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The soil bacterium Bacillus subtilis is capable of surviving most of the ensuing environmental stress conditions. The dynamic nature of the soil habitat is manifested with varying amounts of nutrients, frequent flooding, drying and variation of other growth parameters like temperature, acidity, aeration etc. In order to survive in these conditions, B. subtilis has evolved to employ very complex adaptational responses. These adaptational responses are often multi-faceted; hence comprehensive understanding of the adaptational responses requires generation and integration of data on multi-omics level. Hence, multi-omics based detailed analysis was performed for the molecules involved in the central carbon metabolism (CCM) and proline biosynthesis pathway. In the current study two major stress conditions were extensively investigated: 1) energy limitation/starvation which is achieved by limiting glucose in the growth medium, 2) osmostress resulting from frequent drying out of soil which is simulated by adding 1.2 M NaCl to the growth medium. In addition to osmostress, the naturally available osmoprotectant glycine betaine (GB) was supplemented to understand the simultaneous influence of osmostress and osmoprotection on cellular physiology. To measure absolute protein abundances by mass spectrometry, a targeted approach (SRM –single reaction monitoring) using stable heavy isotope labeled artificial standard proteins known as QconCATs was optimized and implemented in the current study. The SRM technique in combination with QconCAT provided absolute quantitative data with high dynamic range for the 45 targeted CCM proteins. Transcriptome data was obtained from microarray analysis. The resulting data were integrated with the other omics data sets obtained by metabolome and flux analysis. As part of a joint study conducted by the BaCell-SysMO and BaSysBio consortia which aimed for the genome wide mapping of transcription units and previously unannotated RNAs of B. subtilis by means of tiling array hybridizations, mRNA samples from growth at high and low temperatures (51°C and 16°C) and in the presence of 1.2 M NaCl, shake flask experiments during transition from exponential growth to the stationary phase, and high density batch fermentation. Time course analysis of B. subtilis transitioning from exponential to stationary phase was investigated by high cell density fed-batch fermentation (glucose limitation) and batch fermentation (glucose exhaustion) with glucose as a limiting factor. A multi-omics analysis of the CCM for the batch fermentation was performed and the time course data was integrated and visualized. In conclusion, pathway based multi-omics data were generated, integrated and visualized as a prerequisite for systems biology approaches and for a better understanding of the complex adaptational responses of B. subtilis.

In der modernen Augenheilkunde werden Injektionen und Implantate in periokulare Regionen oder direkt in den Glaskörper injiziert. Bei der Entwicklung neuer ophthalmologischer Implantate und Injektionen ist die In vitro-Testung der Wirkstofffreigabe und -verteilung von großer Bedeutung. Dabei stellen viele Testmethoden die In vivo-Situation nicht ausreichend dar. Einerseits bilden die Gewebe des Auges wie beispielsweise die Konjunktiva oder die Sklera Barrieren für den Transport des Arzneistoffes zum Wirkort. Andererseits ist der Einfluss der Gefäßsysteme von Konjunktiva und Choroidea auf die Verteilung