Open Access

In catastrophic situations such as pandemics, patients' healthcare including admissions to hospitals and emergency services are challenged by the risk of infection and by limitations of healthcare resources. In such a setting, the use of telemedicine interventions has become extremely important. New technologies have proved helpful in pandemics as a solution to improve the quality of life in vulnerable patients such as persons with neurological diseases. Moreover, telemedicine interventions provide at-home solutions allowing clinicians to telemonitor and assess patients remotely, thus minimizing risk of infection. After a review of different studies using telemedicine in neurological patients, we propose a telemedicine process flow for healthcare of subjects with chronic neurological disease to respond to the new challenges for delivering quality healthcare during the transformation of public and private healthcare organizations around the world forced by COVID-19 pandemic contingency. This telemedicine process flow represents a replacement for in-person treatment and thereby the provision equitable access to the care of vulnerable people. It is conceptualized as comprehensive service including (1) teleassistance with patient counseling and medical treatment, (2) telemonitoring of patients' health conditions and any changes over time, as well as (3) telerehabilitation, i.e., interventions to assess and promote body functions, activities, and consecutively participation. The hereby proposed telemedicine process flow could be adopted on a large scale to improve the public health response during healthcare crises like the COVID-19 pandemic but could equally promote equitable health care independent of people's mobility or location with respect to the specialized health care center.

Over the last decades, various predictors have proven relevant for job performance [e.g., general mental ability (GMA), broad personality traits, such as the Big Five]. However, prediction of job performance is far from perfect, and further potentially relevant predictors need to be investigated. Narrower personality traits, such as individuals' character strengths, have emerged as meaningfully related to different aspects of job performance. However, it is still unclear whether character strengths can explain additional variance in job performance over and above already known powerful predictors. Consequently, the present study aimed at (1) examining the incremental validity of character strengths as predictors of job performance beyond GMA and/or the Big Five traits and (2) identifying the most important predictors of job performance out of the 24 character strengths, GMA, and the Big Five. Job performance was operationalized with multidimensional measures of both productive and counterproductive work behavior. A sample of 169 employees from different occupations completed web-based self-assessments on character strengths, GMA, and the Big Five. Additionally, the employees' supervisors provided web-based ratings of their job performance. Results showed that character strengths incrementally predicted job performance beyond GMA, the Big Five, or GMA plus the Big Five; explained variance increased up to 54.8, 43.1, and 38.4%, respectively, depending on the dimension of job performance. Exploratory relative weight analyses revealed that for each of the dimensions of job performance, at least one character strength explained a numerically higher amount of variance than GMA and the Big Five, except for individual task proactivity, where GMA exhibited the numerically highest amount of explained variance. The present study shows that character strengths are relevant predictors of job performance in addition to GMA and other conceptualizations of personality (i.e., the Big Five). This also highlights the role of socio-emotional skills, such as character strengths, for the understanding of performance outcomes above and beyond cognitive ability.

Our goal was to provide a comprehensive overview of the antibody response to Staphylococcus aureus antigens in the general population as a basis for defining disease-specific profiles and diagnostic signatures. We tested the specific IgG and IgA responses to 79 staphylococcal antigens in 996 individuals from the population-based Study of Health in Pomerania. Using a dilution-based multiplex suspension array, we extended the dynamic range of specific antibody detection to seven orders of magnitude, allowing the precise quantification of high and low abundant antibody specificities in the same sample. The observed IgG and IgA antibody responses were highly heterogeneous with differences between individuals as well as between bacterial antigens that spanned several orders of magnitude. Some antigens elicited significantly more IgG than IgA and vice versa. We confirmed a strong influence of colonization on the antibody response and quantified the influence of sex, smoking, age, body mass index, and serum glucose on anti-staphylococcal IgG and IgA. However, all host parameters tested explain only a small part of the extensive variability in individual response to the different antigens of S. aureus.

According to a basic model, the formation of the coastal barriers in the southwestern Baltic can be divided into four evolutionary stages which are characterized by different rates of sea-level rise and varying relations between sediment supply and accommodation space. This model is tested using the example of a strandplain of the island Usedom, along with a local sea-level curve that reflects even smaller fluctuations of the water table and a detailed chronostratigraphy based on OSL measurements that allows the correlation of the morphodynamics with specific climatic phases. The resulting evolution scheme generally confirms the basic model but the timing of the stages depends on the inherited relief and has to be adjusted locally. A comparison with barriers from the W and SW Baltic region shows that the development during the past 5000 years was controlled by climate fluctuations which caused minor variations of the rather stable sea level and consequential changes in sediment supply, accommodation space and foredune deposition. Progradation decline can mainly be related to cool and windy climate phases which centered around 4.2, 2.8, 1.1, and 0.3 ka b2k, while increasing progradation correlated with warmer climate around 3.5, 2.0, and 0.9 ka b2k. The climate warming and the increasing sea-level rise in the recent past, however, led to shrinking progradation rates and may indicate a critical point beyond which the main progradation trend of the past turns into erosion.

Crab Spa, is a stable diffuse-flow hydrothermal vent site located at the 9°N hydrothermal vent field on the East Pacific Rise (EPR). Remarkably, the physicochemical conditions at Crab Spa have remained largely constant since its discovery in 2007 providing a uniquely stable environment in which a well-adapted and stable microbial community has evolved. This microbial community is dominated by the class Campylobacteria, accounting for up to 90% of the community. Little is known, however, about the metabolic pathways that allow the Campylobacteria to dominate the bacterial community at Crab Spa. To address this fundamental question, a two-pronged approach was taken consisting of first determining the dominant metabolic pathways in situ, and second to study those same metabolic pathways and their controls in more detail under defined conditions in vitro in the model campylobacterium Sulfurimonas denitrificans. Metagenomic analysis of two environmental samples provided the blueprint to determine the metaproteomic profile of the Crab Spa microbial community. This allowed to identify the dominant organisms and their major metabolic pathways sustaining the microbial community at Crab Spa. About 90% of the genes for transcription and protein synthesis of the metagenome sequences belonged to just three genera of Campylobacteria: Sulfurimonas, Sulfurovum and Arcobacter. The metaproteomic analyses confirmed that the active microbial community was dominated by Campylobacteria, carrying out carbon fixation via the reductive TCA cycle predominantly fueled by the oxidation of sulfide and sulfur with nitrate and oxygen. The analysis further revealed that pathways might be partioned between different members of the bacterial community. Proteins involved in electron acceptor–related pathways, in particular denitrification, accounted for up to 20% of the whole metaproteome, which could be seen as an adaptation to the scarcity of electron acceptors at Crab Spa. Conversely, proteins related to electron donor–associated metabolic pathways accounted for less than 0.1% of the metaproteome, possibly in response to the high concentration of the electron donor. To follow up on this hypothesis, chemostat experiments with S. denitrificans were performed under either electron-acceptor or -donor limitation. These experiments confirmed that electron-acceptor limitation lead to the elevated expression of electron-acceptor proteins. However, a higher expression of electron-donor proteins was not observed under electron-donor limitation. Besides hydrogen sulfide, elemental sulfur has the potential to serve as an important electron donor at Crab Spa. However, up to know no information was available on how Campylobacteria might be able to utilize elemental sulfur. For this, S. denitrificans grew with either thiosulfate or cyclooctasulfur (S8) as sole electron donors and its transcriptome and proteome was compared. The results revealed a differential expression of the SOX sulfur oxidation pathway (soxCDYZ and soxABXYZ) in response to the two different sulfur compounds. Based on these findings, a model for the oxidation of cylcooctasulfur was proposed that also applies to other sulfur-oxidizing Campylobacteria and helps in the interpretation of environmental metatranscriptomic and –proteomic data (Götz, Pjevac, et al., 2018; Lahme et al., 2020). The presented results help to better understand the microbial processes at hydrothermal vents.

Bioactive lipids or lipid mediators influence numerous processes like the reproduction, the bone turnover, the pain perception, the cardiovascular function and the immune system. Eicosanoids and oxylipins are parts of the immunomodulatory lipid mediators, which can be synthesized from polyunsaturated fatty acids (PUFAs) by enzymatic and non-enzymatic reactions. Typical members of eicosanoids are prostaglandins and leukotrienes. The properties of bioactive lipids include the activation of inflammatory reactions as well as the support of resolution. Like hormones, they act locally restricted and in low concentrations. Further bioactive lipids exist i.e. intermediates of the sphingolipid class. The biosynthesis of some of these compounds like the prostaglandins can be influenced by different drugs whereas for other groups of lipid selective inhibitors are still missing. Their impact on inflammatory processes and against chronic diseases has already been analyzed, while studies in context with infection are largely limited. Infection of the upper respiratory tract caused by viral and bacterial pathogens constitute a huge burden for the human healthcare. The main pathogens are the Influenza A virus (IAV), Staphylococcus aureus (S. aureus), Streptococcus pneumoniae (S. pneumoniae) and Streptococcus pyogenes (S. pyogenes). Besides mono-infection with one of these pathogens, frequently occurring bacto-viral co-infections exist, which negatively influence the etiopathology. The main task of the immune system is the detection and the elimination of pathogens, which can essentially be affected by lipid mediators. Their instability due to oxidizability, the existence of regioisomers and the low abundance of eicosanoids and other oxylipins are the main problems for their analytical measurement. The mayor objective of this dissertation was the establishment of a suitable analytical method for selected lipid mediators and the detection of infection-related changes. The separation and detection was performed by using high-performance liquid chromatography (HPLC) coupled with triple quad mass spectrometry. This combination is called tandem mass spectrometry (MS/MS). The MS parameters were optimized for approximately 30 lipid mediators by use of chemical standards and the detection was achieved by dynamic multiple reaction monitoring (MRM). Furthermore, the spatial resolution of selected sphingolipids was analyzed in tissue samples using matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry imaging (MALDI-MS-Imaging). Concerning the HPLC-MS/MS detection, an MS method was established and optimized with standard compounds. Another crucial part of the establishment was the extraction of bioactive lipids from the different sampling materials. Whereas well tested protocols exist for the extraction and detection of lipid mediators, such protocols for MALDI-MS-Imaging are still limited due to the novelty of this measurement. Ultimately, robust and reproducible protocols for both techniques that were used for the analysis of a broad array of samples from infection experiments were established for both techniques. The analyses of infected cell culture, mice and pigs revealed infection-related perturbations of host lipid mediator levels. Depending on the scientific issue, the sample types cell pellets, lungs, spleens, livers, blood plasmas, pawns including bones or bronchoalveolar lavages were analyzed. For MALDI-MS-Imaging, the spatial distribution of sphingolipids in lung and spleen was detected. The present dissertation includes four coherent research scopes, in which the pathogen impact on host-derived lipid mediators was detected with the above mentioned analytical methods. The infection models epithelial cells (article II), mouse (article III and IV) and pig (article I) – the latter as the most human like model - showed different aspects of the host-pathogen interaction. The analysis of samples from IAV infection for all three hosts revealed a couple of similarities for some oxylipins that were also described in human infections. Additionally, cell culture and mouse samples from mono-infections as well as co-infections with the pathogens S. aureus and S. pneumoniae were measured. In particular for the bacterial mono- and co-infections, these are the first published results with aspects of infection related changes of lipid mediators. The additional spatial resolution of the sphingolipid intermediates sphingosine 1-phosphate and ceramide 1-phosphate revealed important new insights into their tissue distribution and changes during co-infection. Article I describes the IAV-specific oxylipin changes in the pig (german landrace) as infection model. Therefore, the sample types lung, spleen, blood plasma, and bronchoalveolar lavage from infected animals at different time points after infection were analyzed and compared with samples from uninfected pigs. Mainly in the lung and the spleen, increased amounts of certain lipid mediators were observed. These changes coincide well with already described alterations in humans and mice. Furthermore, the analysis of different sample material provided an overview about appropriate sample types. Surprisingly, many perturbations were detected in the spleen, which itself was uninfected. Based on the local reaction of lipid mediators, most studies concentrate on sample material with close contact to side of infection. Therefore, this dissertation reveals new insights into a form of systemic immune response. Besides the use of animals with a complex immune system for infection experiments, human bronchial epithelial cells (16HBE) were mono- and co-infected with the pathogens S. aureus, S. pneumoniae and IAV as described in article II. Such cells are the initial barrier for and first contact site with pathogens and thus the comprehension of this host-pathogen interaction is of essential importance. Most changes were detected during pneumococcal infection. Furthermore, the analyzed infections with bacterial pathogens differed from IAV infection by an increased synthesis of 5-hydroxyeicosatetraenoic acid (HETE). For further infections with the above mentioned pathogens, the mouse was used as an infection model. Besides infections affecting the respiratory tract, also the impact of an S. pyogenes infection in different mice strains was analyzed and described in article III. Infection-related changes in prostaglandins, which are involved in bone turnover in swollen pawns as well as enhanced amounts of sepsis- and arthritis-associated lipid mediators were detected, in case arthritis had been induced prior to infection. Furthermore, increased amounts of 20-HETE could be observed for such severe infections. An enhanced biosynthesis of 20-HETE was further confirmed in a high-pathogenic S. aureus LUG2012 infection in article IV for all examined sample types. In this last article of this dissertation, bacterial and viral infections in mice were analyzed similar to those described in article II. Mainly IAV-specific lipid mediator alterations were detected, which are in accordance with the findings of the infected pigs. The additional MALDI-MS-Imaging measurements revealed so far unknown accumulation of ceramide 1-phosphate in lung and spleen as well as enrichment in the red pulp of the spleen. In summary, this dissertation provides substantial lipid mediator profiles for infections in three different model systems with selected bacterial and viral pathogens. The obtained data constitute a suitable basis for continuative research projects, in which the influence of single bioactive lipids on the course of infection could be examined in more detail.

