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Clear cell renal cell carcinoma is the most frequent malignant kidney tumor in adults. It is often associated with biallelic VHL mutations. We characterized our cell lines according to their HIF expression pattern. Cell lines RCC4, UOK-220 and CaKi-2 were assigned to subtype H1H2, cell lines 786-O and A-498 were assigned to subtype H2 and cell lines CaKi-1 and Rc-124 were assigned to subtype VHLwt.
Previous work of our group had shown, that p53 can be activated in ccRCC following irradiation but is not able to induce apoptosis. An important link to p53 activity with strong antiapoptotic qualities is the NFB pathway, which can be activated e. g. by irradiation.
We irradiated the three subtypes previously established as well as two control cell lines, SAOS-2 (p53 negative cell line) and HEK 293 (contains functioning p53) with 2 Gy and 10 Gy and analyzed several proteins of the pathway by using western blots. Several target genes with antiapoptotic qualities were analyzed by using rt-PCR.
We found, that out of the cell lines analyzed, both control cell lines (SAOS-2, HEK 293) showed the strongest response (activation of the NFB pathway) following irradiation. Among the three ccRCC subtypes the VHLwt cell lines showed the strongest response. H2 cell lines showed almost no response at all.
A connection between the missing ability of p53 to induce apoptosis and an induction of transcription factors by the NFB pathway could not be determined. We also could not determine biological differences between the subtypes.
We analyzed, whether any NFB proteins were present in the nucleus following irradiation and found, that only p50 homodimers were present in the nucleus. This might point towards p50 homodimers, which have been described to have different characteristics than heterodimers. More research is needed to analyze this important finding.
Recent experimental campaigns in the Wendelstein 7-X stellarator, a
plasma-confining device designed to investigate the Magnetic Confinement Fusion
(MCF) approach to generating electrical power, have shown that the injection of
fuelling pellets had an unexpected and considerable impact on the performance of
the plasma. Rather than simply refuelling the device and `diluting' the plasma
energy, pellet injection is followed by a significant increase in the ratio of
the ion temperature to the electron temperature. It has been suggested that this
is not merely due to the improved confinement following the reduction of
turbulent transport after the pellet material has homogenised with the bulk
plasma, but also due to a direct transfer of energy from electrons to ions. The
proposed mechanism for this energy transfer is the ambipolar expansion of the
pellet plasmoid, the localised plasma structure produced by the
ionisation of ablated pellet material, along magnetic field lines.
Early work on pellet plasmoid expansion predicted that half the heating power
deposited in plasmoid electrons by collisions with hot ambient electrons is
transferred to plasmoid ions in the form of flow velocity as the plasmoid
expands. The complicated nature of the system of the pellet plasmoid embedded in
the ambient plasma, particularly the behaviour of electrons, which experience
many collisional and collisionless phenomena on multiple disparate timescales,
means that early models of the expansion were not wholly self-consistent, but
rather made use of strong approximations that apply in some regions of the
plasmoid but not in others. For example, only electrons and ions associated with
the plasmoid were rigorously treated, meaning that the framework was one of
`expansion into vacuum'. Combined with the assumption of Maxwellian electrons,
this led to an electric potential that was unbounded at infinity. Naturally, the
validity of the conclusions of such a model are called into question because the
approximations lose their validity far from the plasmoid and as time advances,
yet predictions about the final state of the plasma are desired. A deeper
investigation is required: careful consideration of the phenomena in question
and the timescales (and lengthscales) on which they act must be made in order to
rigorously construct a model that is valid throughout the entire expansion.
The first two papers presented in this thesis iterate on the model established
in the paper that first predicted the electron-to-ion energy transfer; their aim
was to find out how the character of the expansion changes with a more
sophisticated and accurate description of various phenomena, while remaining
within the existing framework of expansion into vacuum. Ultimately, we find that
the qualitative character is unchanged, and that approximately half the heating
power deposited in plasmoid electrons is transferred to ions.
Two other papers in this thesis address the limitations of the original model.
