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Kardiovaskuläre Erkrankungen gehören zu den Haupttodesursachen in der westlichen Bevölkerung. Die Morbidität und Mortalität der Herzinsuffizienz und ischämischer Erkrankungen sind trotz vielfältiger Therapieansätze weiterhin sehr hoch. Bei Patienten mit einer dilatativen Kardiomyopathie (DCM) konnte hinsichtlich der Genexpression des Carnitin-Transporters OCTN2 eine deutliche Reduktion festgestellt werden. Diese korrelierte signifikant mit einer verminderten Ejektionsfraktion (EF) und stellt somit einen möglichen Risikofaktor für die Entwicklung bzw. Progression einer DCM dar. Physiologisch ist die OCTN2-vermittelte Carnitin-Aufnahme von besonderer Bedeutung für die Energiegewinnung der Zelle über die Betaoxidation. Zusätzlich zu dieser endogenen Verbindung können jedoch auch zahlreiche Arzneistoffe, wie Mildronat, von OCTN2 transportiert werden und die Carnitin-Aufnahme hemmen. Ein Ziel der vorliegenden Untersuchungen war es demzufolge, den Einfluss einer verminderten OCTN2-Funktion auf die Entwicklung einer DCM, anhand hämodynamischer Analysen (MRT und Konduktanz-Katheter-Technik) zu überprüfen. Dafür wurden Mäuse, die homo- oder heterozygot eine Mutation im Octn2-Gen (Slc22a5) aufwiesen (sogenannte juvenile viscerale Steatose-Mäuse) und entsprechende Kontrolltiere als Modell verwendet. Die heterozygot-defizienten Tiere unterschieden sich dabei sowohl hinsichtlich des Gehalts an freiem Carnitin im Serum und im Herzgewebe als auch hinsichtlich der hämodynamischen Parameter (wie z. B. EF, LVRI und dP/dtmin) nur wenig von den Kontrollen. Die Modulation des Carnitin-Spiegels durch pharmakologische Intervention mit Mildronat ging zwar mit einer Verminderung des Carnitin-Spiegels einher, resultierte jedoch nicht in einer pathophysiologisch veränderten Herzfunktion. Interessanterweise deuten einige kardiale und molekularbiologische Parameter (wie z. B. EF und NT-proBNP-Gehalt) unter Hemmung des OCTN2 tendenziell sogar auf eine leicht verbesserte Herzfunktion hin. Außerdem wurde in diesem Tiermodell auch der Einfluss der OCTN2-Funktion und damit der Carnitinversorgung für das Ausmaß der Gewebeschädigung beim akuten Myokardinfarkt untersucht. Diese Untersuchungen zeigten ebenfalls keine negativen Auswirkungen bei verminderter OCTN2-Funktion. Sie sprachen im Gegenteil für eine protektive Wirkung eines reduzierten Carnitin-Spiegels hinsichtlich Ischämie-bedingter kardialer Schädigungen. So zeigte sich ein deutlicher Gendosis-Effekt hinsichtlich Carnitin-Spiegel und Infarktareal, der durch Carnitin-Applikation teilweise wieder aufgehoben werden konnte. Insgesamt ist aus den Untersuchungen zur kardialen Bedeutung von OCTN2 hervorgegangen, dass eine moderate Beeinträchtigung der Transportfunktion und damit der Carnitin-Spiegel keinen negativen Einfluss auf die Herzfunktion besitzt.
Seit jeher fortwährender Bestandteil von kindertraumatologischen Lehrbüchern ist das Paradigma, dass Kinder nach Traumata mit Knochenbruchfolge grundsätzlich keine physikalischen Therapien benötigen. Diese Denkweise spiegelt sich in der gängigen allgemeinen Praxis der Kinderchirurgen wider. Zu der therapeutischen Fragestellung, ob Kinder nach frischen Frakturen eventuell doch eine Rehabilitation benötigen, gestalteten wir eine retrospektive Analyse der in dem Zeitraum von 2008 bis 2013 in der Universitätsklinik für Kinderchirurgie Greifswald behandelten suprakondylären Humerusfrakturen (n = 90), Femurschaftfrakturen (n=40), Kniegelenksverletzungen (n= 34) sowie Tibiaschaftfrakturen (n = 88). Dazu haben wir nach Durchsicht sämtlicher Krankenakten die betroffenen Familien telefonisch anhand eines Fragebogens zu den im Krankenverlauf unternommenen Behandlungen, Therapien und ihren Erfahrungen befragt. Den telefonisch nicht erreichbaren Patienten ist der Fragebogen postalisch mit der Bitte um Beantwortung zugesandt worden. Zur Auswertung der gesammelten Daten haben wir den exakten Test nach Fisher, einen Signifikanztest, herangezogen. Danach ist die Nullhypothese („Routinemäßig angeordnete Rehabilitationsmaßnahmen haben bei Kindern keine Auswirkung auf den Verlauf“) bestätigt worden. Schlussfolgend kann festgehalten werden, dass Physiotherapiemaßnahmen bei Kindern eigentlich nicht notwendig sind. Allerdings kann bei den veränderten sozioökonomischen Umständen mit möglicherweise Hemmung des natürlichen Bewegungsdrangs der Kinder durch Fernsehen und Computerspielen sowie häufig einer Überprotektion durch übervorsichtige Eltern heute nicht selbstverständlicherweise von den natürlichen Zuständen ausgegangen werden, auf denen die Lehrbuchmeinungen beruhen. Von daher halten wir es für empfehlenswert, die Indikationen zur Verordnung von physikalischen Therapien nach Trauma zukünftig großzügiger zu stellen. Eine prospektive wissenschaftliche Evaluation von professionellen und speziell auf die besondere Situation des verletzten Kindes zugeschnittenen Rehabilitationsmaßnahmen wäre sehr vorteilhaft, um die Erkenntnisse von deren positiven Auswirkungen auf den Heilungsverlauf im Ärztekollektiv weiter zu verbreiten und zu stärken.