Abstract Ecosystems with highly pulsed water supply must be better understood as climate change may increase frequency and severity of intense storms, droughts and floods. Here we collected data over 3 years (2016–2018) in the episodic wetland outflow channel (Aluize), Banhine National Park, in which the system state changed from dry to wet to dry. Field sampling included vegetation records, small‐scale vegetation zoning, the seed bank and water and soil quality. The same main plant species were found in both dry and wet conditions across the riverbed of the outflow channel. We found only very few diaspores of plants in the soil after prolonged drought. In the subsequent flooded state, we examined very dense vegetation on the water surface, which was dominated by the gramineous species Paspalidium obtusifolium. This species formed a compact floating mat that was rooted to the riverbed. The Cyperaceae Bolboschoenus glaucus showed high clonal growth in the form of root tubers, which likely serve as important food reservoir during drought. Soil and water analyses do not indicate a limitation by nutrients. We outline how resident people may change the plant community structure with an increasing practice of setting fire to the meadows in the dried‐up riverbed to facilitate plant regrowth as food for their livestock.

Herein, we report the synthesis of a series of push–pull imines by considering cyclic diamino substituent at the C‐centre and fluoroaryl substituent at the N‐centre. This has been achieved by a selective aromatic nucleophilic substitution of different fluoroarenes by N‐H‐substituted N‐heterocyclic imines (NHIs) at ambient conditions without any additional reagent. Solid‐state molecular structure analysis reveals the elongation of the central C–N bond of the imine functionality, which is consistent with the push–pull nature of these imines. The push–pull nature of these imines is further validated by computational studies.

Diese Dissertation untersucht Zusammenhänge der spieltheoretischen Begriffe des Nash- und Stackelberg-Gleichgewichts in Differenialspielen im N-Spieler-Fall. Weiterhin werden drei verschiedene Lösungskonzepte für das Finden von Gleichgewichten in 2-Spieler-Differentialspielen vorgestellt. Direkte Methoden aus der nichtlinearen Optimierung, der globalen Optimierung und der optimalen Steuerung werden verwendet, um Nash- und Stackelberg-Gleichgewichte in 2-Spieler-Differentialspielen zu finden. Anhand von Anwendungsbeispielen werden die Methoden getestet, analysiert und ausgewertet. Eine Erweiterung des Verfolgungsspiels von Isaacs auf Beschleunigungskomponenten wird betrachtet. Ein bisher unbekanntes Stackelberg-Gleichgewicht wird im Kapitalismusspiel nach Lancaster numerisch berechnet. Zuletzt wird ein Problem aus der Fischerei modelliert und anhand der eingeführten Methoden gelöst.

Abstract Relatively little is known about how plant–soil feedbacks (PSFs) may affect plant growth in field conditions where factors such as herbivory may be important. Using a potted experiment in a grassland, we measured PSFs with and without aboveground insect herbivory for 20 plant species. We then compared PSF values to plant landscape abundance. Aboveground herbivory had a large negative effect on PSF values. For 15 of 20 species, PSFs were more negative with herbivory than without. This occurred because plant biomass on “home” soils was smaller with herbivory than without. PSF values with herbivory were correlated with plant landscape abundance, whereas PSF values without herbivory were not. Shoot nitrogen concentrations suggested that plants create soils that increase nitrogen uptake, but that greater shoot nitrogen values increase herbivory and that the net effect of positive PSF and greater aboveground herbivory is less aboveground biomass. Results provided clear evidence that PSFs alone have limited power in explaining species abundances and that herbivory has stronger effects on plant biomass and growth on the landscape. Our results provide a potential explanation for observed differences between greenhouse and field PSF experiments and suggest that PSF experiments need to consider important biotic interactions, like aboveground herbivory, particularly when the goal of PSF research is to understand plant growth in field conditions.

Abstract Promiscuous acyltransferase activity is the ability of certain hydrolases to preferentially catalyze acyl transfer over hydrolysis, even in bulk water. However, poor enantioselectivity, low transfer efficiency, significant product hydrolysis, and limited substrate scope represent considerable drawbacks for their application. By activity‐based screening of several hydrolases, we identified the family VIII carboxylesterase, EstCE1, as an unprecedentedly efficient acyltransferase. EstCE1 catalyzes the irreversible amidation and carbamoylation of amines in water, which enabled the synthesis of the drug moclobemide from methyl 4‐chlorobenzoate and 4‐(2‐aminoethyl)morpholine (ca. 20 % conversion). We solved the crystal structure of EstCE1 and detailed structure–function analysis revealed a three‐amino acid motif important for promiscuous acyltransferase activity. Introducing this motif into an esterase without acetyltransferase activity transformed a “hydrolase” into an “acyltransferase”.

Abstract The 10–23 DNAzyme is an artificially developed Mg2+‐dependent catalytic oligonucleotide that can cleave an RNA substrate in a sequence‐specific fashion. In this study, new split 10–23 DNAzymes made of two nonfunctional fragments, one of which carries a boronic acid group at its 5′ end, while the other has a ribonucleotide at its 3′ end, were designed. Herein it is demonstrated that the addition of Mg2+ ions leads to assembly of the fragments, which in turn induces the formation of a new boronate internucleoside linkage that restores the DNAzyme activity. A systematic evaluation identified the best‐performing system. The results highlight key features for efficient control of DNAzyme activity through the formation of boronate linkages.

Analysis of volatile organic compounds (VOCs) is a novel approach to accelerate bacterial culture diagnostics of Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP). In the present study, cultures of fecal and tissue samples from MAP-infected and non-suspect dairy cattle and goats were explored to elucidate the effects of sample matrix and of animal species on VOC emissions during bacterial cultivation and to identify early markers for bacterial growth. The samples were processed following standard laboratory procedures, culture tubes were incubated for different time periods. Headspace volume of the tubes was sampled by needle trap-micro-extraction, and analyzed by gas chromatography-mass spectrometry. Analysis of MAP-specific VOC emissions considered potential characteristic VOC patterns. To address variation of the patterns, a flexible and robust machine learning workflow was set up, based on random forest classifiers, and comprising three steps: variable selection, parameter optimization, and classification. Only a few substances originated either from a certain matrix or could be assigned to one animal species. These additional emissions were not considered informative by the variable selection procedure. Classification accuracy of MAP-positive and negative cultures of bovine feces was 0.98 and of caprine feces 0.88, respectively. Six compounds indicating MAP presence were selected in all four settings (cattle vs. goat, feces vs. tissue): 2-Methyl-1-propanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, heptanal, isoprene, and 2-heptanone. Classification accuracies for MAP growth-scores ranged from 0.82 for goat tissue to 0.89 for cattle feces. Misclassification occurred predominantly between related scores. Seventeen compounds indicating MAP growth were selected in all four settings, including the 6 compounds indicating MAP presence. The concentration levels of 2,3,5-trimethylfuran, 2-pentylfuran, 1-propanol, and 1-hexanol were indicative for MAP cultures before visible growth was apparent. Thus, very accurate classification of the VOC samples was achieved and the potential of VOC analysis to detect bacterial growth before colonies become visible was confirmed. These results indicate that diagnosis of paratuberculosis can be optimized by monitoring VOC emissions of bacterial cultures. Further validation studies are needed to increase the robustness of indicative VOC patterns for early MAP growth as a pre-requisite for the development of VOC-based diagnostic analysis systems.

Cold atmospheric-pressure plasmas are candidate biomedical tools proposed for various applications, such as biological decontamination, cancer regression, and promotion of wound healing. Plasmas, which are in the fourth state of matter, can be generated using inert gases (e.g., argon, helium, ambient air) and different source concepts. Together with the applied parameters, the source design defines the chemical-physical characteristics of the resulting plasma, leading in turn to variable biochemical effects on biological matter. The medical effectiveness of cold plasmas has been proven in vitro and in vivo, also in clinical trials for wound healing in patients using two certified plasmas sources, the kINPen MED and the PlasmaDerm. However, molecular mechanisms leading to those effects are unclear. In the same way, it must be studied if the modulation of plasma properties could improve the specificity of biological effects. These findings are needed to define the concept of plasma dose to be optimized in targeting peculiar pathologic conditions. The present thesis consisting of five peer-reviewed publications has investigated these aspects of plasma research. In the gaseous phase of cold plasmas, various components with biological activity are produced, such as radiation (e.g., vacuum UV, UV) and reactive species (e.g., •O, 1O2, •OH, •NO, •NO2, O3). As most gaseous species are short-lived, liquid compartments surrounding cells and molecular structures could mediate their transformation and/or the production of other aqueous species. For this reason, plasma-induced aqueous chemistry has been mainly investigated in this thesis. The reaction pathways of reactive oxygen and nitrogen species in liquid were analyzed by monitoring the oxidative modifications induced on tyrosine and cysteine, which are biological structures essential in cellular protein functioning. Liquid chromatography and mass spectrometry-based strategies have been elaborated to elucidate structural changes and characterize the oxidative pattern occurring on the tracers after treatment with plasmas. As a first result, it could be shown that the oxidative pattern induced on tyrosine or cysteine variated qualitatively and quantitatively with the applied conditions, reflecting the action of differently produced/deposited species in liquid. Biologically relevant structures were identified and in part quantified (e.g., cystine, sulfonic acid, sulfinic acid, S-sulfonate, S-nitrosocysteine, nitrotyrosine, nitrosotyrosine). By using isotopically labeled oxygen or nitrogen in the gas plasma, or labeled oxygen in the target liquid, the incorporation of gaseous or aqueous species in the tracer’s structures was monitored via mass spectrometry. With this strategy, the reaction mechanisms involving gaseous oxygen and nitrogen species at the liquid interface were clarified, as well as the de novo production of reactive species in liquid. Short-lived gaseous oxygen species such as atomic and singlet oxygen (•O, 1O2), predominantly formed in conditions with oxygen in the plasma gas, were able to modify the cysteine structures in highly oxidized derivatives, such as cysteine sulfonic acid. Due to their half-life, however, their activity occurred mainly at the interface. Vacuum UV radiation and •O also led to the formation in liquid of hydroxyl radicals (•OH) and hydrogen peroxide (H2O2), due to water photolysis and homolysis. Water-derived species were responsible for the formation of reversible modifications, such as cysteine S-sulfonate, cystine, and cystine sulfoxides. Nitrosative modifications (e.g., S-nitrosocysteine, nitrosotyrosine, nitrotyrosine) could be observed only in conditions with both nitrogen and oxygen in the plasma gas, and further optimization occurred in presence of water molecules in the gas. In this case, the formation and action of peroxynitrite (ONOO-) in generating nitrotyrosine was proven by using a scavenger molecule for ONOO-. Finally, the cysteine product pattern was applied as a tool to characterize and compare the overall chemistry generated in liquid by different plasma sources and applied parameters. These findings aim to support and contribute to the definition of plasma dose for plasma medicine, through the standardization, control, tuning, and optimization of plasma parameters and plasma liquid chemistry. These results may be applied in the future to improve the specificity and selectivity of the biological effects generated by the described atmospheric-pressure plasma jets.

