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Governance and Management of Tourism in two Biosphere Reserves in Ecuador: Galapagos and Sumaco
(2014)
Tourism is multi-faceted phenomenon and various stakeholders, levels of government, and sectors are closely interlinked. Governmental and non-governmental institutions, local communities, diverse professionals, and different sectors and tourists do show various perspectives about the management of tourism. In this dissertation, a comprehensive analysis on the current situation of tourism in two biosphere reserves (Galapagos and Sumaco) in Ecuador is presented. Tourism is considered as one of the key strategies to promote environmental conservation and socio-economic development of local communities living in these places. UNESCO biosphere reserves are protected areas of extraordinary natural and cultural value, conceived as places for reconciliation between conservation and development. The concept of sustainable tourism can be seen as an umbrella that unites various forms of tourism in these protected areas (e.g. ecotourism, community-based tourism). The primary objective was to evaluate the main factors of success and failure in the management of tourism and its contribution to biodiversity conservation. Thus, a detailed review of the legal, political, and institutional framework of the country and a description of the two biosphere reserves (physical, biogeographic, demographic, socio-economic, institutional and legal elements) was given. Data collection for the case studies (Galapagos and Sumaco) was performed by the combination of qualitative and quantitative methods. As for qualitative tools, in-depth semi-structured interviews with the main stakeholders in both biosphere reserves were applied. Experts and specialists in the management of protected areas, as well as representatives of different sectors directly and indirectly associated with tourism were interviewed. Moreover, surveys were applied to two different target groups. Tourists were surveyed in order to establish their socio-demographic profile, travel preferences, and degree of knowledge about sustainable tourism, as well as their perception of the sustainability of tourism in the destinations visited. Furthermore, residents in both reserves were surveyed in order to find out about their socio-demographic characteristics, their main economic activities for supporting themselves and their attitude towards tourism, their level of knowledge about biosphere reserves, and their perception about advantages or disadvantages of living in a biosphere reserve. In general, although tourism is a concept that could be developed in accordance with the environment in these natural areas, in the case of Galapagos it is one of the main risk factors for the conservation of biodiversity in the archipelago due to the increasing number of tourists. In contrast, in Sumaco tourism could be an important sustainable alternative to mining, oil extraction and hydroelectric projects, which are the current threats to the conservation of the area. From the environmental point of view, there are serious problems in both reserves, mainly linked to the contamination of water resources. Such pollution imposes risks to the health to both, residents and tourists. The lack of freshwater is particularly critical in Galapagos, given its insular habitat. The invasion of exotic species in Galapagos is one of the most serious threats to the conservation, while deforestation in combination with illegal logging and mining activities is the greatest danger in Sumaco. In terms of sociocultural factors, migration processes undoubtedly shape the attitudes and values of the current population in both reserves. In Galapagos most residents are immigrants, whereas in Sumaco a significant portion are Kichwa people who belong to the area’s native population. In general, the inhabitants in both areas have not yet developed a true environmental awareness. The distribution of human population groups is also associated with the different types of tourism. In both reserves, tourist services offered by local communities have low quality standards and are targeted on a market segment consisting of tourists with a low budget. Thus, the community revenues obtained from tourism are generally only a small percentage of the total tourism market. This situation is much more noticeable in Galapagos where large companies that operate luxury cruises and hotels gain most of their revenues from tourism. Many of them have their headquarters in the main cities of Ecuador and abroad, which means that they pay their taxes in those cities and not in the places where they operate. Inequality in the distribution of the economic benefits of tourism leads to a situation of frustration and discontentment among the residents of the regions involved. Despite this situation, tourism is still a profitable business and residents try to make the most of it, no matter the cost impacts. Temporary and illegal tourism activities is often the normal state of the things: unregistered houses that offer rooms for tourists, taxi drivers who offer tours without being in possession of permits, tourist boat owners, tour guides and even large tourist companies that operate without legal licenses. This situation inevitably leads to a decrease of the quality of services, an uncontrolled increase of business, a consequent dumping of prices and the overall decline of the destination. Ultimately, this means fewer tourists, more environmental degradation and less economic benefits for residents. In this context, there is a serious conflict between the local community and large foreign companies. Governance and management of tourism are essential elements to ensure its development in a sustainable way. The country has a large number of laws, rules, regulations, and plans that regulate the development of sustainable tourism legally and institutionally, especially in protected areas. However, monitoring and law enforcement are major constraints for achieving proper management of tourism. This problem is particularly noticeable in small communities such as Galapagos and Sumaco where interpersonal relationships of kinship and friendship are close, which complicates control and regulation. There are some serious limitations regarding the technical and logistical capacity of the institutions responsible for controlling and managing the tourist activity; they consist mainly in the lack of staff and funding. Galapagos, given its special status, has increased the number of funding managers and staff members for controlling and management, but in many cases, these people are not fully qualified for their positions. Sumaco has only few tourism experts who can help to develop the tourism. The coordination and planning among all stakeholders involved in tourism is still a work in progress to ensure proper management of the tourist destinations. In any case, local communities are developing important initiatives in both biosphere reserves. After all, sometimes planning, coordination and local activities do not necessarily coincide with the national agenda. In general, in both biosphere reserves it is necessary to ensure higher standards of education, both formal and informal. Also it is urgent that the government as a regulating entity ensures the equitable participation of local communities in tourism benefits, control, monitoring, and law enforcement. Moreover, there is the need to encourage and ensure integrated planning of tourism in the different levels of government: local, regional, and national. Sustainable tourism means that the protection of cultural heritage and natural resources is granted at least the same level of importance as the involved economic interests. The unique nature that currently attracts tourists to Galapagos and Sumaco should be preserved not only for ensuring the continuity of the tourism activity itself, but also in order to safeguard biodiversity and natural resources for the coming generations. Responsible tourism practices which care about their social and environmental impacts are not necessarily opposed to economic interests. On the contrary, they need each other for a long-term development.
Nanna Conti wurde 1881 in Uelzen geboren. Ihr Vater war der Etruskologe Carl Eugen Pauli aus Barth. Contis Kindheit und Jugend war geprägt durch finanzielle Sorgen. Der von ihr verehrte Vater beeinflusste sie durch seine Neigung zu Esoterik, Antisemitismus und Nationalismus. Sie bewegte sich im Umfeld des Alldeutschen Verbands und radikalisierte sich politisch ab 1918 gemeinsam mit ihren Söhnen Silvio, Landrat in Prenzlau 1933-1938, und Leonardo, Reichsärzte- und -gesundheitsführer ab 1939. Nanna Conti absolvierte in Magdeburg einen mehrmonatigen Hebammenkurs und ließ sich 1905 in Berlin nieder. Dort und in Mellensee lebte sie bis zur Flucht in den Kreis Segeberg 1945. Ab 1918 engagierte sie sich hebammenpolitisch. Mit der Regierungsübernahme der NSDAP wurde Nanna Conti zur Leiterin der „Reichsfachschaft Deutscher Hebammen“ - später „Reichshebammenschaft“ - ernannt. Als sie 1951 starb, setzte innerhalb der westdeutschen Hebammenschaft eine bemerkenswerte Verklärung dieser einstigen nationalsozialistischen Funktionärin ein. In Nachrufen und späteren Texten wurde ihr politisches Tun reduziert auf den größten politischen Erfolg seit Gründung der deutschen Hebammenvereine Ende des 19. Jahrhunderts: Die Verabschiedung des „Reichshebammengesetzes“ 1938, das den deutschen und österreichischen Hebammen das Monopol auf die komplikationslose Entbindung bis heute sichert. Dabei wird übersehen, dass die Vorarbeiten für dieses Gesetz bereits 1885 begonnen hatten. Ebenfalls bleibt außen vor, dass mit diesem Gesetz jüdische Hebammen von der Berufsausübung ausgeschlossen wurden und durch die mangelnde institutionelle und finanzielle Absicherung der niedergelassenen Hebammen deren Stellung im Gesundheitswesen so sehr geschwächt wurde, dass der Beruf der Hausgeburtshebamme fast verschwand. Auch gerieten die Verdrängung oppositioneller Hebammen, die Beteiligung der deutschen und österreichischen Hebammen an der Eroberung Osteuropas, der Shoah, der Ausbeutung von Zwangsarbeiterinnen und der Sterilisation und Ermordung kranker und behinderter Menschen sowie die ideologische Beeinflussung einer ganzen Berufsgruppe durch die Reichshebammenschaft für lange Zeit aus dem Blickfeld. Für all dies trug Nanna Conti als „Reichshebammenführerin“ die politische Verantwortung. Sie wurde jedoch nie dafür belangt. Selbst der internationale Hebammenverband ICM, der sich 1949 von den ehemaligen nationalsozialistischen Kolleginnen distanzierte, erinnerte sich bereits in den 1950er Jahren wieder ehrend seiner ersten Präsidentin Nanna Conti. Ihr Name wurde 1963 unkommentiert in ein Glied der Amtskette der ICM-Präsidentin eingraviert. Währenddessen verdrängte der westdeutsche Berufsverband erfolgreich die Erinnerung an das materielle Erbe Nanna Contis und sicherte sich so den Zugriff auf „kontaminiertes“ Vermögen, das die Reichshebammenschaft dank der guten Kontakte ihrer Führerin zur NSDAP erworben hatte. Die Herkunft dieses Geldes ist durch den Deutschen Hebammenverband bis heute nicht hinterfragt worden. Was immer Nanna Conti 1933-1945 leistete, stand unter dem Zeichen des Hakenkreuzes. Ihre Biographie kann nur als die einer nationalsozialistischen Funktionärin gelesen werden.