Koronare Drug-eluting Stents sind röhrenförmige, netzartig aufgebaute, medizinische Implantate aus meist metallischen Grundkörpern, die zur Vermeidung eines erneuten Gefäßverschlusses mit Wirkstoff beschichtet sind. Derzeit finden die Beschichtungen der Stents typischerweise über speziell entwickelte Einzelbeschichtungsverfahren statt, die es ermöglichen, die feingliedrige und fragile Struktur der Implantate zu beschichten. Wesentliche Nachteile dieser Verfahren liegen allerdings in hohen Materialverlusten und geringer Fertigungs¬menge, die zu hohen Produktionskosten führen. Im Rahmen dieser Arbeit sollte untersucht werden, inwieweit die Wirbelschichttechnologie zur Beschichtung von Stents eingesetzt werden kann. Die Wirbelschichttechnologie stellt ein etabliertes Verfahren zur Beschichtung von Partikeln im Großmaßstab mit geringen Verlusten dar. Obwohl in der Literatur das Verhalten verschiedener Partikel (Größe, Form, Dichte) in der Wirbelschicht beschrieben ist, wurde das Verhalten von netzartig aufgebauten Hohlkörpern noch nicht untersucht. Inwiefern sich die Wirbelschichttechnologie zur Beschichtung der fragilen Stents eignet, ist daher nicht vorhersagbar. Im Rahmen dieser Arbeit sollte eine Beurteilung hinsichtlich der Anwendbarkeit des Wirbelschichtverfahrens zur Beschichtung von Stents erfolgen. Dazu wurde das Fluidisierungs-verhalten der Körper unter Verwendung verschiedener Anströmböden untersucht. Darüber hinaus wurde der Einfluss der Prozessparameter, verschiedener Beschichtungsrezepturen und Stenttypen auf die Qualität der Beschichtung untersucht. Dazu wurden die beschichteten Körper hinsichtlich Homogenität und Defekte der Oberfläche, ihrer Robustheit gegenüber mechanischen Einflüssen, der Schichtverteilung und Gehaltsgleichförmigkeit und des Wirkstofffreisetzungsverhaltens untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit konnten die Stents den Partikel der Geldart- Klasse D zugeordnet werden und die Beschichtungen der Stents erfolgte unter Verwendung eines speziell angefertigten konisch ausgeformten Anströmbodens. In Versuchen mit verschiedenen Beschichtungsmaterialien war es möglich typischer Weise auftretende Beschichtungsdefekte und präventive Gegenmaßnahmen zu identifizieren. So zeigte sich, dass es unter Verwendung von wässrig dispergierten Beschichtungsmaterialien die Bildung von Brücken oder Schwimmhäuten ausblieb, während diese typischer Weise unter Verwendung von organisch gelösten Beschichtungsrezepturen auftraten. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass es durch Anpassung der Prozessparameter möglich war Beschichtungen mit hoher Qualität zu erzeugen. Dabei wurden unabhängig von der Lackrezeptur leichter Abrieb, Risse oder Deformationen der Stentgrundkörper vor allem an den Stentenden beobachtet, da die Stents während des Beschichtungsprozesses einer starken mechanischen Belastung ausgesetzt waren. In Versuchen mit unterschiedlichen Auftragsmengen beziehungsweise Prozesszeiten und unterschiedlich langen Stents konnte gezeigt werden, dass die Defekte unter gleichbleibenden Bedingungen mit zunehmender Prozesszeit und abnehmender Stentlänge zunehmen. Zudem zeigte sich, dass auch die Prozessparameter und Flexibilität der Beschichtung Einfluss auf den Anteil defekter Stents nimmt. Durch Adaptierung des Beschichtungsprozesses ist es entsprechend möglich die Defekte zu reduzieren. In der Regel wurde ein etwas höherer abluminaler Schichtauftrag erzielt, wobei die Schicht homogen über die gesamte Stentlänge verteilt war. Es resultierten üblicherweise Abscheideraten des Beschichtungslackes von 40 - 50 % und darüber hinaus konnten durch die gleichzeitige Beschichtung einer hohen Stückzahl von Grundkörpern Fertigungsmengen von umgerechnet bis zu 25 Stents pro Minute erreicht werden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Wirbelschichttechnologie ein vielversprechendes Verfahren zur Beschichtung von Stents im Großmaßstab darstellt, das in Bezug auf Ausbeute und Fertigungsmenge den derzeit herkömmlich verwendeten Beschichtungstechnologien überlegen ist, wobei die Qualität der erzeugten Beschichtungen vergleichbar mit der Beschichtungsqualität herkömmlich beschichteter Stents ist.
Ausgangspunkt dieser Fall- Kontroll- Studie bildete die Frage, welche Risikofaktoren für das Kurzzeit- und Langzeit-Outcome eines frühgeborenen Kindes bedeutend sind und ob sich diese in den letzten zehn Jahren verändert hat. Hierzu wurden 372 Kinder und ihre Mütter hinsichtlich mütterlicher Erkrankungen, postnatale Anpassung, kindliche Erkrankungen und neurologisches Outcome der Kinder untersucht. Als Risikofaktoren für ein schlechtes neurologisches Follow-up wurden das Gestationsalter, eine AP, mütterliche Infektionen und die kindliche Multimorbidität nachgewiesen. Bei der Mortalität spielten neben dem Geburtsgewicht das Gestationsalter und ein niedriger arterieller Nabelschnur- pH-Wert wichtige Rollen. Weitere mütterliche Erkrankungen zeigten keinen signifikanten Einfluss auf das Outcome der Kinder 2005 zeigten sich bei einer Mortalitätsrate von 9,1% eine erhöhte kindliche Morbidität und ein reduziertes neurologisches Outcome. Im Vergleich dazu konnte 2011 bei geringerer Mortalitätsrate eine Verbesserung des kindlichen Outcomes erreicht und die Morbiditätsrate um 50% reduziert werden. Grund dafür sind moderne Therapiemöglichkeiten und verbesserte zentralisierte perinatale Versorgungsstrukturen, dennoch stellt die Behandlung von Frühgeborenen und die daraus resultierenden Probleme Neonatologen weiterhin vor schwierige Aufgaben.