Einleitung Die postoperative Serombildung ist eine der häufigsten Komplikationen (3 - 85 %) nach mammachirurgischen Eingriffen und kann durch sekundär auftretende Komplikationen, wie beispielsweise Infektionen, Schmerzen, oder die Notwendigkeit rezidivierender Punktionen zu einer Prolongation der Hospitalisierungsdauer und Wundkonsolidierung führen. Neben dem Standardverfahren der Totraumreduktion mittels Drainageanlage existieren zahlreiche Alternativen, wie die Anwendung von Fibrinkleber oder der Wundverschluss mittels sogenannter „Quilting sutures“. Eine weitere Möglichkeit der Totraumreduktion stellt ein auf Polyurethanbasis produzierter Gewebekleber (TissuGlu®), dessen Einfluss auf die postoperative Komplikationsrate sowie konsekutiv notwendige Interventionen im Rahmen dieser prospektiven, randomisiert-kontrollierten Nicht-Unterlegenheitsstudie vergleichend zur Drainageanlage untersucht wurde, dar. Material und Methoden In einem Gesamtstudienzeitraum von drei Jahren umfasste die finale Studienpopulation insgesamt 70 Patienten, von welchen 35 in die Gewebekleber- und 35 in die Drainagegruppe randomisiert wurden. Alle Patienten erhielten eine Mastektomie (ME), indikationsgerecht erweitert um eine Sentinel-Lymphonodektomie (SLNE). Im Rahmen eines sich postoperativ anschließenden 90-tägigen Follow-Ups erfolgte die Datenerhebung, welche der vergleichenden Betrachtung postoperativer Komplikationen und daraus konsekutiv resultierender Interventionen diente. Eine Nicht-Unterlegenheitsanalyse aller Interventionen sollte hierbei zeigen, ob die Anwendung des Gewebeklebers eine sichere und effiziente Alternative zur Drainageanlage in der Mammachirurgie darstellt. Ergebnisse Im Rahmen dieser Studie konnte hinsichtlich postoperativer Interventionen Nicht-Unterlegenheit für die Anwendung des Gewebeklebers nachgewiesen werden. Dennoch ließen sich für die Drainagegruppe weniger postoperative Komplikationen (0,9 ± 0,6 vs. 1,1 ± 0,7 Komplikationen; p = 0.091) sowie konsekutiv indizierte Interventionen (2,7 ± 1,2 vs. 3,0 ± 3,1 Interventionen; p = 0.408) ermitteln. Bezogen auf die isolierte Betrachtung der postoperativen Serombildung und deren Behandlung zeigte sich, dass trotz einer geringfügig geringeren Rate primärer Serome in der Gewebeklebergruppe (80,0 % vs. 86,1 %; p = 0.688), sowohl die durchschnittliche Punktionshäufigkeit pro behandelter Brust (2,8 ± 2,6 vs. 1,6 ± 1,2; p = 0.013) als auch das punktierte Volumen (394,1ml ± 423ml vs. 198,6 ml ± 291 ml; p = 0.021) nach Kleberanwendung signifikant höher lag als in der Drainagegruppe. In der Gewebeklebergruppe konnte dagegen, vergleichend zur Drainagegruppe, eine postoperative Schmerzreduktion mit statistischer Signifikanz ab Tag vier (p < 0.001) sowie die Verkürzung der Hospitalisierungsdauer (3,0 ± 1,4 vs. 5,8 ± 2,4 Tage; p < 0.001) gezeigt werden. Im Hinblick auf seromassoziierte Risikofaktoren beeinflussen der BMI, das Vorliegen eines Diabetes mellitus, der Gesundheitszustand des Patienten, validiert anhand des ASA-Scores, und die Operationsdauer die Inzidenz postoperativer Serome mit statistischer Signifikanz. Ein Einfluss des Patientenalters konnte nicht signifikant belegt werden, ist unter Berücksichtigung der Pathogenese von Seromentstehung und Wundheilung jedoch nicht sicher auszuschließen. Schlussfolgerung Die Anwendung des polyurethanbasierten Gewebeklebers TissuGlu® nach Mastektomie mit oder ohne SLNE ist primär durch eine gegenüber der Drainageeinlage geringere Invasivität gekennzeichnet und zeigt, bei grundlegend nachgewiesener Nichtunterlegenheit, signifikante Vorteile hinsichtlich des postoperativen Schmerzzustandes und der Dauer des stationären Krankenhausaufenthaltes. Dennoch nehmen die nach Gewebekleberanwendung durch rezidivierende Serome hervorgerufenen hohen Interventionsraten und erhöhte Punktionsvolumina negativen Einfluss auf die patientenspezifische Rekonvaleszenz und können somit das postoperative Infektionsrisiko erhöhen. Bezüglich der Inzidenz postoperativer Serome zeigte sich ein signifikanter Einfluss des BMI, eines vorbestehenden Diabetes mellitus, des Gesundheitszustandes gemessen anhand des ASA-Scores sowie der OP-Dauer. In Hinblick auf postoperative Komplikationen und Interventionen kann sowohl die Anwendung des Gewebeklebers als auch der Drainage jeweils vergleichend mit dem chirurgischen Wundverschluss ohne zusätzliche totraumreduzierende Maßnahmen einen interessanten Untersuchungsschwerpunkt weiterführender Studien darstellen. Zudem sollte eine Validierung der hier gewonnen Daten, insbesondere hinsichtlich Langzeitkomplikationen nach Anwendung des TissuGlu®-Gewebeklebers, im Rahmen weiterer prospektiver mono- und multizentrischer Studien erfolgen.

Climate change has strongly affected mountain forests through an increasing intensity and frequency of disturbances and forest dieback in recent decades. However, given the strong relevance of forest dieback and potential impacts on forest stakeholders and local inhabitants, it is surprising that this research field is seldom investigated to date. Therefore, this study deals with the perception of climate change-related consequences as well as possible silvicultural adaptation strategies for the Bavarian Forest. Since it can be assumed that various forest ecosystem services will be increasingly in demand in the future, participation by all stakeholders is essential. Therefore, a sequential, mixed-method approach (qualitative and quantitative survey) allows developing concrete guidelines and strategies for adaptive management, in which the diverse social demands on forests can be adequately taken into account.

Streptococcus pneumoniae is a commensal of the human upper respiratory tract and moreover, the causative agent of several life-threatening diseases including pneumonia, sepsis, otitis media, and meningitis. Due to the worldwide rise of resistance to antibiotics in pneumococci the understanding of its physiology is of increasing importance. In this context, the analysis of the pneumococcal proteome is helpful as comprehensive data on protein abundances in S. pneumoniae may provide an extensive source of information to facilitate the development of new vaccines and drug treatments. It is known that protein phosphorylation on serine, threonine and tyrosine residues is a major regulatory post-translational modification in pathogenic bacteria. This reversible post-translational modification enables the translation of extracellular signals into cellular responses and therewith adaptation to a steadily changing environment. Consequently, it is of particular interest to gather precise information about the phosphoproteome of pneumococci. S. pneumoniae encodes a single Serine/Threonine kinase-phosphatase couple known as StkP-PhpP. To address the global impact and physiological importance of StkP and PhpP which are closely linked to the regulation of cell morphology, growth and cell division in S. pneumoniae, proteomics with an emphasis on phosphorylation and dephosphorylation events on Ser and Thr residues was applied. Thus, the non-encapsulated pneumococcal D39Δcps strain (WT), a kinase (ΔstkP) and phosphatase mutant (ΔphpP) were analyzed in in a mass spectrometry based label-free quantification experiment. The global proteome analysis of the mutants deficient for stkP or phpP already proved the essential role of StkP-PhpP in the protein regulation of the pneumococcus. Proteins with significantly altered abundances were detected in diverse functional groups in both mutants. Noticeable changes in the proteome of the stkP deletion mutant were observed in metabolic processes such as “Amino acid metabolism” and also in pathways regulating genetic and environmental information processing like “Transcription” and “Signal transduction”. Prominent changes in the metabolism of DNA, nucleotides, carbohydrates, cofactors and vitamins as well as in the categories “Transport and binding proteins” and “Glycan biosynthesis and metabolism” have been additionally detected in the proteome of the phosphatase mutant. Still, the quantitative comparison of WT and mutants revealed more significantly altered proteins in ΔphpP than in ΔstkP. Moreover, the results indicated that the loss of function of PhpP causes an increased abundance of proteins in the pneumococcal phosphate uptake system Pst. Furthermore, the obtained quantitative proteomic data revealed an influence of StkP and PhpP on the twocomponent systems ComDE, LiaRS, CiaRH, and VicRK. Recent studies of the pneumococcal StkP/PhpP couple demonstrated that both proteins play an essential role in cell growth, cell division and separation. Growth analyses and the phenotypic characterization of the mutants by electron-microscopy performed within this work pointed out that ΔphpP and ΔstkP had different growth characteristics and abnormal cell division and cell separation. Nevertheless, the morphological effects could not be explained by changes in protein abundances on a global scale. So, the in-depth analysis of the phosphoproteome was mandatory to deliver further information of PhpP and StkP and their influence in cell division and peptidoglycan synthesis by modulating proteins involved in this mechanisms. For more detailed insights into the activity, targets and target sites of PhpP and StkP the advantages of phosphopeptide enrichment using titanium dioxide and spectral library based data evaluation were combined. Indeed, the application of an adapted workflow for phosphoproteome analyses and the use of a recently constructed broad spectral library, including a large number of phosphopeptides (504) highly enhanced the reliable and reproducible identification of phosphorylated proteins in this work. Finally, already known targets and target sites of StkP and PhpP, detected and described in other studies using different experimental procedures, have been identified as a proof of principle applying the mass spectrometry based phosphoproteome approach presented in this work. Referring to the role of StkP in cell division and cell separation a number of proteins participating in cell wall synthesis and cell division that are apparently phosphorylated by StkP was identified. In comparison to StkP, the physiological function and role of the co-expressed phosphatase PhpP is poorly understood. But, especially the list of previously unknown putative target substrates of PhpP has been extended remarkably in this work. Among others, five proteins with direct involvement in cell division (DivIVA, GpsB) and peptidoglycan biosynthesis (MltG, MreC, MacP) can be found under the new putative targets of PhpP. All in all, this work provides a complex and comprehensive protein repository of high proteome coverage of S. pneumoniae D39 including identification of yet unknown serine/threonine/tyrosine phosphorylation, which might contribute to support various research interests within the scientific community and will facilitate further investigations of this important human pathogen.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Schmerzzeichnung und der Verbreitung von multilokulären Schmerzen in der vorpommerschen Allgemeinbevölkerung. Bei der Auswertung der Daten wurden 4 Forschungsfragestellungen untersucht: 1. Wie differenziert sollte die Auswertung einer Schmerzzeichnung nach Körperregionen zur Lokalisation der Schmerzproblematik erfolgen? 2. Wie konsistent werden verschiedene Ansichten des menschlichen Körpers einer Schmerzzeichnung genutzt, die dieselbe Körperregion darstellen? 3. Wie gut stimmen die Angaben aus einer Schmerzzeichnung mit den Selbstauskünften im dazugehörigen Fragebogen überein? 4. Wie verbreitet sind multilokuläre Schmerzen in der vorpommerschen Bevölkerung laut Angaben in der Schmerzzeichnung? Als Datenquelle diente ein Fragebogen mit Schmerzmännchen, welcher aus der „Study of Health in Pomerania“ (SHIP-Studie) stammte, speziell aus der Erhebung SHIP-2 mit 2333 Teilnehmern, welche den Langzeitverlauf von subklinischen Befunden, ihrer Determinanten und prognostischen Werte untersuchte. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass eine Schmerzzeichnung mittels der Gitter-Technik genauer ausgewertet werden kann, als zumeist üblich. Um einen guten Überblick über vorhandene Schmerzen im Rahmen epidemiologischer Erhebungen zu bekommen, sind keine acht Körper- und Kopfansichten notwendig, da die Möglichkeiten zum Einzeichnen der Schmerzen bei weitem nicht ausgeschöpft werden. Für eine praktische Anwendung wären die Körperansichten von vorne und hinten in entsprechender Größe im Rahmen einer Bevölkerungsstudie ausreichend. In der Gegenüberstellung von Ergebnissen aus Interview und Schmerzzeichnung zeigen sich systematische und teilweise erhebliche Methodenunterschiede, die einer weiteren Untersuchung bedürfen. Prävalenzschätzungen sind zwischen beiden Methoden nicht ohne weiteres übertragbar. Damit gestaltet sich auch eine Interpretation der Prävalenzen auf Basis der Schmerzzeichnungen in SHIP im Vergleich zu anderen Bevölkerungsstudien als schwierig, da diese typischerweise Listen von Körperregionen per Interview oder Fragebogen einsetzen. Im Einklang mit bestehenden Arbeiten wird aber auch bei der hier eingesetzten Schmerzzeichnung deutlich, dass multilokuläre Schmerzen häufiger vorkommen als Schmerzen alleine in einer Region.

