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Neurobiological theories suggest that inter-individual differences in vagally mediated heart rate variability (vmHRV) have the potential to serve as a biomarker for inter-individual differences in emotion regulation that are due to inter-individual differences regarding the engagement of prefrontal and (para-)limbic brain regions during emotion processing. To test these theories, we investigated whether inter-individual differences in vmHRV would be associated with inter-individual differences in emotion regulation. We determined resting state vmHRV in a sample of 176 individuals that had also completed a short self-report measure of reappraisal and suppression use. Resting state vmHRV was derived from short-term (300 s) and ultra-short-term (120 s, 60 s) recordings of participants’ heart rate to determine the robustness of possible findings. Irrespective of recording length, we found that an increase in resting state vmHRV was associated with an increase in self-reported reappraisal but not suppression use. However, this association was only evident among male but not female participants, indicating a sex-specific association between inter-individual differences in resting state vmHRV and inter-individual differences in self-reported emotion regulation. These findings, which are consistent with previous ones, support theoretical claims that inter-individual differences in vmHRV serve as a biomarker for inter-individual differences in emotion regulation. Combing (ultra-)short-term measures of resting state vmHRV with short self-report measures of emotion regulation may, thus, be useful for researchers who have to investigate the neurobiological mechanisms of emotion regulation in a time- and resource-efficient manner.
Neurobiological theories suggest that inter-individual differences in vagally mediated heart rate variability (vmHRV) have the potential to serve as a biomarker for interindividual differences in emotion regulation that are due to inter-individual differences regarding the engagement of prefrontal and (para-)limbic brain regions during emotion processing. To test these theories, we investigated whether inter-individual differences in
vmHRV would be associated with inter-individual differences in emotion regulation. We determined resting state vmHRV in a sample of 176 individuals that had also completed a short self-report measure of reappraisal and suppression use. Resting state vmHRV was derived from short-term (300 s) and ultra-short-term (120 s, 60 s) recordings of participants’ heart rate to determine the robustness of possible findings. Irrespective of recording length, we found that an increase in resting state vmHRV was associated with an increase in self-reported reappraisal but not suppression use. However, this association was only evident among male but not female participants, indicating a sex-specific association between inter-individual differences in resting state vmHRV and inter-individual differences in self-reported emotion regulation. These findings, which are consistent with previous ones, support theoretical claims that inter-individual differences in vmHRV serve as a biomarker for inter-individual differences in emotion regulation. Combing (ultra-)short-term measures of resting state vmHRV with short selfreport measures of emotion regulation may, thus, be useful for researchers who have to investigate the neurobiological mechanisms of emotion regulation in a time- and resource-efficient manner.
Das Immunsystem des Neugeborenen unterscheidet sich grundlegend von
dem des Erwachsenen. Aufgrund der unvollständig entwickelten adaptiven
Immunantwort sind Neonaten einer erhöhten Infektionsgefahr ausgesetzt,
während sie vorrangig auf das innate Immunsystem bei der Abwehr von
Erregern zurückgreifen müssen. Einen wesentlichen Bestandteil dieser
angeborenen Immunabwehr stellen die neutrophilen Granulozyten dar, die
unter anderem in Form der Phagozytose die Bekämpfung von Pathogenen
im Gewebe realisieren.
Eine weitere, 2004 beschriebene Funktion der Neutrophilen ist die Bildung von „Neutrophil Extracellular Traps“ (NETs). Bei dieser speziellen Form des Zelltods, die auch als NETose bezeichnet wird, nutzen die neutrophilen Granulozyten ihre DNA und intrazelluläre Proteine, um antimikrobiell wirksame, netzförmige Strukturen in den Extrazellularraum auszuwerfen. Diese sind dort in der Lage, Pathogene zu binden und zu zerstören. Ziel dieser Arbeit war, die NETose bei Neugeborenen im Vergleich zu Erwachsenen zu untersuchen und wichtige perinatale Einflussfaktoren auf die NETose zu charakterisieren.