und Elimination des Arzneistoffes zu berücksichtigen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Gewebe des Auges hinsichtlich ihrer Permeabilitätseigenschaften untersucht. Als Ergebnis wurden die Permeabilitätskoeffizienten von Ciprofloxacin, Lidocain, Timolol und Dexamethason für die Sklera, Konjunktiva, Kornea, den Retina-Choroidea-Komplex sowie für Kombinationen der aufgezählten Gewebe des Schweineauges erhalten. Als weitere Tiermodelle finden Gewebe von Rinder- und vor allem Kaninchenaugen in der ophthalmologischen Forschung Anwendung. Aus diesem Grund wurden die Permeabilitätsstudien um die Membranen dieser zwei Spezies erweitert. Der Interspezies-Vergleich zeigte sehr große Unterschiede in den Permeabilitäten der Wirkstoffe durch die Gewebe auf, sodass die direkte Übertragbarkeit von Ergebnissen zwischen den Tieren und auf den Menschen nicht gewährleistet ist. Um die Barriere-Eigenschaften der Augengewebe in ein In vitro-Modell zu integrieren wurden synthetische Membranen, die mit den Permeabilitätseigenschaften der Gewebe des Schweineauges übereinstimmen, identifiziert. Diese Membranen wurden zur Simulation der natürlichen Gewebe des Auges in den Mittelteil der neu entwickelten Zwei-Kanal-Durchflusszelle eingespannt. Die Zwei-Kanal-Durchflusszelle besteht aus drei Teilen, wobei die zwei äußeren Akzeptor-Kompartimente je einen Flusskanal, der mit Ringer-Puffer perfundiert wird, enthalten. Durch Etablierung physiologischer Flussraten entlang der korrespondierenden Membranen wurde der konjunktivale und choroidale Blutfluss und somit die Permeabilitäten der Gewebe als auch der Einfluss der Blutgefäße zusammen in einem In vitro-Modell berücksichtigt. Um den Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit in den Flusskanälen und des osmotischen Verhältnis zwischen Probe und Perfusionsmedium auf die Wirkstoffverteilung im System zu untersuchen, wurde eines der zwei Akzeptor-Kompartimente durch eine für Puffer und Wirkstoff undurchlässige Scheibe dicht verschlossen, sodass der Stofftransport nur in eine Richtung sattfinden konnte. Die Ergebnisse zeigten einen bedeutenden Einfluss dieser beiden Parameter auf die Wirkstoffverteilung. Bei Zuschaltung des zweiten perfundierten Akzeptor-Kompartiments der Zwei-Kanal-Durchflusszelle treten zwischen den Kompartimenten vermutlich Kräfte wie zum Beispiel Querströmungen und hydrostatische Druckgefälle auf. Basierend auf den erhaltenen Verteilungskurven der Wirkstoffe in der Zwei-Kanal-Durchflusszelle kann reine konzentrationsgesteuerte Diffusion durch die Membranen als alleiniger Transportmechanismus ausgeschlossen werden. Die beschriebenen Effekte müssen vor der Etablierung der Zwei-Kanal-Durchflusszelle als biorelevante In vitro-Methode für die Charakterisierung von periokularen Injektionen und Implantaten in weiteren Arbeiten durch Änderungen des Modelldesigns behoben werden. Neben den peripheren Geweben des Auges dient der Glaskörper als Applikationsort für Injektionen makromolekularer Arzneistoffe und Implantate, die den inkorporierten Arzneistoff über einen längeren Zeitraum freigeben. Die intravitreale Freisetzung und Verteilung des Wirkstoffes ist für den therapeutischen Effekt von entscheidender Bedeutung. Um diese Prozesse in vitro zu charakterisieren wurde das Glaskörper-Modell entwickelt. Die Form und das Volumen des kugelförmigen Glaskorpus sind an die Geometrie des menschlichen Glaskörpers angepasst. Als Substitut für den natürlichen Glaskörper wurde ein Polyacrylamid-Gel modifiziert, sodass dieses in