Die vorliegende Arbeit ist eine beobachtende klinische Querschnittsstudie über das stimmliche Selbstkonzept. Ziel ist es herauszuarbeiten, inwieweit das subjektiv empfundene stimmliche Selbstkonzept, also die Erkenntnis einer Person über ihre eigene Stimme, von der alltäglichen Beanspruchung der Stimme sowie von objektiv messbarer Dysphonie und vom Alter abhängig ist. Dafür wird das stimmliche Selbstkonzept mithilfe des FESS (Fragebogen zur Erfassung des stimmlichen Selbstkonzepts) erfasst, welcher diese Selbsterkenntnis mittels Fragen nach der Beziehung zur eigenen Stimme, der Bewusstheit im Umgang mit der eigenen Stimme und dem individuellen Zusammenhang von Stimme und Emotion quantifiziert. Das Vorhandensein einer Dysphonie wird mithilfe des AVQI (Acoustic Voice Quality Index) erfasst, hierbei handelt es sich um einen elektronisch ermittelten Index, für den sowohl gehaltene Phonation als auch fortlaufende Sprache analysiert wird, um die Heiserkeit einer Stimme zu beurteilen. Für beide Methoden bedeutet dies die erstmalige Anwendung unter den Bedingungen einer KV-Praxis. Die Probanden der Studie rekrutierten sich aus der Klientel einer Praxis für Neurologie und Psychiatrie der Regelversorgung. Es haben 631 Männer und Frauen zwischen 12 und 91 Jahren, mit und ohne Stimmstörungen, Raucher und Nichtraucher, sowie Muttersprachler und Nichtmuttersprachler teilgenommen. Ziel der sehr weit gefassten Einschlusskriterien ist es, ein möglichst repräsentatives Abbild der Bevölkerung zu untersuchen. Dadurch wurden auch Vergleichswerte für die Anwendung des Fragebogens geschaffen. Die Studie konnte zeigen, dass das stimmliche Selbstkonzept weitestgehend unabhängig von Alter und objektiver Stimmqualität ist. Eine hohe alltägliche Stimmbelastung führt zu einer höheren Bewusstheit im Umgang mit der eigenen Stimme, was eine von drei Skalen des FESS darstellt. Die restlichen Werte werden nur geringfügig beeinflusst. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass die Bedeutung der eigenen Stimme für jeden Patienten individuell zu untersuchen ist und sich nicht von den hier untersuchten Parametern ableiten lässt. Die Studie zeigt eine gute Anwendbarkeit des FESS in der klinischen Praxis, damit steht also für die individuelle Beurteilung ein geeignetes Werkzeug zur Verfügung. Weitere Untersuchungen, zum Beispiel eine Längsschnittstudie zur Beantwortung der Frage wie Veränderungen der Stimme das stimmliche Selbstkonzept beeinflussen, versprechen weitere interessante Studienansätze.

Körpersignale sind elementar für die Aufrechterhaltung der Homöostase, um eine angemessene Regulation der Körperfunktionen zu ermöglichen und dadurch das Überleben des Individuums sicherzustellen. Die bisherige Forschung hat die dysfunktionale Wahrnehmung dieser interozeptiven Signale als wichtigen Bestandteil vieler Angst- und Gesundheitsprobleme identifiziert, da selbst leichte und harmlose Körperempfindungen eine übermäßig starke Mobilisierung von Abwehrreaktionen hervorrufen können. Obwohl das wissenschaftliche Interesse im Bereich Interozeption in den letzten Jahren stark gewachsen ist, wurde die Dynamik von Abwehrreaktionen als Reaktion auf Körpersignale bisher selten untersucht. Daher hatte die vorliegende Arbeit zum Ziel, die verhaltensbezogene und psychophysiologische Dynamik der defensiven Mobilisierung auf bedrohliche interozeptive Signale sowie den moderierenden Effekt von Dispositionsfaktoren und biologisch determinierten Verhaltensmarkern zu untersuchen. In der ersten Studie wurden die Dynamik defensiver Mobilisierung auf eine näher-kommende externe Bedrohung mit einer sich annähernden interozeptiven respiratorischen Bedrohung, in Abhängigkeit von der Bedrohungsnähe und der Möglichkeit zur Vermeidung, bezüglich subjektiver, autonomer und respiratorische Reaktionen sowie Gehirnreaktionen und defensiver Reflexe verglichen. In der zweiten Studie wurde die Mobilisierung defensiver Reaktionen während der wiederholten Vermeidung von kulminierender Atemnot analysiert, um eine detaillierte Analyse der Initiierung und Aufrechterhaltung von aktiven Vermeidungsverhalten zu erhalten. Die dritte Studie unterweiterte die diese Befunde, indem die Rolle der maximalen freiwilligen Luftanhaltezeit als möglicher Prädiktor für eine übermäßig starke Mobilisierung defensiver Reaktionen bei der Konfrontation mit einer näherkommenden respiratorischen Bedrohung, in Abhängigkeit der Möglichkeit zur Vermeidung, untersucht wurde. In der vierten Studie wurden die Prädiktoren für aktives Abwehrverhalten (d.h., Flucht oder aktive Vermeidung bei Konfrontation) während ansteigender Atemnot, induziert durch in der Intensität ansteigende inspiratorische Atemwiderstände gefolgt von einer kurzen Blockade der Einatmung, untersucht. Die erste Studie zeigte, dass das defensive Aktivierungsmuster bei der Mobilisierung defensiver Reaktionen auf eine sich annähernde externe Bedrohung annähernd vergleichbar ist wie bei einer interozeptiven respiratorischen Bedrohung, unabhängig von der Möglichkeit zur Vermeidung. Zusätzlich wurde eine bedrohungsspezifische Mobilisierung des respiratorischen Systems bei der Konfrontation mit der unvermeidbaren interozeptiven Bedrohung beobachtet. Die Daten der zweiten Studie demonstrierten, dass die Initiierung von erstmaligen Vermeidungsverhalten als Reaktion auf ansteigende Atemnot begleitet wird von physiologischen Erregungen als Indikatoren für eine Reaktionsvorbereitung. Diese verschwanden zunehmend mit wiederholter Vermeidung, was auf die Entwicklung von gewohnheitsmäßiger Vermeidung hindeutet. Darüber hinaus wurde in der dritten Studie gezeigt, dass eine übermäßig starke Mobilisierung von Abwehrreaktionen auf eine sich annähernde unvermeidbare respiratorische Bedrohung durch eine reduzierte maximale freiwillige Luftanhaltezeit vorhergesagt wird, jedoch nicht, wenn die Möglichkeit zur Vermeidung vorhanden war. Die vierte Studie demonstrierte, dass eine höhere Angstempfindlichkeit und eine kürzere freiwillige maximale Luftanhaltezeit mit aktivem Vermeidungsverhalten während ansteigender Atemnot assoziiert sind. Zusammenfassend zeigen die vorliegenden Daten, dass die defensive Mobilisierung für eine exterozeptive Bedrohung vergleichbar ist wie für eine interozeptive Bedrohung und sich in Abhängigkeit der Bedrohungsnähe und dem verfügbarem Abwehrrepertoire ändert. Darüber hinaus ist die Neigung, Erregungsgefühle zu befürchten und eine verminderte Belastungstoleranz während freiwilligem Luftanhaltens mit einer erhöhten Angst- und Furchtreaktion auf Atemnotsymptome verbunden. Daher könnten diese dispositionellen und biologischen Verhaltensmarker bei der Konfrontation mit ansteigender Atemnot aktives Vermeidungsverhalten begünstigen und, wenn sie gewohnheitsmäßig ausgeführt werden, kann sich persistentes Vermeidungsverhalten entwickeln, welches das Risiko für die Entstehung einer ernsthaften psychischen Erkrankung erhöht.

In this thesis, the transport properties of topological insulators are investigated. In contrast to trivial insulators, topological insulators possess conducting boundary states which cross the bulk energy gap that separates the highest occupied electronic band from the lowest unoccupied band. The materials used in this thesis are three-dimensional topological insulators with time-reversal symmetry. Their associated helical surface states are protected against elastic backscattering by Kramers degeneracy. The unique properties of the helical surface states can be utilized to generate spin-polarized currents at the surface of topological insulators and to control their propagation direction. This makes them a promising material class for the field of spintronics. Here, we perform photocurrent scans of topological insulator Hall bar and nanowire devices. From these measurements, we obtained two-dimensional maps of the polarization-independent and helicity-dependent components of the photocurrents. We find that the polarization-independent component is dominated by the Seebeck effect and thus driven by thermoelectric currents. On the other hand, the helicity-dependent component is driven by the spin-polarized currents that emerge from the topologically non-trivial helical surface states via the circular photogalvanic effect. First and foremost, our experiments demonstrate that topological insulator nanowires provide a promising platform for the generation of spin-polarized currents, whose direction can be controlled via the helicity of the excitation light. They also highlight the importance of analysing the spatial distribution of the photocurrent, as we observe a strong enhancement of the spin-polarized current and the thermoelectric current at the interface between the nanowire and the metallic contacts. As our analysis shows, the thermoelectric current is enhanced by the Schottky effect and the spin-polarized current is amplified by the spin Nernst effect. In addition, the spin Nernst effect is also present in Hall bar devices and manifest as an enhancement of the spin-polarized current along the Hall bar sides.