This is achieved by properly considering the electron kinetic problem in a
plasmoid. One paper considers the electron kinetic problem when electrons are
highly isotropised. In this case the kinetic equation can be integrated to
remove all but two independent variables, which is the maximum possible
reduction considering it is a time-dependent problem. The full nonlinear
integro-differential Landau self-collision operator is integrated exactly and
few approximations are made, leading to a rather general kinetic equation.
However, for fuelling pellets some anisotropy in the electron distribution is
expected. Another paper considers the electron kinetic problem (and the entire
plasmoid expansion) allowing for electron anisotropy. Careful consideration of
the ordering of timescales of electron phenomena in a pellet plasmoid leads to a
steady-state kinetic problem that we call collisional quasi-equilibrium (QE). QE
appears in many ways similar to the collisional steady-state characterising a
true thermal equilibrium. It was found that the time-dependent kinetic problem
of the earlier paper, with isotropic electrons, produces the QE distribution
function, corroborating the existence of the QE state. We then take moments of
the electron kinetic equation that is valid on the expansion timescale, assuming
that the electron distribution is that given as the solution to the QE kinetic
problem. This is completely analogous to what is done to obtain the Braginskii
equations or any Chapman-Enskog theory. The result is a set of equations for the
long-term evolution of the macroscopic quantities that describe the distribution
function existing in a quasi-steady-state at each point in time. It is from this
point that one may feasibly describe the plasmoid expansion with an accurate
picture of the electron kinetics and finally obtain the electron-to-ion energy
transfer so desired in a rigorous model of the expansion.
From a broader point of view, the two frameworks provided by these rigorous
investigations of the electron kinetic problem serve as a basis for the future
study of plasmoids. Such a `first-principles' approach to plasmoid dynamics is
novel and interesting in its own right, but it will be demonstrated that such an
approach is essential for pellet plasmoids owing to the fact that they are
poorly described by the `standard tools' of plasma physics.
Using the QE framework it was found that, once more, about half the heating
power experienced by plasmoid electrons is transferred to plasmoid ions. The
incredible robustness of the prediction of such an energy transfer is, in the
author's opinion, the result of the self-similar nature of the expansion found
as a solution to the original model. As a rule, the profiles of self-similar
solutions tend to be attractors for the `real', more complicated, system, and
the qualitative predictions involving no parameters, of which the
electron-to-ion energy transfer is one, tend to be very sturdy.
Aside from fuelling pellets, composed of hydrogen or deuterium, one paper in
this thesis investigates the physics of high-Z pellets that are designed to
terminate the plasma safely in the event of a `disruption', where much of the
magnetic field energy is channelled into a runaway electron beam with
potentially disastrous consequences if the beam encounters a plasma-facing
component. The paper draws on the work carried out in the paper concerning the
kinetic problem of isotropised electrons in a plasmoid.
This thesis is `cumulative'; the vast majority of the work carried out is
described within a set of Papers, labelled A-E, placed at the back of the text.
There is a preceding `wrapper text' (given in numbered Sections) tasked with
introducing the reader to the topic, guiding the reader through the papers, and
expounding some of their main results. Some amount of material not present in
the papers is also provided in the wrapper text. Naturally, the wrapper text
mainly focusses on the results of the papers which are under my first
authorship. In the course of publishing papers over an extended period of time
the nomenclature is bound to vary. Although it is mostly consistent between the
papers, a few difference do arise, and the section `Common symbols and
subscripts' is provided in the frontmatter to alleviate confusion. Particular
care should be taken with the symbols x and z; both can refer to the
coordinate parallel to the magnetic field line, but in papers where z is used
for this purpose x tends to have another definition. In the wrapper text the
choice of symbols is generally chosen to reflect those in the corresponding
paper.
Ein wichtiges Nachsorgekonzept nach erfolgter Parodontitistherapie besteht im Angebot einer Unterstützdenden Parodontitis Therapie (UPT). Hierfür stehen herkömmliche Methoden wie Hand-, Schall- und Ultraschallinstrumente einerseits sowie Luft-Pulver-Wasserstrahlgeräte andererseits zur Verfügung.