ausgewählten physiko-chemischen Eigenschaften dem natürlichen Glaskörper entspricht. Nach der Applikation des Wirkstoffes direkt in den Glaskörper muss dieser durch passive oder aktive Transportprozesse an den Wirkort im hinteren Augenabschnitt gelangen. Dabei wird die Wirkstoffverteilung im Glaskörper durch die Augenbewegung maßgeblich beeinflusst. Die Simulation verschiedener Augenbewegungen wurde mit der Entwicklung des Eye Movement Systems in ein In vitro-Modell umgesetzt. Das System ist in der Lage Geschwindigkeiten und Amplituden von langsamen bis schnellen Folgebewegungen, Sakkaden und Mikrosakkaden des Auges nachzuahmen. In die zentrale Halterung des Eye Movement Systems kann das Glaskörper-Modell integriert werden. Die Kombination aus Eye Movement System und Glaskörper-Modell bietet die Möglichkeit den Einfluss der verschiedenen Augenbewegungen auf das Freisetzungs- und Verteilungsverhalten von intravitrealen Injektionen und Implantaten zu untersuchen. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme der beiden Systeme wurden Verteilungsstudien mit Modellarzneistoffen verschiedener Molekularmassen durchgeführt. Die Ergebnisse der Studien zeigten, dass das Molekulargewicht im vollständig mit Gel gefüllten Glaskörper-Modell Einfluss auf die Geschwindigkeit der vermuteten Umverteilungsprozesse im Glaskörper-Substitut hat. Mit zunehmendem Anteil der flüssigen Phase im Glaskörper-Modell unterschieden sich die erhaltenen Verteilungen zwischen den Versuchen mit und ohne Bewegung deutlich. Bei der Simulation der hinteren Glaskörperablösung besitzt die Bewegung des Modells einen essentiellen Effekt auf die Konvektions- und Umverteilungsprozesse im Glaskörper-Modell. Durch das Ersetzen prozentualer Anteile des Gels durch Ringer-Puffer konnten Bedingungen der hinteren Glaskörperablösung simuliert werden. Die Simulation des Alterungsprozesses bewirkte eine Zunahme der Konvektion im Glaskörper-Modell. Als Folge resultierte eine deutlich schnellere Umverteilung der injizierten Modellarzneistoffe. Die hintere Glaskörperablösung besitzt demzufolge einen großen Einfluss auf die Verteilung und darf in In vivo- und In vitro-Studien nicht vernachlässigt werden. Mit der Zwei-Kanal-Durchflusszelle und der Kombination aus Eye Movement System und Glaskörper-Modell sind Konzepte für die Charakterisierung von periokularen und intravitrealen Arzneiformen entwickelt worden. In den Modellen wurde besonderer Wert auf die Anlehnung an die In vivo-Situation gelegt. Durch die Berücksichtigung der okularen Blutflüsse, die Simulation der Permeabilitätseigenschaften bestimmter Gewebe des Auges durch entsprechende synthetische Membranen, die Etablierung verschiedener Arten der Augenbewegung und der Simulation des Glaskörpers durch das Polyacrylamid-Gel wurden biorelevante Voraussetzungen geschaffen, die bisher in keinen anderen In vitro- Modellen zu finden sind. Vor der Etablierung der Zwei-Kammer-Durchflusszelle sind weitere Maßnahmen zur Unterbindung der physikalischen Störfaktoren nötig. Der theoretische Ansatz der Zwei-Kammer-Durchflusszelle konnte noch nicht in die Praxis umgesetzt werden. Unter Verwendung des Eye Movement Systems und des Glaskörper-Modells wird eine kostengünstige, einfache und schnelle Charakterisierung neuartiger intravitrealer Injektionen und Implantate unter In vitro- Bedingungen möglich. Die methodische Etablierung des Eye Movement Systems ist erfolgt. Durch weitere Modifikationen kann das System in Zukunft noch näher an die In vivo-Situation herangeführt werden.