Für die orale Pharmakotherapie stellen die gastrointestinalen Flüssigkeiten einen der relevantesten Einflussfaktoren dar, da es sich bei ihnen um das Medium für Zerfallsprozesse der Arzneiform und zur Auflösung des Arzneistoffs handelt. Neben den physikochemischen Eigenschaften wie dem pH-Wert ist es vor allem auch die vorliegende Medienmenge, die für die konzentrationsabhängigen Auflösungs- und Absorptionsprozesse oraler Arzneistoffe von entscheidender Bedeutung ist. Auch der Transport der Flüssigkeiten im Gastrointestinaltrakt ist aufgrund des Cotransports von Arzneiform und Arzneistoff für das Anflutungsverhalten oral eingenommener Arzneimittel relevant. Insbesondere die Magenentleerung stellt hier bekanntermaßen einen essenziellen Parameter dar. Das Wissen zu welchem Zeitpunkt, an welchem Ort im Gastrointestinaltrakt, welches Volumen mit den bestimmten Eigenschaften vorliegt ist aber in vielen Fällen nur relevant, wenn man zum selben Zeitpunkt auch die Position und das Zerfalls- oder Freisetzungsverhalten der oralen Arzneiform kennt. Das Verhalten oraler Arzneiformen in vivo kann sich unter Umständen deutlich von dem Verhalten in vitro unterscheiden. Zudem sind die Transitbedingungen im Gastrointestinaltrakt vielfältigen Abhängigkeiten, sowie Schwankungen unterworfen und unterliegen daher einer relevanten Variabilität. Die Verbindung der Untersuchungen von gastrointestinalen Flüssigkeitsmengen und ihren Verteilungskinetiken zusammen mit der Untersuchung von Transit, Freisetzung und Zerfall oraler Arzneiformen ist umfangreich und komplex, daher wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Einzelfragestellungen zu dem übergeordneten Themenbereich bearbeitet. So wurden relevante Aspekte der Interaktionen von gastrointestinalen Volumina, dem Transport und oral verabreichten Arzneimitteln durch Mitarbeit an einem Review umfassend ausgearbeitet und einige unzureichend geklärte Zusammenhänge identifiziert. Zusätzlich wurden verschiedene in vivo Studien unter Zuhilfenahme der MRT Bildgebung durchgeführt. Um die Vergleichbarkeit und Übertragbarkeit sicherzustellen, entsprachen die Protokolle und Designs dieser Studien weitgehend den Bedingungen Klinischer Studien der Phase I. Eine wichtige Fragestellung im Bereich der oralen Biopharmazie ist dabei immer die Interaktion mit Nahrung. So wurde in der ersten Studie die spezifische Nahrungsmittel-interaktion mit Grapefruitsaft untersucht. So weisen viele oral verabreichte Arzneistoffe gleichgerichtete Effekte nach Einnahme von Nahrung und nach Einnahme von Grapefruitsaft auf, sodass neben der bekannten Enzym- und Transporterwirkung des Grapefruitsaftes auch ein Volumeneinfluss vermutet wurde. Für einige Arzneimittel ist dieser Volumeneffekt möglicherwiese sogar maßgeblich. In der durchgeführten Studie wurden jeweils 240 mL Grapefruitsaft, isokalorische Fruktose- und Glukoselösung, sowie Wasser von 6 Probanden eingenommen und die gastrointestinalen Volumina über mehr als 90 min quantifiziert. Neben einer verlangsamten Magenentleerung ergab sich durch den Grapefruitsaft dabei vor allem ein vergrößertes Flüssigkeitsvolumen im Dünndarm. So war 80 min nach Einnahme des Grapefruitsafts das Dünndarmvolumen im Mittel doppelt so hoch wie nach Einnahme von Wasser. Die Verlangsamung der Magenentleerung des Grapefruitsafts war dabei vor allem durch Glukose vermittelt, während die Veränderungen im Dünndarmvolumen vor allem auf den Fruktosegehalt zurückzuführen sind. Insbesondere die Volumenvergrößerung kann über den Effekt auf die Arzneistoffkonzentration sowohl zu verbesserter als auch verschlechterter Bioverfügbarkeit führen. Auflösungsprozesse insbesondere von BCS II Stoffen werden zwar verbessert, die Absorption von BCS III Stoffen wird durch den verringerten Konzentrationsgradienten allerdings verschlechtert. Sowohl die positiven als auch die negativen Effekte von Grapefruitsaft auf die Bioverfügbarkeit verschiedener Arzneistoffe können demnach auch kalorische Effekte der enthaltenen Kohlenhydrate sein und lassen sich damit auch auf andere Fruchtsäfte übertragen. Inwieweit insbesondere intestinale Volumina wirklich eine relevante Rolle für die Arzneistoffabsorption spielen bleibt jedoch unklar. Ein weiteres ausgesprochen relevantes Phänomen bei der postprandialen Arzneimitteleinnahme stellt die Magenstraße dar, die eine schnelle Wasserentleerung am Speisebrei vorbei beschreibt und auch Arzneistoffe aus dem Magen mitreißen kann. In einer weiteren Studie wurde daher die Entleerung von 240 mL Wasser nach Einnahme verschiedener Mahlzeiten mit der Wasserentleerung im nüchternen Zustand verglichen. Bei den Mahlzeiten handelte es sich um ein feststoffbasiertes fettreiches Standardfrühstück, ein feststoffbasiertes fettarmes leichtes Frühstück und eine homogene fettreiche Cremespeise mit je 500 kcal. Der ursprünglich vermutete Zusammenhang zwischen Fettgehalt und Auftreten der Magenstraße konnte widerlegt werden. Bei beiden festen Mahlzeiten kam es unabhängig vom Fettgehalt und im Gegensatz zur fettreichen Cremespeise auch 60 min nach der ersten Wassergabe zu einer ausgeprägten Magenstraße. Dieses Auftreten zu späteren Zeitpunkten nach Nahrungseinnahme ist so relevant, da es durch das Ausspülen von Arzneistoff aus dem postprandialen Magen Dose Dumping-ähnliche Effekte herbeiführen kann. Dies geschieht nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit, was zu einer kritischen Erhöhung der Variabilität im Real Life, aber auch in Studien führt. Dieser Effekt ließe sich auch für die schnelle Anflutung im postprandialen Zustand zum Beispiel mithilfe von Arzneistofflösungen ausnutzen. Für klinische Studien erscheint vor allem die Standardisierung und Dokumentation der Flüssigkeitsgabe über längere Zeiträume als bisher zur Vermeidung unerwünschter Variabilitäten essenziell. Die Variabilität der Volumina und ihrer Transportvorgänge stellt bekanntermaßen eine Quelle für die pharmakokinetische Variabilität dar und sollte daher ebenfalls charakterisiert werden. Dazu wurden die pseudonymisierten Daten eigens durchgeführter und vergleichbarer Studien gepoolt und die nüchternen Residualvolumina des Magens, sowie die Entleerung von 240 mL Wasser nach nüchterner Applikation untersucht. Dabei wurde die interindividuelle Variabilität zwischen Probanden mit der intraindividuellen Variabilität einzelner Probanden verglichen. Die Magenentleerung stellt unbestritten einen Kernparameter dar und die Menge des Residualvolumens bestimmt maßgeblich die physikochemischen Eigenschaften des Freisetzungsmediums nach nüchterner Applikation. Selbst unter den hochstandardisierten Bedingungen klinischer Studien mit 10 stündigem Fasten über Nacht, ergaben sich dabei deutliche Unterschiede im nüchternen Residualvolumen des Magens. Im interindividuellen Mittel innerhalb der Studienkollektive betrug das nüchterne Residualvolumen 49 ± 19 mL mit einer Spannbreite von 17 mL bis 93 mL. Dies unterschied sich kaum vom intraindividuellen Mittel innerhalb der wiederholten Messungen eines Probanden mit 44 ± 18 mL und einer Spannbreite von 22 mL bis 77 mL. Auch die Magenentleerung war sowohl interindividuell als auch intraindividuell vergleichbaren Schwankungen unterworfen. So stellte sich sowohl bei den nüchternen Residualvolumen als auch bei der Magenentleerung heraus, dass die intraindividuelle Variabilität vergleichbar mit der interindividuellen Variabilität ist. Diesem Fakt wurde bisher zu wenig Bedeutung beigemessen, denn das bedeutet, dass ein Proband nach Mehrfachgabe die gleiche Variabilität zeigen kann, wie ein ganzes Studienkollektiv aus mehreren Probanden. Bei oraler Gabe stellt die gleiche Person demnach keineswegs eine reproduzierbare Referenz für sich selbst dar. Es zeigt auch, dass der Einnahmezeitpunkt in Relation zum MMC eine große Bedeutung für die Menge und physikochemische Zusammensetzung des gastrischen Freisetzungsmediums hat. Um über die Untersuchung der gastrointestinalen Flüssigkeiten hinaus auch den Arzneiformentransit und -zerfall und das Zusammenspiel mit dem Flüssigkeitstransport zu untersuchen, wurden bekannte Kontrastierungsmethoden für die MRT adaptiert und neue Methoden unter Nutzung von Lebensmitteln entwickelt. Mithilfe einer auf getrockneten Ananasstücken basierenden Methode konnte unter anderem der Transit und Zerfall von DRcapsTM als Cap in-Cap Formulierung im Zusammenspiel mit der Magenentleerung des eingenommenen Wassers untersucht werden. Der Produktclaim einer verzögerten Desintegration, die zeitgesteuert die Freisetzung im Magen verhindert und erst im Dünndarm zu einer Freisetzung führen soll wurde ebenfalls überprüft. Dazu wurden im nüchternen Zustand eine schwimmende und sinkende Formulierung getestet. Hartkapseln haben aufgrund ihrer Pulverfüllung in der Regel eine relativ niedrige Dichte. Dies könnte die Vergleichbarkeit des Transits mit etablierten magensaftresistenten Tabletten einschränken. Bekanntermaßen stellen schwimmende Monolithen auch ein Konzept der Gastroretention dar, was für die Funktion der DRcapsTM aufgrund der Gefahr einer Desintegration im Magen nachteilig wäre und daher in dieser Studie ebenfalls überprüft wurde. Die Magenentleerungszeitpunkte lagen im Mittel bei 45 ± 35 min für die schwimmenden Kapseln und 36 ± 18 min für die sinkenden Kapseln. Demnach sind schwimmende Monolithen entgegen verbreiteter Meinung nach nüchterner Applikation nicht gastroretentiv. Für die Vergleichbarkeit des Transits schwimmender modifiziert freisetzender Kapseln ist dies jedoch vorteilhaft. Die Zerfallszeiten konnten ebenfalls bestimmt werden und die Desintegration fand ausschließlich im Dünndarm statt. Des Weiteren wurde unabhängig von der Dichte in mehreren Fällen eine Magenentleerung der Kapseln lange vor abgeschlossener Wasserentleerung beobachtet. Dieser schnellen Entleerung wird in Modellen bisher möglicherweise zu wenig Bedeutung beigemessen. Um auch schnell freisetzende Hartkapseln besser untersuchen zu können, wurde die Methodik angepasst und der Lebensmittelfarbstoff Eisenoxid als MRT-Kontrastmittel und Koffein als pharmakokinetischer Marker im Speichel verwendet. In einer Pilotstudie ergab sich eine deutliche Abhängigkeit vom Zerfallsort der Kapseln und der Geschwindigkeit der pharmakokinetischen Anflutung. Vom visuellen Zerfall der Kapsel vergingen nach Desintegration im Fundus 6,5 ± 2,5 min, im Antrum 3 ± 2 min, wohingegen in dem Einzelfall des Zerfalls im Dünndarm ein unmittelbares Auftauchen des Koffeins beobachtet wurde. Die Studie lieferte wertvolle erste Einblicke und bestätigte den Nutzen der Kombination von MRT Bildgebung und der Untersuchung der Pharmakokinetik von Koffein im Speichel. Es liegen nun mehrere etablierte Methodiken vor, um zu untersuchen wann und wo konventionelle, aber auch magensaftresistente oder zeitlich verzögert freisetzende Kapseln freisetzen und welchen pharmakokinetischen Effekt dies gegebenenfalls hat. Über die Kernthemen der Arbeit hinaus wurden diverse andere Projekte insbesondere mithilfe Telemetrischer Kapseln in Human- und Tierstudien erfolgreich mitbearbeitet. Darüber hinaus fanden die im Rahmen dieser Arbeit erhobenen Daten bereits Eingang in verschiedene biorelevante Freisetzungsapparaturen und PBPK Modelle. Bisher sind jedoch weder der Einfluss der gastrointestinalen Volumina noch des Transits abschließend geklärt. Die hoch wirkstoffabhängigen Einflüsse, werden in weiteren Studien weiter wirkstoffspezifisch zu untersuchen sein, oder können mithilfe der Implementierung der gewonnenen Daten in in vitro und in silico Tools simuliert werden.