This thesis investigates the biocatalytic synthesis of amines and amino alcohols. The applicability and economic feasibility of biocatalysis for chiral amine synthesis is reviewed and the findings were compared to established chemical processes using relevant process parameters (TON, TOF and STY). This review clearly showcases the potential of biocatalysis for the synthesis of chiral amines and provides a valuable guide for synthetic chemists who want to benefit from these new opportunities. Next, biocatalysis is applied for the synthesis of an amino alcohol with two stereocentres: A novel route for the synthesis of all four stereoisomers of 4-amino-1-phenylpentane-2-ol is presented. Enzymes were applied to install both stereocentres successively, which allowed the selective synthesis with high yields and optical purities. A small scale preparative asymmetric transamination yielded one amino alcohol stereoisomer selectively. The approach presented in this thesis provides a valuable option for the synthesis of this compound class as it is highly selective, step efficient and circumvents the need for protecting groups as well as transition-metal catalysis. The substrate scope of an (S)-selective amine transaminase (ATA) was altered in order to expand the applicability for amino alcohol synthesis. Protein engineering was conducted to enlarge the small binding pocket. Small scale preparative synthesis of the 1,2-amino alcohol (R)-phenylglycinol exemplifies the applicability of the evolved variants for the asymmetric synthesis of this compound. The designed variants expand the collection of ATAs that are suitable for the synthesis of amino alcohols with bulkier substituents. To deepen the understanding of ATAs further, a class III TA family wide analysis (which includes (S)-selective ATAs) is presented. After comparing the active site architectures and performing literature research amino acids were identified that correlate with the reaction- and substrate specificity of the enzymes within this family. This information is compiled in a sequence-function matrix, which allows the prediction of the main activity of biochemically uncharacterised enzymes from their sequence. These insights provide a better understanding of the activity determining residues in (S)-ATAs and class III TAs in general.
Neben verschiedenen gesundheitsfördernden Eigenschaften hat das Flavonoid Phloretin eine süßkraftverstärkende Wirkung. Es ist nicht nur in der Pharma- und Kosmetikindustrie, sondern auch als Aromastoff für die Lebensmittelproduktion von Interesse. Bislang gab es kein vielversprechendes, biotechnologisches System zur Herstellung von Phloretin. Die Extraktion aus Pflanzen führt aufgrund niedriger und schwankender Konzentrationen zu einer schlechten Verfügbarkeit. Chemisch synthetisiertes Phloretin hingegen kann aufgrund der „Europäischen Aromenverordnung“ nicht als „natürlicher Aromastoff“ deklariert werden. Daher ist Phloretin als „natürlicher Aromastoff“ relativ teuer und für die Aromenindustrie kaum nutzbar. Ziel dieser Arbeit war es, einen effizienten Weg zur biotechnologischen Produktion von Phloretin zu finden. Als Substrat sollte bevorzugt Naringenin eingesetzt werden. Obwohl ähnliche Reaktionswege in der Literatur beschrieben wurden, konnte mit ausgewählten filamentösen Pilzen in Ganzzellbiokatalysen keine Phloretinbildung beobachtet werden. Es gibt jedoch auch Bakterien, die in der Lage sind, die Zielreaktion auszuführen. Da es sich hierbei ausschließlich um obligate Anaerobier handelt, eignen sich diese Stämme kaum für die biotechnologische Produktion von Phloretin. Außerdem erfolgt in diesen Bakterien die Zielreaktion als Teil des Naringeninabbaus, das entstehende Phloretin wird abgebaut. Über die Zielreaktion im anaeroben Bakterium Eubacterium ramulus lagen bereits Informationen aus anderen Forschungsarbeiten vor, darunter auch ein Sequenzfragment vom N-Terminus der Chalconisomerase (CHI). Die CHI katalysiert die Isomerisierung von Naringenin zu Naringeninchalcon. Aus der Literatur ging hervor, dass E. ramulus die Zielreaktion von Naringenin über Naringeninchalcon zum Phloretin durchführen kann, aber dass außer der CHI ein weiteres Enzym beteiligt ist. Das genetische Potential von E. ramulus sollte genutzt werden, um einen rekombinanten Mikroorganismus zu generieren. Nach der Sequenzierung des Genoms von E. ramulus konnte die N-terminale Sequenz in der vorliegenden Arbeit genutzt werden, um in silico das Gen der CHI zu identifizieren. Da vermutet wurde, dass für die Reduktion von Naringeninchalcon zu Phloretin eine Enoatreduktase (ERED) verantwortlich ist, wurde über eine BLAST-Analyse ein konserviertes Motiv für Enoatreduktasen ermittelt, mit dem im Genom von E. ramulus das Gen einer ERED in silico identifiziert wurde. Die Gene wurden anschließend in E. coli kloniert. Für die CHI konnte eine sehr gute Überexpression und enzymatische Aktivität in zellfreien Biokatalysen nachgewiesen werden. Der Aktivitätsnachweis ermöglichte auch die Aufreinigung der CHI aus dem Proteinrohextrakt. In der Diplomarbeit von M. Thomsen wurde die Aufreinigung optimiert. Der Aufreinigungsprozess beinhaltete eine Anionenaustauschchromatographie, hydrophobe Interaktionschromatographie und Gelfiltration und führte zu einer sehr hohen Reinheit der CHI. Das aufgereinigte Enzym wurde anschließend biochemisch charakterisiert. Außerdem wurden mit dem rekombinanten Stamm (mit Genen für CHI und ERED) Versuche im Ganzzellsystem mit Naringenin durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, dass die Reaktion zum Zielprodukt Phloretin empfindlich gegenüber Sauerstoff ist. Unter anaerober Atmosphäre konnte in diesem System eine höhere Phloretinbildung beobachtet werden. Da die CHI in vorherigen Untersuchungen keine Sensitivität gegenüber Sauerstoff gezeigt hatte, wurden in der Diplomarbeit von C. Peters Expression und Aktivität der ERED unter diesem Aspekt näher untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass die Expression der ERED unter anaeroben Bedingungen erfolgen sollte, das Enzym ist jedoch auch unter Anwesenheit von Sauerstoff aktiv. Die in der Literatur beschriebenen Ansätze zur Entwicklung von biotechnologischen Verfahren zur Phloretinproduktion basieren vor allem auf dem Einsatz pflanzlicher Gene und führten bisher nur zu geringen Produktkonzentrationen. In der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, ein neues System zur biotechnologischen Produktion von Phloretin zu entwickeln, mit dem eine höhere Ausbeute erzielt werden kann. Basierend auf den neu identifizierten Genen aus E. ramulus, die erfolgreich in E. coli exprimiert wurden, wird das Problem der rekombinanten Expression eukaryotischer Gene in Prokaryoten umgangen. Im Vergleich zu E. ramulus ist E. coli in der Biotechnologie bereits etabliert und relativ unempfindlich gegenüber Sauerstoff. Außerdem findet der Phloretinabbau, wie er in E. ramulus und in verwandten Bakterien ablaufen würde, in E. coli nicht statt. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass es für die Weiterentwicklung der industriellen Biotechnologie vorteilhaft ist, das enorme Potential des bakteriellen Stoffwechsels durch Gentechnik nutzbar zu machen. Durch diese Strategie wird „nachhaltige Biokatalyse auf neuen Wegen“ in der Flavonoidbiotechnologie ermöglicht.