Die vorliegende Arbeit untersucht in diesem Kontext einen spezifischen Aspekt der Luft-Pulver-Wasserstrahltechnik. Es soll betrachtet werden, welche Wirkung niedrig-abrasive Prophylaxepulver auf die Farbstabilität von Zahnschmelz haben und wie dieser Effekt sich im Vergleich zu herkömmlicher Zahnpolitur mit Polierpaste darstellt. Ein weiterer Beitrag der Studie besteht in der eigenständigen Entwicklung eines in-vitro Modells, in dem das Färbeverhalten von Zahnoberflächen reproduzierbar erfasst werden kann.
Insgesamt liegen aus dieser Untersuchung Daten von 152 extrahierten Zähnen vor, welche durch verschiedene Verfahren oberflächlich behandelt und anschließend in eine Färbelösung aus Kaffee gegeben wurden. Die Zahnfarben wurden zu verschiedenen Zeitpunkten mittels digitaler Bildanalyse bestimmt.
Im gewählten Versuchsaufbau (Durchlauf 1 und 2) ließ sich zunächst kein signifikanter Unterschied im Färbeverhalten nach Behandlung mit den Prophylaxepulvern Airflow Plus, Airflow Perio (EMS, Nyon, Schweiz) oder der Polierpaste Cleanic Prophy Paste flouride (Kerr Hawe, Bioggio, Schweiz) feststellen. Die Anwendung der verglichenen drei Produkte nach Herstellerangaben in der Studiensimulation erbrachte demnach keine signifikanten Verfärbungsunterschiede. Erst eine Modifikation des Versuchsablaufs im 3. Durchlauf, bei welchem die Zahnproben zusätzlich mit einer gesättigten Lösung aus Prophylaxemittel und Aqua Dest exponiert wurden, konnte einen signifikanten Einfluss des Prophylaxepulvers Airflow Plus auf das Färbeverhalten zeigen. Es ist von einem chemischen Einfluss des Inhaltsstoffes Chlorhexidin im Pulver Airflow Plus auszugehen, welcher in einer Konzentration von ≤0,3% im Pulver enthalten ist.
Diese Nebenwirkung ist aus der Praxis und aus der Literatur bekannt und wurde bereits in zahlreichen Untersuchungen bestätigt.
Gegenstand zukünftiger Arbeiten könnte die Untersuchung des Einflusses des Hauptbestandteils Erythritol auf das Färbeverhalten von Zahnoberflächen sein, oder der Einfluss höherer Druck- und Wassereinstellungen des Prophylaxegerätes. Des weiteren könnte ein Einfluss speziell auf das Färbeverhalten von Dentin oder Kompositrestaurationen durch das Prophylaxepulver EMS Airflow Plus und seine einzelnen Bestandteile untersucht werden.
Der Vergleich der Ernährungsgewohnheiten zweier populationsbasierter Kohorten
zeigt signifikante regionale Unterschiede in Deutschland. Anhand der in Vorpommern
ansässigen SHIP-Kohorte und der KORA-Kohorte der Region Augsburg lassen sich
sowohl Aussagen zu einem möglichen Nord-Süd-Gefälle als auch zu persistierenden
Unterschiede zwischen neuen und alten Bundesländern nach der deutschen
Wiedervereinigung treffen. In Vorpommern wird der Verzehr von Fleisch, Fisch, Obst
und Softdrinks häufiger angegeben. In der Region Augsburg dagegen ist die
Verzehrhäufigkeit von Gemüse und Cerealien höher. Mit dem ebenfalls erhobenen
Food Frequency Score lässt sich die Qualität der Ernährung messen und anhand einer
Bewertungsmatrix der einzelnen Nahrungsmittelkategorien in Beziehung zu deren
Wert gemäß den Ernährungsempfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Ernährung
vergleichen. Die südwestdeutsche KORA-Kohorte weist einen höheren Score und
damit eine ausgewogenere Ernährung auf als die nordostdeutsche SHIP-Kohorte. Die
regionalen Unterschiede in den Ernährungsgewohnheiten bieten eine mögliche
Erklärung für die regionalen Unterschiede in der Lebenserwartung sowie in der
Prävalenz der Wohlstandserkrankungen. Die Ernährungsweisen in beiden Regionen
werden von bestimmten soziodemographischen Faktoren beeinflusst. Alter,
Geschlecht, Bildungs- und Einkommensstatus sind die Faktoren, deren Einfluss
untersucht wurden. Im Wesentlichen zeigen sich die Differenzen zwischen den
Kohorten in gleicher Ausprägung, auch unabhängig vom Geschlecht. Nur für einzelne
