prolonged TV watching, more lemonade drinking and smoking were correlated directly with the low socioeconomic status (Spearman correlation coefficient of 0.13, 0.2 and 0.17, respectively, p<0.05). Regarding malocclusion, 64% the subjects had at least one type of anomaly. Crowding and maxillary overjet represented the major proportion 28% and 23%, respectively. Males exhibited significantly higher increased overbite scores than females p=0.04. Whereas the prevalence of crowding was more common in females than males (p=0.05). Amazingly, more malocclusion was registered in children with caries-free primary teeth when compared to children with carious primary teeth (p=0.05). No significant differences in the mean of dmft or DMFT value were found between normal and non normal occlusion (p>0.05). Undergoing to orthodontic treatment was associated with significantly higher dental awareness scores (p=0.003). No correlation between socio-economic status and malocclusion was registered. Conclusion: This thesis confirms the decline and polarisation of dental caries. Dental behaviour was mostly independent of dental knowledge, but depended on dental attitude. Higher scores in dental behaviour resulted in lower DMFT scores; possibly, oral health promotion should strengthen attitude and actual behaviour instead of knowledge. Higher scores in self-esteem and general health connected with lower caries incidence and higher score in dental awareness. Social inequalities was strongly linked with health inequalities with more prevalence of caries, smoking, prolonged TV watching, wrong diet habits and less sealants application among children of low SES. Hence, oral health-related interventions in children sample should be directed at the social structures with more incorporating of oral health promotion programs into other general health promotion programs. This thesis suggests that; the establishment of healthy behaviours such as a regular teeth brushing at school could be one of the most successful ways to involve all children especially children of low SES in dental care. Malocclusion traits were very common in this sample. This underlines the need for more orthodontic preventive programs among children, in order to reducing the risk factors of malocclusion. The association between prevalence of malocclusion and socio economic status could not be established. No generalised conclusion could be drawn about the relationship between caries and malocclusion.