A slice is an intersection of a hyperplane and a self-similar set. The main purpose of this work is the mathematical description of slices. A suitable tool to describe slices are branching dynamical systems. Such systems are a generalisation of ordinary discrete dynamical systems for multivalued maps. Simple examples are systems arising from Bernoulli convolutions and beta-representations. The connection between orbits of branching dynamical systems and slices is demsonstrated and conditions are derived under which the geometry of a slice can be computed. A number of interesting 2-d and 3-d slices through 3-d and 4-d fractals is discussed.
Cervical Artery Dissection in Young Adults in the Stroke in Young Fabry Patients (sifap1) Study
(2015)
Background: Patients with carotid artery dissection (CAD) have been reported to have different vascular risk factor profiles and clinical outcomes to those with vertebral artery dissection (VAD). However, there are limited data from recent, large international studies comparing risk factors and clinical features in patients with cervical artery dissection (CeAD) with other TIA or ischemic stroke (IS) patients of similar age and sex. Methods: We analysed demographic, clinical and risk factor profiles in TIA and IS patients ≤55 years of age with and without CeAD in the large European, multi-centre, Stroke In young FAbry Patients 1 (sifap1) study. Patients were further categorised according to age (younger: 18-44 years; middle-aged: 45-55 years), sex, and site of dissection. Results: Data on the presence of dissection were available in 4,208 TIA and IS patients of whom 439 (10.4%) had CeAD: 196 (50.1%) had CAD, 195 (49.9%) had VAD, and 48 had multiple artery dissections or no information regarding the dissected artery. The prevalence of CAD was higher in women than in men (5.9 vs. 3.8%, p < 0.01), whereas the prevalence of VAD was similar in women and men (4.6 vs. 4.7%, n.s.). Patients with VAD were younger than patients with CAD (median = 41 years (IQR = 35-47 years) versus median = 45 years (IQR = 39-49 years); p < 0.01). At stroke onset, about twice as many patients with either CAD (54.0 vs. 23.1%, p < 0.001) or VAD (63.4 vs. 36.6%, p < 0.001) had headache than patients without CeAD and stroke in the anterior or posterior circulation, respectively. Compared to patients without CeAD, hypertension, concomitant cardiovascular diseases and a patent foramen ovale were significantly less prevalent in both CAD and VAD patients, whereas tobacco smoking, physical inactivity, obesity and a family history of cerebrovascular diseases were found less frequently in CAD patients, but not in VAD patients. A history of migraine was observed at a similar frequency in patients with CAD (31%), VAD (27.8%) and in those without CeAD (25.8%). Conclusions: We identified clinical features and risk factor profiles that are specific to young patients with CeAD, and to subgroups with either CAD or VAD compared to patients without CeAD. Therefore, our data support the concept that certain vascular risk factors differentially affect the risk of CAD and VAD.
This thesis investigated dielectric barrier discharges (DBDs) in N2-O2 gas mixtures at atmospheric pressure, with a focus on the gas discharge physics. The main goal was to evaluate whether possible control mechanisms exist that can manipulate the breakdown and the development of DBDs, especially for pulsed operation. To examine the pre-breakdown phase, the actual breakdown and the main DBD development, DBDs in a double-sided, single filament arrangement with a 1 mm discharge gap were investigated by means of electrical and optical diagnostics with high resolutions. Spectrally- and temporally-resolved iCCD pictures (2D in space), spectrally- and spatio-temporally-resolved streak camera and CCS images (1D in space) were simultaneously recorded accompanied by a full electrical characterisation with fast voltage and current probes. Sinusoidal- and pulsed-driven DBDs were found to have a qualitatively similar spatio-temporal development, i.e. a cathode-directed ionisation front (v ~ 10^6 m/s, positive streamer mechanism), followed by a transient glow-like phase in the gap. For sinusoidal operation, the slope of the applied voltage is flat (dU/dt ~ 1 V/ns) compared to pulsed operation (dU/dt ~ 100 V/ns). Thus, during the longer pre-phase of the sine-driven DBD, many more charge carriers were generated, in contrast to the pulsed-driven DBDs, where the pre-phase is limited by the short voltage rise time. Consequently, just before the breakdown occurs, the charge carrier density is higher for sine-driven DBDs, i.e. the positive streamer starts in a highly pre-ionised environment, which leads to a lower propagation velocity. In addition to limiting the pre-phase (lower pre-ionisation), the steep voltage slope of the pulsed DBD amplifies the streamer breakdown because the applied voltage rises significantly during its propagation. Therefore, the transferred electrical charge and the electrical power of a single DBD can be controlled by the applied voltage amplitude, but only in pulsed operation. In addition to the effects of different voltage slope steepness, the pulse width is an excellent parameter in the pulsed operation to set the pre-ionisation, by shifting the DBDs into the after-glow of the previous discharge using asymmetrical HV pulse waveforms. The subsequent DBDs ignite in different pre-ionised conditions, defined by the residual charge carrier densities in the gap that originated from the previous DBD. The breakdown characteristics of these DBDs could be controlled down to the fundamental level. This thesis has described for the first time four different breakdown regimes in single filament DBDs for 0.1 vol% N2 in O2 and connected them to the processes during their pre-phases. The “classic” DBD development (a cathode-directed streamer followed by a transient glow discharge) could be controlled in a certain range, followed by a transition first to a breakdown regime featuring a simultaneous propagation of a cathode- and an anode-directed streamer, and finally to a reignition of the previous DBDs without any propagation, just by reducing the pulse width (time between two subsequent DBDs), i.e. increasing the pre-ionisation level. All differences between the DBDs at rising and falling slopes could be explained by the different pre-conditions in the gap. The O2 concentration in the N2-O2 gas mixtures offers another way of controlling the pre-ionisation. Due to the electron attachment as a consequence of the electronegativity of oxygen, the electron density decreases for higher O2 admixtures. Furthermore, the differences in the first Townsend ionisation coefficient and in the photo-ionisation between N2 and O2 influence the DBD behaviour as well. To some extent, some of the reported effects achieved by varying the pulse width at a fixed O2/N2 ratio were also observed for a fixed pulse width and changing O2 concentration. Hence, the response of the DBD properties to changing pre-ionisation levels seems to be a general principle of DBD control. Additional effects of the O2/N2 ratio, such as an increasing DBD inception jitter or higher streamer velocities, were also reported. Finally, a reverse of the effects induced by the O2 admixture such as DBD emission duration or DBD inception delay, was observed for O2 concentrations below 0.01 vol%, and were especially pronounced at a pressure of 0.5 bar. For 0.1 vol% O2 in N2, a minimal electron recombination rate was found, which can be explained by the different decay and recombination rates of positive nitrogen and oxygen ions. These different rates effect the charge carrier dynamics and consequently, the pre-ionisation in the gap. In conclusion, this investigation has highlighted the importance of volume memory processes on the breakdown and development of single filament DBDs at elevated pressures.