In this thesis several methods of protein engineering were applied to explore and increase enantioselectivity and thermostability of certain carboxylesterases and to better understand the relationship between sequence, structure and function. For example, we were able to confirm the observed conservation of motifs like GX/GGGX and GXSXG, which was reported earlier. Yet, even more details were revealed and some were designated in numbers. However, the numbers may vary when even more sequences will be available, but the trend should remain the same. The power of the ABHDB lies in the information available throughout the very diverse and quite large superfamily. Structural equal positions can be easily compared and analysed regarding mutations, correlated mutations, prevalence etc., and visualization is simplified through direct output with YASARA software. The ABHDB was the first structural alignment of such a large number of known enzymes of the alpha/beta-hydrolase fold superfamily. With methods of rational protein engineering we were able to show that there is little flexibility of the GGG(A)X motif for the eukaryotic enzyme PLE 1 and the natural motif appears to be a good solution for high activity and enantioselectivity of PLE 1 in the conversion of tertiary alcohol esters. In a focused directed evolution approach, we were able to identify variants of BsteE with moderate, but significantly increased enantioselectivity in the kinetic resolution of tetrahydrofuran-3-yl acetate, and hence, were able to proof that the concept of ‘small but smart’ libraries is an efficient way to find improved mutants, while the screening effort was reduced. Moreover, we were able to show that the domain exchange enhanced the thermostability of BsubE, while expression level and activity were maintained or increased, respectively. Despite the great achievements and possibilities at present, we are not yet in the position to directly modify the gene to alter the structure in a complete predictable fashion to improve functional properties as imagined by Ulmer (1983). Nevertheless, substantial changes can be targeted and as demonstrated in this work, several broadly applicable methods are at hand. Furthermore, bioinformatics tools play an essential role in planning of experiments, analysis and interpretation.
Im Fokus dieser Arbeit standen die Wechselwirkungen zwischen nicht-thermischem Atmosphärendruck-Plasma und in-vitro kultivierten Keratinozyten (HaCaT-Keratinozyten) und Melanomzellen (MV3). Für die Untersuchungen wurden drei Plasmaquellen unterschiedlicher Bauart genutzt; ein Plasmajet (kINPen 09) und zwei Quellen, die das Plasma mittels der dielektrisch behinderten Entladung (Oberflächen-DBE, Volumen-DBE) generieren. Um grundlegende Effekte von Plasma auf Zellen analysieren zu können, wurde zunächst der Einfluss von physikalischem Plasma auf die Vitalität; die DNA und die Induktion von ROS untersucht. Folgende Methoden wurden verwendet: - Vitalität: - Neutralrotassay, Zellzählung (Zellzahl, Zellintegrität) - BrdU-Assay (Proliferation) - Annexin V und Propidiumiodid- Färbung, Durchflusszytometrie (Induktion von Apoptose) - DNA: - Alkalischer Comet Assay (Detektion von DNA-Schäden) - DNA-Färbung mit Propidiumiodid, Durchflusszytometrie (Zellzyklusanalyse) - ROS: - H2DCFDA-Assay, Durchflusszytometrie (Bestimmung der ROS-positiven Zellen) Neben den Folgen die die Plasmaquellen induzieren wurde weiterhin untersucht, welchen Einfluss das Behandlungsregime (direkt, indirekt, direkt mit Mediumwechsel), das Prozessgas (Argon, Luft) und die zellumgebenden Flüssigkeiten (Zellkulturmedien: IMDM, RPMI; Pufferlösungen: HBSS, PBS) auf das Ausmaß der Plasma-Zell-Effekte hatten. Die Verwendung aller Plasmaquellen führte in HaCaT-Keratinozyten und Melanomzellen (MV3) zu Behandlungszeit-abhängigen Effekten: - Verlust an vitalen Zellen und verminderte Proliferationsfähigkeit - Induktion von Apoptose nur nach den längsten Plasmabehandlungszeiten - DNA-Schäden 1 h nach Plasmabehandlung, nach 24 h deutlich weniger bzw. nicht mehr nachweisbar, Hinweise für DNA-Reparatur vorhanden - Zellzyklusarrest in der G2/M-Phase zulasten der G1-Phase 24 h nach Plasmabehandlung - Anstieg der ROS-positiven Zellen 1 h und 24 h nach Plasmabehandlung Es wurde gezeigt, dass in RPMI-Medium kultivierte Zellen sensitiver, in Form von verminderter Vitalität und vermehrten DNA-Schäden, reagierten als in IMDM-Medium gehaltene Zellen. Aber auch während der Plasmabehandlung in Pufferlösungen (HBSS, PBS) gehaltene HaCaT-Zellen wiesen DNA-Schäden auf. Die direkte und indirekte Plasmabehandlung führte zu nahezu gleichen Ergebnissen. Ein Wechsel des Zellkulturmediums direkt nach der Plasmabehandlung schwächte alle gemessenen Effekte ab. Daraus kann geschlussfolgert werden, dass neben der Art der Flüssigkeit und Behandlungszeit auch der Inkubationszeitraum der Zellen mit der in Plasma in Kontakt gekommenen Flüssigkeit von essentieller Bedeutung ist. Die durch Plasma induzierten reaktiven Spezies gelangen in die Flüssigkeit und interagieren mit den Wassermolekülen und den organischen Molekülen der Zellkulturmedien, welche langlebige Radikale (z.B. H2O2) bilden, die dann ihrerseits mit zellulären Molekülen reagieren. Die anderen Plasmakomponenten wie UV-Licht und elektrische bzw. magnetische Feldern scheinen nur eine untergeordnete Rolle in der Plasma-Zell-Interaktion zu spielen, da diese nur bei der direkten Behandlung mit den Zellen in Berührung kommen und die starken Auswirkungen nach der indirekten Behandlung nicht verursachen können. Die in diesen Untersuchungen verwendete Oberflächen-DBE konnte mit Luft oder mit Argon als Prozessgas betrieben werden. Wurde Argon als Prozessgas genutzt, kam es zu milderen Auswirkungen im Vergleich zur Plasmabehandlung im Luftmodus. Mit Luft generiertes Plasma weist neben ROS auch RNS in der Gasphase auf, letztere lassen sich im Argon-Plasma nicht nachweisen und stehen für Plasma-Zell-Interaktionen nicht zur Verfügung. Zusätzlich zu den humanen Keratinozyten wurden auch humane Melanomzellen mit Plasma (Oberflächen-DBE/Luft) behandelt. Im Vergleich zu den HaCaT-Zellen sind bei den MV3-Zellen geringere Behandlungszeiten nötig, um biologisch gleichwertige Effekte zu bewirken. Die hier verwendeten Testmethoden eignen sich für die biologische Charakterisierung von neuen Plasmaquellen bzw. für die Analyse von Plasma-Zell-Wechselwirkungen weiterer Zelllinien. Tiefergehende Untersuchungen, z.B. bezüglich der genaueren Spezifizierung der durch Plasma hervorgerufenen oxidativen DNA-Schäden und den daraus resultierenden Reparaturmechanismen, sollten folgen.