Die Neutrophilen wurden aus Nabelschnurblut isoliert und anschließend
mit entsprechenden Stimuli zur NETose angeregt. Die ausgeworfene DNA
wurde angefärbt, mittels Fluoreszenzmikroskopie analysiert und die
Ergebnisse hinsichtlich Anzahl und Größe der NETs ausgewertet.
In der vorliegenden Studie konnte gezeigt werden, dass die NETose bei
Neugeborenen im Vergleich zu Erwachsenen signifikant vermindert ist.
Darüber hinaus wurde ein Zusammenhang mit dem Gestationsalter
festgestellt, so wiesen unreife gegenüber reifen Neugeborenen ebenfalls eine eingeschränkte NET-Fähigkeit auf. Ferner wurde der Einfluss weiterer Parameter beleuchtet, wie des Geburtsgewichts und des -modus, des Geschlechts oder einer perinatalen Infektion.
Die verminderte Fähigkeit zur NETose ist Teil der unvollständig
entwickelten Immunantwort bei Neugeborenen und könnte so zu deren
Infektionsanfälligkeit beitragen.
Das in dieser Pilotstudie eingeschlossene Patientenkollektiv umfasste 50 Patienten des Institutes für Diagnostische Radiologie und Neuroradiologie der Universitätsmedizin Greifswald, bei denen eine Indikation zur CT-gestützten interventionellen Therapie mittels PRT oder Facetten-/ISG-Infiltration im Rahmen der Schmerztherapie bei Wirbelsäulenerkrankungen gestellt wurde.
Im Rahmen dieser Pilotstudie wurden nach Studieneinwilligung alle Patienten in einem ärztlichen Aufklärungsgespräch über die bevorstehende medizinische Intervention informiert. Bei 25 Patienten erfolgte diese Aufklärung auf dem bisher üblichen Weg unmittelbar von Angesicht zu Angesicht und bei den anderen 25 Patienten wurde dieses Gespräch mittels eines Videotelefonates innerhalb der Klinik durchgeführt. Aufklärungsinhalte sowie die Möglichkeit dem Arzt Fragen zu stellen oder Ängste zu äußern, waren in beiden Kommunikationswegen identisch. Die Akzeptanz gegenüber dem entsprechenden Aufklärungsmedium sowie die verstandenen Inhalte wurden 24 Stunden nach der durchgeführten Intervention telefonisch in Fragebögen erfasst.
In den Variablen der Akzeptanz „Gesprächsklima“, „Inhaltsübermittlung“, „Fragenbeantwortung“ und „Beziehung“ kann kein signifikanter Unterschied zwischen beiden Aufklärungsmedien nachgewiesen werden.
Die Anzahl an erinnerten Nebenwirkungen ist in der Gruppe „Videotelefonie“ verglichen mit der Gruppe „von Angesicht zu Angesicht“ schwach signifikant höher und die Häufigkeitsverteilung für „Ja“-und „Nein“-Antworten der Variable „Strahlenbelastung“ unterscheidet sich schwach signifikant zugunsten der Aufklärung per Videotelefonie. Es konnten keine signifikanten Unterschiede bezüglich der Häufigkeiten von „Ja“- oder „Nein“-Antworten in den Variablen „Behandlungsziel“ und „Fahrtüchtigkeit“ abhängig von der Aufklärungsart nachgewiesen werden.
In Anbetracht dieser Ergebnisse lässt sich feststellen, dass die Aufklärung per Videotelefonie jener von Angesicht zu Angesicht in den hier untersuchten Punkten nicht unterliegt und somit als gleichwertiges Medium für Aufklärungsgespräche genutzt werden könnte.