Lebensmittelgruppen besteht ein stärkerer Effekt. Bei Vergleich dreier Altersgruppen
ließ sich feststellen, dass die regionalen Unterschiede am deutlichsten in der Gruppe
der 60-80-jährigen sind. Das Einkommen hat in einzelnen Nahrungsmittelgruppen
keinen signifikanten Einfluss auf den Unterschied zwischen den Kohorten. Eine höhere
Schulbildung dagegen verringert die Differenz zwischen SHIP und KORA bezogen auf
den Verzehr von Sättigungsbeilagen, Fisch und Eiern. Diese Assoziation kann jedoch
nicht auf andere Lebensmittelkategorien übertragen werden. Der Food Frequency
Score liegt bei der KORA Kohorte für alle untersuchten soziodemographischen
Faktoren höher als bei der SHIP Kohorte. Für männliche Teilnehmer und Teilnehmer
mit einer Bildungsdauer über 10 Jahren ist der Effekt signifikant größer. Die Faktoren,
die mit einer ungesünderen Ernährungsweise assoziiert sind, bieten also
Angriffspunkte für Präventionsmaßnahmen für einzelne Bevölkerungsgruppen.
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.
Diese Arbeit beschreibt die Konstruktion einer 3D-gedruckten modularen
Messapparatur (M3DOMA), die eine simultane Messung von Kraft und Drehmoment in allen drei Raumachsen (X, Y und Z) an drei beliebigen Zähnen des Zahnbogens erlaubt und in weiteren Ausbaustufen auf alle Zähne eines Zahnbogens erweitert werden kann. Die Messapparatur wird in Hinblick auf den Aufbau und dessen Eigenschaften, wie der Ruherausch, die Wiederholbarkeit, sowie die Verlässlichkeit der Messungen, beschrieben.
With high prevalence and mortality, myocardial infarction constitutes a social and economic burden in Germany and worldwide. Current guidelines for MI treatment require prompt reperfusion to salvage heart tissue and minimize short- and long-term complications. However, there are currently no treatments available to attenuate reperfusion injury. Ischemic as well as pharmacological post-conditioning have been identified as important clinical strategies to improve outcome. Membrane stabilizers, like Poloxamer 188 (P188), have been shown to improve myocardial ischemia reperfusion (IR) injury and mitochondrial function but have not yet been proven to directly offer mitochondrial protection. Mitochondrial function is crucial for cardiomyocyte function, and mitochondrial dysfunction plays an important role in myocardial injury.
In this study, hearts from 79 Sprague Dawley rats were isolated and perfused ex-vivo with oxygenated Krebs Buffer for 20 min before 30 min of no-flow ischemia. Hearts were reperfused for 10 min with Krebs buffer or 1 mM P188. Cardiac mitochondria were isolated with 1 mM P188 vs 1 mM polyethylene glycol (PEG) vs vehicle by differential centrifugation. Mitochondrial function was assessed as adenosine triphosphate (ATP) synthesis, oxygen consumption and calcium retention for complex I and II substrates of the respiratory chain.
An improvement of myocardial function with 10 min P188 post-conditioning could not be shown. Direct mitochondrial protection of P188 or PEG could not be observed in this model either. Further research is needed to ascertain whether P188 has a direct protective effect on mitochondria and, if so, on what pathways of IR injury it acts.
Die Migration von Endothelzellen unter hämodynamischen Flussbedingungen ist ein komplex regulierter Vorgang. In dieser Arbeit konnten die Aktivierung des Apelin-Rezeptors und die Zugabe von Statinen als Einflussfaktoren auf die Migration der Endothelzellen unter verschiedener Schubspannung identifiziert werden. Dabei wurden folgende Kernaussagen herausgearbeitet:
1. Der Apelin-Rezeptor reguliert die Endothelzellen-Migration in Abhängigkeit von der Schubspannung und dem Gefäßbett. In HUVEC wirkt der APLNR migrationsfördernd unter physiologischen Schubspannungen und migrationshemmend unter höheren Schubspannungen. Keinen Einfluss zeigt der APLNR auf die Migration von HCAEC.
