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Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen zu zellulären Abwehrmechanismen der Regenbogenforelle (Oncorhynchus mykiss) während einer Infektion mit dem wirtschaftlich bedeutsamen Virus der Viralen Hämorrhagischen Septikämie (VHSV) durchgeführt. Unter Verwendung eines in vitro-Testsystems zur Erfassung der zellvermittelten Zytotoxizität wurde festgestellt, dass Forellen ab dem 10. Tag nach Infektion antivirale zytotoxische Abwehrzellen generieren. Anfangs lysierten diese zytotoxischen Leukozyten ausschließlich virusinfizierte Targetzellen mit identischem MHC-Klasse-I und erst später nach Zweitinfektion MHC-Klasse-I-inkompatible Zellen. Ein mit dem Anstieg des Zytotoxizitätsvermögens einhergehender Anstieg der CD8α-mRNA-Expression im Verlauf der Infektion deutet auf die Beteiligung spezifischer zytotoxischer Zellen bei der antiviralen Abwehr hin. Eine erneute Infektion bereits infizierter Forellen mit homologem Virus führte bei erhöhter CD8α-mRNA-Expression zu einer gesteigerten zellvermittelten Zytotoxizität. Das deutet darauf hin, dass Forellen, ähnlich wie höhere Vertebraten, über spezifische zytotoxische T-Zellen sowie über ein immunologisches Gedächtnis verfügen. Im Unterschied zu Säugern konnte eine zytotoxische Aktivität gegen MHC-Klasse-I-inkompatible Targetzellen und damit eine Beteiligung von NK-ähnlichen Zellen zeitlich erst nach der T-Zell-ähnlichen Zytotoxizität gemessen werden, wobei ein Anstieg der mRNA-Expression des indirekten NK-Zellmarkers NKEF durch die Effektorzellen bereits zu einem früheren Zeitpunkt erfolgte. NKEF wird bei Säugern von hämatopoetischen Zellen gebildet. Deshalb ist die erhöhte Expression von NKEF als Folge einer kompensatorischen Reaktion bei der hämorrhagischen Erkrankung VHS zu werten. Zum Zeitpunkt der NK-ähnlichen Aktivität hatte das Niveau VHSV-spezifischer Antikörper ein Maximum erreicht, weshalb die Bewaffnung von NK-ähnlichen Zellen mit Antikörpern denkbar ist, die ihrerseits natives VHSV-Protein auf infizierten Targetzellen erkannt und letztere lysiert haben könnten. Gegenstand dieser Arbeit war es ferner, den Einfluss des Glyko(G)- beziehungsweise Nukleo(N)-proteins des VHSV auf das zelluläre Abwehrsystem der Forelle zu untersuchen. Dazu wurde die DNA-Immunisierungstechnologie eingesetzt. Nach Applikation von VHSV-Protein-kodierenden Plasmid-DNAs konnte als Voraussetzung für eine erfolgreiche Antigenpräsentation am Applikationsort die Expression viraler Proteine in den Forellenmuskelzellen gezeigt werden. Ebenso generierten Forellen nach Immunisierung antivirale zytotoxische Zellen gegen beide Proteine. Das Glykoprotein, welches nach der Virusreplikation auf der Virushülle und auch auf der Membran infizierter Wirtszellen exprimiert wird, regte die Bildung von virusspezifischen CTL-ähnlichen, aber auch NK-ähnlichen zytotoxischen Effektorzellen an, da zytotoxische Zellen aus DNA-immunisierten Forellen sowohl infizierte MHC-Klasse-I-identische als auch Zellen mit einem anderen MHC-Klasse-I lysierten. Das Nukleoprotein dagegen bewirkte lediglich die Bildung CTL-ähnlicher Zellen, da ausschließlich MHC-Klasse-I-kompatible Zellen lysiert wurden. Diese Aktivität erreichte nur in den Sommermonaten ein signifikantes Niveau. Solche, bei poikilothermen Vertebraten zu erwartenden saisonbedingten Schwankungen im Niveau und in der Qualität antiviraler zellvermittelter