Periodontitis is one of the most prevalent oral diseases worldwide and is caused by multifactorial interactions between host and oral bacteria. Altered cellular metabolism of host and microbes releases a number of intermediary end products known as metabolites. There is an increasing interest in identifying metabolites from oral fluids such as saliva to widen the understanding of the complex pathogenesis of periodontitis. It is believed that some metabolites might serve as indicators toward early detection and screening of periodontitis and perhaps even for monitoring its prognosis in the future. Because contemporary periodontal screening methods are deficient, there is an urgent need for novel approaches in periodontal screening procedures. To this end, we associated oral parameters (clinical attachment level, periodontal probing depth, supragingival plaque, supragingival calculus, number of missing teeth, and removable denture) with a large set of salivary metabolites (n = 284) obtained by mass spectrometry among a subsample (n = 909) of nondiabetic participants from the Study of Health in Pomerania (SHIP-Trend-0). Linear regression analyses were performed in age-stratified groups and adjusted for potential confounders. A multifaceted image of associated metabolites (n = 107) was revealed with considerable differences according to age groups. In the young (20 to 39 y) and middle-aged (40 to 59 y) groups, metabolites were predominantly associated with periodontal variables, whereas among the older subjects (≥60 y), tooth loss was strongly associated with metabolite levels. Metabolites associated with periodontal variables were clearly linked to tissue destruction, host defense mechanisms, and bacterial metabolism. Across all age groups, the bacterial metabolite phenylacetate was significantly associated with periodontal variables. Our results revealed alterations of the salivary metabolome in association with age and oral health status. Among our comprehensive panel of metabolites, periodontitis was significantly associated with the bacterial metabolite phenylacetate, a promising substance for further biomarker research.
Helicobacter (H.) pylori is the most important cause for peptic ulcer disease and a risk factor for gastric carcinoma. How colonization with H. pylori affects the intestinal microbiota composition in humans is unknown. We investigated the association of H. pylori infection with intestinal microbiota composition in the population-based cohort Study-of-Health-in-pomerania (SHip)-tRenD. Anti-H. pylori serology and H. pylori stool antigen tests were used to determine the H. pylori infection status. the fecal microbiota composition of 212 H. pylori positive subjects and 212 matched negative control individuals was assessed using 16S rRNA gene sequencing. H. pylori infection was found to be significantly associated with fecal microbiota alterations and a general increase in fecal microbial diversity. in infected individuals, the H. pylori stool antigen load determined a larger portion of the microbial variation than age or sex. the highest H. pylori stool antigen loads were associated with a putatively harmful microbiota composition. this study demonstrates profound alterations in human fecal microbiota of H. pylori infected individuals. While the increased microbiota diversity associated with H. pylori infection as well as changes in abundance of specific genera could be considered to be beneficial, others may be associated with adverse health effects, reflecting the complex relationship between H. pylori and its human host.
Analyse der metabolischen Anpassung von Streptococcus pneumoniae an antimikrobielle Umwelteinflüsse
(2019)
Das Gram-positive Bakterium Streptococcus pneumoniae ist ein humanspezifisches Pathogen des oberen Respirationstraktes. Der opportunistische Krankheitserreger kann jedoch mehrere Organe befallen und tiefer in den Körper vordringen, was zu lokalen Entzündungen wie Sinusitis und Otitis media oder zu lebensbedrohlichen Infektionen wie Pneumonie, Meningitis oder Sepsis führen kann. Für das Bakterium S. pneumoniae wurden bisher kaum Metabolom-Daten erhoben. Daher war das Ziel dieser Dissertation eine umfassende Charakterisierung des Metaboloms von S. pneumoniae. In dieser Dissertation wurden als analytische Methoden die Gaschromatografie (GC) und Flüssigkeitschromatografie (LC) jeweils gekoppelt mit Massenspektrometrie (MS) sowie die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) verwendet, um die Metaboliten zu analysieren. Es sind mehrere Analysetechniken erforderlich, um den Großteil des Metaboloms mit seinen chemisch verschiedenen Metaboliten zu erfassen. Artikel I fasst die Literatur zu Untersuchungen des Metabolismus von S. pneumoniae in den letzten Jahren zusammen. Um eine Momentaufnahme des biologischen Systems zum jeweiligen Zeitpunkt zu erhalten, ist neben dem reproduzierbaren Wachstum während der Kultivierung auch die exakte Probenahme zu beachten. Aus diesem Grund wurde in dieser Dissertation ein Probenahmeprotokoll für das Endometabolom von S. pneumoniae etabliert (Artikel II). Mithilfe des optimierten Protokolls wurde eine umfassende Metabolomanalyse in einem chemisch definierten Medium durchgeführt (Artikel II). Um S. pneumoniae in einer Umgebung ähnlich der im Wirt zu untersuchen, wurde in einem modifizierten Zellkulturmedium kultiviert. Intermediate zentraler Stoffwechselwege von S. pneumoniae wurden analysiert. Das intrazelluläre Stoffwechselprofil wies auf einen hohen glykolytischen Flux hin und bot Einblicke in den Peptidoglykan-Stoffwechsel. Darüber hinaus widerspiegelten die Ergebnisse die biochemische Abhängigkeit von S. pneumoniae von aus dem Wirt stammenden Nährstoffen. Ein umfassendes Verständnis der Stoffwechselwege von Pathogenen ist wichtig, um Erkenntnisse über die Anpassungsstrategien während einer Infektion zu gewinnen und so neue Angriffspunkte für Wirkstoffe zu identifizieren.