Forests are key biomes linked to biogeochemical cycles, important species reservoirs and major ecosystem services providers. The observed global climate change in the 20th century has the potential to deeply affect the conservation, functioning and structure of these ecosystems. Expressed as rising average temperatures due to the increase in atmospheric concentration of greenhouse gases such as carbon dioxide, nitrate oxide and methane, pollutants which are mostly product of burning fuel for industrial activities. These long-term changes will be heterogeneous in time and space throughout the globe. For northeastern Germany, predictions indicate that summer temperature and winter precipitation will be at a constant rise, whereas summer precipitation is expected to decrease, conditions will increase the risk of drought conditions. The changes in long-term means will be accompanied by increased frequency of weather extremes. The overall effect of climate change, both its long- and short-term components and their interaction with forest growth is uncertain. Tree species in the temperate forest are highly adapted to seasonal growth, active in late-spring and summer when temperature thresholds activate primary and secondary growth as well as leaf development, given sufficient water availability. During winter, they become dormant as an strategy to decrease damage by freezing temperatures. These adaptations ultimately determine species distributions as they occur along climate gradients within their ecological optima. Thus climate change can have a significant effect on species distribution ranges and more locally it can change species abundances. Trees being sessile organisms, possess limited dispersal capacities and rely on their adaptation potential, both genetically through selection over generations and through phenotypic plasticity (e.g. the capacity of adapting to changing conditions within a lifetime). Tree growth can be explored by dendrochronological methods, that is, by analyzing traits of annual xylem bands as produced by the vascular cambium. These traits are width, wood anatomical properties (e.g. cell wall thickness, lumen diameter), and isotopic composition. Tree-rings are integrators of environmental conditions and indicators of vitality and productivity of trees and forests. Studying these traits allows to understand the effect of climate on growth and physiological function over decadal to centennial scales in the past and by it inform about future growth performance. However, environmental information is not trivially extracted from tree-rings. Environmental signals in tree-rings are often the result of complex interactions of lagged meteorological conditions and tree-scale characteristics such as size, canopy status (i.e. social status), competition and stand density, among other factors. For this reason the monitoring of secondary growth as it unfolds, for example through dendrometer monitoring (i.e. record of the stem-radial variations at intra-annual temporal scales) and repeated sampling for the study of xylogenesis, is of major importance to understand climate-growth relationships and bridge the gap between dendroecological analysis atdifferent ecological scales (from single trees to stands to populations). Therefore this thesis contains contributions a) to the understanding of long-term climate shifts and its effect on tree growth for species in the Central European temperate forests through dendrochronological assessments and contributions b) to understanding intra-annual growth dynamics and its relationship to meteorological conditions through the analysis of monitoring records. In the retrospective analysis chapters (I-III), first an assessment was performed of the climate-growth relationships of important species of these region which indicated that deciduous species’ growth (Fagus sylvatica, Quercus robur and Q. petreae) was influenced mostly by summer water availability. For Pinus sylvestris was late spring temperature. Negative correlations between winter temperatures and growth indices of deciduous species increased over the last decades, possibly linked to less snow cover of the soil leading to root damage causing growth reductions. Scots pine presented the opposite, as positive correlations with winter temperatures became more frequent, indicating that this species’ growth rates might benefit from an elongation of the vegetation period. Afterwards the effect of stand characteristics in the climate response was explored. The climate signal of solitary oak trees growing in northeastern Germany was compared to oaks in closed stands. Solitary trees expressed higher growth rates and drought signals, which endanger its conservation as dry conditions are expected to increase in the region. As in the temperate forest crowding effects are variable throughout a tree’s lifetime, as well as other limiting factors (e.g. climate), we subsequently developed a methodology based on analysis of individual tree-ring series rather than chronologies (site means) to disentangle these effects on heterogeneous samples and quantify them. By sampling all present crown classes in a site near Rostock (Germany), we found beech was mostly affected by water availability in the previous summer and this effect was well represented throughout the population. For oak the main climatic driver of growth was previous October temperature with a low representation throughout the obtained sample. For beech, the main trait governing the variability around the response to the main climate driver of growth was cambial age, and for oak was crown-projection/size. On the prospective analysis chapters (IV-VI), monitoring datasets from the years 2013-2019 were used for the analysis of meteorological forcing of dendrometer series, the effect of a multi-year drought event and for the development of a method to combine continuous dendrometer records with discrete histological observations from xylogenesis analysis. The analysis of meteorological forcing on stem-radial variations indicated all observed species (beech, oak, hornbeam in this case) respond similarly to atmospheric water content whereas the growth phenology displayed contrasting species differences. These findings indicate high-frequency variations in stem dynamics are similar between species as it reflects transpiration and water transport in the stem, whereas the timing of growth reflects life strategies and wood anatomical adaptations. Next we evaluated the effect of the consecutive drought years 2018-2019 using dendrometer data (beech, oak, hornbeam and sycamore maple). The increment levels after the onset of drought in 2018 were not reduced for the observed individuals, whereas in 2019 all species showed decreased growth levels, particularly beech. Most likely the water moisture reservoirs were adequately filled in winter and spring before summer 2018, which lead to increased buffer capacity to withstand the harsh conditions for radial growth. However in winter, and the spring before the summer of 2019, there was not sufficient precipitation which lead to less resistance to the second bought of the drought event. This illustrates the complex lagged meteorological effect on radial growth, which is easily obscured in retrospective dendroecological analysis and emphasizes the pivotal role of soil moisture and soil water storage in tree-growth analysis. As a final contribution, while recognizing the importance of prospective growth monitoring, we developed a software tool to visualize and combine dendrometer stem-radial variations with images of histological events, such as those obtained by microcores for xylogenesis analysis. Growth signals in dendrometers are often of smaller magnitude than variations related to stem-water dynamics. By comparing them with histological images of wood-formation it is possible to accurately assign growth phases to dendrometer series and optimize their assessment. The advancement in methodological approaches to study intra-annual tree growth data is of major importance in the context of permanent ecological monitoring plots and its role in the assessment of the consequences of climate change on forest growth and conservation. Overall the findings of this thesis indicate that climate change impacts in the temperate forest of Central Europe will be and have been varied depending on the species considered with stand, site and tree-level conditions strongly modulating its consequences and even direction. Deciduous species, particularly beech, will be at risk due to decreased water availability during summer for which beech shows a high sensitivity. While oak seems to be less prone to drought related growth reductions and it is plausible to consider changes in dominance towards drier sites, it is still at risk if vulnerability thresholds are crossed. Scots pine appears to be favored by the increased temperatures during late winter, although these are naturally found on poor sites or sites either too dry or too wet for other dominant deciduous species to establish. Nevertheless, Scots pine has been planted on a variety of site conditions and especially in northeastern Germany is among the most widespread and economically important forest trees. Furthermore, the individual variability we have found in climate responses indicates that heterogeneous stands contain resilient sub-populations that could guarantee survivorship of the species after stark changes in climate means. However, it appears that strong enough stressors such as hotter droughts can trigger wide ecosystem changes with more efficiency than shifts in climate means. Due to this intra-annual growth monitoring is particularly relevant to foretell ecosystem changes and to understand the complex relationships found in climate-growth analysis performed in dendroecological studies, as it permits to mechanistically understand how conditions outside the tree-ring formation period affects wood formation.

Die lungenprotektive Beatmung reduziert die Mortalität bei Patienten mit Acute Respiratory Distress Syndrom (ARDS). Um den beatmungsinduzierten Lungenschaden (Ventilator Induced Lung Injury (VILI)) zu minimieren, werden Tidalvolumina limitiert, hohe Plateaudrücke vermieden und ein positiv endexspiratorischer Druck entsprechend der Leitlinien angewandt. Doch der Einfluss spezifischer Beatmungsschemata auf den VILI ist nicht genau definiert. Die Erhöhung der Inspirationszeit und somit des Verhältnisses zwischen Inspiration und Exspiration kann die Oxygenierung zwar verbessern, erhöht jedoch auch die Zeit der Einwirkung von Stress und Strain auf die Lunge. Die Hypothese dieser Arbeit ist, dass die Erhöhung der Inspirationszeit und damit des Verhältnisses von Inspiration zu Exspiration (I:E) sich besonders im ARDS schädlich auf die Lunge auswirkt und VILI weiter verstärkt. VILI wurde im murinen Experimentalmodell durch Beatmung mit hohen Tidalvolumina (HVT: 34ml/kg) induziert. Die Beatmung mit niedrigen Tidalvolumina (LVT 9ml/kg) wurde als Kontrolle benutzt. In allen Gruppen erfolgte die Beatmung mit 50 % Sauerstoffkonzentration in der Einatemluft (FiO2) und einem PEEP von 2 cmH2O. HVT- und LVT-Mäuse wurden mit einer I:E-Ratio von 1:2 oder 1:1 für eine Gesamtdauer von 4 Stunden oder bis zum einem alternativen Endpunkt, definiert durch einen Blutdruckabfall unter 40mmHg, beatmet. Eine dynamische Hyperinflammation bedingt durch ein erhöhtes I:E-Verhältnis wurde in einer separaten Gruppe ausgeschlossen. Ausgewertet wurden das Überleben bei Beatmung über 4 Stunden, die Lungencompliance, Oxygenierung, sowie nach Versuchsende die pulmonale Permeabilität, die Konzentrationen gängiger Mediatoren der pulmonalen und der systemischen Inflammation (Leukozytendifferenzierung in Lunge und Blut; Messung von IL-6, IL1-ß, KC, MCP-1 in BAL und Blut) und histopathologische Veränderungen des Lungengewebes. In den Kontrollgruppen mit protektiver Beatmung (LVT 1:2 und LVT 1:1) wurden keine VILI typischen Veränderungen festgestellt und alle Tiere überlebten die Beatmungsdauer. Die HVT 1:2-Gruppe zeigte im Vergleich eine verringerte Lungen-Compliance, eine vermehrte Expression von entzündungstypischen Zytokinen und Einwanderung von neutrophilen Granulozyten, sowie deutliche histologische Zeichen des Lungenschadens. Auch hier überlebten alle Tiere die Beatmung von 4 Stunden. Die Tiere der HVT 1:1-Gruppe zeigten eine signifikant schlechtere Oxygenierung, Lungen-Compliance und eine vermehrte Expression proinflammatorischer Zytokine, sowie eine erhöhte Anzahl neutrophiler Granulozyten in Blut und Lunge. In der HVT 1:1-Gruppe kam es zu einer signifikant höheren Mortalität aufgrund der mechanischen Beatmung. Die Ergebnisse zeigen, dass die Erhöhung der Inspirationszeit und damit das I:E-Verhältnis den mit der maschinellen Beatmung assoziierten Lungenschaden bei Mäusen signifikant verschlimmert. Daraus lässt sich ableiten, dass das Produkt aus Stress/Strain und Inspirationszeit ein entscheidender Faktor in der Pathogenese des VILI im ARDS ist und somit so gering wie möglich gehalten werden sollte. Dementsprechend sollte jeder Anlass bei der Beatmung eines Patienten, die Inspirationszeit zu erhöhen, kritisch hinterfragt werden.

In diesem Beitrag werden Grundsatzfragen zur Bereitstellung von Momentanreserve diskutiert, die in einem künftigen, auf erneuerbaren Energien basierten Stromsystem relevant werden. Die interdisziplinäre Arbeit betrachtet die relevanten Fragenstellungen aus technischer, ökonomischer und juristischer Perspektive. Entsprechend werden zunächst die technisch-systemischen Optionen für eine künftige Bereitstellung von Momentanreserve vorgestellt. Darauf aufbauend werden kurz zentrale Gestaltungsfragen zum institutionellen Rahmen für die zukünftige Bereitstellung von Momentanreserve aus institutionenökonomischer Perspektive skizziert. Abschließend erfolgt eine Untersuchung des bestehenden europäischen und nationalen Rechtsrahmens zur Bereitstellung von Momentanreserve im europäischen Verbundnetz unter Einbeziehung schon bestehender Lösungsansätze.

Promiscuous acyltransferases enable transesterification reactions in bulk water by preferentially catalyzing acyl transfer over hydrolysis. Until recently, only a small number of promiscuous acyltransferases have been described in the literature, exhibiting several limitations in terms of acyltransferase efficiency and applicability. This work focuses on the discovery of novel promiscuous acyltransferases and the engineering of promiscuous acyltransferases via rational design. Several promiscuous acyltransferases in the bacterial hormone-sensitive lipase family and family VIII carboxylesterases have been identified, demonstrating that promiscuous acyltransferase activity is not a rare phenomenon. Moreover, the efficiency and applicability of the enzymes could be improved via protein engineering in terms of acyltransferase activity, enantioselectivity, and substrate scope.

Eine Thrombose ist eine Gefäßerkrankung, bei der eine lokalisierte, intravasale Blutgerinnung zur Bildung eines Thrombus in einem Gefäß führt. Die Aktivierung der Blutgerinnungskaskade und damit der Gerinnungsfaktoren führt zu einer Bildung sowie Quervernetzung von Fibrin und so zur Entstehung eines Thrombus. Dieser wird physiologisch über die Fibrinolyse abgebaut. Die Serinprotease PAI-1 inhibiert diese und wirkt somit prothrombotisch. Jüngste Studien haben gezeigt, dass S1P als Schlüsselmolekül des Immunsystems und des Metabolismus auch das Gerinnungssystem beeinflusst und in einer wechselseitigen Beziehung mit dem Gerinnungsfaktor Thrombin und seinen PARs steht. Die S1P-Konzentration im Körper korreliert dabei eng mit dem BMI. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Wirkung des Signallipids S1P auf die PAI-1-Expression von Fettzellen und damit die Stellung der Adipozyten bei S1P-vermittelten thrombotischen Ereignissen in vitro. Weiterhin wurde erstmalig die Wechselwirkung von Thrombin und S1P bei der Produktion von PAI-1 in Fettzellen untersucht. Hierfür wurden 3T3-L1-Fibroblasten in Adipozyten differenziert und mit S1P stimuliert. Es zeigte sich eine konzentrationsabhängige Steigerung der PAI-1-mRNA. Diese Ergebnisse wurden ebenfalls von anderen Arbeitsgruppen bestätigt. Der S1P-Effekt ließ sich auch mittels Western Blot-Analyse auf Proteinebene darstellen. Dabei zeigte sich eine starke Steigerung der PAI-1-Expression und Sekretion von 3T3-L1-Zellen. S1PR-2- und S1PR3-Inhibitoren senkten den S1Pvermittelten Anstieg, sodass S1P über eine S1PR-2- und, bisher in der Literatur noch nicht beschrieben, auch über eine S1PR-3-Aktivierung einen prothrombotischen Einfluss ausübt. Weiterhin konnte nach Stimulation mit S1P erstmalig eine Expressionssteigerung von PAR-1 und damit eine Wechselwirkung zwischen dem Signalweg von Thrombin und S1P in Adipozyten beobachtet werden. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass Thrombin über den PAR-1 die Aktivität der Enzyme des S1P-Metabolismus steigert und so über eine endogene S1P-Produktion zu einer zusätzlichen Steigerung von PAI-1 führt. Diese konnte bisher noch nicht bestätigt werden, da lediglich eine geringe, jedoch nicht signifikante Steigerung von PAI-1 nach Thrombin-Stimulation beobachtet werden konnte. Somit ist das Fettgewebe ein wichtiges Bindeglied zwischen dem inflammatorischen Lipid S1P sowie dem Enzym PAI-1 und damit als Gewebe ein bisher stark unterschätzter Einflussfaktor bei der Entstehung und Aufrechterhaltung thrombotischer Ereignisse.