Die Idee von UNESCO-Biosphärenreservaten besteht darin, den Erhalt der biologischen Vielfalt mit der nachhaltigen Regionalentwicklung unter Beteiligung der Bevölkerung zu verbinden. Inwiefern die Idee unterstützt und in der eigenen Lebensweise berücksichtigt wird, wurde exemplarisch für die Bürgermeisterinnen und Bürgermeister aus drei Regionen analysiert. In Deutschland sind die UNESCO-Biosphärenreservate im Bundesnaturschutzgesetz rechtlich gesichert und gehören in den Zuständigkeitsbereich der Landesumweltministerien. Damit fehlt es ihnen oftmals an Zuständigkeiten, Personal und Geldern über naturschutzfachliche Themen hinaus. Mit dem Auftrag der Gewerbeförderung und dem Ausbau der Infrastruktur ergänzen die Gemeinden die naturschutzfachlichen Kompetenzen der deutschen UNESCO-Biosphärenreservate. Daher ist eine Zusammenarbeit für den Erfolg entscheidend. Die Forschungsfrage lautet somit: Wie ist die Idee der UNESCO-Biosphärenreservate in dem Wissen, den Einstellungen und dem Handeln der Bürgermeisterinnen und Bürgermeister aus den UNESCO-Biosphärenreservaten Schaalsee, Schorfheide-Chorin und Südost-Rügen verankert? Den Anforderungen der qualitativen Sozialforschung entsprechend, wurden die Bürgermeisterinnen und Bürgermeister der drei UNESCO-Biosphärenreservate 2010 interviewt. Das neuartige Konzept Verankerung der UNESCO-Biosphärenreservats-Idee bei Bürgermeisterinnen und Bürgermeistern ergab sich aus einem abduktiven Forschungsprozess: Er bestand aus einem Wechselspiel zwischen der Analyse von 45 leitfadengestützten Interviews nach der Grounded-Theory-Methodologie und dem Studium der sozialwissenschaftlichen Forschungen zu Akzeptanz, Partizipation und Governance in Schutzgebieten. Das Konzept Verankerung umfasst drei Dimensionen: Wissen, Einstellung und Handeln. Diese wurden mit jeweils vier bis fünf Kategorien gefüllt, die durch die explorative Analyse der Interviews identifiziert wurden. Orientiert an der Gesamtbeurteilung der Vor- und Nachteile des UNESCO-Biosphärenreservates vor Ort konnten die Bürgermeisterinnen und Bürgermeister in fünf unterschiedliche Typen der Verankerung unterteilt werden: Für die Unterstützer bringt das Biosphärenreservat vor Ort deutlich mehr Vorteile als Nachteile. Sie verfügen über umfangreiches Wissen zum Biosphärenreservat und zeigen eine hohe Eigeninitiative zur Umsetzung der Biosphärenreservats-Idee. Für die Befürworter überwiegen ebenso die Vorteile gegenüber den Nachteilen, jedoch nicht so deutlich wie bei den Unterstützern. Sie wissen weniger genau über das Biosphärenreservat vor Ort Bescheid, beteiligen sich aber bei Projekten der Biosphärenreservats-Verwaltung. Für die Unentschiedenen sind die Vor- und Nachteile des Biosphärenreservates ausgewogen. Sie kennen im Prinzip die Aufgaben von Biosphärenreservaten, konkrete Aktivitäten vor Ort sind ihnen aber kaum bekannt. Bei formellen Beteiligungsverfahren haben sie negative Erfahrungen in der Zusammenarbeit mit der Biosphärenreservats-Verwaltung gemacht. Sie loben jedoch einzelne Projekte. Für die Kritiker überwiegen die Nachteile gegenüber den Vorteilen des Biosphärenreservates. Sie bemängeln die Beteiligung der Gemeinden bei der Ausweisung des Biosphärenreservates als unzureichend und beanstanden die Zusammenarbeit mit der Biosphärenreservats-Verwaltung in formellen Beteiligungsverfahren. Sie sind Einheimische und haben im Alltag sehr starke Einschränkungen durch das Biosphärenreservat erfahren. Die Unbeteiligten können weder Vor- noch Nachteile des Biosphärenreservates benennen. Sie wissen kaum etwas über die Aktivitäten der Biosphärenreservats-Verwaltung und arbeiten selten mit ihr zusammen. In der komparatistische Analyse der Typen in den drei Biosphärenreservaten zeigen sich folgende Unterschiede: Im Biosphärenreservat Schaalsee sind die meisten Unterstützer und Befürworter zu finden, so dass dort die Biosphärenreservats-Idee am stärksten bei den Bürgermeisterinnen und Bürgermeistern verankert ist. Im Gegensatz dazu sind im Biosphärenreservat Südost-Rügen die meisten Kritiker. Im Biosphärenreservat Schorfheide-Chorin ist der Anteil der Unentschiedenen am größten. Diese Unterschiede sind eine Momentaufnahme und unterliegen einem ständigen Wandel. Da es durch die Kommunalwahlen regelmäßig zu neuen Konstellationen kommt, sollte diese Untersuchung nach jeder Wahl wiederholt werden. Die Ergebnisse können nicht mit der Verankerung der Biosphärenreservats-Idee bei der Bevölkerung gleichgesetzt werden, wie eine Gegenüberstellung mit den Ergebnissen einer Bevölkerungsbefragung aus 2010 gezeigt hat. Alles in allem liefert das Konzept Verankerung der Biosphärenreservats-Idee und die Differenzierung der Bürgermeisterinnen und Bürgermeister in Typen der Verankerung einen neuen Ansatz zur Analyse von Stakeholdern im Schutzgebietsmanagement. Es gibt dem Management eine bessere Handlungsorientierung: Es geht darum, eigenverantwortliches Handeln der Bürgerinnen und Bürger differenziert anzuregen und zu unterstützen.