Die zunehmende Verbreitung von resistenten S. pneumoniae-Stämmen zwingt zur Suche nach neuen antibiotisch wirksamen Substanzen. Im Zuge dessen wurde in Artikel III die metabolische Reaktion von S. pneumoniae während des Wachstums unter dem Einfluss antibakterieller Substanzen mit dem Ziel der Identifizierung metabolischer Anpassungsprozesse untersucht. Dabei wurden Antibiotika mit unterschiedlichen Wirkmechanismen verwendet, wie die Beeinflussung der Zellwandbiosynthese (Cefotaxim, Teixobactin-Arg10), der Proteinbiosynthese (Azithromycin) sowie Nukleotidsynthese (Moxifloxacin). Es konnten keine Wirkmechanismus-spezifischen Marker-Metaboliten identifiziert werden. Jedes Antibiotikum verursachte weitreichende Veränderungen im gesamten Metabolom von S. pneumoniae. Die Nukleotid- und Zellwandsynthese waren am stärksten betroffen. Besonders vielversprechend sind Antibiotika mit zwei Wirkorten wie Teixobactin-Arg10 und Kombinationen aus zwei Antibiotika. In dieser Dissertation wurde das erste Mal das synthetisch hergestellte Teixobactin-Arg10 mittels einer der modernen OMICS-Techniken untersucht. Die vorliegende umfassende Metabolom-Studie bietet wertvolle Erkenntnisse für Forscher, die an der Identifizierung neuer antibakterieller Substanzen arbeiten.
Insgesamt tragen die Ergebnisse der Dissertation zu einem besseren Verständnis der bakteriellen Physiologie bei.
Der akute Myokardinfarkt auf Grundlage einer koronaren Herzerkrankung ist eine der häufigsten Todesursachen weltweit. Besonders ältere Patienten leiden oft an mehreren kardiovaskulären Grunderkrankungen - so sind Vorhofflimmern und KHK häufige Komorbiditäten. Die pharmakologische Therapie von Vorhofflimmern bei bestehender KHK ist ein therapeutisches Problem. Dronedaron hat sich in zahlreichen klinischen Studien als wirksames Antiarrythmikum herausgestellt und zeigte zudem positive Effekte auf die Inzidenz und Sterblichkeit von akuten Myokardinfarkten (ATHENA-Studie). In verschiedenen Forschungsarbeiten konnte nachgewiesen werden, dass Dronedaron in der Frühphase nach einem akuten Myokardinfarkt eine Reduktion der Infarktgröße bewirken kann. Im Gegensatz dazu scheinen Patienten mit schwerer struktureller Herzerkrankung bezüglich ischämischer Ereignisse nicht von einer Dronedarontherapie zu profitieren (PALLAS-Studie).