2. Physiologische Statinkonzentrationen reduzieren die EC-Migration in HCAEC. Dies steht im Gegensatz zu der beschriebenen migrationsfördernden Wirkung von statinbehandelten HUVEC. In supraphysiologischen Konzentrationen zeigten sich Unterschiede zwischen dem lipophilen Atorvastatin und dem hydrophilen Pravastatin.
3. Die Wirkung der Statine auf die EC-Migration scheint teilweise über den APLNR zu erfolgen. Dies könnte möglicherweise abhängig von ihrer Lipophilie geschehen.
Hinsichtlich der klinischen Relevanz scheint insbesondere der Einfluss des APLNR auf die endotheliale Migration, sowie sein Zusammenspiel mit Atorvastatin von Bedeutung zu sein. In diesem experimentellen Setting konnte bei Betrachtung von arteriellen EC kein Vorteil eines der Statine bezüglich ihrer Migration herausgearbeitet werden. Inwieweit sich diese jedoch klinisch unterscheiden, müsste in in vivo Studien untersucht werden.
In Zusammenschau mit den Studien der aktuellen Literatur zeigte die hier vorliegende Arbeit besonders, wie stark zum Beispiel die Auswahl des Zellmodells die Ergebnisse beeinflusst. So lassen sich Arbeiten mit dem für Arteriosklerose oft gewählten HUVEC-Zellmodell kaum mit Experimenten an HCAEC vergleichen, obgleich es sich bei beiden um vaskuläre Endothelzellen handelt. Außerdem zeigte sich, dass die Wirkung der Statine oder der APLNR-Blockierung unter physiologischen Schubspannungen teilweise gegenteilig zu ihrer Wirkung unter höheren Schubspannungen ist.
In der individualisierten Medizin wird angestrebt für jeden einzelnen Patienten entsprechend seiner Erkrankungen, die optimalste Therapie zu finden. Wo Atorvastatin für den einen Patienten von Vorteil ist, sorgt bei einer anderen Patientin Pravastatin für mehr Sicherheit. Dass diese Wirkstoffgruppe nicht so homogen ist, zeigen die hier erhobenen Ergebnisse. Um den modernen Therapieansatz zu verfolgen, sollten auch die wissenschaftlichen Fragestellungen bezüglich der Wirkstoffgruppe der Statine konkreter abgestimmt beantworten.
In den Weltmeeren findet rund die Hälfte der jährlichen globalen Kohlenstofffixierung statt, davon ein großer Anteil in küstennahen Regionen. Hier kommt es zu wiederkehrenden saisonalen Algenblüten, die durch eine zeitlich begrenzte explosionsartige Vermehrung von Mikroalgen (hauptsächlich Diatomeen und Coccolithophoren) charakterisiert sind. Vor allem Frühjahrsblüten (März-Mai) haben aufgrund ihrer zeitlichen und räumlichen Vorhersagbarkeit einen hohen Stellenwert als Modellsysteme, anhand deren sich der Kohlenstoffkreislauf der Meere untersuchen lässt.
Mikroalgen produzieren eine große Vielfalt an Makromolekülen, die für die mit ihnen vergesellschafteten Bakterien als Nahrungsgrundlage dienen. Besonders im Fokus stehen hier die für den Kohlenstoffkreislauf relevanten Polysaccharide. Im Gegensatz zu anderen natürlichen Makromolekülen wie DNA oder Proteinen können Polysaccharide aus vielen verschiedenen Monomeren mit unterschiedlichsten Bindungen bestehen. Zusätzlich finden sich an diesen Zuckermonomeren viele Modifikationen wie Acetylierungen, Methylierungen oder Sulfatierungen, die die Komplexität weiter erhöhen. Diese Variabilität bedingt eine hohe strukturelle und funktionale Diversität. So können Polysaccharide Speicherstoffe, Zellwandbestandteile oder Teile der extrazellulären Matrix darstellen.