Peatlands are an important component in the global carbon cycle as they act as both long-term sinks for carbon dioxide and significant sources for methane. Over the Holocene period (the past 11,700 years) continuous CO2 uptake by peat accumulation exceeded methane emissions in northern peatlands and resulted in a net-radiative cooling effect on the global climate.Although 11% of the global peatland area is located in the tropics, the role of tropical peatlands in the global carbon cycle and in influencing the Earth’s radiative budget has not been resolved. Climate-carbon cycle models have thus far not included tropical peatlands because reliable data on their past rates of carbon uptake and release are not available. In this thesis this problem has been approached by reconstructing peatland expansion and rates of carbon storage and release over the Late Quaternary (Latest Pleistocene and Holocene) for the largest tropical peatland area, which is located in equatorial SoutheastAsia (i.e. Sumatra, Borneo, Peninsular Malaysia). Peat accumulation in the tropics remains an enigmatic phenomenon, because the constantly high temperatures of 26-27°C should theoretically drive rapid soil carbon turnover and thus not enable the accumulation of peat. Therefore this thesis also explores the mechanisms that cause peat formation in the SoutheastAsian tropics as well as the drivers behind changing rates of carbon accumulation. Carbon dynamics were analyzed at the regional scale (103–105 km2) of SoutheastAsia over millennial timescales (paper, I, II) and at the local scale (101–102 m2) of a peatland site on annual to centennial timescales (paper III, IV). Paper I presents the first systematic classification of the nearly 160,000 km2 SoutheastAsian lowland peatlands (below 70 m a.s.l.) into geographic peatland types. The peatlands were divided into 1) coastal peatlands of PeninsularMalaysia, Sumatra, and Borneo (~130,000 km2) and into inland peatlands (~30,000 km2) of 2) Central Kalimantan (southern Borneo), 3) the Kutai basin (eastern Borneo), and 4) the Upper Kapuas basin (western Borneo). Coastal peatlands formed by primary mire formation directly on freshly exposed marine or mangrove soils with the lowering of the sea level during the Late Holocene. In contrast, inland peatlands formed via paludification on either terrestrial sand soils (Central Kalimantan) or by both paludification and terrestrialization (Kutai basin, Upper Kapuas basin). The sequence of peatland initiation was established by applying the common cumulative basal date frequency approach (paper I). This method revealed clear differences in the timing of peatland initiation: 1) the Upper Kapuas peatlands are the oldest postglacial peat formations and date from 20,000-13,000 cal BP (calendar years before present), 2) inland Central Kalimantan peatlands date from 14,500-9000 cal BP, 3) the Kutai peatlands date from 8300-4900 cal BP, and 4) and the coastal peatlands date from 7700-200 cal BP. Coastal peatlands have a Holocene average carbon accumulation rate of 77 g C m-2 yr-1, being recognized as the globally most effective terrestrial ecosystems in terms of long-term carbon sequestration. Except for the Kutai peatlands, the Holocene average carbon accumulation rates of inland peatlands are significantly lower (20-30 g C m-2 yr-1) and very similar to the average long-term rates of northern peatlands. Fluctuations in past rates of carbon accumulation of SoutheastAsian peatlands could for the first time be linked to paleoclimatic changes, primarily variations in moisture availability (paper I, II). Hydroclimatic influences on carbon accumulation rates were related to shifts in the mean position of the Intertropical Convergence Zone, changes in the intensity of theAustral-Asian monsoon system, and variations in the frequency of the El Niño- Southern Oscillation. In contrast, peatland initiation and expansion was driven by sea-level change (paper I, II). The deglacial rise in sea-level is identified as the primary driver for inland peatland formation in Borneo, because the rising sea-level 1) lowered the hydrological gradients in the SoutheastAsian island archipelago inducing rising ground and surface water levels on these islands, and 2) led to higher atmospheric moisture availability due to the associated expansion of marine water masses on the shelf floor. Paper II shows that inland peatland initiation and expansion was most extensive during deglacial meltwater pulses, when the rate of sea-level rise exceeded 10 mm yr-1. Only when the rate of sea-level rise had slowed down to a threshold of 2.4 mm yr-1 by ~7000 cal BP could peat accumulation along the coasts keep up with the sea-level rise and coastal peatlands could form. Hydro-isostatic adjustment of the Sunda Shelf led to a sea-level lowering by ca. 5 m over the past 4500 years. Falling sea levels exposed extensive marine areas that were rapidly colonized by peat swamp forests.Anewly 140 developed method for the reconstruction of past peatland area based on transfer functions (paper II) reveals that 70%of the peatlands of Sumatra and Kalimantan only formed during the past 4000 years.Moreover, this new transfer function approach shows that the common basal dates approach overestimated the extent of peatlands in the past. This method, in general, leads to higher rates of reconstructed cumulative peat carbon uptake for the past. By combining reconstructed peatland areas and mean rates of carbon accumulation over millennial timescales from each peatland type the carbon uptake of all peatlands from Sumatra and Kalimantan could be quantified for the past 15,000 years (paper II). Carbon uptake remained below 1 Teragram (Tg) C yr-1 from 15,000-5000 cal BP because the total area of peatlands was less than 30,000 km2. Rapid peatland expansion driven by the lowering of sea-level over the past 5000 years increased carbon uptake on Sumatra and Kalimantan to over 7 Tg C yr-1 and resulted in an exponential growth of the regional peat-carbon reservoir to a size of over 20 Pg C. SoutheastAsian peatlands therefore had no significant role in the Late Pleistocene and Early Holocene global carbon cycle. However, because of their rapid expansion after 5000 cal BP by over 100,000 km2 the peatlands of SoutheastAsia became a globally important carbon sink during the Late Holocene and likely caused an atmospheric CO2 drawdown of 1-2 ppm (paper II). This previously unrecognized biospheric carbon sink partly compensated for contemporaneous terrestrial carbon losses associated with the desertification of Northern Africa. The mechanisms that enable high rates of carbon accumulation of coastal peatlands were explored in a peat core study presented in paper III. Here the use of a new coring technique for the tropics and the application of noninvasive geophysical measurements were employed to derive a high-resolution record of carbon accumulation rates. This study provides the first description of peatland pools for SoutheastAsia, which form as tip-up pools from falling trees such as Shorea albida. Based on a pollen and macrofossil record a fossil tip-up pool could be identified in the core and an associated carbon accumulation rate of 100 to over 900 g C m-2 yr-1 determined. Thus tip-up pools function as local hot spots for carbon accumulation, fundamentally different from northern hemisphere peatland pools, which act as net-carbon sources. From a time-series of aerial photographs the rate of tree fall and thus pool formation was determined at 0.4 tree ha-1 yr-1 (paper III).Asimulation model indicates that up to 60%of the peat deposited in peat domes of Borneo is derived from filled up fossil pools – changing the paradigm that Southeast Asian peatlands mainly form from belowground biomass and providing an explanation for the rapid carbon accumulation of these ecosystems. The climate impact of