Selbst bei intensiv erforschten Modellorganismen ist die Funktion von mindestens einem Drittel der codierten Proteine bis heute vollkommen unbekannt. Dies trifft auch auf das Gram-positive, fakultativ pathogene Bakterium Staphylococcus aureus zu. Mit 25.000 Molekülen pro Zelle ist das alkalische Schock Protein Asp23 eines der abundantesten Proteine in S. aureus. Abgesehen davon, dass die Expression von asp23 unter alkalischen Schock Bedingungen induziert ist, weshalb es seinen Namen erhielt, und dass es alleinig σB-abhängig transkribiert wird und somit gut als Marker für σB-Aktivität geeignet ist, war über Asp23 zu Beginn dieser Arbeit nichts bekannt. Das asp23-Gen liegt in einem tetracistronischen Operon. Bestandteil dieses Operons sind außerdem opuD2, das für einen Transporter für Osmoprotektantien codiert, und SAOUHSC_02442 und SAOUHSC_02443, die beide für Membranproteine unbekannter Funktion codieren. Interessanterweise enthalten sowohl Asp23 als auch SAOUHSC_02443 eine DUF322-Domäne. DUF322-Domänen sind in Gram-positiven Bakterien sehr konserviert und kommen normalerweise in mehreren Kopien pro Genom vor. Fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen zeigten, dass das cytoplasmatische Protein Asp23 nahe der Membran lokalisiert ist. Dabei konnte Asp23 entlang der gesamten Membran nachgewiesen werden. Auffällig war jedoch, dass in sich teilenden Zellen die Stellen frei von Asp23 blieben, wo sich das neue Septum gebildet hat. Nur in Zellen, die sich vermutlich in einem fortgeschrittenen Stadium der Zellteilung befanden, konnte auch am Septum Asp23 nachgewiesen werden. Da für Asp23 selbst keine Transmembrandomänen vorhergesagt werden, wurde untersucht, ob eines der im asp23-Operon codierten Membranproteine an der Verankerung von Asp23 an der Membran beteiligt ist. Dazu wurden Deletionsmutanten der drei Gene opuD2, SAOUHSC_02443 und SAOUHSC_02442 konstruiert und die Lokalisation von Asp23 in diesen Mutanten fluoreszenzmikroskopisch untersucht. Ein eindeutiger Einfluss auf die Lokalisation von Asp23 konnte nur für die Deletion von SAOUHSC_02443 nachgewiesen werden. Mittels BACTH-Analyse konnte außerdem eine direkte Interaktion zwischen SAOUHSC_02443 und Asp23 gezeigt werden. SAOUHSC_02443 ist somit maßgeblich an der Verankerung von Asp23 an der Membran beteiligt und wurde deshalb als „Asp23 membrane anchoring protein“, kurz AmaP, benannt. Mithilfe des BACTH-Systems wurden zudem alle theoretisch möglichen Interaktionen zwischen den im asp23-Operon codierten Proteinen untersucht. Dabei konnten Selbstinteraktionen von allen vier Proteinen, OpuD2, AmaP, SAOUHSC_02442 und Asp23, nachgewiesen werden und eine Interaktion zwischen SAOUHSC_02442 und der Membrandomäne von AmaP. Die Selbstinteraktion von AmaP wird über dessen Membrandomäne vermittelt. Für die Selbstinteraktion von Asp23 ist hingegen dessen DUF322-Domäne in Kombination mit dem C-Terminus wichtig. Die Interaktion zwischen Asp23 und AmaP konnte nur dann nachgewiesen werden, wenn AmaP intakt war, was dafür spricht, dass AmaP eine von seinem Membranteil abhängige Quartärstruktur einnehmen muss, um die Bindungsstelle für Asp23 zu bilden. Da neben der mittels BACTH-Analyse gezeigten Selbstinteraktion von Asp23 auch Ergebnisse von Gelfiltrationsexperimenten dafür sprachen, dass Asp23 polymere Strukturen ausbildet, wurde Asp23 mit einem Strep-tag in Escherichia coli exprimiert, gereinigt und mittels Elektronenmikroskopie visualisiert. So konnte gezeigt werden, dass Asp23 in vitro spiralig gewundene, bis zu mehrere Mikrometer lange Filamente bildet. Im Zuge einer strukturellen Charakterisierung der Filamente wurden drei Punktmutationen in Asp23 identifiziert (K51A, E106A, K117A), die die Filamentbildung in vitro beeinträchtigten. In einer vergleichenden Transkriptionsanalyse der asp23-Deletionsmutante und des Wildtyps konnten 16 in der asp23-Mutante hochregulierte Gene identifiziert werden. Darunter waren viele Gene, die zum Vancomycin-Stimulon gehören. Mittels Northern Blot konnte das Ergebnis der DNA-Microarray-Analysen bestätigt werden. Zudem konnte so gezeigt werden, dass die in der asp23-Mutante hochregulierten Gene auch in der amaP-Mutante hochreguliert sind, in der Asp23 vorhanden, aber delokalisiert ist. Die phänotypische Charakterisierung deutet somit ebenso wie die Lokalisation von Asp23 auf eine Zellwand-assoziierte Funktion hin.