Der Hypoglossus-Fazialis Transfer ist eine gängige Operationsmethode bei unilateraler kom-pletter Fazialisparese. Wir interessierten uns für den Zusammenhang zwischen der motori-schen Wiederherstellung der Gesichtsmuskulatur und der kortikalen Repräsentation der Lip-pen- und Zungenareale im primären somatosensorischen Kortex. Die Untersuchung von 13 Patienten, welche mittels Hypoglossus-Fazialis Transfer therapiert wurden, erfolgte zum ei-nen mit Hilfe eines funktionellen Magnetresonanztomographen (fMRT) und zum anderen dienten die Elektromyographie (EMG) der perioralen Muskulatur, neurologische Tests sowie Fotos der Gesichtsbewegungen als Parameter des klinischen Outcome. Wir konnten eine As-soziation zwischen der kortikalen Repräsentation im prä- und postzentralen Kortex (verrin-gerter Abstand der Lippen- und Zungenrepräsentationen) und den klinischen Ergebnissen der wiederhergestellten symmetrischen Lippenbewegungen (Lippenelevation) sowie der Koakti-vierung der Lippenareale während Zungenbewegung (EMG-Aktivität der Oberlippe bei Zun-genbewegungen) nachweisen. Die Studie zeigt, dass eine outcome-abhängige kortikale Reor-ganisation mit Aktivierung des kortikalen Zungenareals durch einen Hypoglossus-Fazialis Transfer ausgelöst wird, um die wiedererlangte Lippenbewegung zu ermöglichen.
Im proximalen Nierentubulus ist SLC2A9 ein bedeutender Bestandteil des „Harnsäure-Transportosoms“, welches ein funktionelles Netzwerk von Aufnahme- und Effluxtransportern der Harnsäure darstellt. Unter diesen sind auch bekannte Arzneimitteltransporter, die zu den Transporter-Familien SLC22A und SLC17A sowie der ATP-abhängigen ABCTransporter-Familie ABC gehören. Ebenso ist SLC2A9 Bestandteil dieses Transporter-Netzwerkes. Es ist wenig darüber bekannt, wie der transzelluläre Transport der Harnsäure koordiniert wird. Ein möglicher Mechanismus wäre die koordinierte transkriptionelle Regulation der Transporter-Expression über einen gemeinsamen Transkriptionsfaktor bzw. Modulator. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Regulation der Genexpression von SLC2A9, einem Faktor der Harnsäure-Homöostase, zu charakterisieren. Außerdem sollte überprüft werden, ob sich unter den identifizierten SLC2A9-regulierenden Transkriptionsfaktoren solche befinden, die auch als Modulatoren des „Harnsäure-Transportosoms“ in Frage kämen.
In the search for new antifungal agents, this study dealt with the antimicrobial screening, extraction, isolation, structural elucidation as well as selective biological investigations of the isolated compounds. In addition, the impact of the culture conditions on growth and on biosynthesis of bioactive compounds was also studied. Besides, selective cyanobacteria were axenized and the taxonomy as well as the genetic relationship of axenic cyanobacteria that produced bioactive compounds with some other cyanobacteria was identified basing on the 16S rRNA gene sequences. 22 Vietnamese and 6 German cyanobacterial strains were screened for their antifungal activity using the agar diffusion assay. Among them, the MeOH/water extract from the biomass obtained from a laboratory culture of strain Bio 33, isolated from the Baltic Sea near Rügen Island, exhibited a specific antifungal activity against Candida maltosa and others human pathogenous fungi such as Candida albicans, Candida krusei, Aspergillus fumigatus, Microsporum gypseum, Trichophyton rubrum and Mucor sp. Besides, it was very impressed that extracts of strain Bio 33 showed no antibacterial activity against Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis, and Staphylococcus aureus. The taxonomy basing on 16S rRNA gene sequence of the axenic Bio 33 identified this strain as Anabaena cylindrica species. As a result of the bioassay-guided fractionation of the crude MeOH/water extract, four new lipopeptides, named balticidins A – D, were isolated. These lipopeptides represent a new structural type with the co-occurrence of a glycosylated cyclic peptide, a fatty acid containing chlorine and a disaccharide moiety. The main active fraction isolated from the MeOH/water extract of the biomass of Bio 33 which contains the four lipopeptides exhibited only marginal cytotoxic activity against the human bladder carcinoma cell line 5637 (IC50 = 93 μg/ml). The weak cytotoxic activity and the absence of antibacterial effects in the used in vitro test systems opens a promising future for further investigations to clarify the antifungal mechanism and for in vivo applications of the new lipopeptides. Different media, temperature, light intensity and period of irradiance, the depletion of nitrate and the trace element cobalt were investigated to figure out conditions at which Bio 33 produces maximum of balticidins under laboratory conditions. Temperature was the most apparent factor influencing the growth of Bio 33 and the production of balticidins. Bio 33 grew best in BG 11 medium plus 0.5% NaCl at 26°C, under white fluorescent continuous light and a light intensity of 20 μmol photons m-2 s-1. Nevertheless, under the same conditions, 22.5°C was the best temperature for the production of balticidins. Besides, harvesting of Bio 33 during the logarithmic growth phase, particularly at 20th day, should supply approximately maximum quantity of balticidins. At 22.5°C and 20 μmol photons m-2 s-1 under 24 h continuous irradiance, the depletion of nitrate had no negative effect on the growth and concentration of balticidin A but increased balticidin B and decreased balticidin C; the absence of cobalt slightly decreased the growth but had no clear effect on the production of balticidins. On the other hand, extracts of the culture medium of the Vietnamese cyanobacterium TVN40, exhibited antifungal activity against Candida maltosa and weak antibacterial activity. Extraction of the culture medium with XAD-16 and elution of the XAD-bounded compounds by different solvents resulted in five fractions (water, 80% MeOH, 100% MeOH, acetone, dichloromethan). Four compounds have been isolated from the 80% MeOH fraction and one was identified as a dioxindole derivative. Structural elucidation of the other three compounds is still in progress. TVN40 was formerly identified as an Anabaena sp. according to the morphological properties, but the 16S rRNA gene sequence confirms that the strain belongs to the genus Nostoc. Microscopic examination of TVN40 revealed that the filamentous strain was not a unialgal but a mixed culture with strange round cells (SRCs) - a unicellular cyanobacterium belonging to the order Chroococcales. Laboratory cultures of the pure filamentous strain TVN40, the isolated SRCs and the mixed culture of both strains were established. Both TVN40 and SRC culture media were responsible for the antibacterial activity against B. subtilis, S. aureus and E. coli. However, only the extract of the culture medium of TVN40 was active against C. maltosa. The supplement of cobalt enhanced the antimicrobial activity of the culture medium. Pure strains showed higher activity in comparison to the mixed culture of TVN40 and SRC.
In this thesis we have revisited the formation of the excitonic insulator (EI), which realizes an exciton condensate. In contrast to optically created exciton condensates, the EI forms in thermal equilibrium and is solely driven by the Coulomb attraction between electrons and holes. The EI phase is anticipated to occur near the semimetal-semiconductor (SM-SC) transition at low temperatures. Depending from which side the EI is approached, it forms due to a BCS-type condensation of electron-hole pairs or a Bose-Einstein condensation (BEC) of excitons. The extended Falicov-Kimball model (EFKM) is the minimal model the EI can be described with. This model describes spinless fermions in two dispersive bands (f band and c band), that interact via a local Coulomb repulsion. The EFKM is also used to describe electronic ferroelectricity (EFE). Both phases, the EI and EFE-type ordering, are characterized by a spontaneous f-c hybridization in the EFKM. We have presented the EI phase, the EFE phase, and the orderings they compete with. Moreover, we have determined the ground-state phase diagram of the EFKM. We have focused particularly on the anticipated BCS-BEC crossover within the EI and have analyzed the formation scenarios. The exciton spectrum and the exciton density in the normal phase close to the critical temperature give information about relevant particles and therefore the nature of the transition. We have demonstrated that the whole EI is surrounded by a halo", that is, a phase composed of electrons, holes and excitons. However, on the SM side, only excitons with a finite momentum exist. These excitons appear only in a small number and barely influence the SM-EI transition. This phase transition is driven by critical electron-hole fluctuations, generated by electrons and holes at the Fermi surface. On the SC side, excitons with arbitrary momenta exist. Most notably, we have found the number of zero-momentum excitons to diverge at the SC-EI transition, signaling the BEC of these particles. Within the EI phase, there is a smooth crossover from the BCS regime to the BEC regime. One of the promising candidates to observe the EI experimentally, is the transition-metal dichalcogenide 1T-TiSe2. Strong evidences were found favoring an EI scenario of the charge-density-wave (CDW) formation in this material. However, some aspects point to a lattice instability to drive the CDW transition. We have addressed this issue by analyzing the recently discovered chiral property of the CDW in 1T-TiSe2. We have found that the EI scenario is insufficient to explain a stable, long range chiral charge ordering. Lattice degrees of freedom must be taken into account. In particular, nonlinear electron-phonon coupling and phonon-phonon interaction are crucial. By estimating appropriate model parameters for 1T-TiSe2, we have suggested a combination of excitonic and lattice instability to drive the CDW transition in this material. Experiments in 1T-TiSe2 and other materials suggest that the coupling to the lattice is non-negligible. We have extended therefore the model by an explicit exciton-phonon interaction, and have analyzed crucial effects of this interaction. While the single-particle spectrum is not modified qualitatively, the electron-hole pair spectrum changes significantly. The inclusion of the phonons lead to a massive collective mode in the ordered ground state in contrast to the case for vanishing exciton-phonon coupling, where the mode is acoustic. We have suggested that a gapless collective mode leads to off-diagonal long range order. This questions that the ground state for finite exciton-phonon coupling represents a condensate.