Komplementär hierzu besitzen Polysaccharid-verwertende Bakterien entsprechend komplexe, enzymatische Abbaumechanismen. Besonders hervorzuheben sind hier die Bakterien des Phylums Bacteroidota, die sich in verschiedensten Nischen auf den Abbau von Polysacchariden spezialisiert haben. Sie finden sich in Bodenproben, als Teil der menschlichen Darmflora, oder eben auch als bedeutende Begleiter von Algenblüten.
Bacteroidota (und in marinen Systemen hauptsächlich die zu ihnen gehörenden Flavobakterien) besitzen zum Abbau diverser Polysaccharide sogenannte Polysaccharide utilization loci (PULs), genomische Inseln, die alle notwendigen Proteine zur Aufnahme und Abbau eines bestimmten Polysaccharids codieren. Hierzu gehören hochspezifische Enzyme (Carbohydrate-active enzymes, CAZymes), transkriptionelle Regulatoren sowie Transportersysteme, die initial gespaltene Oligosaccharide über die Membran in das Bakterium transportieren, wo sie von weiteren Enzymen vollständig abgebaut werden. Diese Co-Lokalisation der benötigten Gene und deren gemeinsame Regulation stellt einen enormen Selektionsvorteil der Bacteroidota dar und ist der Grund, warum sie, ähnlich wie Algen, einer jährlich wiederkehrenden Sukzession folgen, die sich gut untersuchen lässt.Die Forschungsartikel, die Teil dieser Doktorarbeit sind, untersuchen das Zusammenspiel von Polysaccharid-produzierenden Algen mit den Bakterien, die sie abbauen, aber auch darauf basierende Beziehungen der Bakterien untereinander. Die erste Publikation beschäftigt sich mit dem weit verbreiteten Speicherpolysaccharid α-Glucan, für das der Großteil der blütenbegleitenden Bakterien einen spezifischen aktiven PUL besitzt. Eine Untersuchung der in der Blüte vorhandenen Algenarten bestätigte, dass die Blüte von β-Glucan-produzierenden Algen dominiert wird. Da Bakterien aber selbst α-Glucane als Speicherpolysaccharide verwenden, konnte gezeigt werden, dass nicht die Algen selbst, sondern die Bakterien Hauptproduzent dieser Polysaccharide während einer Phytoplanktonblüte sind. Bakterielle Proteine, die dem Abbau von Algen-β-Glucan und dem daraus folgenden Aufbau von bakteriellem α-Glucan dienen, waren in Umweltproben und in Laborkulturen unter ähnlichen Bedingungen abundant. Die Untersuchung von extrahiertem bakteriellem Polysaccharid bewies, dass dieses nicht nur α-Glucan enthält, sondern dass dieses Polysaccharid auch in der Lage war, α-Glucan PULs mariner Bakterien zu induzieren. Hier zeigte sich ein innerhalb des marinen Kohlenstoffkreislaufs bisher wenig berücksichtigter Kreislauf, indem Bakterien Polysaccharide anderer Bakterien nutzen, die z.B. durch Viren lysiert wurden.
Die anderen zwei Artikel dieser Arbeit befassen sich mit dem Abbau von Zellwandpolysacchariden durch blütenassoziierte Modellbakterien. In einer der Studien wird detailliert der Abbau eines β-Mannans (ein Polysaccharid das hauptsächlich aus dem Monosaccharid Mannose besteht) durch ein Bakterium des Genus Muricauda beschrieben. Die PUL-Struktur dieses Bakteriums kam in mehreren anderen Phytoplanktonblüten-assoziierten Bakterien vor. Diese Beobachtung wies darauf hin, dass es sich hier um ein Mannan mit zusätzlichen Galactose- und Glucose-Substitutionen handelte. Proteom-Untersuchungen bestätigten, dass das Bakterium derartige Substrate unter Induktion des β-Mannan-PULs nutzen können. β-Mannan konnte durch Antikörpermarkierung in Blütenproben sowie spezifischen Mikroalgenarten (Chaetoceros, Coscinodiscus) nachgewiesen werden. Die in dieser Publikation charakterisieren β-Mannan-PUL-codierten Enzyme waren in der Lage, dieses Signal zu löschen, was bewies, dass Muricauda sp. Mannan-basierte Zellwandpolysaccharide bestimmter Arten von Mikroalgen abbauen kann.