Children as young as 3 years can remember an object’s location within an arrangement and can retrieve it from a novel viewpoint (Nardini et al., 2006). However, this ability is impaired if the arrangement is rotated to compensate for the novel viewpoint, or, if the arrangement is rotated and children stand still. There are two dominant explanations for this phenomenon: self-motion induces an automatic spatial updating process which is beneficial if children move around the arrangement, but misleading if the children’s movement is matched by the arrangement and not activated if children stand still and only the arrangement is moved (see spatial updating; Simons and Wang, 1998). Another explanation concerns reference frames: spatial representations might depend on peripheral spatial relations concerning the surrounding room instead on proximal relations within the arrangement, even if these proximal relations are sufficient or more informative. To evaluate these possibilities, we rotated children (N = 120) aged between 3 and 6 years with an occluded arrangement. When the arrangement was in misalignment to the surrounding room, 3- and 4-year-olds’ spatial memory was impaired and 5-year-olds’ was lightly impaired suggesting that they relied on peripheral references of the surrounding room for retrieval. In contrast, 6-years-olds’ spatial representation seemed robust against misalignment indicating a successful integration of spatial representations.
Chronic Obstructive Pulmonary Disease and Diabetes Mellitus: A Systematic Review of the Literature
(2015)
The objective of this systematic review was to discuss our current understanding of the complex relationship between chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and type-2 diabetes mellitus (T2DM). We performed a systematic search of the literature related to both COPD and diabetes using PubMed. Relevant data connecting both diseases were compiled and discussed. Recent evidence suggests that diabetes can worsen the progression and prognosis of COPD; this may result from the direct effects of hyperglycemia on lung physiology, inflammation or susceptibility to bacterial infection. Conversely, it has also been suggested that COPD increases the risk of developing T2DM as a consequence of inflammatory processes and/or therapeutic side effects related to the use of high-dose corticosteroids. In conclusion, although there is evidence to support a connection between COPD and diabetes, additional research is needed to better understand these relationships and their possible implications.
Clinically Relevant Depressive Symptoms in Young Stroke Patients - Results of the sifap1 Study
(2015)
Background: Although post-stroke depression is widely recognized, less is known about depressive symptoms in the acute stage of stroke and especially in young stroke patients. We thus investigated depressive symptoms and their determinants in such a cohort. Methods: The Stroke in Young Fabry Patients study (sifap1) prospectively recruited a large multinational European cohort (n = 5,023) of patients with a cerebrovascular event aged 18-55. For assessing clinically relevant depressive symptoms (CRDS, defined by a BDI-score ≥18) the self-reporting Beck Depression Inventory (BDI) was obtained on inclusion in the study. Associations with baseline parameters, stroke severity (National Institutes of Health Stroke Scale, NIHSS), and brain MRI findings were analyzed. Results: From the 2007 patients with BDI documentation, 202 (10.1%) had CRDS. CRDS were observed more frequently in women (12.6 vs. 8.2% in men, p < 0.001). Patients with CRDS more often had arterial hypertension, diabetes mellitus, and hyperlipidemia than patients without CRDS (hypertension: 58.0 vs. 47.1%, p = 0.017; diabetes mellitus: 17.9 vs. 8.9%, p < 0.001; hyperlipidemia: 40.5 vs. 32.3%, p = 0.012). In the subgroup of patients with ischemic stroke or TIA (n = 1,832) no significant associations between CRDS and cerebral MRI findings such as the presence of acute infarcts (68.1 vs. 65.8%, p = 0.666), old infarctions (63.4 vs. 62.1%, p = 0.725) or white matter hyper-intensities (51.6 vs. 53.7%, p = 0.520) were found. Conclusion: Depressive symptoms were present in 10.1% of young stroke patients in the acute phase, and were related to risk factors but not to imaging findings.
Synopsis
By interaction with electrons in ion storage devices (ion-cyclotron-resonance and radio-frequency traps) negatively charged clusters of gold and aluminum have been produced up to the 6th and 10th charge state, respectively. The production of these poly-anions opens exciting new possibilities to measure their lifetimes, to monitor their relaxation schemes after laser radiation, as well as to probe their Coulomb barriers.
Staphylococcus aureus can be a harmless colonizer of the human body, which colonizes about 20-30% of the population. If S. aureus overcomes the outer physical barrier of the body, comprised of the skin and mucous surfaces, it can also cause severe diseases such as endocarditis, pneumonia, or sepsis. S. aureus possesses a variety of secreted and surface bound virulence factors to mediate attachment and invasion into the host, to disseminate an infection and to modulate and evade the immune system. But not only the huge amount of virulence factors turn S. aureus into a dangerous human pathogen, also its resistances to a broad spectrum of commonly used antibiotics make infections hard to treat. During the last years it became apparent that S. aureus can be internalized by as well as replicate and persist in professional and non-professional phagocytic cells. It is suggested that the intracellular compartment protects S. aureus from antibiotic treatment and the immune system. To accomplish the adaptation to the intracellular compartment, S. aureus needs to regulate its gene expression by regulatory systems. One of these regulators is the alternative sigma factor SigB, which directly and indirectly regulates the expression of about 200 genes in vitro. However, the stimuli leading to the activation of SigB in S. aureus are barely known and also its role during an infection varies, depending on the S. aureus strain and infection model used. Therefore, the importance of SigB during the early adaption of S. aureus to the intracellular environment should be elucidated using a cell culture infection model. First, the existing cell culture infection workflow had to be modified to improve the data analysis and to increase the yield of identified proteins to comparatively monitor the adaption reaction of S. aureus HG001 and its isogenic ΔsigB mutant to the intracellular milieu of S9 human bronchial epithelial cells. The proteome analysis in conjunction with RT-qPCR analysis of the wild type and the ΔsigB mutant revealed a fast and transient activation of SigB directly after internalization. Quantitative analysis of the intracellular bacterial titer demonstrated a requirement of SigB for intracellular replication. Differences in the proteome composition of the ΔsigB mutant in comparison to the wild type after internalization reflected the different growth rates, resistance to antibiotics and toxic compounds, adaptation to oxidative stress, and protein quality control mechanisms. The accessory gene regulator (Agr) is like SigB also a global regulator of gene expression in S. aureus. To elucidate possible benefits in the intracellular survival of the co-occurrence of S. aureus wild type and Δagr mutant cells, like it can be found in sites of an infection, a co-infection assay was established. With the co-infection assay the simultaneous and competitive intracellular survival in comparison to the individual intracellular survival was followed for three days post-infection (p.i.). The single and the co-infection revealed that the wild type was able to replicate more efficiently during the first hours p.i. than the Δagr mutant, but the mutant was able to survive more efficiently. The extracellular proteome of S. aureus represents the key compartment for virulence factors. Virulence factors are secreted or bound to the surface of the S. aureus cell. With the infection workflow applied in this study, secreted proteins are lost during the enrichment of the intracellular bacteria for proteome analysis. Therefore, no information about the levels or the regulation of virulence factor expression can be acquired in the cell culture infection model using cell sorting approaches. Hence, the extracellular proteome of S. aureus was analyzed in vitro from shake flask experiments. To get a comprehensive overview of the regulatory impact of different global regulators onto the secretome, S. aureus LS1 mutants lacking the global regulators Agr, SarA and SigB were compared to the respective wild type. Additionally the protein level of the secretome of the well characterized and frequently used S. aureus strains 6850, CowanI, HG001, LS1, SH1000, and USA300 was comparatively analyzed. This project was performed in collaboration with the group of Prof. Löffler from the Institute of Medical Microbiology in Jena. The data of the extracellular proteome generated in this thesis were combined with phenotypic and toxicity data to explain strain differences in invasiveness, cytotoxicity, phagosomal escape, and intracellular persistence in infection experiments.