Oral drug delivery is the preferred route of administration for the majority of drugs. Solid dosage forms arewell-accepted because of ease of administration, accurate dosing and high degree of patient compliance. The orodispersible technology platform has attracted increasing interest. Fast disintegrating in the mouth before swallowing, orodispersible dosage forms like orodispersible tablets (ODTs) address the need for patient-compliant medicines. ODTs represent a convenient alternative to conventional tablets or capsules. ODTs are an interesting approach when a rapid onset of therapeutic action is important. So far, ODTs have often been considered as an innovative variant of conventional oral solid dosage forms. Still, the development of ODT formulations is typically assisted by compendial in vitro test methods. However, the techniques described in international pharmacopoeias are non-specific for ODTs. After administration, the dispersion of an ODT in the mouth may provide effects which might influence the absorption of the drug. The performance of ODTs is more comparable to solutions/suspensions than to traditional tablets. To better guide the development of a new ODT formulation, this lack needs to be addressed. It is the aim of this work to design more specific in vitro test methods helping to improve understanding ODT formulations. To reflect the physiological conditions experienced by an ODT after administration, particular attention was given to the mouth where the ODT disperses and releases the drug before swallowing. In vitro biorelevant test setups simulating in vivo conditions were designed. An electronic tongue system was used to assess taste properties of ODTs. These test methods were applied in different stages of the ODT formulation development. Diclofenac being a poorly soluble and weakly acidic NSAID which is a standard medication for acute painful inflammatory conditions was used as a drug model. Three forms, i.e. the free acid and its sodium/potassium salt, were investigated for the formulation of palatable and fast acting ODTs. In Chapter 1, the development of biorelevant test setup reflecting the physiological conditions experienced by ODTs is described in detail. The newly-designed in vitro models successfully discriminated the different diclofenac forms in successive in vitro compartments simulating the mouth, the stomach and the small intestine. It was possible to identify peculiar dissolution profiles with diclofenac salts. Characterizing in-depth the diclofenac free acid and salt particles provided a better understanding of the peculiar dissolution profiles. Critical behaviors of diclofenac salts on their way from the mouth to the stomach and passing different pH conditions were extensively evaluated. Reasons for pH-dependent API precipitation and particle agglomeration were studied in detail. In pre-formulation studies, the proposed biorelevant test setups succeeded in helping to early identify critical pharmaceutical properties for diclofenac salts and to select diclofenac free acid as the most appropriate drug form providing the most stable in vitro performance. In Chapter 2, the electronic tongue method as an in vitro taste assessment tool for ODTs is proposed. Using the TS-5000Z taste sensing system (Insent Inc., Japan), the method was able to differentiate between the taste/aftertaste qualities and intensities of the three diclofenac candidates. The electronic tongue was also successfully used to differentiate different ODT formulations. The results obtained proved that valuable information can be gained. By this means, the taste perception of the diclofenac drug candidates were classified and rank against each other. For manufacturing taste-masked ODTs, diclofenac free acid, could be selected easily. The electronic tongue found out to be a precious tool in assisting the development of a new ODT product and finding the most appropriate multi-component formulation. Both proposed methods successfully showed their discriminative ability and also their utility in pre-formulation studies of ODTs. In the previous chapters, it was indeed possible to early select diclofenac free acid as the most suitable drug candidate for the targeted product profile. In Chapter 3, said methods were further used to guide the development of the taste masked diclofenac ODT formulation. This study highlights the importance of considering in vitro the physiological aspects which may have an impact on the in vivo performance of ODT dosage forms. The contact of ODTs with the mouth should be simulated in vitro for a better understanding of the in vivo behavior. With feasible biorelevant in vitro dissolution methods, an optimized correlation of in vitro and in vivo results may be achieved. The proposed in vitro test methods may provide data of predictive value and may support the rational development of ODT formulations.
Chemistry and biology of Phenolics isolated from Myricaria germanica (L.) Desv. (Tamaricaceae)
(2014)
In accordance with the recent worldwide interest in plant phenolics, which emerges from their broad range of biological activities, particular emphasis has been focused, in the present thesis, on the constitutive phenolics of the extract of Myricaria germanica (L.) Desv. (Tamaricaceae). During the current thesis twenty phenolics (1 – 20) were isolated and identified from the aqueous/ethanol extract of the whole Myricaria germanica plant. The isolates include four hitherto unknown natural phenolics (2, 10, 12 and 20). Also, the cytotoxic activities of M. germanica extract, column fractions, and one new natural isolate against three different solid tumor cell lines, namely, breast cancer (MCF-7), prostate (PC-3), and liver (Huh-7) cancer cell using SRB viability assay have been investigated and first insights into mode of action have been obtained.
Ziel dieser Studie war es, zu untersuchen, wie sich die Mundgesundheit und der zahnmedizinische Therapiebedarf in Deutschland entwickeln werden. In der Arbeit wurden Projektionen zur Entwicklung der Morbidität, der Mundgesundheit und dem Therapiebedarf auf Grundlage der repräsentativen Daten aus den Deutschen Mundgesundheitsstudien III (1997) und IV (2005), den epidemiologischen Begleituntersuchungen zur Gruppenprophylaxe durch die DAJ (2004-2009), den Jahrbüchern der KZBV (2003-2010), den Zahlenberichten der PKV (2006-2011) sowie den Prognosen der Bevölkerungsentwicklung vom Bundesamt für Statistik [2006] vorgenommen. Die Auswertung der Resultate hat ergeben, dass der Trend zur Verbesserung der Mundgesundheit in den nächsten 20 Jahren weiter durch alle Bevölkerungsschichten voranschreiten wird. Am stärksten wird sich die Verbesserung der Mundgesundheit bei Kindern und Jugendlichen (0,3 DMFT bei 12-Jährigen im Jahr 2030) und am schwächsten bei der Risikogruppe der Senioren (22 DMFT) zeigen. Die Anzahl der fehlenden Zähne wird bei Erwachsenen und Senioren stark zurückgehen, besonders in der Basisgruppe der Senioren von 14,1 MT (1997) auf 3,1 (2030). Die Anzahl der gefüllten Zähne wird im Durchschnitt zumeist konstant bleiben. Während Kinder und vor allem die Basisgruppe der Erwachsenen mit 12,3 FT (1997) auf 10,1 (2030) eine Reduktion von Füllungen erleben werden, wird in der Risikogruppe der Erwachsenen und bei Senioren mit deutlich mehr Füllungen gerechnet, insbesondere da hier auch mehr Zähne in Zukunft vorhanden sein werden. Die Verbesserung der Mundgesundheit kann insgesamt zu einem Rückgang des Prothetikbedarfs und zugleich zu einer Verschiebung vom herausnehmbaren zum festsitzenden Zahnersatz führen.