peatlands is, however, not only related to their capacity to rapidly store carbon, because peatlands also release the strong greenhouse gas methane – a by-product of anaerobic decomposition.Ametaanalysis of methane emission data from SoutheastAsian peatlands (paper IV) shows that their average annual methane release of 3 g CH4 m-2 yr-1 is lower than the average annual release of ~9 g CH4 m-2 yr-1 from northern peatlands, although the higher tropical soil temperatures should lead to significantly higher emissions. The limited degree of anaerobic decay is explained by the recalcitrance of the deposited biomass, which contains high amounts of lignin and tannin, providing another explanation for rapid carbon accumulation. Low anaerobic decomposition together with high rates of carbon accumulation imply that limits to vertical peat bog growth in SoutheastAsia are not set by cumulative anaerobic decay as in northern raised bogs. Instead peat bog growth is limited by aerobic decomposition related to water-table lowering as shown by a derived linear relationship between the amount of released CO2 from aerobic peat decomposition and the mean annual depth of the peatland water-table (paper IV). The climatic effect of Southeast Asian peatlands was determined by the global warming potential (GWP) method, which compares carbon uptake with methane emissions in terms of CO2-equivalents. The low methane emissions and high carbon accumulation rates of coastal peatlands result in a net annual uptake of 1340 kg CO2- equiv. ha-1 yr-1 over a 100 year GWP time-horizon. Under natural conditions coastal Southeast peatlands exert a significant net cooling effect on the global climate in contrast to northern peatlands, which have a warming effect or act climatic neutral on this time frame. It can be concluded that the tropical peatlands of SoutheastAsia are the strongest carbon sinks among all peatlands globally with a notable influence on the Earth’s radiative budget. However, today an estimated 90,000 km2 of peatlands in SoutheastAsia is drained for agriculture (e.g. oil palm plantations) and deforestation. These drained peatlands release annually over 140 Tg C yr-1 from aerobic peat 141 decomposition. Drainage also facilitates the regular spread of peat fires in this region, which on average release around 75 Tg C yr-1. Ongoing total carbon losses (~220 Tg C yr-1) exceed the natural carbon uptake by a factor of 25 and demonstrate that the entire SoutheastAsian peatland region has recently switched from a globally important carbon sink to a globally significant source of atmospheric CO2 (paper II, IV).

Carbamoylasen und Hydantoinasen werden im „Hydantoinase-Prozess“ großindustriell zur Synthese enantiomerenreiner Aminosäuren eingesetzt. Durch Verwendung einer Hydantoin-Racemase kann eine Ausbeute von theoretisch 100 % erreicht werden. In dieser Arbeit wurde untersucht, wie die beteiligten Enzyme mittels Protein-Design, an neue Substrate angepasst werden können. Dabei wurde die Carbamoylase aus A. aurescens einem gene-shuffling mit den eng verwandten beta-Ureidopropionasen aus S. kluyveri und A. tumefaciens unterzogen. Weiterhin wurde ein durch Dockingexperimente gestütztes rationales Design durchgeführt und auf dieser Basis gezielte Mutationen im aktiven Zentrum der Carbamoylase eingebracht, sowie fokussierte Bibliotheken des aktiven Zentrums erzeugt. Es konnte die Akzeptanz von β-Aminosäurederivaten als Substrat in dieser Carbamoylase erreicht werden. Das aktive Zentrum einer Hydantoinase aus Ochrobactrum spec. wurde ebenfalls mittels rationalem Design vergrößert um eine Akzeptanz von 5,5-disubstituierten Hydantoinen zu ermöglichen. Die Aktivitätsmessung gegenüber den neuen Substraten wurde in einem mehrstufigen Assaysystem durchgeführt. Dieses System basierte auf einem auf Ammoniummangel beruhenden Wachstumsassay, einem NADH Assay mit Glutamat-Dehydrogenase als Kopplungsenzym, sowie auf direktem HPLC Nachweis.