We presented the prevalence of MIH in Dubai/UAE for the first time, which represents a developed Middle Eastern city and compared it to results obtained from Greifswald/Germany, which represents a developed European city. The results have shown that the prevalence of MIH in Dubai/UAE is higher than Greifswald/Germany. However, in comparison to the literature, the prevalence of MIH in Dubai is lower than other Middle Eastern cities. Furthermore, we have shown that there is a higher caries level associated with MIH in Dubai. This is also true in Greifswald, Germany and other international studies. In addition, we have reported the prevalence of caries and fluorosis in Dubai and compared them to Greifswald and the previous studies in Dubai. Nevertheless, caries values presented in this study and previous studies indicate that strong attention is required from health authority to this topic. This research provides a strong and comparable source of information on the prevalence of MIH in Dubai for other studies, since it followed strictly all methodological and clinical standards suggested for the assessment and diagnosis of MIH, which are the EAPD criteria. The findings presented in this study require particular attention from the local health authorities and general practitioners for such developmental defect to facilitate early and adequate diagnosis and treatment. This could be achieved by implementing continuing education courses on MIH detection, diagnosis, and treatment for general practitioners. Furthermore, this study has the potential to trigger new studies that would help in understanding the MIH etiology.
This thesis delves into some very important scientific challenges for the stellarator concept as a whole and W7-X in particular, namely, how one effectively interfaces the hot plasma with the material walls of the experiment, in special how the plasma heat and particle fluxes are controlled. The fundamental concept that will be used in W7-X for particle and heat exhaust is the island divertor. A number of theoretical and numerical studies have been performed to guide the design of the divertor components. The actual divertor components are in series production at this time, and are largely compatible with the expected heat loads. However, with the sophisticated codes now available, it has become clear that there are some, otherwise very attractive, operational scenarios that could lead to overloading of the W7-X divertors. At least one mitigation strategy was proposed but was until now not analyzed in sufficient detail. In this thesis, state-of-the-art codes are used to analyze this previously proposed mitigation strategy; they are also used to develop several alternative mitigation schemes, which may in the end be advantageous. The work performed here shows not only that it is conceivable to solve this already identified problem in new and arguably better ways but also that the W7-X coil set has enough degrees of freedom that many important long-pulse plasma effects can be effectively mimicked in short-pulse operation. This opens up a rich research program in the early phases of operation and may therefore lead to a significant acceleration of the scientific program to control and optimize the divertor operation in W7-X. The main scientific challenge for the island divertor operation in W7-X is that, since the divertor geometry is now fixed, the magnetic field structure must be adjusted to the divertor geometry, or additional plasma-facing components must be manufactured and installed. Well before this thesis work was done, such additional plasma-facing components were proposed. These are called scraper elements (SEs). As a part of this work, computer simu- lations were performed in order to obtain a better knowledge base regarding the SEs. To analyze the effect of the SE, edge plasma physics simulation code EMC3-Eirene, was used, in combination with state-of-the-art magneto hydrodynamic (MHD) equilibrium codes. This combination was computationally non-trivial and new, and it has led to important insights. One main result of this study is that the SEs significantly reduce the particle exhaust capabilities in steady state operation; this is a concern for W7-X. To test and further quantify this deleterious effect, physics experiments with a prototype SE should be performed as soon as possible, ideally in the first operation campaigns before the approximately two-year break needed to complete W7-X for steady-state operation. In 3 this first operation phase, however, the necessary combination of plasma parameters, heating power, and achievable pulse length is not accessible. This means, on the one hand, that the problem described will not be present in the first operation phase; on the other hand, the physics implications of installing an SE would appear not to be experimentally testable in that phase. One major finding of this thesis is that the coil system of W7-X is flexible enough to allow such an early experimental test. Different stages of high performance long-pulse discharge can be effectively mimicked in the experiment by a targeted use of the available coil sets. Thus, even in the early phases of the W7-X program one can assess both the protection capabilities of the SEs and their effects on particle exhaust and plasma performance in general. These mimic scenarios also have the potential to test other possibilities for divertor pro- tection besides the SE. Such strategies are addressed in this thesis. The two most promising strategies identified here can be classified as plasma shift and iota control. Both adjust the edge magnetic field to better fit the divertor geometry. This is done slowly but dynamically — i.e. during a long plasma discharge.