Motiviert durch den Vorschlag einer direkten, optischen Ladungsmessung an Staubteilchen wird die Lichtstreuung an den dielektrischen Kern-Schale-Teilchen tiefgehend untersucht. Das Streuregime wird durch Analyse des Nah- und Fernfeldes unter Verwendung von Methoden, die für homogene Teilchen entwickelt wurden, eingehend charakterisiert und eine Verallgemeinerung der dazu verwendeten Funktionen auf ein k-fach beschichtetes Teilchen angegeben. Dabei werden die sich im Teilcheninneren manifestierenden Effekte der Hybridisierung der beiden Oberflächenphononen des Kern-Schale-Teilchens herausgearbeitet und visualisiert. Die vorliegende Untersuchung der unterschiedlichen Kenngrößen ermöglicht ein detailliertes und umfangreiches Verständnis der Lichtstreuung an dielektrischen Kern-Schale-Teilchen und der Art und Weise, wie sich die Hybridisierung der Oberflächenphononen auf diese auswirkt. Die dabei analysierte Interferenzstruktur des elektromagnetischen Feldes in der Teilchenschale, berechnet mittels der vollen Mie-Rechnung, passt zur Interpretation der optischen Antwort des Kern-Schale-Teilchens mithilfe der Hybridisierungstheorie. Dieses Hybridisierungsbild und somit die Subsysteme und ihre Wechselwirkung werden in dieser Arbeit aus den analytisch exakten Mie-Koeffizienten heraus präpariert, um die neue Sichtweise mit der alten Mie-Theorie zusammenzubringen. Die Idee einer spektroskopische Ladungsmessung wird im Hinblick auf die Bestimmung der Wandladung aufgegriffen. Die bisherigen Methoden zur Ladungsmessung sind zwar vielfältig, bieten jedoch nur Zugang zur absoluten Wandladung und liefern keine Informationen über ihre Verteilung senkrecht zur Oberfläche oder über die Dynamik der Aufladung. Beides wäre jedoch für ein mikroskopisches Verständnis der Plasma-Wand-Wechselwirkung notwendig, sodass die Elektronenenergieverlustspektroskopie zur Ladungsbestimmung vorgeschlagen wird. Die Methode wird zunächst anhand einer lokalen Antworttheorie für verschiedene in die Wand eingesetzte Schichtstrukturen ausgelotet und aufgrund vielversprechender Resultate anschließend mittels der im betrachteten Parameterbereich notwendigen nichtlokalen Antworttheorie eingehend untersucht. Diese Theorie erfasst die Anregung von Resonanzen höherer Moden, die sich als besonders sensitiv auf die zusätzlichen Ladungsträger erweisen. Insgesamt wird ein experimenteller Aufbau mit einer geeigneten, in die Plasmakammerwand einsetzbaren Schichtstruktur vorgeschlagen, mit dem die Wandladung durch Elektronenenergieverlustspektroskopie bestimmt werden könnte.

Bats spend half of their life at roosting sites. Hence, exploring for potential roosts is an essential task for their survival, especially for those species which switch roosts regularly, such as several temperate bat species. However, localizing new roosts is a difficult task due to bats’ sensory limitations (e.g., vision, echolocation range). To compensate such constrains, it has been hypothesized that bats rely on cognitive processes like associative learning, spatial memory, social information use and memory retention for an efficient roost localization. However, no previous study has assessed these cognitive skills under natural conditions. The aim of my thesis was to assess how individually RFID-marked, free-ranging bats use different cognitive processes when localizing suitable day roosts. For this purpose, I used a pairwise roost-quality (suitable vs. unsuitable) choice experiment with automatic monitoring and assessed bats’ cognitive processes according to different cues available. Cues were echo-reflective (spectral signature of boxes), spatial (position of the box within the experimental pair) and social (presence of conspecific at roosts), each one linked to a different cognitive process. I found that Bechstein’s bats (Myotis bechsteinii) used associative learning to discriminate between suitable and unsuitable newly placed boxes according to their echo-reflective cues. However, when individuals returned to known suitable roosts, they relied more on spatial memory to localize them. This was evidenced by the higher proportion of visits to the unsuitable boxes after swapping box positions within the same experimental pairs. When social cues were available, bats discovered a higher number of suitable roosts and re-localized previously occupied roosts more accurately. Taken together, Bechstein’s bats used multiple cognitive processes and prioritized one process over another depending on the relevance of the cues and search context. Memory retention of the learned association was analyzed one year later, after the bats had returned to their breeding sites from their hibernacula. I found no evidence that individuals remembered the association between roosts’ suitability and their respective echo-reflective cue. The lack of memory retention could be attributed to hibernation or the duration of the period that the bats spent away from their summer habitat without the opportunity to reinforce the association contingencies. Nevertheless, bats quickly relearned the same association in a short period of time. This emphasizes the high behavioral flexibility of the bats. Given the ability of Bechstein’s bats to quickly learn to discriminate roosts based on their external echo-reflective cue via associative learning, I investigated whether the use of echo-reflective cues improves box detectability and further occupancy. This was also assessed in free-ranging Natterer’s (Myotis nattereri) bats and the brown long-eared bats (Plecotus auritus). I found that the use of echo-reflective cues did not improve the detectability and occupancy of newly placed boxes despite the previous experience of the colonies with such cues. There were differences among species in the number of discovered boxes, visits and roosting days. These differences could be related to the species-specific explorative behavior and roost-switching behavior. Box supplementations programs aimed to conserve or relocate bat colonies should consider these behaviors to increase their likelihood of success even when bat colonies are used to roosting in artificial shelters. My research underlined the importance of evaluating multiple cues under natural conditions to understand how natural selection has shaped the cognitive process used for localizing resources. Cognitive field studies are logistically challenging given the number of factors to control. However, automatic monitoring techniques like the one used in this study give the possibility to deepen the understanding of the cognitive ecology of animals. I finally discuss two venues of further research to understand the spread of information within colony members about novel roosts and the recruitment dynamic to novel roosts.

I/R injury occurs during stroke and TBI. It represents a complex pathological event including several processes that can lead to cell membrane disruption, cellular dysfunction and death. The reintroduction of blood flow after the ischemic event may cause detrimental injury to the brain beyond the harm caused by ischemia itself and, therefore, represents a clinical challenge. This so-called I/R injury damages cells in a variety of ways including poration of cell membranes. Hence, methods to improve the endogenous membrane resealing capacity are crucial to prevent neuronal injury. In the present work, treatment during reoxygenation with the probably most studied CCMS, P188, was investigated in an in-vitro simulation of stroke and TBI in primary isolated cortical mouse neurons. P188 offers a unique hydrophilic/lipophilic character that has been reported to protect different cells and tissues in various experimental settings against I/R and mechanical injury by sealing membranes. The aim of this study was to establish an in-vitro stroke and TBI model and further investigate if P188 directly interacts with neurons after compression and H/R (simulated I/R) injury, when administered at the start of reoxygenation. The outcome of this treatment was evaluated in regard to cell number/viability, mitochondrial viability, membrane damage by LDH release and FM1-43 incorporation as well as activation of apoptosis by Caspase 3. It could be demonstrated that 5 hours hypoxia ± compression with 2 hours reoxygenation appear to be a suitable model for testing novel treatments. Compared to normoxic cells not exposed to compression, cell number and mitochondrial viability decreased, whereas membrane injury by LDH per total/FM1-43 dye incorporation and Caspase 3 activity increased in cells exposed to hypoxic conditions ± compression followed by reoxygenation. However, it could not be shown that P188 is capable to protect isolated neurons from H/R and/or compression injury when administered purely as a postconditioning agent. It therefore seems likely that P188 does not directly affect isolated neurons. Yet, it may be able to provide neuronal protection in a different experimental setting. In conclusion, this work contributes a new model of simulated stroke and TBI in-vitro. In addition, further knowledge about the impact of P188 on injured neurons can be gained. The extent to which the in-vitro results can be transferred to in-vivo mechanisms is yet unclear and offers opportunities for further investigations.

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.

Die Gruppe der solute carrier (SLC) Transportproteine hat 396 Mitglieder unterteilt in 53 Familien. Die Familie SLC35 fasst die Nukleosidzucker-Transporter zusammen. Einer der Mitglieder ist SLC35F1. Die Funktion von SLC35F1 ist bislang unbekannt, jedoch konnte gezeigt werden, dass SLC35F1 mRNA im Gehirn und der Niere stark exprimiert wird. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Lokalisation und Funktion von SLC35F1 im murinen Gehirn genauer zu charakterisieren. Hierfür wurden an Schnitten muriner Gehirne Immunfluoreszenzfärbungen durchgeführt. Im Anschluss erfolgte eine quantitative Analyse des Verteilungsmusters in verschiedenen Hirnarealen. Weiterhin sollte die subzelluläre Lokalisation von SLC35F1 geklärt werden. Hierfür wurden die Glioblastomazellen der Reihe U251-MG genutzt. Diese wurden mit einem t-grün-fluoreszierenden Protein (GFP) gekoppelten SLC35F1 Plasmid transfiziert. Mit den transfizierten Zellen wurden Lokalisationsstudien sowie in vivo Beobachtungen durchgeführt. Diese Arbeit konnte zeigen, dass es sich bei SLC35F1 um ein neuronenspezifisches Protein handelt. Es wird im ZNS ubiquitär exprimiert. Auf subzellulärer Ebene scheint SLC35F1 im Gegensatz zu den meisten Nukleosidzucker-Transportern nicht im ER oder Golgi-Apparat vorzukommen. Stattdessen scheint SLC35F1 mit dem recycling Endosomenmarker Rab11 assoziiert zu sein. In diesem Kontext kann spekuliert werden, dass SLC35F1, vermittelt über Rab11, an verschiedenen Prozessen, die die neuronale Plastizität und die Bildung von LTP und dendritischen Dornen beeinflussen, beteiligt ist. Auch erscheint ein Einfluss auf die neuronale Entwicklung und die Entwicklung von Störungen wie der pädiatrischen Epilepsie möglich. Die genaue Funktion von SLC35F1 bleibt jedoch weiterhin ungeklärt.

Jährlich erkranken in Deutschland etwa 130 Kinder neu an einem Neuroblastom. Mit einem Anteil von 7 % aller malignen Tumorerkrankungen im Kindesalter stellt es damit den häufigsten soliden extrakraniellen Tumor bei Kindern unter 15 Jahren dar. Leider ist zum Zeitpunkt der Erstdiagnose bereits jedes zweite Neuroblastom metastasiert und die Diagnose für fortgeschrittene Stadien noch immer besonders schlecht. Die Verbesserung von Lebenserwartung und -qualität dieser Patienten ist somit von großer Bedeutung und Gegenstand gegenwärtiger Forschung. In den letzten Jahren zeigten sich bereits große Erfolge auf dem Gebiet der Tumorimmunologie. Nach dem Prinzip der passiven Immunisierung wird der monoklonale Antikörper ch14.18/CHO (Dinutuximab beta) eingesetzt, welcher sich gegen das auf Neuroblastomzellen hoch exprimierte tumorassoziierte Antigen GD2 richtet. Die Wirksamkeit wurde in mehreren klinischen Studien bestätigt, zeigte jedoch auch erhebliche Nebenwirkungen dieser Therapie, insbesondere in Form neuropathischer Schmerzen. Diese Arbeit zeigt die Ergebnisse eines unizentrisch an der Universität Greifswald durchgeführten Programms mit dem Ziel, die Nebenwirkungen durch eine veränderte Applikationsart zu senken. Verabreicht wurde eine verlängerte kontinuierliche Infusion von ch14.18/CHO in Kombination mit subkutaner Applikation von Proleukin (IL-2) und oraler Isotretinoin (13-cis-RA)-Gabe. Gemessen an der Schmerzintensität und dem Morphinbedarf der Patienten konnte ein niedriges Schmerzniveau mit stark rückläufiger Tendenz im Therapieverlauf beobachtet werden. Im Studienvergleich war eine Schmerzreduktion messbar. Es ließen sich ein Anstieg der Antikörper- und Effektorzellspiegel sowie eine korrelierende anti-tumorale Aktivität über den gesamten Behandlungszeitraum von sechs Monaten verzeichnen. Hohe zytolytische Werte in der ADCC in vitro korrelierten mit einem verbesserten Outcome der Patienten in Form eines längeren EFS und OS. In Zusammenschau der Daten bestätigt dies eine effektive Immuntherapie bei Langzeitinfusion des Antikörpers. Bei kontinuierlicher Infusion des Antikörpers und niedrigen Nebenwirkungen ist in Zukunft eine ambulante Therapie mit gesteigerter Lebensqualität für die Patienten denkbar.