In dieser Arbeit sollte unter Nutzung des Schweins als Modellorganismus geklärt werden, ob im Langzeitverlauf vier Wochen nach einem akuten Myokardinfarkt protektive Effekte Dronedarons auf die Infarktgröße und die kardiale Funktion nachgewiesen werden können. Desweiteren wurden mithilfe ventrikulärer Gen- und Proteinexpressionsanalysen Dronedaroneffekte in gesundem Myokard, Infarktgrenze und Infarktnarbe auf molekularbiologischem Level untersucht.
Für den experimentellen Myokardinfarkt wurde mithilfe eines Ballonkatheters der rechte Ramus interventricularis anterior distal des ersten Septalastes für 90 Minuten verschlossen. Nach 4-wöchiger Infarktheilung wurden die Herzen explantiert und Gewebsproben für die Expressionsanalysen entnommen. Die Größe der Infarktnarbe wurde an den formalinfixierten Herzen mithilfe der MRT-Bildgebung bestimmt. Genexpressionsprofile wurden mittels RNA-Microarray und anschließender Validierung mittels RT-qPCR, Proteinexpressionsprofile mittels 2D-DIGE-Analyse und anschließender massenspektrometrischer Proteinidentifizierung erstellt.
Die Infarktgröße wurde durch die Dronedarontherapie nicht signifikant beeinflusst (Kontrolle vs. Dronedaron: 10,1 % vs. 9,2 %, n.s.). Das Schlagvolumen der dronedaronbehandelten Tiere zeigte im Gegensatz zu den Kontrolltieren vier Wochen nach Infarzierung keine signifikante Reduktion. Enddiastolisches Volumen, Ejektionsfraktion sowie Serummarker zeigten keine Unterschiede zwischen den Versuchsgruppen.
In den Expressionsanalysen konnten insbesondere in der Infarktgrenze Effekte der Dronedarontherapie beobachtet werden. Es kam zu einer Expressionssteigerung von TGFβ3, der TGFβ-Rezeptoren 1 und 2 sowie der TGFβ-bindenden Proteine LTBP1 und 2. Die vermehrte Aktivierung des TGFβ-Signalings zeigte sich auch in einer Expressionssteigerung matrizellulärer Proteine, darunter Thrombospondin 1 und 2, Periostin und Fibronektin, sowie diverser extrazellulärer Matrixproteine, v.a. Kollagen-Subtypen.
Die Aktivierung des TGFβ-Signalings sowie die Expressionssteigerung TGFβ-induzierter matrizellulärer Proteine in der Infarktgrenze begünstigen durch antiinflammatorische Effekte und Stimulation der Kollagensynthese die Infarktheilung sowie die Stabilisierung des Narbengewebes. Die Proteine Thrombospondin 1 und 2 verhindern zudem eine Expansion des Infarktes in gesunde Myokardareale. Desweiteren kann insbesondere Periostin die Kardiomyozytenproliferation im infarzierten Myokard stimulieren. So können das TGFβ-Signaling sowie matrizelluläre Proteine zu einer Verbesserung der kardialen Funktionalität nach akutem Myokardinfarkt beitragen. Es ist vorstellbar, dass Calcium-abhängige Mechanismen in Kardiomyofibroblasten die dronedaronabhängige gesteigerte Aktivierung des TGFβ-Signalings und als Folge der matrizellulären Proteine vermitteln.
Die Aufrechterhaltung des Schlagvolumens des linken Ventrikels durch die Dronedarontherapie vier Wochen nach einem Myokardinfarkt spricht für einen Erhalt der systolischen Kontraktionskraft des Herzens. Auch wenn keine signifikante Reduktion der Infarktgröße festgestellt werden konnte, deuten die gefundenen Ergebnisse auf eine protektive Wirkung von Dronedaron auf kardiale Funktionalität und die Infarktheilung bei ansonsten gesunden Patienten hin. Bei Patienten mit bereits strukturell vorgeschädigtem Herzen beispielsweise im Sinne einer schweren Herzinsuffizienz könnte die gefundene vermehrte Aktivierung des TGFβ-Signalings zu einer Verschlechterung der Prognose führen, was die Ergebnisse der PALLAS-Studie erklären könnte.