Das in dieser Arbeit konstruierte Gerät misst den Augeninnendruck transpalpebral. Das Messprinzip ist eine Umsetzung der subjektiven Augeninnendruckschätzung durch den palpierenden Finger in eine objektive Messmethode. Anders als die Fingerbeeren, die nebeneinander auf das Oberlid gesetzt werden, liegen zwei Membranen übereinander, um einerseits die Andruckkraft der Feder auf den Bulbus für eine definierte Ausgangslage zu übertragen und andererseits das Auge in seiner Position zu stabilisieren. Das Gerüst bilden zwei Andruckeinheiten, die mit ihrem Mittel- und Schwerpunkt unabhängig voneinander auf einer Querachse an einem Haltestab fixiert, frei schwingend, mit Massestücken ausbalanciert gelagert sind. Dies ermöglicht reproduzierbare Messungen in jeder Körperlage. Es kann ebenso bei Kindern angewandt werden. Ein großer Vorteil der transpalpebralen Augeninnendruckmessung ist die Vermeidung eines direkten Kontakts mit dem Auge. Dadurch sind eine Infektionsgefahr mit pathogenen Keimen und direkte Verletzungen der Cornea oder Sklera ausgeschlossen. Durch die Unabhängigkeit von der Hornhautanästhesie werden allergische und trophische Reaktionen vermieden. Ein weiterer Vorteil ist die Anwendung bei Patienten mit allen Arten von Hornhautpathologien und Konjunktivitiden. Der Anwendungsbereich des Gerätes mit dieser Federwahl für die Andruckeinheit II, ist auf IOD-Werte ≤20mmHg eingeschränkt. Die Kalibrierung des transpalpebralen Applanationstonometers wurde anhand von 22 IOD-Messungen an 13 freiwilligen Patienten mit dem Goldmann Tonometer vorgenommen. Zum Vergleich der Messwerte wurden daraus 19 IOD-Werte im Bereich zwischen 12 und 18mmHg herangezogen. Bei allen 19 untersuchten Augen betrug die Abweichung des transpalpebralen Applanationstonometers weniger als 2mmHg von den Werten des Goldmann Tonometers. Bei 73,7% der untersuchten Augen wurde eine Abweichung ≤1mmHg gemessen und bei 42,1% der untersuchten Augen gab es keine Abweichung.
In dieser Arbeit wurde die Wirksamkeit der Antiseptika Chlorhexidindigluconat CHX 0,0001 % u. 0,00000625 %), Polihexamethylenbiguanid (PHMB 0,0001 % u. 0,000025 %) und Octenidinhydrochlorid (OCT 0,0002 % u. 0,00005 %) mit gewebekompatiblen Atmosphärendruckplasmen (TTP) mit dem Edelgas Argon als Trägergas mit und ohne Zumischung von 1% Sauerstoff, generiert mit dem kINPen09 und einer Hohlelektroden-Dielectric-Barrier Discharge Plasmaquelle (HDBD) sowie der alleinigen Gasbehandlung (Trägergas ohne Plasmagenerierung) in Bezug auf die Vermehrungshemmung bzw. Eradikation von C. albicans ATCC 10231, C. albicans SC 5314, P. aeruginosa ATCC 9027, P. aeruginosa SG 81, S. epidermidis ATCC 12228, S. epidermidis RP 62A, S. mutans DSM 20523 und S. sanguinis DSM 20068 untersucht. Die Antiseptika wirkten über den gesamten Untersuchungszeitraum von 32 h auf die Mikroorganismen ein, die TTP-Behandlungen nur 60 s. Die Vermehrung der Mikroorganismen wurde alle 30 min anhand der optischen Dichte der Testkulturen gemessen und die Fläche unter dem resultierenden Graphen (Area under the curve, AUC) charakterisiert. Bei C. albicans ATCC 10231 und SC 5314 wurde die Vermehrung vollständig von OCT 0,0002 % und der Plasmabehandlung mit HDBD mit Sauerstoffzuführung gehemmt. Die HDBD-und kINPen09- Behandlungen ohne Sauerstoffzufuhr waren beim ATCC-Stamm nur unwesentlich weniger effektiv. Die restlichen Antiseptika zeigten nur eine geringe Wirkung. Bei der Behandlung von P. aeruginosa SG 81 kam es weder durch die verwendeten Antiseptika noch durch das Plasma zu einer vollständigen Vermehrungshemmung. Insgesamt stellten sich hier die Plasmabehandlungen als deutlich effektiver heraus als die Behandlungen mit den Antiseptika. Auch bei P. aeruginosa ATCC 9027 zeigte die Behandlung mit den Antiseptika einen geringeren Effekt. Im Ganzen reagierten die gramnegativen P. aeruginosa in diesen Versuchen am wenigsten empfindlich auf die antiseptischen Behandlungen. Bei der Behandlung von S. epidermidis RP 62A bewirkten die Antiseptika PHMB 0,0001 % und OCT 0,0002 % eine vollständige Vermehrungshemmung. Die Argongaskontrolle und die Plasmabehandlung mit dem kINPen09 waren ebenso wie die Behandlung mit CHX 0,0001 % etwas weniger wirksam. Beim nicht biofilmbildenden ATCC 12228 Stamm von S. epidermidis, der nicht mit Plasma behandelt wurde, führte nur OCT 0,0002 % zu einer vollständigen Vermehrungshemmung. Bei S. mutans DSM 20523 konnte keine der untersuchten antiseptischen Behandlungen zu einer vollständigen Vermehrungshemmung führen. Am effektivsten stellten sich die Behandlungen mit OCT, PHMB und die Plasmaanwendung mit dem kINPen09 ohne und mit 1 % Sauerstoffbeimischung heraus. Die Behandlung von S. sanguinis DSM 20068 wurde ausschließlich mit Plasma bzw. deren Gaskontrollen durchgeführt. Hier waren die Plasmabehandlungen mit dem kINPen09 und deren Gaskontrollen den HDBD-Behandlungen überlegen. Von allen getesteten Antiseptika stellte sich Octenidin 0,0002 % als das am breitesten wirksame und effektivste Antiseptikum heraus. Bei der Behandlung der Candida- und S. epidermidis-Stämme führte dies zu einer vollständigen Hemmung der Proliferation bis zum Ende des Beobachtungszeitraums von 32 h. CHX 0,0001 % und PHMB 0,0001 % unterschieden sich bis auf die Behandlung von S. epidermidis RP 62A und S. mutans DSM 20523 mit der Überlegenheit für PHMB 0,0001 % nicht in ihrer Wirksamkeit. Die Plasmabehandlungen von 60 s waren mit Ausnahme von S. epidermidis den über den gesamten Untersuchungszeitraum einwirkenden Antiseptika ebenbürtig oder signifikant überlegen. Die Behandlung mit TTP könnte damit eine wirksame Alternative oder Ergänzung zu den herkömmlichen Antiseptika darstellen, um z.B. die Vermehrung von Mikroorganismen in einer infizierten Wunde zu hemmen und somit die Immunabwehr zu unterstützen und Entzündungen zu verzögern oder zu verhindern.
Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und Etablierung von Methoden zur absoluten und relativen Proteinquantifizierung. In darauf aufbauenden Studien sollten diese Methoden für die Untersuchung physiologisch relevanter Fragestellungen in Bakterien genutzt werden. Zum tieferen Verständnis der Bakterienphysiologie ist es unabdingbar, Mengenänderungen von Proteinen hochaufgelöst darstellen zu können. Relative Proteinquantifizierung erlaubt dabei die Untersuchung von Änderungen der Menge eines Proteins zwischen verschiedenen Proben eines Experiments. Im Rahmen der hier vorgelegten Arbeit wurden 2D PAGE und gelfreie massenspektrometrische Methoden in einer Studie (Tefon et al. 2011, Artikel I) angewendet, um Oberflächen- und Immunoproteine zweier Vakzinationsstämme des humanpathogenen Bakteriums Bordetella pertussis zu charakterisieren. Die relative Proteinquantifizierung erlaubt zwar Rückschlüsse auf die Mengenänderung eines Proteins zwischen verschiedenen Bedingungen, ermöglicht aber nur bedingt Aussagen über die absolute Menge der Proteine. Gerade absolute Proteinmengen und damit Proteinkonzentrationen sind jedoch Grundvoraussetzung für ein zielorientiertes Verwenden der gewonnenen Daten nicht nur im Kontext der Systembiologie. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Methode entwickelt, in der durch Kombination zweier etablierter Proteomik-Methoden die absolute Quantifizierung für einen großen Teil der cytosolischen Proteine eines Organismus ermöglicht wird. In dieser Methode werden ausgewählte Proteine, deren genaue Konzentration durch gerichtete Massenspektrometrie bestimmt wurde, für die Kalibration von hoch auflösenden 2D Gelen genutzt (Maass et al. 2011, Artikel II). Um das Potential dieses Verfahrens zu verdeutlichen, wurde es für die Analyse der Anpassung von Bacillus subtilis und Staphylococcus aureus an Glukosehunger angewendet. Dabei konnten für 467 Proteine von B. subtilis in drei Zeitpunkten Proteinkonzentrationen bestimmt werden. Für die Etablierung der Methoden waren verschiedene Vorarbeiten nötig: I) Selektion geeigneter Kalibrationsproteine, II) Selektion geeigneter Standardpeptide und Optimierung der massenspektrometrischen Parameter zu deren absoluten Quantifizierung, III) Selektion eines geeigneten, proteinunspezifischen und hoch sensitiven Gelfarbstoffes, IV) Testung verschiedener Zellaufschlussmethoden und Etablierung einer Methode zur Bestimmung der Zellaufschlusseffizienz, V) Testung verschiedener Proteinbestimmungsmethoden zur genauen Bestimmung der Gesamtproteinkonzentration im komplexen cytosolischen Extrakt und VI) Optimierung der vollständigen enzymatischen Spaltung aller Proteine vor der massenspektrometrischen Analyse. Im Rahmen dieser Arbeit konnte außerdem gezeigt werden, dass sich die Kalibration der 2D Gele für die Ermittlung absoluter Daten zwischen Gelen übertragen lässt, was den Aufwand für große Zeitreihenexperimente deutlich reduziert. Die Genauigkeit und der dynamische Bereich 2D-gelbasierter relativer und absoluter Proteinquantifizierung kann durch eine erhöhte Reproduzierbarkeit, Auflösung und Sensitivität der Gele verbessert werden. Die Etablierung von HPE-Gelen führte zu 25 % mehr detektierbaren und damit quantifizierbaren Proteinspots und Proteinen bei deutlich erhöhter Reproduzierbarkeit (Moche et al. 2013, Artikel III). Die zusätzlich höhere Anzahl von Gelen mit quantifizierbarer Qualität verringert außerdem den Zeit- und Kostenaufwand vor allem für komplexe experimentelle Ansätze. Die neue Methode zur gelbasierten absoluten Proteinquantifizierung wurde in einer Folgestudie angewendet, um die Konzentrationen von mehr als 700 Proteinen von B. subtilis während der physiologisch relevanten Anpassung an verschiedene Stressbedingungen, nämlich Glukosehunger und Hitzestress, zu bestimmen (Maaß et al. 2014, Artikel IV). Der Vergleich der beiden Stressbedingungen ermöglicht eine Unterscheidung der generellen von der spezifischen Stressantwort, wobei die Analyse der Daten durch Berechnung der Proteinkosten und der Ressourcenverteilung auf verschiedene metabolische Pfade und regulatorische Einheiten unterstützt wurde. Da die Nutzung von 2D PAGE zur Proteinquantifizierung auf im Gel detektierbare Proteine beschränkt ist, ist es für eine höhere Proteomabdeckung sinnvoll, gelbasierte Methoden mit gelfreien Methoden zu ergänzen. Deshalb wurde eine Methode zur labelfreien MS-basierten absoluten Quantifizierung von Proteinen im großen Maßstab entwickelt und etabliert. In dieser gel- und labelfreien Quantifizierungstechnik wurde datenunabhängige, parallele Fragmentierung aller zeitgleich eluierenden Vorläufermoleküle (LC-MSE) genutzt. Auch für diese Methode der absoluten Proteinquantifizierung bildeten die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Probenaufbereitungsverfahren die Grundlage (Muntel et al. 2014, Artikel V).
Am Institut für Community Medicine wurde ein vielschichtiges zentrales Datenmanagement für epidemiologische Probandenstudien (z.B. „Individualisierte Medizin“ und SHIP) und für Studien in der Patientenversorgung (z.B. GANI_MED) konzipiert und implementiert. Die Komplexität des Datenmanagements resultiert aus Umfang und Heterogenität der akquirierten Daten sowie aus multizentrischen und longitudinalen Studienansätzen. Hinzu kommen umfassende Anforderungen an den Schutz personenbezogener Daten, die modulare Einwilligung der Studienteilnehmer sowie die Sicherstellung einer adäquaten Datenqualität, Verfügbarkeit, Nachhaltigkeit etc. Im Rahmen der Probandenstudien wurde eine hochverfügbare webbasierte EDC-Software (Electronic Data Capture) entwickelt, die mit Hilfe intuitiver eCRFs (electronic Case Report Forms) die datenschutzkonforme und qualitätsgesicherte Datenakquise ermöglicht. Eine Data Dictionary-getriebene eCRF-Generierung erlaubt die effiziente Erzeugung neuer und Wartung bestehender Formulare. Ergänzt wird die EDC-Software durch HL7- und DICOM-Empfängersysteme zur nahtlosen Integration des Datenmanagements in vorhandene klinische Informationssysteme. Im Rahmen von „Individualisierte Medizin“ und SHIP wurden von Juni 2008 bis August 2012 insgesamt 6.753 Probanden untersucht und ca. 1,8 Mio. Datensätze revisionssicher persistiert. Zukünftig könnte das Datenmanagement dazu in der Lage sein, weitere Forschungsdaten aus bereits akquirierten Daten zu generieren, z.B. Organvolumina aus MRT-Bilddaten, und sie automatisiert mit weiteren Merkmalen zu korrelieren. Die Limitationen der webbasierten EDC-Software liegen in der Datenakquise ohne vorhandenen (stabilen) Internet-/Netzwerkzugang. Diese Bedingungen sind jedoch in Studien im Kontext der Patientenversorgung vorzufinden. Um die Datenakquise dennoch zu ermöglichen, wurde eine Java-basierte EDC-Software zur asynchronen dezentralen Datenerfassung und nachgelagerten zentralen Datensynchronisation / integration entwickelt. Die Software ist für den unterbrechungsfreien und flexiblen Einsatz im klinischen Umfeld optimiert. Jedoch geht die Asynchronität einher mit einer ungleich höheren technischen Komplexität und einer erhöhten Fehleranfälligkeit, z.B. aufgrund der Notwendigkeit Client-seitiger Software-Aktualisierungen. In GANI_MED wurden von Mai 2011 bis August 2013 insgesamt 3.141 Patienten untersucht und ca. 140.000 Datensätze revisionssicher in den zentralen Datenbestand integriert. Optimierungspotential bietet der Einsatz neuer HTML5-Features, um zugleich synchrone als auch asynchrone Datenerfassungen zu ermöglichen und von den Vorteilen webbasierter Software zu profitieren.