Free radicals are known to induce significant structural and functional modifications to the cell membrane and its components. Biophysical quantification of such changes using single molecule studies highlight the role of these individual biomolecules. In this PhD work, we focus on nitric oxide radical and try to understand how they influence interaction of different biomolecules with lipid membranes by using biomimetic systems. In specific we try to answer how cell membrane permeability and bilayer thickness would be influenced by the nitric oxide radical with different phospholipids compositions (i.e. on planar supported lipid bilayers). Later we tested, interaction of transmembrane protein integrin αiibβ3 incorporated into the bilayer (i.e. nanodiscs) with nitric oxide. Finally, how to overcome the negative effects encountered by the phospholipids and proteins using biopolymer coated gold nanoparticles as delivery system. The study involved use of atomic force microscopy and quartz-crystal microbalance with dissipation as primary investigation tools complemented with other relevant biophysical and biochemical techniques.

This thesis deals with the process considerations and optimizations of a whole-cell enzyme cascade reaction for the synthesis of ɛ-caprolactone. The enzyme cascade synthesis of ɛ-caprolactone has been conceptualized and verified using a dehydrogenase and a monooxygenase. The advantage of this enzyme combination is the closed-loop co-factor regeneration. Dehydrogenase and monooxygenase expressed in discrete whole cells were applied in defined ratio to conceptualize the cascade reaction. This necessitates the use of separate co-factor regeneration system due to impermeability of the E. coli cell wall to the co-factor. Article I deal with the design and optimization of dehydrogenase and monooxygenase co-expression in a same E. coli cell. In Article II, the cascade reaction was upscaled and a fed-batch process was realized. Following which, the important reaction metrices were analyzed and optimized. Article III extends the two-enzyme cascade with a lipase. The use of lipase helps to overcome the product inhibition of monooxygenase by ɛ-caprolactone.

Die präoperative Differenzierung zwischen Leiomyosarkomen (LMS) und Leiomyomen (LM) hat sich durch die Einführung eines LMS-Scores vereinfacht. Dennoch wird gegenwärtig ein hoher LMS-Anteil fälschlicherweise unter der Diagnose LM inadäquat operiert, wodurch sich die Prognose der betroffenen Patientinnen verschlechtert. Das Ziel der Dissertation war die Analyse der Eignung verschiedener Laborparameter (Lactatdehydrogenase (LDH), Thrombozyten, Neutrophile Granulozyten/Lymphozyten-Ratio (NLR), Lymphozyten/Monozyten-Ratio (LMR), Thrombozyten/Lymphozyten-Ratio (TLR), kumulativer Wert (LDH + TLR + (NLR * 100) für die Differenzierung von LMS und LM bzw. als Prognoseparameter. Dazu wurden die präoperativen Daten von 65 LMS-Patientinnen des Deutsches klinisches Kompetenzzentrum für genitale Sarkome und Mischtumoren (DKSM) (2008–2018) retrospektiv ausgewertet und mit den Daten von LM-Patientinnen, die ebenfalls am DKSM erhoben worden waren, verglichen. Bei LMS-Patientinnen lag der LDH-Wert im Mittel bei 378,55 U/l: 56,3 % wiesen erhöhte LDH-Werte ≥ 250 U/l und 43,7 % > 300 U/l auf. LDH-Werte ≥ 250 U/l waren tendenziell mit einem schlechteren Überleben verbunden. Die LDH-Werte der LMS- und LM-Patientinnen waren signifikant verschieden. Eine LDH ≥ 270 U/l wies mit einer Spezifität von 96 % und einer Sensitivität von 54 % auf das Vorliegen eines LMS hin. LMS-Patienten (Mittelwert: 335,53 Tsd./µl) zeigten signifikant höhere Thrombozyten-Zahlen als LM-Patientinnen. Werte > 400 tsd./µl waren tendenziell mit einem schlechteren Überleben verbunden. LMS-Patientinnen (Mittelwert: 4,05) zeigten signifikant höhere NLR-Werte als LM-Patientinnen. NLR-Werte > 3 waren mit einem verkürzten Überleben assoziiert und traten bei LMS-Patientinnen signifikant häufiger auf als bei LM-Patientinnen. Laut den vorliegenden Daten ist der in der Literatur angegebene NLR-cut-off-Wert von ≥ 2,1 auf > 4 (Sensitivität 30,8 %, Spezifität 96 %) zu erhöhen. Der mittlere LMR-Wert von LSM-Patientinnen (2,86) unterschied sich signifikant von dem LMR-Wert der LM-Patientinnen. Das Gleiche galt für den TLR mit einem Mittelwert von 225,85 bei LMS-Patientinnen. Ein TLR-cut-off-Wert von 270 war in der Lage zwischen einem LMS und LM zu diskriminieren (Spezifität: 95 %, Sensitivität: 39 %) Ein cut-off-Wert der kumulativen Laborbefunde (LDH + TLR + (NLR * 100)) von 950 unterschied mit einer Spezifität von 97 % und einer Sensitivität von 50 % zwischen einem LMS und LM. Damit belegt die vorliegende Studie, dass eine präoperative Laborwerte-Diagnostik in Zusammenschau mit den Sarkom-Risiko-Scores der Promotions- und Forschungsgruppe genitale Sarkome (PFGS) die Unterscheidung zwischen LMS und LM verbessert.

Die Diagnostik des Diabetes mellitus erfolgt mit Hilfe festgelegter diagnostischer Grenzwerte für bestimmte Biomarker, z.B. für die Plasmaglukosekonzentration. Die DDG empfiehlt in ihrer Praxisempfehlung zur Definition, Klassifizierung und Diagnose von Diabetes mellitus, die Impräzision der Plasmaglukosekonzentrationsbestimmung mit Hilfe der Minimal Difference (MD) anzugeben. Sie leitet sich von der SD ab und beschreibt die kleinste Differenz zwischen zwei Messwerten, die erforderlich ist, um diese als voneinander verschieden zu bezeichnen. Die MD der Glukosekonzentrationsbestimmung soll 0.7 mmol/L bei einer Konzentration von 7.0 mmol/L nicht überschreiten, wenn das Ergebnis für die Diagnose des DM eingesetzt wird. Um verlässliche MD-Werte zu erhalten, wurden in der vorliegenden Studie zwei Ansätze verfolgt: 1. Langzeitauswertung von QK-Daten aus der Krankenversorgung über zehn Jahre Zeitraum Januar 2009 bis Dezember 2018 sowie 2. Kurzzeitauswertung mittels intensiviertem Schema, mit stündlichen Messungen von QK-Material über eine Woche im September 2012. Die MD der für die Diagnose von DM relevanten Glukosekonzentration wurde in beiden Ansätzen berechnet und verglichen. Die Impräzision der Langzeitauswertung, ausgedrückt als MDcut-off 7.0, betrug 0.44 mmol/L und lag daher deutlich unter dem empfohlenen Grenzwert von 0.7 mmol/L. Stündliche Messungen über einen Zeitraum von einer Woche bestätigen diese Ergebnisse und veranschaulichen das MD-Konzept. Die von QK gemessene Impräzision ist über viele Jahre bemerkenswert stabil. Die derzeitige Impräzionsbewertung konzentriert sich auf einzelne Instrumente, wohingegen klinisch tätige Ärzte die kombinierte analytische Leistung aller Instrumente, die für eine bestimmten Messgröße in einem Labor verwendet werden, beurteilen. Aus diesem Grund wäre zu empfehlen, den MDcut-off aus allen Instrumenten und Kontrollzyklen abzuleiten, die für die Verwendung der Patientenversorgung in einem bestimmten medizinischen Labor herangezogen werden. Hier lagen nach ungefähr 30 unabhängigen Kontrollzyklen, bzw. einem Jahr, stabile Ergebnisse für MDcut-off 7.0 vor. Die Einrichtung einer kontinuierlichen Überwachung der MDcut-off kann die traditionelle Qualitätssicherung ergänzen.

Mechanically ventilated patients are at risk of ventilator-associated pneumonia, a serious infection of the lungs. Not every ventilated patient develops pneumonia due to a combination of the protective layer of mucus in the airways, the immune system and prophylactic antibiotic therapy. To date, only little was known about the antimicrobial factors produced by humans that protect the lungs against infection. Research described in this thesis was therefore aimed at investigating to what extent the lungs of ventilated patients can inhibit the growth of bacteria, the major causative agent of pneumonia Streptococcus pneumoniae in particular. To this end, the accumulated mucus in the patients’ lungs, sputum, was investigated. The most important conclusion was that sputum can indeed possess antimicrobial activity, explained either by a combination of antibiotics and S. pneumoniae-specific antibodies, or by the innate immune defenses. Thus, sputum may serve as a valuable source of information to unravel the complex interactions between the human host, antimicrobial factors and the microbiome of the lower respiratory tract. A possible consequence of pneumonia is the dissemination of bacteria from the lungs to the bloodstream and the brain, which may lead to meningitis. This thesis describes how this process takes place, and how the so-called choline-binding protein CbpL contributes to invasive pneumococcal infections. In addition, possible future approaches to prevent meningitis caused by this bacterium are proposed.

Infections are often caused by pathobionts, endogenous bacteria that belong to the microbiota. Trauma and surgical intervention can allow bacteria to overcome host defences, ultimately leading to sepsis if left untreated. One of the main defence strategies of the immune system is the production of highly specific antibodies. In the present proof-of-concept study, plasma antibodies against 9 major pathogens were measured in sepsis patients, as an example of severe systemic infections. The binding of plasma antibodies to bacterial extracellular proteins was quantified using a semi-automated immunoblot assay. Comparison of the pathogen-specific antibody levels before and after infection showed an increase in plasma IgG in 20 out of 37 tested patients. This host-directed approach extended the results of pathogen-oriented microbiological and PCR diagnostics: a specific antibody response to additional bacteria was frequently observed, indicating unrecognised poly-microbial invasion. This might explain some cases of failed, seemingly targeted antibiotic treatment.

Unter promiskuitiver Acyltransferase-Aktivität versteht man die Eigenschaft bestimmter Hydrolasen, in wässriger Lösung bevorzugt Acyltransfer statt Hydrolyse zu katalysieren. Bis vor Kurzem waren nur wenige promiskuitive Acyltransferasen literaturbekannt. Dies führte zu der allgemeinen Annahme, dass diese Aktivität ein seltenes Phänomen in Hydrolasen ist. Diese Arbeit zeigt jedoch, dass promiskuitive Acyltransferase-Aktivität in der Familie der bakteriellen hormonsensitiven Lipasen und Carboxylesterasen der Familie VIII weit verbreitet ist. Detaillierte Struktur-Funktions-Analysen ermöglichen die sequenzbasierte Vorhersage und Optimierung der Acyltransferase-Aktivität in beiden Enzymfamilien. Insbesondere die Carboxylesterasen der Familie VIII überschreiten die Grenzen des bisher für möglich Gehaltenen, indem sie gute Enantioselektivität bei der kinetischen Racematspaltung sekundärer Alkohole zeigen und darüber hinaus die irreversible Bildung von Amiden und Carbamaten in Wasser katalysieren können. Die biokatalytische Acylierung von Zuckern in Wasser galt lange Zeit als unerreichtes Ziel der Biokatalyse. In dieser Arbeit wurde jedoch gezeigt, dass natürlich vorkommende und modifizierte Carboxylesterasen der Familie VIII die regioselektive Acetylierung von Glucose, Maltose und Maltotriose in Wasser mit hoher Effizienz katalysieren können.