Zytotoxizität, sind bei Fischen bisher nicht beschrieben worden. Diese Unterschiede sind umso bemerkenswerter, als dass die Forellen ganzjährig einem konstanten Temperatur- und Lichtregime ausgesetzt waren. Die Kombination eines Testsystems für zellvermittelte Zytotoxizität mit Untersuchungen zur mRNA-Expression, zum Antikörperstatus und zur Expression von Leukozyten-Oberflächenmarkern lassen bei paralleler Analyse bereits veröffentlichter Daten wichtige Schlussfolgerungen zum allgemeinen Verständnis der Immunreaktionen bei Fischen zu. Es sind Parallelen aber auch Unterschiede (verspätete NK-zellähnliche Aktivität, Saisonabhängigkeit) zum Immunsystem höherer Vertebraten feststellbar. Ferner leisten diese Ergebnisse einen Beitrag zum Verständnis der Pathogenese der VHS und geben Anhaltspunkte für Vakzinationsstrategien insbesondere von DNA-Vakzinen.

Typ 1-Diabetes ist eine Autoimmunerkrankung, die zur Zerstörung der insulinproduzierenden Betazellen durch zytotoxische T-Lymphozyten führt. Es wird postuliert, dass der Prozeß durch verschiedene genetische Marker und Millieu-Cofaktoren beeinflusst wird. Es gibt Hinweise, dass Virusinfektionen einen T1D triggern können. Es wurden molekularbiologische Methoden zur molekularen Identifikation und Charakterisierung von Enterovirus RNA bzw. Adenovirus DNA etabliert. Es wurden signifikant erhöhte EV-RNA-Sequenzen in Autoantikörper-positiven Kindern und in Kindern mit neu diagnostizierten T1D nachgewiesen. Die Charakterisierung der Enterovirus-Amplicons zeigte eine hohe Homologie mit den Coxsackieviren B2, B4, B6 sowie mit ECHO 6. Für Adenovirus wurden keine Hinweise für eine Assoziation mit T1D gefunden. Die Daten stützen die Hypothese, dass verschiedene Enteroviren ätiologisch bedeutsam als Trigger und/oder Akzellerationsfaktor im Prozeß der T1D-Entwicklung sein können. Im Unterschied zu anderen Studien basieren diese Untersuchungen erstmalig auf einer normalen Schulkindpopulation ohne Verwandschaft ersten Grades zu T1D-Patienten. Unsere Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit Konzepte für die Präventation und/oder Behandlung von Enterovirusinfektionen zu entwickeln.

Sepsis und septischer Schock sind trotz aller Fortschritte in der Intensivmedizin eine der Haupttodesursachen auf den nichtkardiologischen Intensivstationen. Ein häufiger Fokus stellt die Peritonitis bzw. intaabdominelle Infektionen dar. Es hat sich gezeigt, dass Veränderungen in der Perfusion des Darmes und eine gestörte Barrierefunktion eine entscheidene Rolle in der Entwicklung und Aufrechterhaltung der Sepsis und des Multiorganversagens spielen. Bereits in der Initialphase einer Endotoxämie oder Sepsis wird die Pefusion der Splanchnikusregion drastisch reduziert. Es droht dadurch ein Verlust der Barrierefunktion der Mukosa mit der Gefahr des Übertritts von Bakterien und Toxinen aus dem Darmlumen in die Darmwand oder die Zirkulation, was zur Propagation des klinischen Verlaufes der Sepsis führt. Als primäres Therapikonzept gilt die chirurgische Fokussanierung, gefolgt von supportiven Maßnahmen, wie die Durchführung einer peritonealen Lavage oder Instillation mit antiseptischen Spüllösungen. In dieser Arbeit wurden die Auswirkungen einer peritonealen Instillation von Taurolidin und Polyhexanid auf die intestinale Mikrozirkulation und dem mittleren arteriellen Blutdruck im endotoxämischen Tiermodell unter der Verwendung der Intravitalmikroskopie untersucht.