Die dritte Studie geht näher auf den Abbau von Xylanen (bestehend aus Xylose) durch ein blütenassoziiertes Bakterium des Genus Flavimarina ein. In diesem Bakterium wurden anhand der enthaltenen Xylanasen zwei putative Xylan-PULs annotiert. Wachstumsexperimente und Proteom-Untersuchungen zeigten, dass einer dieser PULs hauptsächlich bei Wachstum auf Glucoronoxylan induziert wird, während der andere PUL aufArabinoxylane stärker reagierte. Untersuchung der PUL-CAZymes bestätigte diese Ergebnisse durch Charakterisierung mehrerer Xylanasen sowie Glucoronidasen und Arabinofuranosidasen. Zusätzlich codierten beide PULs für Esterasen, die eine Modifikation der natürlichen Substrate durch Acetylierungen oder Methylierungen nahelegen. Da all diese Merkmale von terrestrischen Xylanen geteilt werden und in Blütenproben aus Küstennahen Regionen Xylane nachgewiesen wurden, ist es möglich, dass Bakterien aus solchen Regionen sowohl Xylane terrestrischen Ursprungs (z.B. durch Flusseinspeisung) sowie marinen Ursprungs abbauen können.
Für frühgeborene Kinder ist Muttermilch die empfohlene enterale Ernährung mit vielen bereits gut untersuchten positiven Effekten. Jedoch ist der Gehalt an Makronährstoffen zu niedrig, um die Bedürfnisse von Frühgeborenen zu decken. Zusätzlich zeigt native Muttermilch eine hohe inter- und intraindividuelle Variabilität der Makronährstoffe. Die Effizienz der allgemein verbreiteten Standardfortifizierung mit kommerziell erhältlichen Fortifiern ist durch diese Variabilität beeinträchtigt und kann so in einem Großteil der Muttermilchproben zu einer inadäquaten Nährstoffzufuhr führen, die zu niedrig, jedoch auch zu hoch ausfallen kann. Unzureichende Ernährung kann einen negativen Einfluss auf das Wachstum und die Körperzusammensetzung sowie Folgeerkrankungen im Erwachsenenalter haben.
Diese Studie zeigt anhand eines Datensatzes mit realen Messwerten zur Zusammensetzung der Muttermilch in über 3300 Proben, dass die Messung der Makronährstoffe in nativer Muttermilch und die anschließende, darauf basierende Targetfortifizierung mit der individuellen Ergänzung der fehlenden Makronährstoffen zu adäquaten Nährstoffeinträgen führt. Mit diesem Ansatz kann auf die Variabilität der nativen Muttermilch reagiert und die Variation der Makronährstoffeinfuhr signifikant verringert werden. In dieser Arbeit wurden drei verschiedene optimierte Standardfortifier entwickelt. Deren Zusammensetzung erhöht den Makronährstoffeintrag bereits unter Standardfortifizierung, aber noch mehr bei ein oder zwei Muttermilchanalysen pro Woche.
Weiterhin wurde in dieser Arbeit der Einfluss der durch die verschiedenen Fortifizierungsstrategien erzeugten Nährstoffzufuhren auf die Wachstumsraten berechnet, die für Standardfortifizierung ungenügende und für Targetfortifizierung hauptsächlich zufriedenstelle Ergebnisse zeigt.
Verschiedene Kombinationen von Pooling mit bis zu drei Proben oder von Pooling einer größeren Anzahl wie in einer Milchbank zu Verfügung stehenden Proben verringerten nicht die Variabilität der Nährstoffzufuhr. Ebenso zeigte die Gefriertrocknung keine zufriedenstellenden Ergebnisse für alle Makronährstoffkonzentrationen.
Die Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichen, dass standardfortifizierte Muttermilch trotz verschiedener Poolingstrategien keine adäquate Makronährstoffzufuhr für frühgeborene Kinder sicherstellt. Für den klinischen Alltag wird die Bedeutung der Targetfortifizierung deutlich, die mit regelmäßiger Muttermilchanalyse und unter Anwendung optimierter Standardfortifier zufriedenstellend gelingen kann und so zu physiologischen Wachstumsraten führen kann.