All-embracing human activities have transformed one-third to one-half of the Earth’s land surface. There is a strong correlation of human well-being with ecosystem function, including poverty alleviation programs as well as enhancements of the health sector. To assess and evaluate the progress and outcome of initiatives stringent periodic observation is necessary. The presented approach combines the strengths of remote sensing and GIS analysis with social research applications. The Bach Ma National Park as an area under investigation was designated as protected area in 1991 and extended in 2008. The national park is uninhabited, but in the surrounding buffer zones approximately 62000 to 79000 people live in rural areas and in mostly impoverished conditions. The comprehensive nature conservation efforts of the Vietnamese Government during the last two decades has led to growing forest coverage of both plantation and natural forests. Nevertheless, the decreasing biodiversity and ongoing illegal logging and hunting activities in the national park are seen as major threats to conservation initiatives in the future. The remote sensing component consists of an analysis of a time series of Landsat images with seven steps ranging from 1973 to 2010. The resulting land cover analysis had 13 different classes. The accuracy assessment revealed an overall accuracy ranging from 84 to 90%. The basis for the second monitoring component was the Landsat images. A total of 25 different landscape metrics on the landscape, class, and patch level were calculated by FRAGSTATS. The third monitoring component is itself divided into two parts. This part consists of a qualitative social research study with 26 expert interviews. The second part consists of 61 standardized questionnaires and an evaluation by SPSS. The assessment reveals a more or less stable forest cover, but with a considerable degradation process during the last four decades. Urban areas outside of the national park have increased in size considerably. For dense and medium forest patches an increasing fragmentation and isolation of patches was observed. Patches of natural forests and habitats of thousands of species have declined dramatically, a trend that is related to a decreasing core area characterised by its undisturbed conditions. The Landsat images and landscape metrics reveal the major differences between the national park and surrounding areas. Despite extensive alterations near the border, remaining forest patches in the national park are still bigger and less fragmented. Nevertheless, the third monitoring component revealed undiscovered changes in the forest beyond the possibilities of used images and metrics. It includes illegal logging and hunting activities. Non-timber forest products are similar to faunistic species collected for both the subsistence of the local residents and associated markets as important sources of income. Based on this bisection, local residents as well as certain strangers are responsible for the activities in the forest. The plan of national park management is to intensify existing monitoring and patrolling in the forest to limit the exploitation and impact in relevant zones. Furthermore, the importance of a network of protected areas has attracted increasing attention. The assessment of the questionnaires reveals that deforestation and also reforestation were the key aspects of historical land cover change. Additionally, for the local residents the conversion of forests into arable land as income alternative is of major importance. Capacity development is not only one priority of the Bach Ma management but also of the international community for all of Vietnam. The tourism industry, one of the most promising opportunities of recent years, stands to support both national park management as well as the local residents. For local residents the extraction of non-timber forest products is an essential portion of the income. The current pilot policy 126/QD-TTg in the extension zone of the national park and research on an appropriate sharing mechanism is of the utmost importance. The established and presented monitoring components are cost-effective and can be used to regularly assess the land cover change of a protected area. They can be implemented together or individually into existing monitoring schemes. A smart combination of pre-existing datasets is necessary to overcome the inconsequential amount of money for monitoring procedures. Supplemented by socio-economic monitoring and the demands as well as impacts of human activity need to be integrated. These extensive requirements for prospective monitoring are only feasible with comprehensive and reliable collaborations.
Mutualisms are ubiquitous in nature and shape whole ecosystems. Although species benefit by interacting with each other, they permanently act selfishly. As a consequence, the involved partners must balance gaining the maximal benefit while accepting a certain amount of costs. Changes in the environment, however, may alter selection pressures and lead to a shift in the relative costs and benefits for both involved species. Due to this complexity, many mutualisms and their underlying processes, such as the dependence of the involved species on each other, are only poorly understood. Moreover, in several so-called mutualistic interactions it is unclear if they are in fact beneficial for all partners because detailed cost-benefit analyses are missing. The aim of my thesis was to contribute to a better understanding of the basic principles of mammal-plant mutualisms with special emphasis on the interdependence of the involved species. Using the interaction between an insectivorous bat species (Kerivoula hardwickii) and carnivorous pitcher plants (genus Nepenthes) as a model system, I conducted a detailed cost-benefit analysis to test if the partners interact mutualistically and are strongly dependent on one another. I hypothesised that pitchers of these plants serve as high quality roosts for the bats while the bats in turn fertilise the plants via their nutritious faeces. For the involved species the costs of the interaction should be lower than the gained benefits, but general costs should increase in the absence of the partner. Over the course of my field research, I found the bats roosting in three Nepenthes species, but the bats occupied intact pitchers of only one species, Nepenthes hemsleyana. In Nepenthes bicalcarata and Nepenthes ampullaria, the bats used senescing or damaged pitchers whose high amount of digestive fluid had drained off. Thus, only N. hemsleyana was potentially able to digest bat faecal matter, and thereby benefit from the bats. My cost-benefit analysis showed that N. hemsleyana plants strongly benefited from their bat interaction partner: In feeding experiments the plants gained between 34% and 95% of their nitrogen from bat faeces, which significantly improved their growth, photosynthesis and survival. In contrast, plants without access to faeces could not fully compensate the induced lack of nutrients by using arthropod prey. Field observations revealed no obvious costs for the pitcher plant. N. hemsleyana pitchers occupied by bats did not differ in their lifespan from unoccupied ones as bats did not injure the plants’ tissue. The interaction was also advantageous for K. hardwickii because N. hemsleyana offered high quality roosts with a favourable microclimate and low parasite infestation risk. Consequently, bats roosting in N. hemsleyana pitchers were in better condition than those roosting in dead N. bicalcarata pitchers. Although N. hemsleyana pitchers are rare in the natural habitat, bats could easily find and identify them due to an echo reflector, which reduces time and energy costs for roost detection. Most N. hemsleyana plants continuously provided at least one intact pitcher meaning bats could return to the same plants over a period of several months or even years. The interaction between K. hardwickii and N. hemsleyana can be classified as an asymmetric facultative mutualism with stronger dependence of the plant partner. N. hemsleyana has outsourced arthropod capture and digestion to its mutualistic bat partner while arthropod attraction is strongly reduced. Contrastingly, several populations of K. hardwickii frequently use alternative roosts. Strong selective pressure on the plants could be the consequence to attract bats with a potential stabilising effect on the interaction: N. hemsleyana has to outcompete the involuntarily offered roosts of the other Nepenthes species in terms of quality and accessibility. My thesis revealed complex interdependencies in an animal-plant mutualism. This study exemplifies that rigorous cost-benefit analyses are crucial for the classification of interspecific interactions and the characterisation of how the involved species affect and depend on each other.