Verschiedene Strategien sind heute in der Entwicklung, um mit Hilfe von RNA Molekülen die genetische Information auf Transkriptebene zu korrigieren. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob Twinribozyme durch den Austausch kleiner RNA Fragmente das Potential zur RNA Reparatur und ortsspezifischen RNA Funktionalisierung besitzen. Das Hairpinribozym katalysiert je nach Stabilität des Ribozym-Substrat-Komplexes die Spaltung bzw. die Ligation seines Substrats. Twinribozyme wurden durch Verknüpfung von zwei Hairpinribozymeinheiten entwickelt. Die Spaltung eines RNA Substrates an den zwei katalytischen Stellen produziert drei Fragmente: beide äußeren binden fest an das Twinribozym, während die Bindung des mittleren Fragments durch einen Vier-Nukleotid-Loop im Ribozymstrang destabilisiert wird. Dies fördert dessen Dissoziation gegenüber dessen Rückligation. Die Zugabe eines so genannten Reparaturoligonukleotids, das stabil an das Twinribozym anstelle des mittleren Fragments bindet, begünstigt dessen Assoziation zum Ribozym und dessen Ligation zu den übrigen Substratfragmenten. Das Ergebnis ist ein um vier Nukleotide verlängertes Reparaturprodukt. Dies stellt ein Modell für die Reparatur einer Vier-Nukleotid-Deletion auf mRNA Ebene dar. Erstes Ziel dieser Arbeit war es, die bestehende Reaktion kinetisch und thermodynamisch zu charakterisieren. Weiter wurde das Potential von Twinribozymen für die Reparatur anderer RNA Defekte und die ortsspezifische RNA Funktionalisierung untersucht. Schließlich wurde die Twinribozym vermittelte Reparaturreaktion in Zellkulturen getestet. Beim ursprünglichen Vier-Nukleotid-Deletionsmodell wurden unter äquimolaren Konzentrationen aller Fragmente und bei 10 mM Magnesiumchlorid und 37 °C 35 % Reparaturprodukt erhalten. Kinetische Untersuchungen jeder Einzelreaktion konnten zeigen, dass die Tamdemkonfiguration des Twinribozyms die Spalt- und Ligationseigenschaften nicht beeinträchtigt. In thermodynamischen und kinetischen Bindungsuntersuchungen von Modellduplexen, die der Austauschregion ähneln, wurde gezeigt, dass die Struktur des Ribozym-Substrat-Komplexes den Austausch der mittleren Fragmente stark fördert. Eine Voraussetzung zur biophysikalischen und biochemischen Untersuchungen von RNA Molekülen ist ihre ortsspezifische Markierung. Dies wird für bis zu 80 Nukleotide lange RNA Stränge durch chemische Synthese erreicht. Längere modifizierte RNA Moleküle werden mühsam durch Ligation mehrerer Stränge synthetisiert. Eine andere Möglichkeit besteht darin, native RNAs durch in situ Hybridisierung zu markieren. Keine Methode steht somit zur Verfügung, um in vitro Transkripte oder native RNAs intern und kovalent zu modifizieren. Ein synthetisches Substrat konnte ohne Ausbeuteverluste mit verschiedenen Fluoreszenzmolekülen, die chemisch in das Reparaturoligonukleotid eingebaut wurden, mit dem Twinribozym markiert werden. Verschiedene Transkripte wurden ebenfalls erfolgreich mit dem Twinribozym funktionalisiert. Drei verschiedene Modelle wurden untersucht: die Markierung der Transkripte resultierte entweder in einer Verlängerung um vier Nukleotide, in der Einführung von drei Einzelbasenmutationen oder in gar keinem Sequenzunterschied. Um die Ribozymzugänglichkeit der Zielsequenzen zu verbessern