Durch die vorliegende Arbeit wurde die Relevanz moderner Ansätze in der fragmentbasierten Leitstrukturentwicklung für den Erfolg und die Sicherheit in der Arzneistoffentwicklung aufgezeigt. Neben den theoretischen Grundlagen konnte die praktische Anwendung molekularer Vielfalt mit Hilfe komplementärer Substanzbibliotheken vielfach direkt den resultierenden Nutzen aufzeigen. Dabei galt das Interesse speziell antiproliferativen Zielstrukturen, mit besonderem Schwerpunkt auf der Hemmung der Glutathionperoxidase. Des Weiteren unterstützten in silico-Methoden eine zielgerichtete Arbeitsweise. Durch die Optimierung des GPx 1-Testsystems konnte eine zuverlässige in vitro-Analytik etabliert werden. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass mit Hilfe der angestellten Untersuchungen die erfolgreiche Entwicklung, Optimierung und Evaluierung mehrerer Leitstrukturen für diverse Zielproteine der Tumortherapie aufgezeigt werden konnte. Es wurden zunächst die Fortschritte auf dem Gebiet der fragmentbasierten Leitstrukturentwicklung über multifunktionale Screeningbibliotheken zusammengefasst und bewertet (Publikation 1). Die vorgestellten Ansätze, wie Halogenbindungen und sp3-Reichtum, fanden in den folgenden Publikationen zu einem Großteil praktische Anwendung. Die Synthese einer umfangreichen Acylhydrazonbibliothek führte zum Ausbau der inhibitorischen Aktiviät gegenüber der bovinen GPx 1 (Publikation 2). Der kombinatorische Syntheseansatz erbrachte eine Vielzahl eng verwandter Analoga, die entgegen der Erwartungen leider kaum Erkenntnisse über SAR erbrachten. Zudem erwiesen sich die angewandten Docking-Studien als irreführend, da keinerlei Korrelation zu den in vitro-Ergebnissen erkennbar war. Dennoch konnte mit den angestellten Untersuchungen ein stabiler Enzymassay etabliert werden, der eine zuverlässige Analyse zukünftiger Produkte unterstützt. Langfristig wäre für Aussagen über quantitative SAR die gezielte Optimierung anhand einer Kristallstrukturanalyse erforderlich. Alternativ wurden bereits erste NMR-Versuche mit Sättigungstransfer-Differenz (STD)-Spektroskopie angestellt, die sich jedoch aufgrund der schlechten Löslichkeit der Acylhydrazone als schwierig erwiesen. Weiterhin wurde Misonidazol als Inhibitor der GPx 1 einer Neubewertung unterzogen (Publikation 3). Während racemisches Misonidazol nach früheren Berichten die Aktivität muriner GPx 1 bei 500 µM signifikant reduzierte, zeigte die in vitro-Testung der reinen Enantiomere gleicher Konzentration an boviner GPx 1 keine inhibitorische Wirkung. Von wissenschaftlichem Nutzen war zudem die Erkenntnis über einen schwachen, aber nachweisbar signifikanten Synergismuseffekt des Racemats verglichen mit den isolierten Enantiomeren. Die ergänzende Beschreibung dieser noch wenig untersuchten Wirkungspotenzierung liefert einen Beitrag zum gesamtheitlichen Verständnis dieses Phänomens. Alle synthetisierten Endstufen sowie ausgewählte Zwischenstufen wurden in einer öffentlich zugänglichen Screeningplattform, dem FMP in Berlin, hinterlegt (Publikation 4). Sie haben als Gemeinsamkeit eine ausgeprägte Reaktionsbereitschaft, wodurch in zukünftigen biologischen Screenings eine gezielte oder auch zufällige Entdeckung neuartiger Interaktionen nicht abwegig ist. Die nukleophilen Verbindungen 1, 2, 4 und 5 könnten mit basischen Aminosäuren, wie dem Histidin der Serinproteasen, oder mit Metalloenzymen wechselwirken, während durch die gezielte Elektrophilie von 3 kovalente reversible Bindungen mit Cysteinresten und deren Selen-Analoga zu erwarten sind. Der Beitrag fragmentbasierter Substanzbibliotheken zur Leitstrukturentwicklung konnte am Beispiel der 4-Amidocyclopentan-1,3-diole gezeigt werden (Publikation 5). Ausgehend von acht trisubstituierten Cyclopentan-Templaten konnte die Synthese von achtzig Produkten mit zum Teil potenter Wirkung gegen mehrere Tumor-Zelllinien beschrieben werden. Die Substanzbibliothek dieser Studie demonstriert den Einsatz moderner Methoden zur Bereitstellung von Werkzeug für offene Fragen der Molekularbiologie aus einem bisher zu wenig bearbeiteten Bereich des chemischen Strukturraums. Mit Hilfe von in silico-Untersuchungen gelang eine gezielte Synthese neuartiger Inhibitoren NAD+-abhängiger Histondeacetylasen (Publikation 6). Die resultierende Klasse N1-substituierter Benzimidazolthione zeichnete sich durch erhöhte physiologische Stabilität gegenüber der Leitstruktur Splitomicin aus. Obgleich eine vollständig selektive Inhibition zwischen den Sirtuinen 1–3 nicht erreicht wurde, gelang durch die Anwendung computergestützter Methoden die Synthese eines potenten Inhibitors mit selektiver Wirkung gegen Sirtuin 1 und 2, dessen Grundgerüst als Leitstruktur weiterer Untersuchungen dienen kann.
In dieser Arbeit wurden die Nasennebenhöhlen der Feuchtnasenprimaten (Strepsirrhini) anhand von Mikro-CT-Aufnahmen untersucht. Das Material umfasste 24 größtenteils adulte Schädel, die in zwei Infraordnungen vorlagen und deren Geschlecht nicht bekannt war. Die Ergebnisse sollen neue Erkenntnisse hinsichtlich der Morphologie der Sinus paranasales der Strepsirrhini sowie der quantitativen Zusammenhänge zwischen der Größe der Nasennebenhöhlen und ausgewählten Schädelmaßen liefern. Alle Strepsirrhini weisen einen paarig angelegten Sinus maxillaris auf. Die Kieferhöhlen sind meist durch Recessus frontales vergrößert und können auch durch Recessus palatinales et zygomatici erweitert sein. Obgleich bei allen Schädeln eine Öffnung des Sinus maxillaris zum mittleren Nasengang besteht, lassen sich bei einigen Strepsirrhini auch Verbindungen zum unteren und oberen Nasengang feststellen. Zum Teil existiert eine enge räumliche Beziehung zwischen den Nasennebenhöhlen, sodass diese ineinander übergehen. Sinus frontalis und Sinus sphenoidalis hingegen sind nur bei einigen Schädeln der Infraordnung Lemuriformes nachweisbar. Die Größe und Ausdehnung der Stirnhöhle sind relativ variabel. Durch Septenbildung findet mitunter eine Aufteilung in mehrere Räume statt. Die rechte und linke Keilbeinhöhle sind meist nur durch ein medianes Septum voneinander getrennt. Beidseitig des Septums sind häufig Siebbeinmuscheln erkennbar. Zur besseren Einordnung der ermittelten Volumina wurde aus dem Gesichtsschädelvolumen und dem Gesamtvolumen jeder Nasennebenhöhle sowie dem Gesamtvolumen aller Nasennebenhöhlen ein Index berechnet. Aus den höheren Werten bei den Familien Indridae, Lemuridae und Daubentoniidae ergibt sich tendenziell ein größeres Volumen der Nasennebenhöhlen in Bezug zum Gesichtsschädelvolumen. Die Korrelationsanalyse zeigt, dass der Sinus maxillaris im Gegensatz zur Stirn- und Keilbeinhöhle die meisten signifikanten Korrelationen, insbesondere mit allen äußeren Schädelmaßen, aufweist. Der statistische Vergleich der Volumina des Sinus maxillaris der Strepsirrhini mit den Daten der Catarrhini und Platyrrhini aus der Literatur ergibt, dass bei Catarrhini und Strepsirrhini hinsichtlich der Schädelgröße ein ähnlicher Zusammenhang besteht. Jedoch stellen sich bei den Platyrrhini signifikante Abweichungen im Vergleich mit den anderen beiden Gruppen heraus, wodurch den Platyrrhini vermutlich eine Sonderstellung zukommt, die auch neue Interpretationen hinsichtlich der Evolution dieser Gruppe zulässt.
This study validates a newly-developed scale of consumer culture at individual-level in purchase-consumption context. Following unipolar approach in measurement, the applicable-reliable scale for consumer culture analyzes plausible effects of the seven cultural dimensions on three selected consumer-behaviors; anticipated regret, and two further purchase behaviors of variety-seeking and Quality-consciousness, comparing both Hedonic and Utilitarian aspect of consumer decisions. The interaction among the three behavioral variables are also studied. Feeling the necessity of cultural investigations in rather-unknown countries, Iran and Germany are focused.Iran is among the culturally undiscovered markets with an ever increasing demand; also German consumers have several unknown aspects in their purchase behaviors. Finally, the role of contextual elements — nationality, demographic profile and task— in consumer purchase behaviors are separately analyzed.
In der modernen Augenheilkunde werden Injektionen und Implantate in periokulare Regionen oder direkt in den Glaskörper injiziert. Bei der Entwicklung neuer ophthalmologischer Implantate und Injektionen ist die In vitro-Testung der Wirkstofffreigabe und -verteilung von großer Bedeutung. Dabei stellen viele Testmethoden die In vivo-Situation nicht ausreichend dar. Einerseits bilden die Gewebe des Auges wie beispielsweise die Konjunktiva oder die Sklera Barrieren für den Transport des Arzneistoffes zum Wirkort. Andererseits ist der Einfluss der Gefäßsysteme von Konjunktiva und Choroidea auf die Verteilung und Elimination des Arzneistoffes zu berücksichtigen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Gewebe des Auges hinsichtlich ihrer Permeabilitätseigenschaften untersucht. Als Ergebnis wurden die Permeabilitätskoeffizienten von Ciprofloxacin, Lidocain, Timolol und Dexamethason für die Sklera, Konjunktiva, Kornea, den Retina-Choroidea-Komplex sowie für Kombinationen der aufgezählten Gewebe des Schweineauges erhalten. Als weitere Tiermodelle finden Gewebe von Rinder- und vor allem Kaninchenaugen in der ophthalmologischen Forschung Anwendung. Aus diesem Grund wurden die Permeabilitätsstudien um die Membranen dieser zwei Spezies erweitert. Der Interspezies-Vergleich zeigte sehr große Unterschiede in den Permeabilitäten der Wirkstoffe durch die Gewebe auf, sodass die direkte Übertragbarkeit von Ergebnissen zwischen den Tieren und auf den Menschen nicht gewährleistet ist. Um die Barriere-Eigenschaften der Augengewebe in ein In vitro-Modell zu integrieren wurden synthetische Membranen, die mit den Permeabilitätseigenschaften der Gewebe des Schweineauges übereinstimmen, identifiziert. Diese Membranen wurden zur Simulation der natürlichen Gewebe des Auges in den Mittelteil der neu entwickelten Zwei-Kanal-Durchflusszelle eingespannt. Die Zwei-Kanal-Durchflusszelle besteht aus drei Teilen, wobei die zwei äußeren Akzeptor-Kompartimente je einen Flusskanal, der mit Ringer-Puffer perfundiert wird, enthalten. Durch Etablierung physiologischer Flussraten entlang der korrespondierenden Membranen wurde der konjunktivale und choroidale Blutfluss und somit die Permeabilitäten der Gewebe als auch der Einfluss der Blutgefäße zusammen in einem In vitro-Modell berücksichtigt. Um den Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit in den Flusskanälen und des osmotischen Verhältnis zwischen Probe und Perfusionsmedium auf die Wirkstoffverteilung im System zu untersuchen, wurde eines der zwei Akzeptor-Kompartimente durch eine für Puffer und Wirkstoff undurchlässige Scheibe dicht verschlossen, sodass der Stofftransport nur in eine Richtung sattfinden konnte. Die Ergebnisse zeigten einen bedeutenden Einfluss dieser beiden Parameter auf die Wirkstoffverteilung. Bei Zuschaltung des zweiten perfundierten Akzeptor-Kompartiments der Zwei-Kanal-Durchflusszelle treten zwischen den Kompartimenten vermutlich Kräfte wie zum Beispiel Querströmungen und hydrostatische Druckgefälle auf. Basierend auf den erhaltenen Verteilungskurven der Wirkstoffe in der Zwei-Kanal-Durchflusszelle kann reine konzentrationsgesteuerte Diffusion durch die Membranen als alleiniger Transportmechanismus ausgeschlossen werden. Die beschriebenen Effekte müssen vor der Etablierung der Zwei-Kanal-Durchflusszelle als biorelevante In vitro-Methode für die Charakterisierung von periokularen Injektionen und Implantaten in weiteren Arbeiten durch Änderungen des Modelldesigns behoben werden. Neben den peripheren Geweben des Auges dient der Glaskörper als Applikationsort für Injektionen makromolekularer Arzneistoffe und Implantate, die den inkorporierten Arzneistoff über einen längeren Zeitraum freigeben. Die intravitreale Freisetzung und Verteilung des Wirkstoffes ist für den therapeutischen Effekt von entscheidender Bedeutung. Um diese Prozesse in vitro zu charakterisieren wurde das Glaskörper-Modell entwickelt. Die Form und das Volumen des kugelförmigen Glaskorpus sind an die Geometrie des menschlichen Glaskörpers angepasst. Als Substitut für den natürlichen Glaskörper wurde ein Polyacrylamid-Gel modifiziert, sodass dieses in ausgewählten physiko-chemischen Eigenschaften dem natürlichen Glaskörper entspricht. Nach der Applikation des Wirkstoffes direkt in den Glaskörper muss dieser durch passive oder aktive Transportprozesse an den Wirkort im hinteren Augenabschnitt gelangen. Dabei wird die Wirkstoffverteilung im Glaskörper durch die Augenbewegung maßgeblich beeinflusst. Die Simulation verschiedener Augenbewegungen wurde mit der Entwicklung des Eye Movement Systems in ein In vitro-Modell umgesetzt. Das System ist in der Lage Geschwindigkeiten und Amplituden von langsamen bis schnellen Folgebewegungen, Sakkaden und Mikrosakkaden des Auges nachzuahmen. In die zentrale Halterung des Eye Movement Systems kann das Glaskörper-Modell integriert werden. Die Kombination aus Eye Movement System und Glaskörper-Modell bietet die Möglichkeit den Einfluss der verschiedenen Augenbewegungen auf das Freisetzungs- und Verteilungsverhalten von intravitrealen Injektionen und Implantaten zu untersuchen. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme der beiden Systeme wurden Verteilungsstudien mit Modellarzneistoffen verschiedener Molekularmassen durchgeführt. Die Ergebnisse der Studien zeigten, dass das Molekulargewicht im vollständig mit Gel gefüllten Glaskörper-Modell Einfluss auf die Geschwindigkeit der vermuteten Umverteilungsprozesse im Glaskörper-Substitut hat. Mit zunehmendem Anteil der flüssigen Phase im Glaskörper-Modell unterschieden sich die erhaltenen Verteilungen zwischen den Versuchen mit und ohne Bewegung deutlich. Bei der Simulation der hinteren Glaskörperablösung besitzt die Bewegung des Modells einen essentiellen Effekt auf die Konvektions- und Umverteilungsprozesse im Glaskörper-Modell. Durch das Ersetzen prozentualer Anteile des Gels durch Ringer-Puffer konnten Bedingungen der hinteren Glaskörperablösung simuliert werden. Die Simulation des Alterungsprozesses bewirkte eine Zunahme der Konvektion im Glaskörper-Modell. Als Folge resultierte eine deutlich schnellere Umverteilung der injizierten Modellarzneistoffe. Die hintere Glaskörperablösung besitzt demzufolge einen großen Einfluss auf die Verteilung und darf in In vivo- und In vitro-Studien nicht vernachlässigt werden. Mit der Zwei-Kanal-Durchflusszelle und der Kombination aus Eye Movement System und Glaskörper-Modell sind Konzepte für die Charakterisierung von periokularen und intravitrealen Arzneiformen entwickelt worden. In den Modellen wurde besonderer Wert auf die Anlehnung an die In vivo-Situation gelegt. Durch die Berücksichtigung der okularen Blutflüsse, die Simulation der Permeabilitätseigenschaften bestimmter Gewebe des Auges durch entsprechende synthetische Membranen, die Etablierung verschiedener Arten der Augenbewegung und der Simulation des Glaskörpers durch das Polyacrylamid-Gel wurden biorelevante Voraussetzungen geschaffen, die bisher in keinen anderen In vitro- Modellen zu finden sind. Vor der Etablierung der Zwei-Kammer-Durchflusszelle sind weitere Maßnahmen zur Unterbindung der physikalischen Störfaktoren nötig. Der theoretische Ansatz der Zwei-Kammer-Durchflusszelle konnte noch nicht in die Praxis umgesetzt werden. Unter Verwendung des Eye Movement Systems und des Glaskörper-Modells wird eine kostengünstige, einfache und schnelle Charakterisierung neuartiger intravitrealer Injektionen und Implantate unter In vitro- Bedingungen möglich. Die methodische Etablierung des Eye Movement Systems ist erfolgt. Durch weitere Modifikationen kann das System in Zukunft noch näher an die In vivo-Situation herangeführt werden.
The soil bacterium Bacillus subtilis is capable of surviving most of the ensuing environmental stress conditions. The dynamic nature of the soil habitat is manifested with varying amounts of nutrients, frequent flooding, drying and variation of other growth parameters like temperature, acidity, aeration etc. In order to survive in these conditions, B. subtilis has evolved to employ very complex adaptational responses. These adaptational responses are often multi-faceted; hence comprehensive understanding of the adaptational responses requires generation and integration of data on multi-omics level. Hence, multi-omics based detailed analysis was performed for the molecules involved in the central carbon metabolism (CCM) and proline biosynthesis pathway. In the current study two major stress conditions were extensively investigated: 1) energy limitation/starvation which is achieved by limiting glucose in the growth medium, 2) osmostress resulting from frequent drying out of soil which is simulated by adding 1.2 M NaCl to the growth medium. In addition to osmostress, the naturally available osmoprotectant glycine betaine (GB) was supplemented to understand the simultaneous influence of osmostress and osmoprotection on cellular physiology. To measure absolute protein abundances by mass spectrometry, a targeted approach (SRM –single reaction monitoring) using stable heavy isotope labeled artificial standard proteins known as QconCATs was optimized and implemented in the current study. The SRM technique in combination with QconCAT provided absolute quantitative data with high dynamic range for the 45 targeted CCM proteins. Transcriptome data was obtained from microarray analysis. The resulting data were integrated with the other omics data sets obtained by metabolome and flux analysis. As part of a joint study conducted by the BaCell-SysMO and BaSysBio consortia which aimed for the genome wide mapping of transcription units and previously unannotated RNAs of B. subtilis by means of tiling array hybridizations, mRNA samples from growth at high and low temperatures (51°C and 16°C) and in the presence of 1.2 M NaCl, shake flask experiments during transition from exponential growth to the stationary phase, and high density batch fermentation. Time course analysis of B. subtilis transitioning from exponential to stationary phase was investigated by high cell density fed-batch fermentation (glucose limitation) and batch fermentation (glucose exhaustion) with glucose as a limiting factor. A multi-omics analysis of the CCM for the batch fermentation was performed and the time course data was integrated and visualized. In conclusion, pathway based multi-omics data were generated, integrated and visualized as a prerequisite for systems biology approaches and for a better understanding of the complex adaptational responses of B. subtilis.