wurden erhöhte Temperaturen sowie DNA Oligonukleotide verwendet, die an das Transkript im Bereich der Flanken zur Ribozymbindungssequenz binden. Markierungsausbeuten von jeweils 53, 47 und 11 % wurden erzielt. Die potentielle Anwendung von Twinribozymen für die therapeutische RNA Reparatur erfordert eine effektive Zellaktivität. In vitro Versuche konnten zeigen, dass Twinribozyme unter zellähnlichen Bedingungen aktiv sind. Ein Versuch, die bestehende in vitro Reaktion in menschlichen Zellkulturen durchzuführen und das Reparaturprodukt nach Zelllyse nachzuweisen, scheiterte, da das Ribozym während der Analyse nicht deaktiviert werden konnte. Weiter wurde ein Luciferasereportergen durch die Einführung verschiedener Mutationen so deaktiviert, dass ein neues entwickeltes Twinribozym die Fehler auf mRNA Ebene reparieren sollte. In vitro Versuche mit kurzen synthetischen Substraten zeigten, dass das Ribozym die Fehler effizient prozessiert. Reparaturansätze mit den mutierten Transkripten lieferten aber Reparaturausbeuten unter 1 %, möglicherweise wegen der schlechten Ribozymzugänglichkeit der langen Transkripten. Durch Lumineszenzzellversuche konnte leider keine RNA Reparatur nachgewiesen werden. Twinribozyme erlauben den Austausch kurzer RNA Fragmente innerhalb synthetischer RNAs und Transkripte und akzeptieren dabei modifizierte Sequenzen. Dies öffnet Twinribozymen den Weg als molekulares Werkzeug für die RNA Reparatur und die ortsspezifische RNA Funktionalisierung. Die Erarbeitung von Möglichkeiten, die schlechte Zugänglichkeit der Zielsequenzen zu umgehen, sowie der Erhalt positiver Zellversuche werden über die Verwendung dieses potentialreichen RNA Werkzeugs entscheiden.

Infektionen des Zentralnervensystems (ZNS) können durch unterschiedliche Erreger verursacht werden, wobei Viren das Hauptpotential bilden. Bei der Abklärung der Ätiologie von Infektionen des ZNS nimmt die Labordiagnostik eine zentrale Rolle ein. Die Kenntnis des ätiologischen Agents ist von hoher prognostischer und therapeutischer Relevanz und für die Optimierung des Patientenmanagements bedeutend. Es wurden molekularbiologische Methoden zur Identifizierung und Charakterisierung ZNS-assoziierter Viren etabliert und zur Gewinnung aktueller Prävalenzdaten eingesetzt. Enteroviren (EV) waren mit 21,8% das häufigste Pathogen, gefolgt von Adenoviren. HSV und VZV spielten nur eine untergeordnete Rolle. Eine Bedeutung von West Nil-Virus bei ZNS-Infektionen in der Region Vorpommern konnte ausgeschlossen werden. Die genotypische Charakterisierung zirkulierender Stämme zeigte für EV Cluster mit hoher Homologie zur Gruppe der Coxsackie B-Viren. Weiterhin wurden Vertreter von Coxsackievirus A und von Echovirus identifiziert. Isolierte EV-Stämme wiesen gegenüber Pleconaril eine hohe Empfindlichkeit auf. Ein unerwartet hoher Anteil wurde für Adenoviren gefunden. Die identifizierten Serotypen waren ADV-2, ADV-5 und ADV-41. Untersuchungen zum Proteinprofil EV-infizierter Zellen zeigten signifikante Veränderungen in der Expression für Proteine des Zytoskeletts, für Bestandteile von metabolischen Prozessen und für Proteine, die in Signal- und Transportprozesse sowie die Stress-Abwehr involviert sind und bieten Ansätze für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien.