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40-Year Longitudinal Caries Development in German Adolescents in the Light of New Caries Measures
(2019)
This study assessed the 40-year longitudinal caries development in German adolescents in the light of the sixth National Oral Health Survey in Children (NOHSC, 2016) employing initial DMFT (IDMFT), Significant Caries Index (SiC) and Specific Affected Caries Index (SaC). On the basis of the current NOHSC (randomized cluster selection using school list or regional community school surveys, 55,956 12-year-old sixth-graders examined by 482 calibrated community/study dentists) DMFT, SiC, a novel IDMFT including initial lesions (IT) and the recently introduced SaC were calculated and also recalculated for national and international surveys from the last 4 decades. In 2016, 78.8% of children were caries-free (DMFT = 0), 65.5% including IT lesions. The mean DMFT was 0.44 (single components: DT = 0.14, MT = 0.02, FT = 0.29, IT = 0.52) showing a clear association with the school type as marker for the socio-economic status. The mean number of affected teeth in children with DMFT >0 was 2.07 (SaC) in comparison to almost 9 teeth in the 1970s. The current care index on the tooth level was 66.3%, leaving only 7.7% of children with restorative treatment needs. Longitudinally, a continuous caries decline of more than 80%, including the risk groups (SiC/SaC), to an internationally extremely low level was observed. In conclusion, the National Oral Health Surveys reveal a continuous caries decline to a very low caries level in 12-year-old 6th-graders in Germany even if IT lesions are included (IDMFT). In spite of proportional reductions in the risk groups (SiC/SaC), the polarized caries distribution according to socio-economic parameters reveals the need for targeted preventive programmes.
In the present work high density helicon plasma discharges are created and characterized as a promising concept towards the realization of plasma wakefield accelerators to build up electric fields in the order of GV/m to accelerate electrons to energies in the TeV range with proton driving bunches. For such a concept plasma sources are needed that are able to maintain discharges with plasma densities of n_e = 7E20 m^-3 over long distances with a low variation in plasma density. Measurements at the PROMETHEUS-A device are performed for variable parameters, like magnetic induction, RF heating power and filling gas pressure. A CO2 laser interferometer, a laser induced fluorescence (LIF) diagnostic and a reaction rate model are combined to give a full picture. It is shown that in most cases the plasma density is centrally peaked with a high density region +- 5 mm from the center. The peak plasma density increases with increasing filling gas pressure, RF heating power and magnetic induction, limited by the number of neutral particles in low pressure discharges, by the transferred heating power and the increasing recombination and electron quenching rates of argon ions in high filling pressure cases. The increase in plasma density with increasing magnetic induction correlates to the direct proportionality in the helicon dispersion relation. For all investigated operational parameters the time evolution of the helicon discharge shows the same characteristics and is reliably reproducable inside the error bars. The electron temperature is determined by combining the collisional radiative model with line ratio measurements of two spontaneously emitted LIF lines. The low electron temperature regime of 1.2 eV < T_e < 1.4 eV and the electron temperature profiles are consistent with helicon wave heating via collisional power dissipation. The maximum plasma density of n_e = (6 +- 1)E20 m^-3 is measured at high RF power of P_RF = 24 kW, p_0 = 9 Pa filling gas pressure and a magnetic induction of B = 105 mT with a maximum electron temperature at 1.4 eV. At these operational parameters the plasma density peaking time and width are determined to be 270E-6 s and 50E-6 s, respectively. This shows that specific plasma density requirements for the use of a wakefield accelerator are reachable and the duration of the peak plasma density is more than sufficient for a relativistic particle to pass a 1 km long plasma cell. Additionally time-resolved LIF profile measurements for neutral and singly ionized argon were conducted to complement the previously evaluated measurements. The time resolution of the LIF diagnostic was chosen in a way to adequately represent the evolution of densities and to allow full profile measurements over one day. A resolution of 200E-6 s was chosen. The time-resolved neutral and ion metastable densities show hollow profiles with high densities at the edges over the first ms indicating higher ionization levels and increasing electron quenching rates. The metastable densities are highly determined by electron temperature, RF heating power and filling neutral gas pressure and do not reflect the neutral argon evolution. To investigate the influence of neutral depletion on the density evolution and maximum plasma density, the argon neutral and ion ground state densities are determined. Both time-resolved density profiles show a hollow profile with highest densities at the edges over a longer time interval of 3-4 ms. The penetration depths (ionization mean-free paths) indicate increased ionization of neutral argon while dissipating inwards, corresponding well to the theoretical value of lambda = 20 mm. This results in a depletion of neutrals in the center of the discharge, leading to a limitation and a fast decrease of plasma density after the neutrals are partially ionized. The shown refilling effect of neutral argon is too slow to have an important impact. At operation parameters for highest plasma density, the calculated ground states also show a fast increase in density at the end of the discharge after the RF-heating is switched off. This indicates recombination effects to these atomic states and higher ionization levels than ArII in the helicon discharge.
Understanding the fundamental mechanisms in the extracellular matrix of cells (ECM) is crucial for the development of drugs and biomaterials. Therefore, an atomistic model of the extracellular matrix is a cost-efficient way to observe influences of drugs, test the effect of mutations or misfolds in proteins or study the properties of fibril or network-forming peptides.
With this thesis, a refined molecular model of an adhesion complex is proposed that contains collagen, fibronectin and the cell receptor integrin. During the building of the model, major new insights are given for each of these proteins and a powerful protein-folding algorithm is
developed.
This thesis describes experiments with clusters stored in an electrostatic ion trap called Multi-reflection time-of-flight (MR-ToF) analyzer. These devices are established as mass separators and analyzers with high resolving powers and fast processing times. The objective was to characterize an experiment that utilizes such analyzer for cluster research, to this end a laser-ablation ion source was combined with an MR-ToF analyzer.
In the first part, an experiment scheme that combines two operating modes, namely in-trap lift operation and mirror operation, is presented and characterized for the present setup. For ion capture in-trap lift switching was employed and exit-side mirror switching for ejection with higher information content. Measurements were performed with small lead clusters to illustrate individual advantages of both techniques and the gain of combining them with focus on the ions’ ToF ejection window.
In the second part, a recently introduced method of ion separation by transversal ejection of unwanted species inside the trap was studied for the present setup. The ejection is performed by appropriate pulses of the potentials of deflector electrodes located in the trap. The various parameters affecting the selection effectivity and resolving power are illustrated with tin-cluster measurements, with resolving powers of up to several tens of thousands.
The third part presents the experiment in detail, with the construction of each component and measurements for its various performance parameters. Because the heart of the setup is the MR-ToF analyzer the characterization focuses on the trap. In addition, cluster ions were mass selected in the MR-ToF device and photodissociated. The charged fragments were stored and mass analyzed in a proof-of principle MS/MS experiment where both MS steps were performed in the MR-ToF operation mode.
For a long time the apocryphal Ladder of Jacob was accessible only in arbitrarily selected translations. Without a critical edition and a comprehensive study of the whole textual segment, scholars were unable to evaluate its significance for Early Jewish and Christian literature. Since 2015/17, with the publication of a new critical edition and German translation (accompanied by a detailed introduction, footnote commentaries and appendices with related texts), a new approach to this important but hitherto widely unknown text has been made possible. This approach verifies the different layers or strata in the text, which are: a supposed Jewish apocalypse (mid-second century), a Christian expansion of the angels speech in light of the praeparatio evangelica tradition (fourth–seventh centuries), a Jewish mystical prayer (eleventh century) and the incorporation of this narrative block into the Tolkovaja Paleja together with a series of exegetical commentaries (end of the thirteenth century). In the light of the new approach, it can be said that the Ladder of Jacob is most of all an outstanding example of mutual relations between Jewish and Christian theology.
Hyperoxia is a well-known cause of cerebral white matter injury in preterm infants with male sex being an independent and critical risk factor for poor neurodevelopmental outcome. We investigated the underlying mechanisms behind such a sex dependent difference in oligodendrocyte progenitor cells (OPCs). Our findings demonstrate that oxidative stress severely affects cellular functions related to energy metabolism, stress response, and maturation in male derived oligodendrocyte progenitor cells (OPCs) whereas the female cells remain largely unaffected. This impairment of maturation is accompanied by the downregulation of nucleoporin and nuclear lamina proteins. We identify Nup133, which regulates OPC maturation as a major target protein affected by hyperoxia in male cells and that this differential response is mediated by an inverse Nup133 regulation in the male and female cells. It also regulates mitochondrial function and oxidative stress response through its downstream target Nuclear respiratory factor 1 (Nrf1). Additionally, the presence of 17-β estradiol and higher amounts of fetal zone steroids (precursors for maternal estrogen synthesis during fetal development) confer resistance to the female cells mediated by the estrogen receptor alpha (ERα) along with Nup133. Both Nup133 and ERα regulate mitochondrial function and oxidative stress response by transcriptional regulation of Nrf1. These findings establish prominent sex based differences and the molecular mechanisms involved in differential response of OPCs towards oxidative stress and the important role of Nup133 in mediating a severe negative outcome in the male cells.
Microbial cell factories have been largely exploited for the controlled production of recombinant proteins, including industrial enzymes and biopharmaceuticals. The advent of high-throughput ‘-omics’ techniques have boosted the design of these production systems due to their valuable contribution to the field of systems metabolic engineering, a discipline integrating metabolic engineering with systems and synthetic biology. In order to thrive, the field of systems metabolic engineering needs absolute proteomics data to be generated, as proteins are the central players in the complex metabolic and adaptational networks. Due to advent of mass spectrometry-based proteomics, a substantial amount of absolute proteomic data became available in the past decade. However, membrane proteins remained inaccessible to these efforts.
Nonetheless, comparative studies targeting the membrane proteome have been quite successful in characterizing physiological processes. Hence, label-free proteomics was used in a study (Quesada-Ganuza et al, 2019 – Article I) to identify and optimize PrsA in Bacillus subtilis, for improved yield of amylase. Amylase is one of the most relevant enzymes in the biotechnological sector. By employing a label-free mass spectrometry approach targeting the membrane proteome of this bacterium, relative changes in heterologous and native levels of PrsA could be quantified. The results of this study evidenced that each PrsA shows different relative abundancies, but with no relevant impact in the yield of amylase.
Even though relative protein quantification can already provide a good visualization of the physiological changes occurring between different conditions, they are not sufficient to understand how resources are allocated in the cell under certain physiological conditions. Therefore, a global method for absolute membrane protein quantification remains the biggest requirement for systems metabolic engineering.
Hence, with this work, we successfully developed a mass spectrometry-based approach enabling the absolute quantification of membrane proteins (Antelo-Varela et al, 2019 – Article II). This study was also performed in the Gram-positive model organism Bacillus subtilis, regarded as a prolific microbial cell factory. The method developed in this work combines the comprehensiveness of shotgun proteomics with the sensitivity and accuracy of targeted mass spectrometry. Fundamental to the method is that it relies on the application of a correction and an enrichment factor to calibrate absolute membrane protein abundances derived from shotgun mass spectrometry. This has permitted, for the first time reported, the calculation of absolute membrane protein abundances in a living organism.
The newly developed approach enabled to accurately quantify ~40% of the predicted proteome of this bacterium, offering a clear visualization of the physiological rearrangements occurring upon the onset of osmotic stress. In addition, this work also provides evidence for new membrane protein stoichiometries.
Overall, this study enabled the development of a straightforward methodology long-needed in the scientific and biotechnological community and, for the first time reported, providing absolute abundances of one of the most puzzling fractions of the cell – the membrane proteome.
The next step of the work summarized here was to implement the afore described method to a biotechnological relevant strain, as absolute membrane protein abundances are essential to understand the fundamental principles of protein secretion and production stress. Hence, this work was applied in a genome-reduced B. subtilis strain, ‘midiBacillus’, expressing the major staphylococcal antigen IsaA (Antelo-Varela et al, submitted – Article III). The employed absolute membrane protein quantification methodology enabled the analysis of physiological rearrangements occurring upon the induction of heterologous protein production. This work showed that, even though IsaA was successfully secreted into the growth medium, one of the main requirements for the biotechnological sector, it was still partly accumulated in the cell membrane of this bacterium. This led to an exacerbated physiological response where membrane proteins involved in the management of secretion stress were activated. In addition, this study also showed that a rearrangement of the cell’s translocation machinery occurs upon induction of production, where a ‘game’ of in- and decrease of transporters takes place.
Anticipating the impact of genetic and environmental insults, such as the ones caused by production stress, is essential for the field of systems metabolic engineering. Thus, the highly accurate and comprehensive dataset generated during this work can be implemented in predictive mathematical models, thereby contributing in the rational design of next-generation secretion systems.
Analyse der metabolischen Anpassung von Streptococcus pneumoniae an antimikrobielle Umwelteinflüsse
(2019)
Das Gram-positive Bakterium Streptococcus pneumoniae ist ein humanspezifisches Pathogen des oberen Respirationstraktes. Der opportunistische Krankheitserreger kann jedoch mehrere Organe befallen und tiefer in den Körper vordringen, was zu lokalen Entzündungen wie Sinusitis und Otitis media oder zu lebensbedrohlichen Infektionen wie Pneumonie, Meningitis oder Sepsis führen kann. Für das Bakterium S. pneumoniae wurden bisher kaum Metabolom-Daten erhoben. Daher war das Ziel dieser Dissertation eine umfassende Charakterisierung des Metaboloms von S. pneumoniae. In dieser Dissertation wurden als analytische Methoden die Gaschromatografie (GC) und Flüssigkeitschromatografie (LC) jeweils gekoppelt mit Massenspektrometrie (MS) sowie die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) verwendet, um die Metaboliten zu analysieren. Es sind mehrere Analysetechniken erforderlich, um den Großteil des Metaboloms mit seinen chemisch verschiedenen Metaboliten zu erfassen. Artikel I fasst die Literatur zu Untersuchungen des Metabolismus von S. pneumoniae in den letzten Jahren zusammen. Um eine Momentaufnahme des biologischen Systems zum jeweiligen Zeitpunkt zu erhalten, ist neben dem reproduzierbaren Wachstum während der Kultivierung auch die exakte Probenahme zu beachten. Aus diesem Grund wurde in dieser Dissertation ein Probenahmeprotokoll für das Endometabolom von S. pneumoniae etabliert (Artikel II). Mithilfe des optimierten Protokolls wurde eine umfassende Metabolomanalyse in einem chemisch definierten Medium durchgeführt (Artikel II). Um S. pneumoniae in einer Umgebung ähnlich der im Wirt zu untersuchen, wurde in einem modifizierten Zellkulturmedium kultiviert. Intermediate zentraler Stoffwechselwege von S. pneumoniae wurden analysiert. Das intrazelluläre Stoffwechselprofil wies auf einen hohen glykolytischen Flux hin und bot Einblicke in den Peptidoglykan-Stoffwechsel. Darüber hinaus widerspiegelten die Ergebnisse die biochemische Abhängigkeit von S. pneumoniae von aus dem Wirt stammenden Nährstoffen. Ein umfassendes Verständnis der Stoffwechselwege von Pathogenen ist wichtig, um Erkenntnisse über die Anpassungsstrategien während einer Infektion zu gewinnen und so neue Angriffspunkte für Wirkstoffe zu identifizieren.
Die zunehmende Verbreitung von resistenten S. pneumoniae-Stämmen zwingt zur Suche nach neuen antibiotisch wirksamen Substanzen. Im Zuge dessen wurde in Artikel III die metabolische Reaktion von S. pneumoniae während des Wachstums unter dem Einfluss antibakterieller Substanzen mit dem Ziel der Identifizierung metabolischer Anpassungsprozesse untersucht. Dabei wurden Antibiotika mit unterschiedlichen Wirkmechanismen verwendet, wie die Beeinflussung der Zellwandbiosynthese (Cefotaxim, Teixobactin-Arg10), der Proteinbiosynthese (Azithromycin) sowie Nukleotidsynthese (Moxifloxacin). Es konnten keine Wirkmechanismus-spezifischen Marker-Metaboliten identifiziert werden. Jedes Antibiotikum verursachte weitreichende Veränderungen im gesamten Metabolom von S. pneumoniae. Die Nukleotid- und Zellwandsynthese waren am stärksten betroffen. Besonders vielversprechend sind Antibiotika mit zwei Wirkorten wie Teixobactin-Arg10 und Kombinationen aus zwei Antibiotika. In dieser Dissertation wurde das erste Mal das synthetisch hergestellte Teixobactin-Arg10 mittels einer der modernen OMICS-Techniken untersucht. Die vorliegende umfassende Metabolom-Studie bietet wertvolle Erkenntnisse für Forscher, die an der Identifizierung neuer antibakterieller Substanzen arbeiten.
Insgesamt tragen die Ergebnisse der Dissertation zu einem besseren Verständnis der bakteriellen Physiologie bei.
Uterine Leiomyosarkome (LMS) sind eine Rarität und dementsprechend ist für eine CT- und MRT-Bildgebung kaum Datenmaterial verfügbar.
Gynäkologen haben als „radiologische Laien“ große Probleme, vorliegende Bilder selbst zu interpretieren bzw. die physikalischen Befundbeschreibungen einem morphologischen Befund oder einer Diagnose zuzuordnen. Das Ziel dieser Arbeit bestand daher darin, erstmals anhand eines größeren Patientinnenkollektivs zusätzlich aus den Daten zur Indikation einer CT/MRT beim LMS Informationen zu gewinnen, die es auch dem nichtradiologischen Anwender ermöglichen aufgrund von typischen Befunden uterine LMS selbst besser zu erkennen.
Ausgewertet wurden 235 LMS - Beratungsfälle des Deutschen klinischen Kompetenzzentrums für genitale Sarkome und Mischtumore an der Universitätsmedizin Greifswald, bei denen eine CT- oder MRT- Untersuchung dokumentiert war, aus einem Zeitraum von August 2009 bis März 2017.
Eine präoperative CT (n = 69) bzw. MRT (n= 12) wurde nur selten angewendet. Die häufige klinische Fehldiagnose als LM (65,7 %) führte dazu, dass in 81,4 % bzw. 92,9 % der Fälle keine präoperative CT bzw. MRT und somit keine weiterführende bildgebende Diagnostik erfolgt ist. In der präoperativen CT bzw. MRT wurde in nur 14 % bzw. 18,2 % der Fälle der V. a. ein Sarkom gestellt. Diese Daten sind für den klinisch praktizierenden Arzt unbefriedigend. Die CT diente bei einem präoperativ bereits bekanntem LMS jedoch vorrangig der Ausbreitungsdiagnostik, mit der zu diesem Zeitpunkt in 17,6 % bereits Metastasen erkannt wurden.
Am häufigsten (17,5 %) wurde in der CT von den Radiologen eine nicht näher bezeichnete Raumforderung/tumoröse Läsion beschrieben. In 10,5 % der Fälle wurden ein auffälliges Myom bzw. ein „infizierter Uterus myomatosus“ oder ein „zentral nekrotisierendes Myom“ angeführt. Differentialdiagnosen zu einem in der CT-Untersuchung gesehenen Tumor lagen in 12,3 % der Fälle vor. Vermutet wurden dabei vom Ovar ausgehende Tumoren, wie Fibrome oder Granulosazelltumore. Aber auch ein Zervixkarzinom, ein Uterussarkom ohne nähere Bezeichnung, eine fokale Adenomyosis uteri, ein Endometriumkarzinom und ein Korpuskarzinom wurden als Differentialdiagnose in Betracht gezogen.
In den 12 Fällen der MRT lauteten die Befunde je einmal „V.a. Sarkom,“ „tumoröse Läsion bzw. Raumforderung“, „auffälliges Myom“ bzw. „unauffälliges Myom“. Der Verdacht auf ein anderes Malignom, in diesem Fall auf ein Ovarialkarzinom, ergab sich in einem Fall. Als Differentialdiagnose wurde in einem Fall ein Tumor, der vom Ovar ausgeht, wie z.B. ein Fibrom oder ein Granulosazelltumor, betrachtet.
Bei der Auswertung der Übereinstimmung der tatsächlichen Tumorgröße aus dem pathologisch-anatomischen Befund mit der Tumorgröße in der Bildgebung fällt auf, dass die Tumorgröße in der Hälfte der Fälle in der CT größer beschrieben wird, während sie in der MRT zu gleichen Anteilen (je 37,5 %) größer und kleiner als im pathologisch-anatomischen Befund angegeben wird. Eine Übereinstimmung hinsichtlich der zystischen Anteile im Tumor und dem pathologisch-anatomischen Befund lag nur in der CT vor. Hingegen zeigt sich in allen Fällen eine Übereinstimmung zwischen den in der Bildgebung beschriebenen zentralen Nekrosen und dem pathologisch-anatomischen Befund.
Aufgrund der postoperativen Zufallsdiagnose LMS und der konsekutiven Staging- bzw. Nachsorgeuntersuchungen wurde eine CT (136 Fälle) bzw. eine MRT (29 Fälle) postoperativ deutlich häufiger angewendet. Bei einer unmittelbar postoperativ durchgeführten CT lagen in nur 5,1 % der Fälle Metastasen vor, während bei einer CT, die über einen Monat nach der Operation stattgefunden hat, bereits bei 41,7 % der Patientinnen Metastasen mehrheitlich in der Lunge nachgewiesen werden konnten. In allen 34 (25 %) CT und 11 (37,9 %) MRT, die unter der Indikation „Rezidivdiagnostik“ durchgeführt wurden, zeigte sich in der Bildgebung tatsächlich ein Rezidiv. Pelvine Rezidive waren dabei in der CT mit 67,6 % und in der MRT mit 72,7 % die häufigste Lokalisation.
Zusammenfassend sprechen nach den eigenen Daten und der berücksichtigten Fachliteratur folgende Kriterien für ein LMS: MRT - irreguläre und schlecht definierte Tumorgrenzen, eine hohe Signalintensität in der T2W in Kombination mit hyperintensen Abschnitten in der T1W sowie Zeichen von Zysten und/oder Nekrosen. CT - große unregelmäßig begrenzte Tumoren mit unterschiedlichen Densitäten im Sinne von Nekrosen und/oder Zysten und/oder Einblutungen. Die Aussagekraft der CT hinsichtlich der Tumorentität ist sehr begrenzt.
Da die analysierten diagnostischen Aussagen zur CT- und MRT-Bildgebung für den Anwender unbefriedigend waren, sollte daher die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Radiologen und Gynäkologen verbessert werden. Voraussetzung dafür ist, dass dem Radiologen ausreichend anamnestisches und diagnostisches Material (einschließlich Laborwerte z.B.: LDH) mit gezielter Fragestellung zur Verfügung gestellt und ihm zusätzlich nach der Enddiagnose der genaue morphologische Befund übermittelt wird.
In phylogenetics, evolutionary relationships of different species are represented by phylogenetic trees.
In this thesis, we are mainly concerned with the reconstruction of ancestral sequences and the accuracy of this reconstruction given a rooted binary phylogenetic tree.
For example, we wish to estimate the DNA sequences of the ancestors given the observed DNA sequences of today living species.
In particular, we are interested in reconstructing the DNA sequence of the last common ancestor of all species under consideration. Note that this last common ancestor corresponds to the root of the tree.
There exist various methods for the reconstruction of ancestral sequences.
A widely used principle for ancestral sequence reconstruction is the principle of parsimony (Maximum Parsimony).
This principle means that the simplest explanation it the best.
Applied to the reconstruction of ancestral sequences this means that a sequence which requires the fewest evolutionary changes along the tree is reconstructed.
Thus, the number of changes is minimized, which explains the name of Maximum Parsimony.
Instead of estimating a whole DNA sequence, Maximum Parsimony considers each position in the sequence separately. Thus in the following, each sequence position is regarded separately, and we call a single position in a sequence state.
It can happen that the state of the last common ancestor is reconstructed unambiguously, for example as A. On the other hand, Maximum Parsimony might be indecisive between two DNA nucleotides, say for example A and C.
In this case, the last common ancestor will be reconstructed as {A,C}.
Therefore we consider, after an introduction and some preliminary definitions, the following question in Section 3: how many present-day species need to be in a certain state, for example A, such that the Maximum Parsimony estimate of the last common ancestor is also {A}?
The answer of this question depends on the tree topology as well as on the number of different states.
In Section 4, we provide a sufficient condition for Maximum Parsimony to recover the ancestral state at the root correctly from the observed states at the leaves.
The so-called reconstruction accuracy for the reconstruction of ancestral states is introduced in Section 5. The reconstruction accuracy is the probability that the true root state is indeed reconstructed and always takes two processes into account: on the one hand the approach to reconstruct ancestral states, and on the other hand the way how the states evolve along the edges of the tree. The latter is given by an evolutionary model.
In the present thesis, we focus on a simple symmetric model, the Neyman model.
The symmetry of the model means for example that a change from A to C is equally likely than a change from C to A.
Intuitively, one could expect that the reconstruction accuracy it the highest when all present-day species are taken into account. However, it has long been known that the reconstruction accuracy improves when some taxa are disregarded for the estimation.
Therefore, the question if there exits at least a lower bound for the reconstruction accuracy arises, i.e. if it is best to consider all today living species instead of just one for the reconstruction.
This is bad news for Maximum Parsimony as a criterion for ancestral state reconstruction, and therefore the question if there exists at least a lower bound for the reconstruction accuracy arises.
In Section 5, we start with considering ultrametric trees, which are trees where the expected number of substitutions from the root to each leaf is the same.
For such trees, we investigate a lower bound for the reconstruction accuracy, when the number of different states at the leaves of the tree is 3 or 4.
Subsequently in Section 6, in order to generalize this result, we introduce a new method for ancestral state reconstruction: the coin-toss method.
We obtain new results for the reconstruction accuracy of Maximum Parsimony by relating Maximum Parsimony to the coin-toss method.
Some of these results do not require the underlying tree to be ultrametric.
Then, in Section 7 we investigate the influence of specific tree topologies on the reconstruction accuracy of Maximum Parsimony. In particular, we consider balanced and imbalanced trees as the balance of a tree may have an influence on the reconstruction accuracy.
We end by introducing the Colless index in Section 8, an index which measures the degree of balance a rooted binary tree can have, and analyze its extremal properties.
Spinal cord injury (SCI) above mid-thoracic levels leads to autonomic dysfunction affecting both the cardiovascular system and thermoregulation. The renin-angiotensin system (RAS) which is a potent regulator of blood pressure, including its novel beneficial arm with the receptor Mas could be an interesting target in post-SCI hemodynamics. To test the hypothesis that hemodynamics, activity and diurnal patterns of those are more affected in the Mas deficient mice post-SCI we used a mouse model of SCI with complete transection of spinal cord at thoracic level 4 (T4-Tx) and performed telemetric monitoring of blood pressure (BP) and heart rate (HR). Our data revealed that hypothermia deteriorated physiological BP and HR control. Preserving normothermia by keeping mice at 30°C prevented severe hypotension and bradycardia post-SCI. Moreover, it facilitated rapid return of diurnal regulation of BP, HR and activity in wild type (WT) mice. In contrast, although Mas deficient mice had comparable reacquisition of diurnal HR rhythm, they showed delayed recovery of diurnal rhythmicity in BP and significantly lower nocturnal activity. Exposing mice with T4-Tx (kept in temperature-controlled cages) to 23°C room temperature for one hour at different time-points post-SCI, demonstrated their inability to maintain core body temperature, Mas deficient mice being significantly more impaired than WT littermates. We conclude that Mas deficient mice were more resistant to acute hypotension, delayed nocturnal recovery, lower activity and more severely impaired thermoregulation. The ambient temperature had significant effect on hemodynamics and, thus it should be taken into account when assessing cardiovascular parameters post-SCI in mice.
Die Stimulation des Vagusnervs ist eine vielversprechende therapeutische Methode der Neuromodulation zur Behandlung von akuten und chronischen Schmerzen, epileptischen Anfällen sowie Stimmungs-störungen und Angstzuständen. Dabei kann die Stimulation elektrisch mit Hilfe invasiver Elektroden sowie noninvasiv transkutan erfolgen. Als Ort für eine nicht-invasive Stimulation des Vagus-Nervs eignet sich insbesondere die Ohrmuschel, da dort die Haut unter anderem von vagalen Afferenzen innerviert ist (Peuker & Filler, 2002). In der folgenden Arbeit sollen zunächst kurz die Besonderheiten sowie die therapeutischen Anwendungen der Stimulation dieses Hirnnervs beschrieben werden. Auf Grundlage von vier Publikationen unserer Arbeitsgruppe wird die Vagusnervstimulation als möglicher Wirkmechanismus der Ohrakupunktur postuliert. Anschließend werden die Ergebnisse unserer experimentellen Studie zur Wirkung von tVNS auf die Wahrnehmung von wiederholten schmerzhaften Hitzereizen vorgestellt und diskutiert. Im letzten Teil der Arbeit wird auf der Grundlage der Ergebnisse zweier weiterer Untersuchungen zu den Effekten von Ohrakupunktur zur Reduktion von Prüfungsangst sowie prä-operativer Angst ein alternativer Wirkmechanismus der tVNS sowie dessen systematische Untersuchung in zukünftigen Studien vorgeschlagen.
Summary
The susceptibility of Candida albicans biofilms to a non‐thermal plasma treatment has been investigated in terms of growth, survival and cell viability by a series of in vitro experiments. For different time periods, the C. albicans strain SC5314 was treated with a microwave‐induced plasma torch (MiniMIP). The MiniMIP treatment had a strong effect (reduction factor (RF) = 2.97 after 50 s treatment) at a distance of 3 cm between the nozzle and the superior regions of the biofilms. In addition, a viability reduction of 77% after a 20 s plasma treatment and a metabolism reduction of 90% after a 40 s plasma treatment time were observed for C. albicans. After such a treatment, the biofilms revealed an altered morphology of their cells by atomic force microscopy (AFM). Additionally, fluorescence microscopy and confocal laser scanning microscopy (CLSM) analyses of plasma‐treated biofilms showed that an inactivation of cells mainly appeared on the bottom side of the biofilms. Thus, the plasma inactivation of the overgrown surface reveals a new possibility to combat biofilms.
Zielsetzung: Cutibacterium (C.) acnes ist Teil des anaeroben Haut-Mikrobioms. Besonders in der Schulterchirurgie kommt es postoperativ häufig zu Infektionen mit C. acnes auf Grund der schwierigen Erreichbarkeit des Erregers durch das Hautantiseptikum in den Haarfollikeln der Haut.
Basierend auf der Hypothese, dass eine verlängerte Einwirkzeit des Hautantiseptikums in talgdrüsenreichen Arealen wie der Schulter das Eindringen in die Haarfollikel begünstigt und dadurch die antiseptische Wirksamkeit verbessert wird, sollte die Effektivität der derzeit üblichen Einwirkzeit von 2,5 min mit der Einwirkzeit von 30 min verglichen werden. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften von PVP-Iod und Chlorhexidindigluconat (CHG) sollten zwei handelsübliche alkoholische Hautantiseptika mit Gehalt an PVP-Iod bzw. CHG miteinander verglichen werden.
Methode: Im cross-over-Design wurde auf der Schulter von 16 gesunden, freiwilligen Probanden die Einwirkzeit von 2,5 min mit einer Einwirkzeit von 30 min jeweils mit einem PVP-I-haltigen Hautantiseptikum und einem CHG-haltigen Hautantiseptikum verglichen werden. Die Probenentnahmen erfolgten vor, direkt nach und 3h nach erfolgter Hautantiseptik. Analysiert wurde sowohl die aerobe als auch die anaerobe Hautflora.
Ergebnisse: Die aerobe residente Hautflora wurde durch beide Antiseptika bereits bei der kurzen Einwirkzeit effektiv eradiziert.
Die anaerobe residente Flora wurde hinsichtlich der Sofortwerte durch das PVP-I-haltige Antiseptikum sowohl bei der Einwirkungszeit von 2,5 min als auch von 30 min effektiver reduziert als durch das CHG-haltige Antiseptikum. Die nach 3 h erhobenen Werte zeigten dagegen nur die Tendenz der höheren Wirksamkeit bei der verlängerten Einwirkzeit des PVP-I-haltigen Antiseptikums. Die verlängerte Einwirkzeit hatte bei beiden Antiseptika keinen negativen Einfluss auf die intakte Haut, d.h. keiner der Probanden klagte über Hautirritationen oder Beschwerden.
Schlussfolgerung: Die alkoholische Zubereitung mit PVP-Iod ist dem CHG basierten Alkohol an Wirksamkeit gegen die anaerobe Flora im Sofortwert überlegen. Die klinische Relevanz dieser Studie sollte in einer randomisierten klinischen Studie mit dem Endpunkt SSI verifiziert werden.
Introduction: Hearing and vision loss are highly prevalent in elderly adults, and thus frequently occur in conjunction with cognitive impairments. Studies have shown that hearing impairment is associated with a higher risk of dementia. However, evidence concerning the association between vision loss and dementia, as well as the co-occurrence of vision and hearing loss and dementia, has been inconclusive.
Objectives: To assess the association between: (i) either hearing or vision loss and the risk of dementia, as well as between; and (ii) the combination of both sensory impairments and the risk of dementia.
Methods: This case-control study was based on a 5-year data set that included patients aged 65 years and older who had initially been diagnosed with dementia diseases by one of 1,203 general practitioners in Germany between January 2013 and December 2017. In total, 61,354 identified dementia cases were matched to non-dementia controls, resulting in a sample size of 122,708 individuals. Hearing loss and vision loss were identified using the ICD-10 diagnoses documented in the general practitioners’ files prior to the initial dementia diagnosis. Multivariate logistic regression models were fitted to evaluate the associations between visual and/or hearing impairment and the risk of dementia and controlled for sociodemographic and clinical variables.
Results: Hearing impairment was documented in 11.2% of patients with a dementia diagnosis and 9.5% of patients without such a diagnosis. Some form of vision impairment was documented in 28.4% of patients diagnosed with dementia and 28.8% of controls. Visual impairment was not significantly associated with dementia (OR = 0.97, CI = 95% 0.97–1.02, p = 0.219). However, patients with hearing impairment were at a significantly higher risk of developing dementia (OR = 1.26, CI = 95% 1.15–1.38, p < 0.001), a finding that very likely led to the observed significant association of the combination of both visual and hearing impairments and the risk of dementia (OR = 1.14, CI = 95% 1.04–1.24, p = 0.005).
Discussion: This analysis adds important evidence that contributes to the limited body of knowledge about the association between hearing and/or vision loss and dementia. It further demonstrates that, of the two, only hearing impairment affects patients’ cognition and thus contributes to dementia risk.
Brain aging even in healthy older adults is characterized by a decline in cognitive functions including memory, learning and attention. Among others, memory is one of the major cognitive functions affected by aging. Understanding the mechanisms underlying age-related memory decline may help pave the road for novel treatment strategies. Here, we tried to elucidate the neural correlates associated with memory decline using structural and functional neuroimaging and neuromodulation with transcranial direct current stimulation (tDCS).
Over the course of three studies, we investigated 1) the influence of white matter integrity and grey matter volume on memory performance in healthy older adults, 2) the role of functional coupling within the memory network in predicting memory performance and the impact of tDCS in modulating retrieval performance in healthy older adults, 3) the effect of tDCS over the sensorimotor cortex on cognitive performance in young adults.
MRI was used to study associations of cognitive performance with white matter integrity and grey matter volume, and examine their causal relationship in the course of aging. White matter integrity was assessed by acquiring diffusion tensor imaging (DTI) and performing deterministic tractography based on constrained spherical deconvolution. Grey matter volume was estimated using fully automated segmentation. Both white matter integrity and grey matter volume were correlated with behavioral data of a verbal episodic memory task. Percentage of correct answers at retrieval was used to measure memory performance (Manuscript 1). In addition, anodal tDCS (atDCS) (1 mA, 20 min) was applied over CP5 (left temporoparietal cortex) to modulate memory formation in healthy older adults. Participants underwent resting-state fMRI before the stimulation. Functional connectivity analysis was performed to determine whether functional coupling within the memory network predicted initial memory performance, and to examine its association to tDCS-induced enhancement effect (Manuscript 2). Finally, atDCS (1 mA, 20 min) was applied over C3 (left sensorimotor cortex) to explore the effect of tDCS over the sensorimotor cortex on cognitive performance in young adults. During the stimulation, participants performed three tasks; gestural task, attentional load task and simple reaction time task (Manuscript 3).
Results showed that volumes of the left dentate gyrus (DG) and tractography-based fractional anisotropy (FA) of individual fornix pathways were positively related to memory retrieval in older adults. Brain-behavior associations were observed for correct rejections rather than hits of memory performance, indicating specificity of memory network functioning for detecting false associations. Thus, the data suggested a particular role of neural integrity that promotes successful memory retrieval in older adults. Subsequent mediation analysis showed that left DG volume mediated the effect of fornix FA on memory performance (48%), corrected for age, revealing a crucial role of hippocampal pathway microstructure in modulating memory performance in older adults (Manuscript 1). tDCS results showed that atDCS led to better retrieval performance and increasing learning curves, indicating that brain stimulation can induce plasticity of episodic memory processes in older adults. Combining tDCS and fMRI, hippocampo-temporoparietal functional connectivity was positively associated with initial memory performance in healthy older adults and was positively correlated with the magnitude of individual tDCS-induced enhancement, suggesting that individual tDCS responsiveness may be determined by intrinsic network coupling (Manuscript 2). Finally, our findings suggested that atDCS over left sensorimotor cortex reduced reaction times in the gestural-verbal integration task, specifically for incongruent pairs of gestures and verbal expressions, indicating the role of sensorimotor cortex in gestural-verbal integration in young adults (Manuscript 3).
The results of all three studies may help to elucidate age-related structural deterioration and functional coupling network underlying cognitive processes in healthy adults. Furthermore, these studies emphasized the importance of interventions like tDCS in modulating cognitive performance, specifically episodic verbal memory and gestural-verbal integration. By unveiling the specific role of brain structures and functional network coupling as well as the role of tDCS in modulating cognitive performance, our results contribute to a better understanding of brain-behavior associations, and may help to develop clinical interventional approaches, tailored for specific cognitive functions in aging.
Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung konnten die Assoziationen zwischen 25(OH)D und der kardiopulmonalen Leistungsfähigkeit, sowie der Lungenfunktion und deren potentielle Mediation durch gesundheitsrelevante Einflussfaktoren in einer großen bevölkerungsbasierten Studienpopulation aufgedeckt und bezugnehmend auf die körperliche Leistungsfähigkeit in einer zweiten, unabhängigen, großen Kohorte reproduziert werden. Nicht nur das Erweitern untersuchter Variablen zur Beschreibung von körperlicher Leistungsfähigkeit und Lungenfunktion, im Vergleich zur bisherigen Erkenntnissen, sondern auch der methodische Einsatz der Spiroergometrie zur Datengewinnung stellt eine weitere Stärke vorliegender Studie dar. Komplettierend wurde zudem erstmals eine Mediatoranalyse durchgeführt, um die eventuelle Vermittlung der gefundenen Effekte durch Mediatoren zu überprüfen.
Allerdings sind in der Interpretation der Studienergebnisse Einschränkungen zu berücksichtigen, wie z. B. Ernährungsgewohnheiten (insbesondere vegane Ernährung), die 25(OH)D-Werte beeinflussen können109 und in der vorliegenden Untersuchung nicht berücksichtigt wurden. Trotz enormer Stärken sind die vorliegenden Untersuchungen durch ihr Querschnittsdesign limitiert, welches nicht geeignet ist eine Kausalität der Zusammenhänge aufzuzeigen. Auch wenn ein statistisch signifikanter Zusammenhang zwischen 25(OH)D und der körperlichen Leistungsfähigkeit, sowie der Lungenfunktion bei gesunden Probanden auf Grundlage der dargestellten Ergebnisse eindeutig ist, sind Längsschnittanalysen wünschenswert, um zu beweisen, dass 25(OH)D ursächlich mit der körperlichen Leistungsfähigkeit und Lungenfunktion in Verbindung steht. Zwar hat eine erst kürzlich erschienene französische Untersuchung gezeigt, dass Vitamin D Werte von Probanden, die im Zeitraum von November bis April unzulängliche Werte aufwiesen, durch eine zusätzliche Gabe von 80.000 internationalen Einheiten (IU) normwertig angehoben werden konnte, ohne dabei überdosiert zu sein110, jedoch fehlen Daten hinsichtlich einer Beeinflussung der körperlichen Leistungsfähigkeit, weswegen zukunftsorientiert anzumerken bleibt, dass weitere interventionelle Studien erforderlich sind, um zu untersuchen, inwieweit eine Vitamin-D-Ergänzung einer Verbesserung der allumfassenden körperlichen Leistungsfähigkeit zuträglich ist und somit zur Gesundheitsversorgung in der allgemeinen Bevölkerung beitragen kann.
Ausgewählte Lyrik
(2019)
Ausgewählte Lyrik
(2019)
In this thesis, we elaborate upon Bayesian changepoint analysis, whereby our focus is on three big topics: approximate sampling via MCMC, exact inference and uncertainty quantification. Besides, modeling matters are discussed in an ongoing fashion. Our findings are underpinned through several changepoint examples with a focus on a well-log drilling data.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde bei 41 Patienten mit JME das EFHC1-Gen sequenziert und die identifizierten Varianten mit in mehreren vorherigen Studien beschriebenen Prädiktoren für das klinische Outcome korreliert. Insgesamt konnten drei Varianten - p.Phe229Leu, p.Arg182His und p.Arg294His - identifiziert werden.
Die Variante p.Phe229Leu, welche bei zwei Patienten auftrat, konnte mit einem milderen JME Subtyp assoziiert werden. Drei Patienten wiesen die Variante p.Arg182His auf und zeigten eine erhöhte Neigung zur Ausbildung einer photoparoxysmalen Reaktion. Eine Assoziation mit einem frühen Auftreten der Epilepsie (≤10. Lebensjahr) und einem Subtyp der JME, die sich aus einer kindlichen Absencenepilepsie entwickelt, konnte bei den zwei Patienten mit Variante p.Arg294His nachgewiesen werden, aufgrund der geringen Zahl an untersuchten Patienten jedoch ohne statistische Relevanz. In Zukunft könnte möglicherweise das Vorliegen einer dieser Varianten für klinische Fragestellungen hilfreich sein, um im Zusammenspiel mit klinischen Parametern eine Aussage über den Langzeitverlauf der JME und damit verbundene Therapieentscheidungen treffen zu können.
Nach aktuellen Bewertungen in der Human Gene Mutation Database sind p.Arg182His und p.Arg294His als benigne Varianten/Polymorphismen und die Variante p.Phe229Leu als wahrscheinlich pathogene Variante einzustufen. Somit muss eingeschätzt werden, dass die Varianten eher einen modifizierenden Einfluss auf den Krankheitsverlauf nehmen und nicht ursächlich für die JME sind.
Zusammenfassend sprechen die Ergebnisse dafür, dass es sich bei der JME um ein heterogenes Krankheitsbild handelt. Vorrangiges Ziel zukünftiger Studien sollte sein, weitere potenzielle Kandidatengene zu identifizieren und zu untersuchen.
Staphylococcus aureus is one of the commonly encountered bacteria of the human microbiome. Although mostly a seemingly harmless commensal microbe, S. aureus can act as an invasive pathogen with seriously devastating effects on its host’s health and wellbeing. A wide range of infections caused by this bacterium has been reported to affect diverse parts of the human body, including the skin, soft tissues and bones, as well as important organs like the heart, kidneys and lungs. Particularly, S. aureus is infamous for being a major causative agent of respiratory tract infections that may escalate up to necrotizing pneumonia. Due to its clinical relevance, this pathogen has been intensively studied for many years. Nonetheless, further research in this field is still needed, because of the high capacity of S. aureus to evolve drug resistance, its high genomic plasticity and adaptability and, not in the last place, the plethora of niches within the human body where it can thrive and survive. In this regard, there are still many uncertainties concerning the specific adaptations carried out by S. aureus during colonization and infection of the human body, the transition between both stages, and upon the invasion of different types of host cells. To shed more light on some of these adaptations, the research described in this thesis has employed in vitro models of infection that mimic particular conditions during the infectious process with special focus on the lung epithelium. The adaptations displayed by S. aureus were monitored using advanced proteomics. Furthermore, the analyses documented in this thesis included S. aureus strains with diverse backgrounds and epidemiology to take into account the genetic diversity encountered in this species.
Nachdem ab 2012 mehr als 200, vor allem kleinere, Untersuchungen, zum Thema Irisin veröffentlicht wurden, jedoch noch sehr große Diskrepanzen bezüglich der Ergebnisse herrschten, war Ziel meiner Arbeit, die Beziehung zwischen körperlicher Aktivität mittels kardiopulmonaler Parameter und Irisin-Spiegel erstmals in einer großen Population zu untersuchen. Hierzu wurden Daten von 740 Probanden der SHIP-Trend Kohorte herangezogen und geschlechtsspezifische Analysen zum Zusammenhang zwischen Irisin-Spiegeln und kardiopulmonaler Leistungsfähigkeit durchgeführt.
Die Ergebnisse weisen bei den Männern eine inverse Beziehung zwischen Irisin und Belastungskapazität gemessen mittels VO2,peak und maximaler Leistung auf. Demgegenüber steht eine positive Beziehung zwischen Irisin und VO2,peak bei Frauen, welche mögliche geschlechtsspezifische Unterschiede nahelegt. Darüber hinaus zeigten die Analysen erstmals einen speziellen jahreszeitlichen Verlauf des Irisin-Spiegels mit zwei Gipfeln in den Winter- (Dezember bis Februar) und in den Sommermonaten (Juli bis August) mit höheren Werten im Vergleich zu den restlichen Monaten.
Trotz diverser Studien zum Thema Irisin gibt es noch viele ungeklärte Aspekte in Hinblick auf die Sekretion und Wirkung. So ist momentan noch unklar, ob Irisin auch von Fettzellen gebildet werden kann. Auch die laborchemischen Detektionsmethoden für Irisin sind verbesserungswürdig, um eine verlässliche und standardisierte Quantifikation von Irisin zu gewährleisten. Zudem sollte in Zukunft neben der Entstehung und Detektion Irisins die Wirkung auf die menschlichen Körperzellen eingehend geklärt werden, um weitergehende Schlüsse aus dem propagierten „Adipositas-Heilmittel“ Irisin zu ziehen. Die von uns erstmals entdeckten jahreszeitlichen Schwankungen des Irisins sind ein weiterer Punkt, der momentan noch zu wenig erforscht ist, und in künftigen Studien weiter analysiert und standardisiert werden sollte, um letztendlich Gewissheit bezüglich der Wirkungsweise des Irisins und der möglichen klinischen Relevanz dieses Hormons zu erlangen.
Bildgebung zur Vorhersage und Verlaufsbetrachtung der motorischen Restitution nach Schlaganfall
(2019)
In dieser kumulativen Dissertation wird erörtert, welche Rolle die Bildgebung mittels MRT bei der Beantwortung von wichtigen Fragen im Hinblick auf die Erholung nach einem Schlaganfallereignis spielt.
Da Schlaganfälle gerade in Deutschland noch immer die Hauptursache von längerfristigen Behinderungen und Einschränkungen darstellen, ist es von großem Interesse, zu ergründen, inwiefern ein einzelner Patient wieder volle Funktionsfähigkeit und somit eine Wiederintegration in den Alltag erlangen kann.
Ein frühzeitiger Einsatz bildgebender Verfahren kann die Vorhersage der motorischen Fähigkeiten eines Patienten wesentlich verbessern. Dieses Vorgehen ist jedoch mit zahlreichen Schwierigkeiten versehen, die im Übersichtsartikel [Horn et al., 2016a] erläutert werden und der somit Gründe liefert, weshalb eine solche Prädiktion nicht bereits in den Klinikalltag integriert werden konnte. Im Artikel werden strukturelle und funktionelle Bildgebungsparameter hinsichtlich ihrer Eignung als Biomarker für die Vorhersage der motorischen Fähigkeiten nach dem Schlaganfall bewertet. Begleitend dazu werden in der vorliegenden Arbeit Beispiele für eine solche Vorhersage anhand eines weiteren Artikels erläutert [Lindow et al., 2016].
Es zeigen sich deutliche Unterschiede in der Prädiktionskraft struktureller Parameter im Vergleich zu funktionellen Parametern.
Neben den zahlreichen Faktoren, die die Bildgebung und die Vorhersage daraus beeinflussen, fehlen auch grundsätzlich die Datenmengen, die ein strukturiertes Abarbeiten verschiedener Hypothesen ermöglichen. In der vorliegenden Arbeit wird beschrieben, weshalb zunächst bereits erforschte Parameter erhoben werden müssten, um Patienten diesbezüglich zu gruppieren. Erst dann können neue Bildgebungsparameter in den Vorhersage- oder Klassifizierungsprozess eingefügt werden. Ist das nicht der Fall, sind kleine Stichproben mit verschiedenen Vorhersage- und Outcome-Parametern nur schwer vergleichbar und die Forschung bewegt sich wenig voran in Richtung einer individuellen Vorhersage.
Es kann zudem durchaus vorteilhaft sein, eine Prädiktion nicht nur datengetrieben durchzuführen, sondern zusätzlich Modelle zu entwickeln, wieso gewisse Prädiktionen so gut funktionieren und auf welchem Wege gewisse Parameter diese Vorhersage ermöglichen.
Ein weitergehendes Verständnis und eine Verfeinerung dieser Prädiktion würde eventuell irgendwann dazu führen, dass man anhand diverser Messungen eines Patienten eine Art Simulation durchführen könnte, wie sich dessen Gehirn über die Zeit entwickeln wird und so individuelle Vorhersagen ermöglichen. Hier braucht es jedoch nicht nur entsprechende biophysikalische Modelle der Interaktion der verschiedenen hierarchischen Ebenen sondern auch grundlegende Forschung, die alle Faktoren bestimmt, die einen Einfluss auf die Bildgebungsergebnisse haben.
Das Verständnis für die zugrundeliegenden strukturellen und funktionellen Veränderungen während der Erholung ist wesentlich für eine verbesserte Vorhersage der Endzustände solcher Plastizitätsprozesse. Aus diesem Grund ist eine andere sinnvolle Herangehensweise an die Gesamtproblematik Schlaganfallforschung mittels longitudinaler Studien zu bewerkstelligen. Hierbei können während mehrfacher Messungen Prozesse abgebildet werden, die ausgehend von einem Initialzustand des geschädigten Netzwerks vonstattengehen. Auch dabei gilt es, sich auf bestimmte Patienten zu beschränken, damit so viele Faktoren wie möglich konstant gehalten werden können, die für eine gewisse Varianz zwischen Patienten verantwortlich sind. In einer weiteren hier beschriebenen Studie [Horn et al., 2016b] geschah dies durch eine Beschränkung auf eine Gruppe, die schon bestimmte motorische Fertigkeiten aufwies und dementsprechend lediglich eine mäßige Schädigung des motorischen Systems. Die Veränderungen der Gehirnaktivierung beschränkten sich auf eine spezifische Region, den ventralen prämotorischen Kortex, dessen Aktivität mit der Zeit zunahm. Die funktionellen Veränderungen dieses Areals, das vermehrt für Objektmanipulation aktiviert wird, konnten zudem mittels einer Analyse der Verbindungsstärken ergänzt werden. Zahlreiche weitere Untersuchungen sind notwendig, um zu verstehen, wie diese verschiedenen Ebenen der Reorganisation miteinander interagieren und welche Faktoren einen Einfluss auf diese Messungen haben. Dies muss bereits an Gesunden erforscht werden, um die pathologischen Prozesse in Patienten von weiteren Faktoren abzugrenzen, die einen Einfluss auf die Bildgebungsergebnisse
Biocatalytic Production of Amino Carbohydrates through Oxidoreductase and Transaminase Cascades
(2019)
Plant-derived carbohydrates are an abundant renewable re- source. Transformation of carbohydrates into new products, in- cluding amine-functionalized building blocks for biomaterials applications, can lower reliance on fossil resources. Herein, bio- catalytic production routes to amino carbohydrates, including oligosaccharides, are demonstrated. In each case, two-step bio- catalysis was performed to functionalize d-galactose-contain- ing carbohydrates by employing the galactose oxidase from Fusarium graminearum or a pyranose dehydrogenase from
Agaricus bisporus followed by the w-transaminase from Chro- mobacterium violaceum (Cvi-w-TA). Formation of 6-amino-6- deoxy-d-galactose, 2-amino-2-deoxy-d-galactose, and 2-amino- 2-deoxy-6-aldo-d-galactose was confirmed by mass spectrome- try. The activity of Cvi-w-TA was highest towards 6-aldo-d-gal- actose, for which the highest yield of 6-amino-6-deoxy-d-galac- tose (67%) was achieved in reactions permitting simultaneous oxidation of d-galactose and transamination of the resulting 6- aldo-d-galactose.
Weltweit leiden 4,4% der Weltbevölkerung an einer Depression. Das variable Erscheinungsbild dieser Erkrankung erschwert deren Erforschung. Dass ein besseres Verständnis und die Entwicklung optimaler Therapiemöglichkeiten dieser Erkrankung sehr wichtig sind, zeigen die starke Einschränkung des gesamten Lebensalltags Betroffener (DALYs) und auch die hohe Suizidalität. Es existieren verschiedene ätiologische Theorien zur Depression, wie zum Beispiel die Monoaminmangel-Hypothese, die auf einen Mangel an Neurotransmittern im synaptischen Spalt und deren sekundären Effekte beruht. Neuroendokrine Theorien verweisen auf einen Hyperkortisolismus mit Störung der HPA-Achse und eine Stress-bezogene Ätiologie. Ein andauernder Hyperkortisolismus führt laut der Neutrophin-Hypothese zu Neurotoxizität, zu einer verminderten Neurogenese, Atrophie und Volumenminderung. Bildmorphologische Untersuchungen mittels PET-CT oder fMRT verweisen auf strukturelle und funktionelle Veränderungen bestimmter Hirnregionen bei depressiven Probanden. Auf zellulärer Ebene kann eine veränderte Zellaktivität mittels immunhistochemischer Methoden wie der C-Fos-Färbung dargestellt werden.
Für die vorliegende Untersuchung wurden Hirne von 8 männlichen Ratten untersucht, die zuvor einen Verhaltensversuch der Erlernten Hilflosigkeit zugeführt wurden. Dieser von M. Seligman entwickelte Verhaltensversuch gilt als tierexperimentelles Modell der Depressionsforschung. Durch Selektion wurden Tiere mit angeborener Erlernter Hilflosigkeit gezüchtet (congenitally Learned Helplessness, cLH) und von nicht-hilflosen Tieren unterschieden (congenitally Non Learned Helplessness, cNLH). Tiere mit Erlernter Hilflosigkeit zeigen ein mit dem Menschen vergleichbares depressives Verhalten.
Die Rattenhirne von je 4 cLH- und cNLH-Tieren wurden mit indirekter Immunhistochemie auf ihre C-Fos-Expression untersucht. Dabei wurden die Hirne in 40 μm dicke Scheiben geschnitten und nach Anwendung eines standardisierten Färbeprotokolls 11 Hirnregionen unter Rhodaminfilter mikroskopiert. In einem 200 x 200 μm großen Rahmen wurden die C-Fos-positiven Zellen ausgezählt. Im Vergleich der cLH und cNLH-Hirne ergab sich hierbei eine signifikant geringere C-Fos-Expression der cLH-Tiere in der hippocampalen Regionen CA1 und CA3, dem medialen und centralen Amygdalakern und der Substantia nigra. Kein signifikanter Unterschied fand sich in den hippocampalen Regionen CA2 und dem Gyrus dentatus, dem basolateralen und lateralen Amygdalakern, dem Nucleus accumbens und dem prälimbischen Kortex. Die signifikanten Ergebnisse verweisen auf eine Hypoaktivität bei Depression in bestimmten Hirnregionen. Eine Hypotrophie und Hypoaktivität bestimmter Regionen (z. B. dem Hippocampus) wurde bereits in weiteren Studien beschrieben, während in anderen Regionen (z.B. den Amygdalakernen) eher Hyperaktivität vorbeschrieben wurde. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass in einigen Hirnregionen eine verminderte Aktivität in Zusammenhang mit der depressiven Erkrankung steht.
Long-term nationally representative caries data in the primary dentition are rare, but nonetheless central to assess needs in caries prevention and treatment. This study evaluated the prevalence and trends of caries levels in the primary dentition of 6- to 7-year-olds in Germany as a whole and its federal states individually. In 2016, employing a randomized cluster selection, 6- to 7-year-old first graders were included in the National German Oral Health Survey performed regularly since 1994/95. Children were examined by 482 calibrated dentists in all 17 German regions using the WHO criteria for the decayed, missing, and filled teeth (dmft) including the assessment of initial carious lesions (it). In total, 151,555 6- to 7-year-olds were examined. Caries prevalence in the primary dentition dropped from 65% in 1994 to 44% in 2016, while the mean caries experience dropped from 2.89 to 1.73 dmft (dt = 0.74, mt = 0.19, ft = 0.80). When initial lesions were included, the mean caries experience increased to idmft = 2.12 (it = 0.38). In 2016, 49.7% of the examined 6- to 7-year-olds were caries-free including initial lesions. The Care Index at the tooth level was 57.5%, and the Significant Caries Index was 4.84 dmft. Depending on the German region, the mean dmft varied considerably, ranging from 1.37 to 2.31. In conclusion, despite the overall caries decline in 6- to 7-year-olds in Germany, only minor caries reductions were observed over the last decade, with a still existing high proportion of untreated dental decay. This calls for more effective preventive and restorative efforts with focus on the primary dentition in Germany.
Changes in Interhemispheric Motor Connectivity Across the Lifespan: A Combined TMS and DTI Study
(2019)
Age-related decline in interhemispheric connectivity between motor areas has been reported with both transcranial magnetic stimulation (TMS) and diffusion tensor imaging (DTI) measurements. However, not all studies were able to confirm these findings, and previous studies did not apply structural (DTI) and functional (TMS) measurements within each individual appropriately. Here, we investigated age dependency of the ipsilateral silent period (ISP) and integrity of fibers in the corpus callosum as operationalized by fractional anisotrophy (FA), using TMS and DTI, respectively, in 20 participants between 19 and 72 years of age. We found age-dependent increase for ISP, and decrease of FA, both indicating a decrease in interhemispheric inhibition, with a negative association between FA and ISP for the dominant hemisphere (r = −0.39, p = 0.043). Our findings suggest that aging leads to decline of interhemispheric motor connectivity, as evidenced in both structural and functional parameters, which should be taken into account when interpreting disease- or medication-related changes.
Transportproteine und metabolisierende Enzyme sind wesentliche Bestandteile der intestinalen Absorptionsbarriere und entscheidend für die Aufnahme, Verteilung, Metabolisierung und Exkretion von Nährstoffen, Arzneimitteln oder Xenobiatika. Es gibt Hinweise darauf, dass sowohl deren Expression als auch Funktion im Zusammenhang mit entzündlichen Prozessen beeinträchtigt sind. Um die Auswirkung von Colitis Ulcerosa auf das lokale Expressionsmuster klinisch relevanter intestinaler Transporter und Enzyme abschätzen zu können, wurde in der vorliegenden Arbeit u.a. deren Genexpression, Proteingehalt sowie mögliche krankheitsbezogene Regulationsmechanismen untersucht. Mit Biopsien aus entzündetem und nicht entzündetem Gewebe von 10 Colitis Ulcerosa-Patienten als auch mit gesundem Kolongewebe ohne Entzündungszeichen wurden mittels real-time quantitative PCR mRNA- (9 Enzyme, 15 Transporter, 9 Zytokine) und microRNA- (N = 54) Expressionsanalysen durchgeführt. Der Proteingehalt wurde durch validierte HPLC-MS/MS targeted proteomics Verfahren ermittelt. Die Genexpression folgender Enzyme und Transporter zeigten sich während intestinaler Entzündung signifikant reduziert: CYP2B6, CYP2C9, UGT1A1, UGT1A3, UGT2B7, UGT2B15, ABCB1, ABCG2, SLC16A1 und SLC22A3. Ein signifikanter Anstieg der mRNA-Level im entzündeten Gewebe von Colitis Ulcerosa-Patenten konnte für ABCC1, ABCC4, ORCTL2 und OATP2B1 nachgewiesen werden. Bezogen auf den Proteingehalt ließen sich die auf mRNA Ebene beobachteten Expressionsunterschiede nur für MCT1 bestätigen. Korrelationsanalysen demonstrierten den möglichen Einfluss von Zytokinen und microRNAs auf die Regulation intestinaler Enzym- und Transporterexpression. Insbesondere scheinen TNFα, IL17 A sowie miR-142-3p/5p, miR-146a-5p und miR 223-3p starken Einfluss auf krankheitsbezogene Expressionsmuster zu besitzen. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Colitis Ulcerosa mit komplexen Veränderungen in der intestinalen Expression von metabolisierenden Enzymen, Transportern, Zytokinen und microRNAs einhergeht, welche sowohl Auswirkungen auf die medikamentöse Therapie als auch auf die Pathogenese der Erkrankung selbst haben können.
Charakterisierung der Expression und Funktion metabolischer Enzyme im humanen intestinalen Gewebe
(2019)
Bei der Arzneimittelentwicklung liegt der Fokus nicht nur auf der Wirksamkeit und Sicherheit einer pharmakologisch aktiven Substanz, sondern auch auf einer möglichst einfachen, idealerweise oralen Applikation. Um die benötigten Wirkstoffkonzentrationen im Zielorgan zu erreichen, wird die einzunehmende Dosis eines Medikaments in Abhängigkeit der präsystemischen Elimination ermittelt. Inzwischen ist bekannt, dass nicht ausschließlich der hepatische, sondern auch der intestinale Stoffwechsel die orale Bioverfügbarkeit eines Medikaments wesentlich beeinflussen kann. Arzneistoffe, die während der Darmpassage einer starken Metabolisierung unterliegen, sind zudem prädestiniert für unerwünschte Interaktionen mit anderen Substanzen, welche die entsprechenden Stoffwechselenzyme hemmen oder induzieren. Für die Abschätzung pharmakokinetischer Parameter eines neuen Wirkstoffs sind daher Kenntnisse zur Expression sowie Funktion klinisch relevanter intestinaler Stoffwechselenzyme von Bedeutung.
Bisher publizierte Daten basieren größtenteils auf der Genexpression, obwohl aufgrund posttranskriptionaler Prozesse nicht zwingend Aussagen zur resultierenden Proteinmenge getroffen werden können. Die verfügbaren Daten zum intestinalen Proteingehalt wurden mittels immunologischer Methoden erhoben, die erhebliche Limitationen in Bezug auf Spezifität, Reproduzierbarkeit und Robustheit aufweisen. Diese Aspekte finden bei den inzwischen etablierten LC-MS/MS-basierten Targeted-Proteomics-Methoden Berücksichtigung. Dazu werden die Proteine einer Messprobe enzymatisch gespalten, um entstehende proteospezifische Peptide zur Quantifizierung der Proteine von Interesse zu nutzen.
Ein Ziel der vorliegenden Arbeit bestand in der Entwicklung und Validierung einer entsprechenden Methode zur gleichzeitigen Bestimmung von CYP1A2, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4, CYP3A5, UGT1A1, UGT1A3, UGT2B7 sowie UGT2B15 in biologischen Matrices, welche die aktuell gültigen Leitlinien in Bezug auf Selektivität, Linearität, Richtigkeit, Präzision und Stabilität erfüllt. Bereits bei der ersten Anwendung der Methode zur Quantifizierung der Enzyme in kommerziell erhältlichen und selbst isolierten Mikrosomen zeigte sich, welchen erheblichen Einfluss die Probenvorbereitung auf die ermittelten Proteingehalte hat.
Diese Erkenntnis wurde im Rahmen eines internationalen Projektes bestätigt, bei dem humane Leberproben desselben Ursprungs in diversen Laboren mit den dort etablierten Methoden prozessiert worden sind. Bezogen auf die eingesetzte Gewebemenge ergaben sich bei der Messung der Mikrosomen 6 - 30-fach geringere Enzymgehalte als bei der Analyse des nicht-fraktionierten Gewebes, da die subzelluläre Aufspaltung einer Probe mit erheblichen Proteinverlusten einhergeht. Folglich wurden alle weiteren Untersuchungen zur absoluten Enzymquantifizierung unter Verwendung von filterbasierten Zentrifugaleinheiten (filter aided sample preparation; FASP) mit Gesamtgewebelysatproben durchgeführt. Sowohl die optimierte Probenaufarbeitung als auch die validierte Targeted-Proteomics-Methode fanden bei der Untersuchung der Darmsegmente von 9 Spendern Anwendung, wobei jeweils Gewebe aus dem Duodenum, oberen und unteren Jejunum, Ileum sowie Colon zur Verfügung stand. Von den 13 untersuchten Enzymen wurden in allen Dünndarmabschnitten nur CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP3A4, CYP3A5, UGT1A1, UGT1A3 und UGT2B7 nachgewiesen, deren Gehalt im Jejunum am höchsten war. Im Colon wurde auf Proteinebene keines der Metabolisierungsenzyme detektiert. Die entsprechenden Genexpressionsdaten dieser 8 Enzyme korrelieren signifikant mit den ermittelten Proteinwerten. Korrespondierend zur fehlenden Nachweisbarkeit der übrigen 5 Enzyme auf Proteinebene waren die Gene CYP2B6, CYP2C8, CYP2E1 sowie UGT2B15 nur sehr geringfügig und CYP1A2 gar nicht exprimiert.
Zur Charakterisierung der metabolischen Aktivität der intestinalen Enzyme wurde eine weitere LC-MS/MS-basierte Methode entwickelt und validiert. Als Modellsubstrate fungierten Diclofenac (CYP2C9), Omeprazol (CYP2C19), Dextromethorphan (CYP2D6), Midazolam (CYP3A), Ezetimib (UGT1A) und Naloxon (UGT2B7). Die begrenzte Verfügbarkeit des intestinalen Gewebes sowie dessen sehr geringer mikrosomaler Proteingehalt stellten besondere Anforderungen an die Sensitivität der Methode. Ihre Eignung zur Charakterisierung der intestinalen Metabolisierungsaktivität wurde bei der Anwendung auf ein jejunales Mikrosomen-Gemisch gezeigt.
Die im Rahmen dieser Arbeit generierten Daten zur Expression klinisch bedeutsamer Metabolisierungsenzyme entlang des humanen Darms tragen zu einem besseren Verständnis des intestinalen First-Pass-Metabolismus bei. Diese Kenntnisse können sowohl bei der Entwicklung neuer Arzneistoffe als auch für die Erstellung von Physiologie-basierten pharmakokinetischen Modellen (PBPK-Modellen) nützlich sein, um die orale Bioverfügbarkeit sowie das Interaktionspotential pharmakologisch aktiver Substanzen abzuschätzen.
Das klarzellige Nierenzellkarzinom (ccRCC) ist eine von vielen Krebserkrankungen. Viele Patienten weisen eine Mutation im Von-Hippel-Lindau-Gen (VHL) auf und/ oder zeigen eine Überexpression des Enzyms Nicotinamid-N-Metyltransferase (NNMT).
Es wurden insgesamt fünf etablierte Zelllinien verwendet, die embryonale Nierenzelllinie HEK-293 und vier ccRCC-Zelllinien (Caki-1, Caki-2, 769-P, 786-O), welche sich in ihrer Expression der Proteine NNMT und VHL unterscheiden.
Zudem wurde eine stabile Zelllinie aus den Caki-2 Zellen generiert, die durch ein Doxycyclin induzierbares Tet-On-System NNMT vermehrt exprimiert (C2NNMTs).
Es wurden sowohl molekularbiologische als auch biochemische Methoden zur Analyse angewendet.
Die Zelllinien wurden für Transfektionsstudien zur Überexpression oder zum Knockdown von NNMT genutzt, um die Einflussnahme auf die Enzyme Nikotinamid-phosphoribosyltransferase (NAMPT), Sirtuin 1 (SIRT1), Methioninadenosyltransferase-2 β-Untereinheit (MAT2B) und Aldehydoxidase (AOX1) zu analysieren.
Da SAM (S-Adenosylmethionin) der Methyldonor von NNMT ist, wurde auch der Einfluss der Methioninkonzentration betrachtet. Viele der bisherigen publizierten Versuche wurden bei 100 µM Methionin durchgeführt, was jedoch nicht der humanen Serumkonzentration entspricht, welche bei 20 µM Methionin liegt.
Umfangreiche massenspektrometrische Analysen führten zur Identifizierung weiterer Proteine, welche durch die NNMT-Modulation beeinflusst wurden. Die Identifikation einer Vielzahl veränderter Targets verdeutlichte den Einfluss auf den Energiemetabolismus bis hin zur Apoptose. Es zeigten sich unterschiedliche Regulationen von Glykolyse-, Respirations-, Citratzyklus-, Pentosephosphatweg- und Lipidsyntheseproteinen. Insgesamt ergaben sich individuelle, zellspezifische Regulierungen, welche auf die Sirtuine zurückzuführen sind.
Weiterhin wurden Untersuchungen zur erhöhten Expression von NNMT unter Einfluss von Nikotinamid (NAM) sowie Interleukin-6 (IL-6) durchgeführt. Die Analysen zeigten, dass zwischen der Pseudohypoxie und der Erhöhung der NNMT-Expression ein Zusammenhang besteht, denn IL-6 phosphoryliert ERK (engl. Extracellular-signal Regulated Kinases) und STAT3 (engl. Signal transducer and activator of transcription 3), welche beide benötigt werden, um die Transkription des NNMT-Gens zu beeinflussen und die NNMT-Proteinexpression zu fördern.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sollen dazu dienen, die biochemischen Zusammenhänge einer veränderten Expression von NNMT besser zu verstehen und damit neue diagnostische Ansätze zu ermöglichen.
Das Bovine Virale Diarrhoe Virus (BVDV) gehört zum Genus Pestivirus innerhalb der Familie der Flaviviridae. BVDV verursacht eine gefährliche Durchfallerkrankung bei Rindern,
besonders Kälbern, die Bovine Virusdiarrhoe (Mucosal Disease). BVDV gehört zu den einzelsträngigen RNA-Viren und ist eng verwandt mit dem Erreger der Klassischen Schweinepest sowie der Border Disease der Schafe. Wie andere Pestiviren, ist BVDV ein behülltes Virus, auf dessen Hülle drei Strukturproteine (Erns, E1 und E2) zu finden sind. In dieser Arbeit wurden die Glykoproteine E1 und E2 genauer charakterisiert, um Hinweise auf den Mechanismus der Knospung (Budding) von Pestiviren zu erhalten. Dazu ist die subzelluläre Lokalisation, die Topologie sowie der Retentionsmechanismus für E1 und E2 genauer untersucht worden. Die subzelluläre Lokalisation der Hüllproteine wurde mit Hilfe von Kolokalisationsanalysen mit spezifischen Kompartimentmarkerproteinen bestimmt. Sowohl als Einzelexpression als auch nach Expression als E1-E2-Vorläuferprotein zeigte sich eine Anreicherung der beiden Proteine vorwiegend im ER. Die Lokalisationsanalyse E2s in mit verschiedenen BVDV-Stämmen infizierten Zellen zeigte ein sehr ähnliches Bild wie die Einzelexpression. Die, die intrazelluläre Retention vermittelnden, Regionen wurden zunächst mit CD72-Fusionsproteinen eingegrenzt und zeigten, dass die Transmembrandomänen der Proteine für die Retention entscheidend waren.
Anhand verschiedenster Mutanten, welche Substitutionen, Insertionen und Deletionen im Bereich des C-Terminus von CD72-E1 bzw. E2 (ohne CD72-Fusionspartner) beinhalteten,
konnten einzelne Aminosäuren identifiziert werden, die essentiell für die Retention sind oder diese zumindest beeinflussen. Für E2 konnte das Arginin an Position 355 als wichtig für die Retention bestätigt und weiterführend untersucht werden. Mit Mutationen des Glutamins an Position 370 konnte außerdem der modulierende Effekt des cytoplasmatischen Rests auf die Retention E2s gezeigt werden. Die Retention von E1 ist unabhängig von der Länge der TMD und wird durch mehrere polare Aminosäuren (K174, R177, Q182) beeinflusst. Die Topologieuntersuchungen
für E1 und E2 nach Einzelexpression mit Tag-markierter Proteinvarienten zeigte, dass die reifen Proteine eine einspännige Transmembrandomäne mit dem N-Terminus auf der luminalen und dem C-Terminus auf der cytosolischen Seite des ERs besitzen.
Der hohe Anteil an inadäquat unter der Diagnose Leiomyom des Uterus operierten uterinen Sarkomen ist hauptsächlich der mangelnden Datenlage zu den uterinen Sarkomen und der schwierigen präoperativen Abgrenzung zu den regelhaften Leiomyomen oder dessen Varianten geschuldet. Die mit einer Morcellation eines uterinen Sarkoms einhergehende Prognoseverschlechterung sollte vermieden werden. Die Zielsetzung der vorliegenden Promotion bestand darin, Charakteristika von regelhaften Leiomyomen des Uterus an einem größeren Patientinnenkollektiv anamnestisch, klinisch und paraklinisch zu definieren. Darüber hinaus wurden die zufällig gefundenen Leiomyomvarianten gesondert betrachtet. Weiterhin erfolgte eine Analyse verschiedener Laborparameter, die laut Literatur zur präoperativen Abgrenzung von benignen und malignen Tumoren geeignet sein sollen. Hierfür wurden LDH-Werte, die neutrophilen Granulozyten/Lymphozyten-Ratio (NLR) und die Lymphozyten/Monozyten-Ratio (LMR) bei Patienten mit regelhaften Leiomyomen analysiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden anschließend mit der Promotion von Köller und Riechmann verglichen, die unter ähnlichen Erhebungs- und Auswertungsbedingungen Leiomyomdaten gesammelt haben. Die bereits abgeschlossene Promotion von Dennis und Lehr mit 3786 Patientinnen diente als Basis für die Formulierung der zu erhebenden Variablen. Da diese Arbeit im Rahmen der Promotions- und Forschungsgruppe für genitale Sarkome (PFGS) des Deutschen klinischen Kompetenzzentrums für genitale Sarkome und Mischtumore (DKSM) entstanden ist, wurden zum einen die hier gewonnen Daten dem DKSM zur weiteren Auswertung zur Verfügung gestellt, zum anderen wurden die innerhalb der PFGS erhobenen Leiomyosarkom- Daten wiederum mit den eigenen Leiomyomdaten verglichen. Zweck der Leiomyom- Charakterisierung war es also, mögliche Determinanten der präoperativen Differenzierung zwischen Leiomyomen und uterinen Sarkomen zu definieren.
Zunächst wurden im Rahmen dieser Arbeit von Mai 2011 bis November 2014 alle Patientinnen mit der Operationsdiagnose uterines Leiomyom und der Operationsmethode suprazervicale laparoskopische Hysterektomie, die in der gynäkologischen, ambulant operativen Einrichtung GynVelen operiert wurden, retrospektiv ausgewertet. Als die PFGS begann, die oben genannten Laborwerte bei Leiomyomen und uterinen Sarkomen zu analysieren, wurden je 50 Datensätze im Zeitraum von Februar bis November 2016 (GynVelen) und von Januar bis April 2016 (GynMünster) prospektiv ausgewertet. Insgesamt konnten 199 regelhafte Leiomyome, 96 zellreiche Leiomyome, 4 mitotisch aktive Leiomyome, 2 Lipoleiomyome, 1 Leiomyom mit bizarren Kernen und 1 glattmuskulärer Tumor mit unsicherem malignen Potential (STUMP) erfasst werden.
Signifikante Unterschiede zwischen den regelhaften Leiomyomen und dessen Varianten konnten nicht festgestellt werden. So waren die Patientinnen mit regelhaften Leiomyomen (n=199) im Mittel 44,9 Jahre alt und zeigten eine mittlere Tumorgröße von 4,53 cm, während diese Werte bei den zellreichen Leiomyomen bei 44,56 Jahre und 4,84cm lagen. Die regelhaften Leiomyome waren in 46,22 % der Fälle ein solitärer Tumor, während die zellreichen Leiomyome mit 53,12 % mehrfach als solitärer Tumor vorlagen. Die solitären, zellreichen Leiomyome waren mit im Mittel 1 cm signifikant (p=0,023) größer als die multiplen, zellreichen Leiomyome. Die regelhaften, solitären Leiomyome waren ebenfalls größer als die multiplen (4,99 cm zu 4,19 cm), hier konnte ebenso eine Signifikanz festgestellt werden (p=0,007).
Die Entität des zellreichen Leiomyoms trat in dem dieser Arbeit zugrunde liegendem Patientinnenkollektiv deutlich häufiger auf als in den vergleichbaren Gruppen anderer Promotionsarbeiten der PFGS. Dieses Ergebnis wurde dem zuständigen pathologischen Institut mitgeteilt sowie mögliche Ursachen anschließend erörtert.
Über den Referenzwert erhöhte LDH-Werte, eine erhöhte NLR sowie eine erniedrigte LMR kamen auch bei Leiomyomen vor. Der LDH-Wert lag bei den regelhaften Leiomyomen im Mittel bei 208,77 U/l. Es konnte eine signifikante, positive Korrelation zwischen dem LDH- Wert und der Tumorgröße bzw. dem Alter bei Operation festgestellt werden. Weiter unterschied sich der LDH-Wert bei einer Tumorgröße von < 5 cm und ≥ 5 cm mit einem p=0,03 signifikant. Bei den zellreichen Leiomyomen war der LDH-Wert mit im Mittel 203,22 U/l sogar etwas niedriger als bei den regelhaften Leiomyomen. Eine Signifikanz bestand jedoch weder im Vergleich mit den regelhaften Leiomyomen noch in Bezug des LDH-Werts auf die Tumorgröße bzw. das Alter.
Die NLR lag bei den regelhaften Leiomyomen im Mittel bei 2,2. 50 % der Leiomyome zeigten eine NLR von >2,05, 25 % eine NLR > 2,61 und 5 % > 4,56. Bei den zellreichen Leiomyomen lag die NLR im Mittel bei 2,3. Hier zeigten 50 % eine NLR von > 2,2, 25 % eine NLR von > 2,55 und 5 % eine NLR von > 4,56. Bei beiden Entitäten bestand eine positive Korrelation zwischen der NLR und der Tumorgröße (regelhafte Leiomyome, Korrelationskoeffizient: 0,292, p=0,022; zellreiche Leiomyome, Korrelationskoeffizient: 0,35, p=0,03), bei den zellreichen Leiomyomen konnte darüber hinaus ein hoch signifikanter Unterschied in der NLR bei Tumoren < 5 cm und ≥ 5 cm mit einem p=0,009 festgestellt werden.
Die LMR lag bei den regelhaften Leiomyomen im Mittel bei 4,8 und bei den zellreichen Leiomyomen bei 4,69. Es wurden jeweils negative Korrelationskoeffizienten bei dem Bezug von der LMR auf das Alter bei Operation bzw. der Tumorgröße festgestellt, diese waren jedoch nicht signifikant. Allein die LMR bei Patientinnen mit einem regelhaften Leiomyom unterschied sich signifikant zwischen Patientinnen mit einem Alter von < 35 Jahren und ≥ 35 Jahren (p=0,043).
In der Auswertung der Leiomyomdaten der vorliegenden Promotion und den Daten von Köller und Riechmann konnte ein signifikanter Unterschied (p<0,001) zwischen den Leiomyomen (Krichbaum, n=199; Köller und Riechmann, n=470) und den Leiomyosarkomen der PFGS des DKSM (n=271) bei den Variablen Alter, Tumorgröße, Solitärtumor, Zusatzblutung, Postmenopausestatus, schnelles Tumorwachstum und auffällige Sonographie festgestellt werden.
Diese Variablen scheinen also zur präoperativen Unterscheidung zwischen Leiomyomen und Leiomyosarkomen geeignet zu sein.
Im Ergebnis dieser und der Arbeit von Köller und Riechmann konnte vom DKSM in Zusammenarbeit mit dem Institut für Bioinformatik der Universitätsmedizin Greifswald ein zur Publikation eingereichter LMS-Risiko-Score entwickelt werden, der zur Entscheidung über eine geeignete Operationsmethode bei vermuteten LM verwendet werden kann.
Ein weiteres wesentliches Ergebnis dieser Arbeit ergibt sich aus den erhobenen Werten der neutrophilen Granulozyten/Lymphozyten-Ratio (NLR) und der Lymphozyten/Monozyten- Ratio (LMR). Die NLR lag bei den regelhaften Leiomyomen im Mittel bei 2,2, nur ca. 5 % wiesen eine NLR von ≥ 4,5 auf. Der in der Literatur diskutierte NLR-Grenzwert von ≥ 2,1 bzw. ≥ 2,12 wurde also regelhaft überschritten. Eine NLR von ≥ 4,5 wird somit als neuer Grenzwert zur Überprüfung vorgeschlagen. Die LMR lag bei den regelhaften Leiomyomen im Mittel bei 4,8, allerdings unterschritten immerhin noch 14,75% der ermittelten Werte den in der Literatur diskutierten Grenzwert von < 2,85. Da weniger als 5 % der regelhaften LM eine LMR von <2,3 aufwiesen, wird dieser Wert als neuer Grenzwert zur Überprüfung empfohlen.
The aim of the present dissertation was to investigate the biological and chemical potential of two European mushroom species: Fomitopsis betulina and Calvatia gigantea. For this purpose, different extracts of both fungi were tested for: antimicrobial, antifungal, cytotoxic, in vitro wound healing, and anti-adhesive properties. Bioassay-guided fractionation led to the isolation of bioactive compounds, altogether 20 compounds were isolated and identified. The compounds were obtained from the ethyl acetate extracts, they included triterpenes, sterols and aromatic compounds. The separated substances from both fungi were proved for biological activities, some of them showed antimicrobial and cytotoxic activities.
Due to a variety of plasma sources in terms of type of discharge, energy yield, working gas or geometric factors, it is recommended to standardize the study protocol by choosing a plasma source and easy access to rugged tumor surfaces as demonstrated by the CAP-plasma-jet. The intention of the trial shall be to optimize the plasma jet for tumor site capability and operating room implementation.
It makes sense to start clinical trials in plasma medicine with the treatment of head and neck squamous cell carcinoma patients of infected wounds and ulcerations.
CAP is able to reduce contamination of cancer ulcerations and the typical fetid odor that often accompanies head and neck cancer patients. The intention of the trial shall be to evaluate the efficiency of decontamination in head and neck cancer ulcerations in terms of pathogenic species, amount of reduction and reliability.
Standardize study protocol:
Phase I, clinical explorative single-arm, randomized, open, multicenter
Primary objective
Reduction of microbial burden of cancer ulcerations by application of CAP
Secondary objective:
Reduction of tumor following local CAP application
Inclusion:
20 Patients suffering from locally advanced oral cavity carcinoma with open tumor surfaces, treated with palliative intention and no more curative treatment options
Exclusion:
No wish for treatment, no compliance and understanding the protocol of the clinical study
Efficacy:
reduction of microbial burden; Documentation of visible changes by photography; Pathohistological and biochemical examination of specimen, taken from the tumor area and control areas
Procedure:
Plasma is applied for 1 minute per cm², spot area of 3 mm diameter distance between nozzle and tumor surface of 14 mm. 3 times/week with a break of 1 week followed by a repeated cycle for another week.
Conclusion:
The most important intention of the trial from the clinician’s point of view shall be to make CAP-treatment an effective and well-accepted addition to standard cancer therapy based upon EBM at least in palliative medicine.
Staphylococcus aureus has acquired resistance to antibiotics since their first use. The S. aureus protein NorA, an efflux pump belonging to the major facilitator superfamily (MFS), contributes to resistance to fluoroquinolones (e.g., ciprofloxacin), biocides, dyes, quaternary ammonium compounds, and antiseptics. Different compounds have been identified as potential efflux pump inhibitors (EPIs) of NorA that result in increased intracellular concentration of antibiotics, restoring their antibacterial activity and cell susceptibility. However, none of the currently known EPIs have been approved for clinical use, probably due to their toxicity profiles. In the present study, we screened approved drugs for possible efflux pump inhibition. By screening a compound library of approximately 1200 different drugs, we identified nilotinib, a tyrosine kinase inhibitor, as showing the best efflux pump inhibitory activity, with a fractional inhibitory concentration index of 0.1875, indicating synergism with ciprofloxacin, and a minimum effective concentration as low as 0.195 μM. Moreover, at 0.39 μM, nilotinib, in combination with 8 μg/mL of ciprofloxacin, led to a significant reduction in biofilm formation and preformed mature biofilms. This is the first description of an approved drug that can be used as an efflux pump inhibitor and to reduce biofilms formation at clinically achievable concentrations.
Determining the effect of a changing climate on tree growth will ultimately depend on our understanding of wood formation processes and how they can be affected by environmental conditions. In this context, monitoring intra-annual radial growth with high temporal resolution through point dendrometers has often been used. Another widespread approach is the microcoring method to follow xylem and phloem formation at the cellular level. Although both register the same biological process (secondary growth), given the limitations of each method, each delivers specific insights that can be combined to obtain a better picture of the process as a whole. To explore the potential of visualizing combined dendrometer and histological monitoring data and scrutinize intra-annual growth data on both dimensions (dendrometer → continuous; microcoring → discrete), we developed DevX (Dendrometer vs. Xylogenesis), a visualization application using the “Shiny” package in the R programming language. The interactive visualization allows the display of dendrometer curves and the overlay of commonly used growth model fits (Gompertz and Weibull) as well as the calculation of wood phenology estimates based on these fits (growth onset, growth cessation, and duration). Furthermore, the growth curves have interactive points to show the corresponding histological section, where the amount and development stage of the tissues at that particular time point can be observed. This allows to see the agreement of dendrometer derived phenology and the development status at the cellular level, and by this help disentangle shrinkage and swelling due to water uptake from actual radial growth. We present a case study with monitoring data for Acer pseudoplatanus L., Fagus sylvatica L., and Quercus robur L. trees growing in a mixed stand in northeastern Germany. The presented application is an example of the innovative and easy to access use of programming languages as basis for data visualization, and can be further used as a learning tool in the topic of wood formation and its ecology. Combining continuous dendrometer data with the discrete information from histological-sections provides a tool to identify active periods of wood formation from dendrometer series (calibrate) and explore monitoring datasets.
GPR68 (OGR1) belongs to the proton-sensing G protein-coupled receptors that are involved
in cellular adaptations to pH changes during tumour development. Although expression of GPR68
has been described in many tumour cell lines, little is known about its presence in human tumour
entities. We characterised the novel rabbit monoclonal anti-human GPR68 antibody 16H23L16
using various cell lines and tissue specimens. The antibody was then applied to a large series of
formalin-fixed, paraffin-embedded normal and neoplastic human tissue samples. Antibody specificity
was demonstrated in a Western blot analysis of GPR68-expressing cells using specific siRNAs.
Immunocytochemical experiments revealed pH-dependent changes in subcellular localisation of the
receptor and internalisation after stimulation with lorazepam. In normal tissue, GPR68 was present in
glucagon-producing islet cells, neuroendocrine cells of the intestinal tract, gastric glands, granulocytes,
macrophages, muscle layers of arteries and arterioles, and capillaries. GPR68 was also expressed
in neuroendocrine tumours, where it may be a positive prognostic factor, in pheochromocytomas,
cervical adenocarcinomas, and endometrial cancer, as well as in paragangliomas, medullary thyroid
carcinomas, gastrointestinal stromal tumours, and pancreatic adenocarcinomas. Often, tumour
capillaries were also strongly GPR68-positive. The novel antibody 16H23L16 will be a valuable tool for
basic research and for identifying GPR68-expressing tumours during histopathological examinations.
The aim of the present study was to construct a biological age score reflecting one’s physiologic capability and aging condition with respect to tooth loss over 10 y. From the follow-up to the population-based Study of Health in Pomerania (i.e., SHIP-2), 2,049 participants were studied for their baseline biomarker measures 10 y before (i.e., in SHIP-0). Metabolic and periodontal data were regressed onto chronological age to construct a score designated as “biological age.” For either sex separately, the impact of this individualized score was used to predict tooth loss in the follow-up cohort in comparison with each participant’s chronological age. Outcome data after 10 y with respect to tooth loss, periodontitis, obesity, and inflammation were shown to be better for biologically younger subjects than as expected by their chronological age, whereas for the older subjects, data were worse. Especially for tooth loss, a striking increase was observed in subjects whose biological age at baseline appeared to be higher than their chronological age. Biological age produced significantly better tooth loss predictions than chronological age (P < 0.001). Areas under receiver operating characteristic curves for tooth loss of ≥3 teeth in men during follow-up were 0.811 and 0.745 for biological and chronological age, respectively. For women, these figures were 0.788 and 0.724. For total tooth loss, areas under the curve were 0.890 and 0.749 in men and 0.872 and 0.752 in women. Biological age combines various measures into a single score and allows identifying individuals at increased risk of tooth loss.
The purpose of this study was to compare the effect of culture on consumers’ attitudes toward Cause-Related marketing between Iran and Germany by answering the following questions:
A: What is consumer’s response concerning (1) skepticism toward CRM claim (2) attitude toward the CRM strategy, (3) attitude toward CRM brand personality, (4) attitude toward the CRM brand image and (5) CRM purchase intention (6) Warm glow? ; B: Do consumers respond differently to Cause-Related Marketing in Iran in comparison to Germany? C: Can cultural characteristics of the countries explain these differences? To answer the research questions, hypotheses were developed based on the literature which shape the research framework, in total containing 17 hypotheses. The data was gathered by questionnaire to make the research quantitative. By using convenience sampling, 564 responses were generated. The data was analysed by Structural Equation Modeling (SEM) and independent student t-test. Potential differences between Iran and Germany as well as moderation analysis are tested by critical ratio difference test as well as chi-square difference test using multiple- group analysis in AMOS. The results showed the importance of culture in applying CRM strategy. It can be said that CRM in a collectivistic culture like Iran can be successful as well as individualistic country like Germany. Although Iranian consumers were less familiar with this strategy, the benefits of CRM were similar in case of brand image and higher for purchase intention. The research found that emotions play a stronger role in Iran and it is more critical to evoke proper emotions by CRM campaign.
A successful colonization of different compartments of the human host requires multifactorial contacts between bacterial surface proteins and host factors. Extracellular matrix proteins and matricellular proteins such as thrombospondin-1 play a pivotal role as adhesive substrates to ensure a strong interaction with pathobionts like the Gram-positive Streptococcus pneumoniae and Staphylococcus aureus. The human glycoprotein thrombospondin-1 is a component of the extracellular matrix and is highly abundant in the bloodstream during bacteremia. Human platelets secrete thrombospondin-1, which is then acquired by invading pathogens to facilitate colonization and immune evasion. Gram-positive bacteria express a broad spectrum of surface-exposed proteins, some of which also recognize thrombospondin-1. This review highlights the importance of thrombospondin-1 as an adhesion substrate to facilitate colonization, and we summarize the variety of thrombospondin-1-binding proteins of S. pneumoniae and S. aureus.
Type I interferonopathies cover a phenotypically heterogeneous group of rare genetic diseases including the recently described proteasome-associated autoinflammatory syndromes (PRAAS). By definition, PRAAS are caused by inherited and/or de novo loss-of-function mutations in genes encoding proteasome subunits such as PSMB8, PSMB9, PSMB7, PSMA3, or proteasome assembly factors including POMP and PSMG2, respectively. Disruption of any of these subunits results in perturbed intracellular protein homeostasis including accumulation of ubiquitinated proteins which is accompanied by a type I interferon (IFN) signature. The observation that, similarly to pathogens, proteasome dysfunctions are potent type I IFN inducers is quite unexpected and, up to now, the underlying molecular mechanisms of this process remain largely unknown. One promising candidate for triggering type I IFN under sterile conditions is the unfolded protein response (UPR) which is typically initiated in response to an accumulation of unfolded and/or misfolded proteins in the endoplasmic reticulum (ER) (also referred to as ER stress). The recent observation that the UPR is engaged in subjects carrying POMP mutations strongly suggests its possible implication in the cause-and- effect relationship between proteasome impairment and interferonopathy onset. The purpose of this present review is therefore to discuss the possible role of the UPR in the pathogenesis of PRAAS. We will particularly focus on pathways initiated by the four ER-membrane proteins ATF6, PERK, IRE1-a, and TCF11/Nrf1 which undergo activation under proteasome inhibition. An overview of the current understanding of the mechanisms and potential cross-talk between the UPR and inflammatory signaling casacades is provided to convey a more integrated picture of the pathophysiology of PRAAS and shed light on potential biomarkers and therapeutic targets.
Type I interferonopathies cover a phenotypically heterogeneous group of rare genetic diseases including the recently described proteasome-associated autoinflammatory syndromes (PRAAS). By definition, PRAAS are caused by inherited and/or de novo loss-of-function mutations in genes encoding proteasome subunits such as PSMB8, PSMB9, PSMB7, PSMA3, or proteasome assembly factors including POMP and PSMG2, respectively. Disruption of any of these subunits results in perturbed intracellular protein homeostasis including accumulation of ubiquitinated proteins which is accompanied by a type I interferon (IFN) signature. The observation that, similarly to pathogens, proteasome dysfunctions are potent type I IFN inducers is quite unexpected and, up to now, the underlying molecular mechanisms of this process remain largely unknown. One promising candidate for triggering type I IFN under sterile conditions is the unfolded protein response (UPR) which is typically initiated in response to an accumulation of unfolded and/or misfolded proteins in the endoplasmic reticulum (ER) (also referred to as ER stress). The recent observation that the UPR is engaged in subjects carrying POMP mutations strongly suggests its possible implication in the cause-and-effect relationship between proteasome impairment and interferonopathy onset. The purpose of this present review is therefore to discuss the possible role of the UPR in the pathogenesis of PRAAS. We will particularly focus on pathways initiated by the four ER-membrane proteins ATF6, PERK, IRE1-α, and TCF11/Nrf1 which undergo activation under proteasome inhibition. An overview of the current understanding of the mechanisms and potential cross-talk between the UPR and inflammatory signaling casacades is provided to convey a more integrated picture of the pathophysiology of PRAAS and shed light on potential biomarkers and therapeutic targets.
For decades, evolutionary biologists have sought to understand the evolution of individual behaviour, physiology and ecology allowing organisms to cope to environmental change. One of the main challenges of current climate change is the unprecedent rate of temperature increase, as well as the increased occurence of extreme heat events. Interindividual response variability opens a whole new area of opportunities to understand how individual phenotypic traits are linked to individual response differences. In colour polymorphic species, colour honestly reflects an individual’s life-history strategy, and each morph may, therefore, represent an alternative life-history strategy. As such, colour polymorphic species, such as the Gouldian finch (Erythrura gouldiae), may be good models to assess how different strategies between morphs are linked to their espective responses to environmental variations. However, polymorphic species have mainly been disregarded for that purpose. In this context, the main aim of this thesis was to understand how the two morphs of the Gouldian finch respond through phenotypic plasticity to simulated heatwaves reaching thermocritical temperatures, and whether such differential responses may help to identify a ‘winner’ and a ‘loser’ morph in the light of climate change. To address these issues, we used an integrative approach including measurements of behavioural (Study 1), physiological (Study 2), and reproductive (Study 3) parameters. The novelty of our approach was to assess the immediate behavioural and physiological response variation of individuals of the two morphs longitudinally across different thermal conditions, as well as the postponed effects of this thermocritical heatwave exposure on their reproductive performance. In this study, although the behavioural responses generally did not differ between morphs or according to temperature intensity, the physiological and reproductive parameters differed in response to morph and temperature intensity. Blackheaded females, in particular, seem highly sensitive to thermocritical heatwaves, as they exhibited decreased body mass and increased oxidative damage during the thermocritical heatwaves, and advanced breeding initiation after these conditions, whereas these variables remained mostly unaffected in black-headed males and red-headed individuals. However, despite some response differences between morphs, both invested similarly in reproduction following intense heatwaves, and the offspring of both morphs were similarly affected. Based on these results, no morph therefore seems to appear more disadvantaged than the other following an intense heatwave, and red- and black-headed Gouldian finches may both be considered as climate stress ‘losers’.
Extracts from the leaves and flowers of Crataegus spp. (i.e., hawthorn species) have been traditionally used with documented preclinical and clinical activities in cardiovascular medicine. Based on reported positive effects on heart muscle after ischemic injury and the overall cardioprotective profile, the present study addressed potential contributions of Crataegus extracts to cardiopoietic differentiation from stem cells. The quantified Crataegus extract WS®1442 stimulated cardiomyogenesis from murine and human embryonic stem cells (ESCs). Mechanistically, this effect was found to be induced by promoting differentiation of cardiovascular progenitor cell populations but not by proliferation. Bioassay-guided fractionation, phytochemical and analytical profiling suggested high-molecular weight ingredients as the active principle with at least part of the activity due to oligomeric procyanidines (OPCs) with a degree of polymerization between 3 and 6 (DP3–6). Transcriptome profiling in mESCs suggested two main, plausible mechanisms: These were early, stress-associated cellular events along with the modulation of distinct developmental pathways, including the upregulation of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and retinoic acid as well as the inhibition of transforming growth factor β/bone morphogenetic protein (TGFβ/BMP) and fibroblast growth factor (FGF) signaling. In addition, WS®1442 stimulated angiogenesis ex vivo in Sca-1+ progenitor cells from adult mice hearts. These in vitro data provide evidence for a differentiation promoting activity of WS®1442 on distinct cardiovascular stem/progenitor cells that could be valuable for therapeutic heart regeneration after myocardial infarction. However, the in vivo relevance of this new pharmacological activity of Crataegus spp. remains to be investigated and active ingredients from bioactive fractions will have to be further characterized.
Die vorliegende qualitativ-hermeneutische Dissertation untersucht auf der Basis von 20 Interviews die Motivation von Patientinnen der Plastischen Alterschirurgie, die einen größeren Eingriff (Facelift) anvisieren oder bereits haben vornehmen lassen. Sie kommt zu dem Ergebnis, dass das bisher gängige Prozedere die psychologischen Risiken und Nebenwirkungen einer solchen Operation vernachlässigt. Nach Sichtung der bewussten Beweggründe der Patientinnen und des sozialen Kontextes ihrer Entscheidung für eine OP beleuchtet die Arbeit komplexe Fragen des persönlichen Selbst- und Weltbilds, der Emotionalität und neurotischer Fixierungen. Das häufige Vorliegen von maladaptivem Coping, narzisstischem Selbstwertmanagement, niedriger sozioemotionaler Kompetenz, fehlender Sinnressourcen, wie auch der Neigung zum Selbstbetrug wirft ein problematisches Licht auf die Indikation. Unter Abwägung der Chancen und Risiken einer OP aus psychotherapeutischer Sicht erscheint es zweifelhaft, ob ein verjüngender Eingriff die Probleme der Patientinnen beheben kann, ob er unter ungünstigen Umständen nicht sogar mehr schadet als nützt. Dieses grundsätzliche psychologische Dilemma könnte berücksichtigt und minimiert werden durch ein verbindliches psychologisches Beratungs- und Aufklärungsgespräch im Vorfeld der Operation. So schließt die Arbeit mit dem Vorschlag eines kombinierten chirurgisch-psychologischen Vorgehens zur ganzheitlich konzipierten Therapie der Altersängste der Patientinnen, eine Neuerung, die sowohl im Dienst der Patienten wie auch im Dienst des behandelnden Chirurgen stünde.
Deciphering the influence of Streptococcus pneumoniae global regulators on fitness and virulence
(2019)
Streptococcus pneumoniae (S. pneumoniae; the pneumococcus) is a Gram-positive, aerotolerant, and opportunistic bacteria, which colonizes the upper respiratory tract of human. S. pneumoniae can further migrate to other sterile parts of the body, and causes local as well as fatal infections like, pneumonia, septicaemia and meningitis. Due to incomplete amino acid pathways, pneumococci are auxotrophic for eight different amino acids including glutamine and arginine. The pneumococcus has adapted to the various host environmental conditions and a number of systems are dedicated for the transport and utilization of nutrients such as monosaccharides, amino acids and oligopeptides.
In this study the amino acid metabolism was characterised by 15N-isotopologue profiling in two different pneumococcal strains, D39 and TIGR4. Efficient uptake of a labelled amino acids mixture of 15N-labelled amino acids showed that S. pneumoniae has a preference for the amino acids transport instead of a de novo biosynthesis. It is known that glutamine (Gln) serves as main nitrogen source for S. pneumoniae. The 15N-labelled Gln used in this study demonstrated an efficient 15N-enrichment of Glu, Ala, Pro and Thr. Minor enrichment was seen for the amino acids Asp, Ile, Leu, Phe, Tyr, and Val. Remarkably, labelled Gly and Ser could be determined in strain TIGR4, whereas for strain D39 these two labelled amino acids were not detected. This confirms earlier studies with 13C-labelled glucose, which showed the biosynthesis of Ser out of Gly. Strain TIGR4 was able to grow in chemically-defined medium depleted of Gly confirming that Gly can be synthesized out of serine by the action of the enzyme serine hydroxymethyltransferase (SHMT).
The transcriptional regulator GlnR controls the Gln and Glu metabolism in S. pneumoniae. Hence, the impact of the repressor GlnR on amino acids metabolism was also studied. An increased 15N-enrichment was determined for Ala and Glu in both used pneumococcal strains, while an increased level of Pro was only measured in the isogenic glnR-mutant of non-encapsulated D39.
Arginine can also serve as nitrogen source in strain TIGR4. The arginine deiminase system metabolizes Arg into ornithine, carbamoyl phosphate and CO2 by the generation of 1 ATP and 2 mol NH3. Because of the truncation of the arcA gene strain D39 lacks arginine deiminase activity and has thus no functional ADS system. When 15N-Arg was added for growth, only in strain TIGR4, thirteen (13) labelled amino acids were detected with the highest enrichment for Ala, Glu and Thr. Genes coding for the enzymes of the arginine metabolism and for arginine uptake are regulated by the activator ArgR2 in strain TIGR4. Inactivation of ArgR2 was not accompanied by an enrichment of labelled amino acids, when the argR2-mutant was grown with 15N-labelled Arg indicative of the important role of ArgR2.
The bicistronic operon arcDT encoding the arginine/ornithine transporter ArcD and a putative peptidase ArcT belong to the peptidase family M20. The in silico comparison of structures revealed a significant homology of ArcT to PepV of L. delbrueckii and to Sapep of S. aureus known as carboxypeptidase. ArcT was heterologously expressed in E. coli and purified under reducing conditions. An enzymatic reaction was established and several dipeptides like Ala-Arg, Arg-Ala, and Ala-Asp were used as substrates. In addition, the dependency on divalent cations was analysed. Cleavage of the dipeptide Ala-Arg was detected in the presence of Mn2+ as cofactor under reducing conditions. Reduced peptidase activity was observed when Zn2+ was added. No cleavage of the tripeptide Ala-Ala-Arg could be shown indicating that ArcT acts as dipeptidase with the preference to the Arg residue at the C-terminal end.
Bacterial meningitis caused by S. pneumoniae was studied in an in vivo proteomic analysis. In a mouse meningitis model S. pneumoniae was isolated from the cerebrospinal fluid (CSF) by a filter extraction step. The MS analysis identified AliB and ComDE only from CSF isolated pneumococci indicating that these proteins are expressed under infection conditions. Mice infected with D39 wild-type and isogenic aliB, comDE and aliB-comDE double knockout mutants showed significantly less number of pleocytosis in the CSF and lower bacterial load in the blood compared to the wild-type. The results indicate that AliB and ComDE play an important role during meningitis.
Phenotypic characterization was carried out to identify differences between the wild-type and the aliB-, comDE- and aliB-comDE double mutants. Oxidative stress conditions were induced by the application of hydrogen peroxide or paraquat during growth in a chemically-defined medium similar to the CSF. No alteration in growth and survival of these mutants compared to the wild-type was observed suggesting that oxygen radicals play not an important role during the progression of meningitis. In addition, no differences of AliB expression was detected in the ComDE deficient D39. No impact of aliB and comDE-mutation on the expression of different virulence factors like pneumolysin or proteins involved in capsular biosynthesis was detected.
In vitro proteome analysis was performed to compare the wild-type to the AliB, and ComDE deficient D39 in the early and mid logarithmic growth phase. More than 70 % of theoretically expressed proteins were identified. In the aliB-mutant 33 proteins were differentally expressed in the early growth phase and 50 proteins differed during mid log growth. For the comDE mutant 24 and 11 proteins differed in expression in these two growth phases. Interestingly, high level of AliA expression was identified in all samples. The aliB-mutant had a decreased abundance of the proteins resembling an oligopeptide ABC transporter (AmiA, AmiC, AmiD, AmiE). In addition, another ABC transporter for iron transport encoded by spd_1607 to spd_ 1610 was higher expressed in the aliB-mutant. In the ComDE deficient mutant lower abundance of the Ami transporter sytem was identified. An increased abundance of proteins involved in the pyrimidine metabolism (PyrF, PyrE, PyrDb, PyrB and PyrR) was recognized only in the early growth phase of the comDE-mutant. These analyses demonstrate the marginal changes in protein synthesis during growth of S. pneumoniae. These studies demonstrated the adaptation of the proteome of S. pneumoniae to different growth conditions and the impact of regulatory proteins on the availability of carbon and nitrogen sources.
Matrix-product-state based methods, in particular the density-matrix renormalization group, are used to numerically investigate several one-dimensional systems, focusing on models with symmetry-protected topological phases that generalize the spin-1 Haldane chain. In the first part, ground state properties such as topological order parameters and the criticality at quantum phase transitions are studied.
The second part deals with dynamic properties of spin chains. Using time-dependent matrix-product-state calculations, the dynamic structure factor, and the transport properties of contacted spin chains are analyzed.
Eine Thrombose ist eine Gefäßerkrankung, bei der eine lokalisierte, intravasale Blutgerinnung zur Bildung eines Thrombus in einem Gefäß führt. Die Aktivierung der
Blutgerinnungskaskade und damit der Gerinnungsfaktoren führt zu einer Bildung sowie Quervernetzung von Fibrin und so zur Entstehung eines Thrombus. Dieser wird
physiologisch über die Fibrinolyse abgebaut. Die Serinprotease PAI-1 inhibiert diese und wirkt somit prothrombotisch. Jüngste Studien haben gezeigt, dass S1P als Schlüsselmolekül des Immunsystems und des Metabolismus auch das Gerinnungssystem beeinflusst und in einer wechselseitigen Beziehung mit dem Gerinnungsfaktor Thrombin und seinen PARs steht. Die S1P-Konzentration im Körper korreliert dabei eng mit dem BMI. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Wirkung des Signallipids S1P auf die PAI-1-Expression von Fettzellen und damit die Stellung der Adipozyten bei S1P-vermittelten thrombotischen Ereignissen in vitro. Weiterhin wurde
erstmalig die Wechselwirkung von Thrombin und S1P bei der Produktion von PAI-1 in Fettzellen untersucht. Hierfür wurden 3T3-L1-Fibroblasten in Adipozyten differenziert
und mit S1P stimuliert. Es zeigte sich eine konzentrationsabhängige Steigerung der PAI-1-mRNA. Diese Ergebnisse wurden ebenfalls von anderen Arbeitsgruppen
bestätigt. Der S1P-Effekt ließ sich auch mittels Western Blot-Analyse auf Proteinebene darstellen. Dabei zeigte sich eine starke Steigerung der PAI-1-Expression und
Sekretion von 3T3-L1-Zellen. S1PR-2- und S1PR3-Inhibitoren senkten den S1Pvermittelten Anstieg, sodass S1P über eine S1PR-2- und, bisher in der Literatur noch
nicht beschrieben, auch über eine S1PR-3-Aktivierung einen prothrombotischen Einfluss ausübt. Weiterhin konnte nach Stimulation mit S1P erstmalig eine Expressionssteigerung von PAR-1 und damit eine Wechselwirkung zwischen dem Signalweg von Thrombin und S1P in Adipozyten beobachtet werden. Es wurde die
Hypothese aufgestellt, dass Thrombin über den PAR-1 die Aktivität der Enzyme des S1P-Metabolismus steigert und so über eine endogene S1P-Produktion zu einer zusätzlichen Steigerung von PAI-1 führt. Diese konnte bisher noch nicht bestätigt werden, da lediglich eine geringe, jedoch nicht signifikante Steigerung von PAI-1 nach Thrombin-Stimulation beobachtet werden konnte. Somit ist das Fettgewebe ein wichtiges Bindeglied zwischen dem inflammatorischen Lipid S1P sowie dem Enzym PAI-1 und damit als Gewebe ein bisher stark unterschätzter Einflussfaktor bei der Entstehung und Aufrechterhaltung thrombotischer Ereignisse.
Die lungenprotektive Beatmung reduziert die Mortalität bei Patienten mit Acute Respiratory Distress Syndrom (ARDS). Um den beatmungsinduzierten Lungenschaden (Ventilator Induced Lung Injury (VILI)) zu minimieren, werden Tidalvolumina limitiert, hohe Plateaudrücke vermieden und ein positiv endexspiratorischer Druck entsprechend der Leitlinien angewandt. Doch der Einfluss spezifischer Beatmungsschemata auf den VILI ist nicht genau definiert.
Die Erhöhung der Inspirationszeit und somit des Verhältnisses zwischen Inspiration und Exspiration kann die Oxygenierung zwar verbessern, erhöht jedoch auch die Zeit der Einwirkung von Stress und Strain auf die Lunge. Die Hypothese dieser Arbeit ist, dass die Erhöhung der Inspirationszeit und damit des Verhältnisses von Inspiration zu Exspiration (I:E) sich besonders im ARDS schädlich auf die Lunge auswirkt und VILI weiter verstärkt.
VILI wurde im murinen Experimentalmodell durch Beatmung mit hohen Tidalvolumina (HVT: 34ml/kg) induziert. Die Beatmung mit niedrigen Tidalvolumina (LVT 9ml/kg) wurde als Kontrolle benutzt. In allen Gruppen erfolgte die Beatmung mit 50 % Sauerstoffkonzentration in der Einatemluft (FiO2) und einem PEEP von 2 cmH2O. HVT- und LVT-Mäuse wurden mit einer I:E-Ratio von 1:2 oder 1:1 für eine Gesamtdauer von 4 Stunden oder bis zum einem alternativen Endpunkt, definiert durch einen Blutdruckabfall unter 40mmHg, beatmet. Eine dynamische Hyperinflammation bedingt durch ein erhöhtes I:E-Verhältnis wurde in einer separaten Gruppe ausgeschlossen. Ausgewertet wurden das Überleben bei Beatmung über 4 Stunden, die Lungencompliance, Oxygenierung, sowie nach Versuchsende die pulmonale Permeabilität, die Konzentrationen gängiger Mediatoren der pulmonalen und der systemischen Inflammation (Leukozytendifferenzierung in Lunge und Blut; Messung von IL-6, IL1-ß, KC, MCP-1 in BAL und Blut) und histopathologische Veränderungen des Lungengewebes.
In den Kontrollgruppen mit protektiver Beatmung (LVT 1:2 und LVT 1:1) wurden keine VILI typischen Veränderungen festgestellt und alle Tiere überlebten die Beatmungsdauer. Die HVT 1:2-Gruppe zeigte im Vergleich eine verringerte Lungen-Compliance, eine vermehrte Expression von entzündungstypischen Zytokinen und Einwanderung von neutrophilen Granulozyten, sowie deutliche histologische Zeichen des Lungenschadens. Auch hier überlebten alle Tiere die Beatmung von 4 Stunden. Die Tiere der HVT 1:1-Gruppe zeigten eine signifikant schlechtere Oxygenierung, Lungen-Compliance und eine vermehrte Expression proinflammatorischer Zytokine, sowie eine erhöhte Anzahl neutrophiler Granulozyten in Blut und Lunge. In der HVT 1:1-Gruppe kam es zu einer signifikant höheren Mortalität aufgrund der mechanischen Beatmung.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Erhöhung der Inspirationszeit und damit das I:E-Verhältnis den mit der maschinellen Beatmung assoziierten Lungenschaden bei Mäusen signifikant verschlimmert. Daraus lässt sich ableiten, dass das Produkt aus Stress/Strain und Inspirationszeit ein entscheidender Faktor in der Pathogenese des VILI im ARDS ist und somit so gering wie möglich gehalten werden sollte. Dementsprechend sollte jeder Anlass bei der Beatmung eines Patienten, die Inspirationszeit zu erhöhen, kritisch hinterfragt werden.
Nach einer endothelialen Schädigung verliert die Intima sowohl ihre schützende Funktion gegenüber den biomechanischen Kräften des Blutflusses, als auch ihre regulierende Wirkung auf die angrenzenden Gefäßstrukturen. Aus einem gestörten Heilungsprozess resultieren pathologische Veränderungen mit teils schwerwiegenden Folgen für den Patienten, wie die In-Stent-Restenose nach einer perkutanen transluminalen Koronarangioplastie (PTCA) mit Stent-Implantation. Es sind vor allem die flussexponierten glatten Gefäßmuskelzellen, die durch ihre Fähigkeit des Phänotypwechsels nach Denudierung an der Pathogenese maßgeblich beteiligt sind. Dieser Phänotypwechsel wird unter anderem durch reaktive Sauerstoffspezies (ROS) vermittelt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der muskulären scherstressabhängigen ROS-Produktion und deren Beeinflussung durch den G-Protein gekoppelten APJ-Rezeptor mitsamt seinem Liganden, dem Apelin.
Mit Hilfe zweier Perfusionssysteme konnten koronare arterielle glatte Muskelzellen (HCASMC) genau definierten Flussbedingungen, einem mit niedrigen physiologischen und einem mit erhöhten pathologischen Scherstress, ausgesetzt werden. In der anschließenden molekularbiologischen Aufarbeitung zeigt sich ein rascher Anstieg der muskulären ROS-Konzentration unter einem für die Muskelzellen pathologischem Scherstress. Die vermehrte ROS-Produktion ist auf die NADPH Oxidasen (NOX) zurückzuführen, insbesondere die Isoform NOX4. Darüber hinaus führt pathologisch erhöhter Scherstress zu einer temporär verstärkten muskulären Expression des APJ-Rezeptors. Im Vergleich zu Apelin-13 (ROS-Anstieg) führt die Rezeptorstimulation mittels Apelin-17 zu einer Hemmung der ROS-Produktion. Somit weist diese Arbeit erstmals einen unterschiedlichen Effekt der einzelnen Apelin-Isoformen auf glatte Muskelzellen nach, ähnlich der verschiedenen Reaktionen von Endothelzellen hinsichtlich der Produktion von Stickoxiden.
Das Apelin-/APJ-System besitzt demnach einen regulatorischen Effekt auf den oxidativen Zustand der HCASMC und folglich einen potentiell günstigen Einfluss auf die vaskuläre Heilung nach einer endothelialen Verletzung. Inwiefern Apelin-17 als vasoprotektiver Faktor in der Akutphase nach PTCA eingesetzt werden kann und welchen Einfluss das Apelin/APJ-System auf die Restenoserate besitzt, muss in weiteren Versuchen überprüft werden.
Hintergrund: Das Pankreaskarzinom ist ein maligner Tumor, der durch ein invasives Wachstum und ein ausgeprägtes Metastasierungsverhalten charakterisiert ist. Hinzu kommen in den meisten Fällen die verzögerte Diagnosestellung durch die späte klinische Manifestation und die daraus resultierende hohe Mortalität. Durch die sich weiterentwickelnde Forschung konnte gezeigt werden, dass das Tumormikromilieu einen entscheidenden Einfluss auf die Wachstumseigenschaften des Pankreaskarzinoms hat. Insbesondere die Angiogenese, die durch die zahlreichen Wachstumsfaktoren, aber auch durch die von den Betaadrenorezeptoren ausgelöste Signalkaskade beeinflusst wird, trat in den Vordergrund der Forschung. Die Mikrogefäßdichte ist ein Maß für die Ausprägung der Angiogenese und wird teils durch VEGF, aber auch durch Betaadrenorezeptoren beeinflusst. In einigen Studien konnte gezeigt werden, dass chronischer Stress die Konzentration von VEGF erhöht und damit einen positiven Einfluss auf die Angiogenese und das Tumorwachstum hat. Auch die Aktivierung der Betaadrenorezeptoren durch die Stresshormone Adrenalin und Noradrenalin führt zu einer vermehrten Angiogenese, Migration und Proliferation der Karzinomzellen.
Ziele: Es sollte zunächst eine Methode gefunden und etabliert werden, mit der unter standardisierten Bedingungen die Mikrogefäßdichte, als Maß für die Angiogenese, in vivo am murinen orthotopen syngenen Pankreaskarzinom gemessen werden konnte. Nach Etablierung der Methode sollte untersucht werden, inwieweit chronischer Stress das Tumorwachstum (in dieser Arbeit beispielhaft bestehend aus der Mikrogefäßdichte und dem Tumorvolumen) positiv beeinflusst.
Methoden: Es erfolgte eine orthotope syngene Implantation von Pankreaskarzinomzellen der murinen Zelllinie 6606-PDA in den Pankreaskopf von immunkompetenten C57BL/6N Mäusen. Ein Stressmodell zur Applikation von chronisch akustischem Stress und Engestress wurde eingesetzt. Zur Messung der Mikrogefäßdichte (MVD - microvessel density) am murinen orthotopen syngenen Pankreaskarzinom konnte ein in vivo Modell entwickelt werden. Hierzu wurde die Intravitalmikroskopie am lebenden Versuchstier mit einem nach extrakorporal gelagerten Pankreas mit Karzinom verwendet. Des Weiteren wurde das Tumorvolumen mit einem Kleintier-MRT und der Vermessung der sogenannten Interessenregionen (ROIs („Region of Interest“)), sowie mit Hilfe einer elektronischen Schieblehre bestimmt.
Ergebnisse: Unter dem Einfluss von chronischem Stress nahmen in der vierwöchigen Versuchsgruppe sowohl die MVD als auch das Tumorvolumen signifikant zu. Es zeigte sich eine Zunahme der MVD von 152,4±24,83cm-1 in der Kontrollgruppe auf 186,1±11,27cm-1 in der Stressgruppe (p=0,03). Das Tumorvolumen vergrößerte sich von 140,3±25,53mm³ in der Kontrollgruppe auf 207,0±57,0mm³ in der Stressgruppe (p=0,03).
In der sechswöchigen Versuchsgruppe zeigte sich ein Anstieg der MVD von 211,8±38,17cm-1 in der Kontrollgruppe unter chronischen Stressbedingungen auf 228,1±18,04cm-1 in der Stressgruppe (p=0,42). Das Tumorvolumen vergrößerte sich von 285,0±51,6mm³ in der Kontrollgruppe auf 336,6±60,17mm³ unter chronischen Stressbedingungen in der Stressgruppe (p=0,31). Beide Unterschiede waren jedoch nicht signifikant.
Thesen: Anhand dieser Daten ist der positive Einfluss chronischen Stresses auf die Angiogenese, in dieser Arbeit gemessen in Form der Mikrogefäßdichte, und somit auch auf das Tumorwachstum, gemessen als Tumorvolumen, höchstwahrscheinlich anzunehmen.
In der Vergangenheit konnte bereits gezeigt werden, dass die Versuchstiere unter Stressbedingungen nicht nur größere Pankreaskarzinome ausbildeten, sondern sich auch die Konzentration von VEGF deutlich erhöhte. Insgesamt sind weitere Untersuchungen notwendig, um das Interaktionspotential von Stresshormonen mit anderen Wachstumsfaktoren, Signalkaskaden und zellulären Komponenten näher zu verstehen. Dieses Verständnis könnte dann in weiteren Forschungsschritten dazu dienen, das Wachstumsverhalten des Pankreaskarzinoms gezielt zu beeinflussen oder gar im bestmöglichen Fall zu stoppen. Diese Therapieansätze könnten dann, bei deutlich geringerem Nebenwirkungspotential, einen Vorteil für das Patientenüberleben haben.
Ausblick: Die Intravitalmikroskopie ist eine gute Methode zur in vivo Untersuchung von Geweben und Gefäßen. Das Versuchstier kann unter kontrollierten Bedingungen überwacht werden, so dass eine standardisierte Untersuchung möglich ist. Mit speziellen Kontrastmitteln und Filtern ist das Tumormikromilieu am lebenden Versuchstier gut untersuchbar. Auch in Zukunft eröffnet die Intravitalmikroskopie hervorragende Möglichkeiten zur in vivo Betrachtung und Beurteilung der Angiogenese swoie der Zell-Zell-Interaktionen, um das Verständnis des Tumormikro- und -makromilieus zu vergrößern.
Vielfältig lässt sich die Bedeutung von Vorstrafen zeigen; jenseits ihrer gesellschaftlichen Wirkungen beschäftigen sie Straf-, Arbeits- und Zivilgerichte. Dieser Beitrag untersucht, welche Implikationen die Registrierung einer Verurteilung hat. Dabei soll aus strafrechtlicher wie auch aus grundrechtlicher Perspektive belegt werden, dass der Staat als Autor der Verurteilung alle ihre Folgen bedenken und bestimmten Konsequenzen gegebenenfalls entgegenwirken muss. Zur Einstimmung sollen fünf Fallskizzen Schlaglichter auf den Problemkreis werfen:
Determination of the Pathological Features of NPC1 Variants in a Cellular Complementation Test
(2019)
Niemann-Pick Type C (NP-C) is a rare disorder of lipid metabolism caused by mutations
within the NPC1 and NPC2 genes. NP-C is a neurovisceral disease leading to a heterogeneous,
multisystemic spectrum of symptoms in those affected. Until now, there is no investigative tool to
demonstrate the significance of single variants within the NPC genes. Hence, the aim of the study
was to establish a test that allows for an objective assessment of the pathological potential of NPC1
gene variants. Chinese hamster ovary cells defective in the NPC1 gene accumulate cholesterol in
lysosomal storage organelles. The cells were transfected with NPC1-GFP plasmid vectors carrying
distinct sequence variants. Filipin staining was used to test for complementation of the phenotype.
The known variant p.Ile1061Thr showed a significantly impaired cholesterol clearance after 12 and
24 h compared to the wild type. Among the investigated variants, p.Ser954Leu and p.Glu1273Lys
showed decelerated cholesterol clearance as well. The remaining variants p.Gln60His, p.Val494Met,
and p.Ile787Val showed a cholesterol clearance indistinguishable from wild type. Further, p.Ile1061Thr
acquired an enhanced clearance ability upon 25-hydroxycholesterol treatment. We conclude that the
variants that caused an abnormal clearance phenotype are highly likely to be of clinical relevance.
Moreover, we present a system that can be utilized to screen for new drugs.
Oils and fats from natural origin are sustainable sources for a broad range of economically relevant products in food, feed, fuel, oleochemical, and cosmetic industries. Thereby, a huge variety of lipids or lipid-derived products exist which distinguish themselves by their unique physical properties making them suitable for their individual applications. To obtain such functional lipids in an environmentally friendly manner, enzymes can be employed. In that context, lipases have been proven to be valuable biocatalysts in lipid modification, which are broadly applied in industry. Even though they have been implemented successfully in the dairy, baking, and detergent industries, there is an increasing demand for the expansion of their utilization. New technologies like protein engineering and the implementation of process development are employed in solving this task. Within the enzymes in lipid modification, lipases are the most applied catalysts and in this thesis their utilization was expanded successfully to the implementation of novel separation processes and the production of improved drug delivery matrices.
From a biopharmaceutical point of view, poor oral bioavailability of a drug is one of the greatest challenges for formulation scientists. The majority of new chemical entities (NCEs) are weakly basic drugs. Consequently, these drugs exhibit pH-dependent solubility, being higher under acidic conditions in the fasted stomach and lower under neutral conditions in the small intestine, the main site of drug absorption. For theses compounds, pH-dependent precipitation testing represents a key parameter during early development stages. In this development phase, the amount of drug available is limited, and fast and detailed investigations of simulated drug solubility are desired. Therefore, an automated small-scale in vitro transfer model, simulating drug transfer from a donor (stomach; simulated gastric fluid, SGF pH 2.0) to an acceptor (small intestine; fasted state simulated intestinal fluid, FaSSIF-phosphate pH 6.5) compartment, has been developed. In contrast to the originally published transfer model, this model allowed a detailed investigation of drug supersaturation and precipitation in a small-scale, feasible for pre-formulation purposes, through miniaturization and automation in an in-line analytical set-up. In-line drug concentration analysis in turbid samples, due to pH-dependent drug precipitation, was achieved by a pre-filtration step, the use of flow-through cuvettes and the application of UV derivative spectroscopy. Compared to the common procedure of manual sampling followed by HPLC-UV analysis for concentration determination, the supersaturation and precipitation of the model drug ketoconazole was more accurately captured by the newly developed in-line analytical set-up. In addition, the newly developed small-scale model was compared to a USP II-based transfer model, representing an established scale of the transfer model. Using a physiologically relevant simulated gastric emptying rate of 5 min half-time, supersaturation and precipitation of the model drugs ketoconazole and a new chemical entity from the research laboratories of Merck Healthcare KGaA, MSC-A, were observed to be highly comparable. Following miniaturization and automation, the developed small-scale model was used to establish eight physiologically relevant test-sets. These test-sets were used to assess the impact of gastrointestinal (GI) variability, i.e. gastric pH, gastric emptying, and GI fluid volumes, on supersaturation and precipitation of two weakly basic model compounds, ketoconazole and MSC-A. The experiments revealed that variations in all GI parameters investigated affected the in vitro supersaturation and precipitation of ketoconazole. For example, faster gastric emptying yielded higher supersaturation and faster precipitation of ketoconazole. In contrast, MSC-A supersaturation and precipitation was only affected by variability in gastric pH. Consequently, the effect of varying GI parameters was found to be drug-specific. Elevated gastric pH, as it can result from co-medication with acid-reducing drugs, resulted in lower degrees of supersaturation for both substances. For ketoconazole, this result is in agreement with the observation that the oral bioavailability of ketoconazole is lowered when proton pump inhibitors are co-administered. In addition to the physiological considerations, the small-scale model developed herein was used to establish an in vitro screening assay for precipitation inhibitors (PIs). The use of PIs represents one option of reducing the process of pH-dependent drug precipitation during simulated GI transfer. For this purpose, ketoconazole and five orally administered kinase inhibitors (i.e. pazopanib, gefitinib, lapatinib, vemurafenib, and MSC-A) were analyzed with and without the polymeric PIs HPMC, HPMCAS, PVPK17 and K30, PEG6000, and Soluplus® in the small-scale transfer model. This screening revealed that at least one effective PI could be identified for each model drug. Moreover, HPMCAS and Soluplus® were the most effective PIs. Another outcome of these studies was that gefitinib expressed highly variable amorphous precipitation which was confirmed by powder X-ray diffraction (PXRD). During the transfer model experiments, the intermediate amorphous and supersaturated state of gefitinib was stabilized using HPMCAS and Soluplus®. After the polymer investigations, the impact of the buffer species in the simulated intestinal medium on drug supersaturation and precipitation was assessed. Since luminal fluids are mainly buffered by hydrogen carbonate ions, a USP II-based transfer model equipped with the pHysio-grad® device was proposed. This allowed the use of a complex bicarbonate buffer for the preparation of FaSSIF-bicarbonate in an in vitro transfer model. Results of transfer model experiments using standard phosphate-based FaSSIF and a more physiologically relevant bicarbonate-based FaSSIF were compared. Therefore, ketoconazole, pazopanib, and lapatinib were analyzed with and without the precipitation inhibitor HPMCAS. While HPMCAS was found to be an effective precipitation inhibitor for all drugs in FaSSIF-phosphate, the effect in FaSSIF-bicarbonate was much less pronounced. Additionally, performed rat PK studies revealed that HPMCAS did not increase the exposure of any of the model compounds significantly, indicating that the transfer model employing bicarbonate-buffered FaSSIF was more predictive compared to the model using phosphate-buffered FaSSIF. The in vitro and in vivo results of these studies demonstrated that the supersaturation precipitation of poorly soluble weakly basic drugs can be significantly affected by GI variability. Furthermore, the use of the automated small-scale transfer model enabled the identification of effective precipitation inhibitors for the model drugs involved in these studies. At the same time the buffer species has been observed to be especially important to reliably predict the in vivo solubility/dissolution behavior of HPMCAS and the weakly basic model drugs.
Die Folgen von Osteoporose und Adipositas stellen große gesundheitspolitische und sozioökonomische Herausforderungen dar. Seit vielen Jahren wird untersucht, inwieweit Fettgewebe auf den Knochen einen protektiven oder schädlichen Einfluss ausübt. Dabei kamen verschiedene Studien, zum Großteil Querschnittsstudien, zu gegensätzlichen Ergebnissen.
In der vorliegenden Studie wurde der Zusammenhang zwischen BMI, Taillenumfang, VAT oder abdominellem SAT und der Knochensteifigkeit sowie dem osteoporotischen Frakturrisiko in der erwachsenen Allgemeinbevölkerung im Nordosten Deutschlands untersucht.
Dabei konnte ein positiver Zusammenhang zwischen BMI, Taillenumfang, VAT oder abdominellem SAT und der BUA und dem Steifigkeitsindex hergestellt werden. Der BMI war darüber hinaus positiv mit der BUA assoziiert. Außerdem wurde gezeigt, dass die Chance für ein mittleres oder hohes Frakturrisiko mit steigendem BMI, Taillenumfang und abdominellem Fettvolumen abnimmt. Diese Ergebnisse stützen im Wesentlichen das lange beschriebene Paradigma eines protektiven Einflusses des Fettgewebes auf den Knochenstatus und stärken darüber hinaus die Bedeutung der klinisch leicht verfügbaren Parameter BMI und Taillenumfang bei der Einschätzung des osteoporotischen Frakturrisikos.
Allerdings erlaubt die Durchführung dieser Studie als Querschnittstudie keine Rückschlüsse auf Kausalitäten hinsichtlich der möglicherweise komplexen Interaktionen zwischen Fett- und Knochengewebe. Daher sind in Zukunft weitere Längsschnittstudien an einer repräsentativen Studienpopulation unter Verwendung standardisierter Messmethoden nötig, um die Zusammenhänge und Interaktionen dieser beiden Gewebe besser zu verstehen.
Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen dazu dienen, das Tragen eines Maulkorbs bei Diensthunden als möglichen Stressor zu analysieren und das Verhalten von Passanten auf Maulkorb tragende Hunde weiter zu erforschen.
123 Diensthunde wurden dafür in drei verschiedenen Situationen (Ablage (N=103), Stadtspaziergang (N=51) und Schutzdienst (N=35)) untersucht. Hierzu wurden das Ausdrucksverhalten und die Cortisolwerte videografiert und gemessen. Die Situatio-nen wurden jeweils einmal ohne und einmal mit Maulkorb durchgeführt, um gegebenenfalls eine Veränderung im Verhalten oder in den Cortisolwerten der Hunde durch den Maulkorb zu erkennen. Die Cortisolproben wurden vor der Situation im oder am Auto von den Diensthunden von den jeweiligen Hundeführern entnommen. 10-15 Minuten nach der Situation wurde die zweite Speichelprobe entnommen. Die Speichel-Cortisolwerte vorher und nachher dienten dem Vergleich und der Beurteilung, ob der Maulkorb einen Einfluss auf die Cortisolwerte hatte. Ausgewertet wurden die Proben mit Hilfe eines Enzymimmunoassays in Wien.
Während des Stadtspaziergangs wurde das Verhalten der Passanten auf die Hunde videografiert und ausgewertet. Auch hierbei wurde der Vergleich im Verhalten der Menschen auf die Diensthunde „ohne Maulkorb“ (N=1010) und „mit Maulkorb“ (N=1011) angestellt.
Die Fragestellungen dieser Arbeit waren:
• Zeigt der Diensthund in drei unterschiedlichen Übungssituationen durch das Tragen des Maulkorbes andere Verhaltensweisen als ohne Maulkorb?
• Steigt der Pegel des Stresshormons Cortisol beim Diensthund durch das Tragen des Maulkorbes in drei unterschiedlichen Übungssituationen im Vergleich zu den gleichen Situationen ohne Maulkorb an?
• Sind die Reaktionen von Passanten auf einen maulkorbtragenden Hund anders, als auf einen Hund ohne Maulkorb?
In dieser Studie konnte in keiner der drei Situationen ein Anstieg der Cortisolwerte bei den Hunden durch das Tragen des Maulkorbes festgestellt werden. Bei den Ver-haltensbeobachtungen konnten hingegen Unterschiede erkannt werden. Die Ohr- und Rutenhaltung wurden während des Stadtspaziergangs mit Maulkorb häufiger in einer defensiveren und submissiveren Stimmungslage getragen. Zusätzlich wurde ohne Maulkorb mehr gewedelt und geschnüffelt.
Der Einsatz des Maulkorbes bei der Polizei erzeugt nach dieser Studie bei Dienst-hunden keinen zusätzlichen Stress und stellt vielfach ein unersetzliches Hilfsmittel dar. Auch bei der Verwendung im Privathundebereich ist der Maulkorb deshalb mit hoher Wahrscheinlichkeit ein gutes Hilfsmittel, das der Hund, bei guter Gewöhnung und für einen begrenzten Zeitraum, ohne gesundheitliche Bedenken tragen kann.
Das Verhalten der Passanten auf die Hunde unterschied sich nur in dem Verhalten „keine Reaktion“. Auf Hunde ohne Maulkorb wurde häufiger nicht reagiert. Ein Anzeichen für erhöhte Furcht oder Wachsamkeit bei einem potentiell gefährlichen Hund mit Maulkorb, wie es in der Studie von Racca & Baudoin (2009) festgestellt wurde, konnte nicht beobachtet werden.
Der Vergleich von den in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnissen mit anderen Studien, ist fast nur in dem Bereich der Stressforschung beim Hund möglich. Arbeiten über die Auswirkungen des Maulkorbes auf das Verhalten von Hunden oder Passanten sind bisher kaum durchgeführt worden. Diese Arbeit bietet in diesem Bereich einen bisher einzigartigen Ansatz und konnte darüber hinaus mit einer großen Anzahl von Hunden durchgeführt werden.
Die vorgelegte Studie wurde auch im Hinblick auf Tierschutzaspekte durchgeführt und diskutiert. Es ist zu berücksichtigen, dass für die hier getesteten Situationen nur ein kurzes Tragen des Maulkorbes vom Hund notwendig war. Die Vielfältigkeit der unterschiedlichen Ausbildungsmethoden in den Polizeidienststellen und auch die vielfältigen Persönlichkeiten von Hunden und Hundeführern machen die Arbeit so anwendungsrelevant. Gerade auch die unterschiedliche Gewöhnung und Gewöhnungszeit an den Maulkorb, spiegelt die Realität im Umgang mit diesem Hilfsmittel wider und bietet, durch die große Zahl an teilgenommenen Hunden, trotzdem aussagekräftige Ergebnisse.
In einer parallel durchgeführten Studie von I. Spitzley werden das Verhalten und die Cortisolwerte von Haushunden während eines 45 minütigen Freilaufs, jeweils Hunde mit und ohne Maulkorb, ausgewertet und analysiert.
Das Endothel ist eine multifunktionale Struktur, die sich an die lokalen Strömungseigenschaften anpassen muss. Dieser komplexe Prozess führt zu verschiedenen Veränderungen der Gestalt und Funktion von Endothelzellen. Neben zahlreichen anderen Strukturen konnte auch von G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR) gezeigt werden, dass sie in diesen Prozess involviert sind. Es konnte bereits nachgewiesen werden, dass der G-Protein-gekoppelte Apelin-Rezeptor (APJ) in seiner Expression von endothelialem Scherstress reguliert wird und es wurde postuliert, dass der APJ im Konzept der endothelialen Mechanotransduktion eine Rolle spielt. Dieses Konzept beschreibt die Übersetzung von endothelialem Scherstress in intrazelluläre biochemische Signale. Die vorliegende Arbeit versucht, die bisherigen Erkenntnisse durch die weitere Beleuchtung der APJ-Funktionen in humanen umbilikalen venösen Endothelzelle (HUVEC) zu ergänzen. Es konnte gezeigt werden, dass der APJ in konfluenten Endothelzell-Monolayern in vitro auf der junktionalen Membran lokalisiert ist und mit dem wichtigen endothelialen Mechanotransducer Platelet endothelial cell adhesion molecule-1 (PECAM-1) ko-assoziiert zu sein scheint. Weiterhin zeigen APJ-defiziente im Vergleich zu Wildtyp-APJ HUVEC geringere Elastizitätsmodule auf, was Hinweise auf veränderte biomechanische Eigenschaften gibt. Die short-interfering RNA (siRNA)-vermittelte „Stummschaltung“ des APJ beeinflusst weiterhin die Zytoskelettstruktur, Anheftung und Reorganisation von Zelladhäsionskomplexen. Zusammenfassend verdeutlicht die vorliegende Arbeit, dass die APJ-Expression sowohl die biomechanischen als auch die morphologischen Eigenschaften von Endothelzellen in Anpassung an die lokalen Flussbedingungen zu beeinflussen scheint.
Arne Bünger leistet mit den Ergebnissen seiner Untersuchungen der Innovations- und Adaptionsfähigkeit, der Nachhaltigkeitsorientierung sowie der Identifizierung von verschiedenen Akteurstypen in der Schweine- und Geflügelproduktion einerseits und der Algen- und Insektenproduktion andererseits einen Beitrag zum besseren Verständnis von sozio-technischen Transformationen und stärkt den bislang unterrepräsentierten Raum- und Akteursbezug in der Transformationsforschung. Dies und eine Analyse von Innovationspotenzialen und Nachhaltigkeitsorientierung im tri-nationalen Vergleich tragen zur Schließung von aktuellen Forschungslücken bei.
Die kraniomandibuläre Dysfunktion ist eine häufige Erkrankung die mit Beschwerden im Kiefergelenk und Kaumuskelbereich einhergehen. Zur Behandlung werden Aufbissschienen eingesetzt. Ziel der vorliegenden Arbeit war zu untersuchen, wie sich eine dreimonatige Therapie mit einer Unterkieferaufbissschiene vom DIR-Typ bei CMD Patienten auswirkt. Dreizehn Patienten mit kraniomandibulärer Dysfunktion und moderater Schmerzausprägung wurden zu Beginn der Therapie, nach zwei Wochen und zum Ende der Therapie (12 Wochen) mittels funktioneller Magnetresonanztomographie bei okklusalen Bewegungen mit und ohne eingesetzte DIR-Schiene untersucht. Zusätzlich wurden an den Messzeitpunkten jeweils eine kinematographische Messung des Kiefergelenks, sowie ein Elektromyogramm der Kiefergelenksmuskulatur durchgeführt. Über den kompletten Therapiezeitraum wurde die Schmerzausprägung von den Patienten in einem Schmerztagebuch (VAS Skala 0-100) dokumentiert.
Obwohl die Schmerzintensität nach der Therapie um fast 60% abnahm, konnten keine signifikanten Veränderungen bei den kinematographischen und elektromyographischen Daten festgestellt werden. Im Verlauf der Therapie wurde eine Abnahme der fMRT Aktivität im primären und sekundären somatomotorischen Kortex, sowie im Inselkortex beobachtet. Zudem korreliert eine fMRT Aktivitätsabnahme in der linken anterioren Insel und im zerebellaren Kortex mit einer Abnahme der Schmerzintensität während der Therapie. Des Weiteren wurde bei der Eingliederung der DIR-Schiene eine Ökonomisierung im primären motorischen Kortex und in der rechten anterioren Insel festgestellt.
Nach Berücksichtigung der Limitationen kann man aus dieser Studie schlussfolgern, dass es durch die DIR-Schienentherapie nicht nur zu einer Reduktion der Schmerzen kommt, sondern auch neuronale Prozesse stattfinden die sowohl diskriminative als auch affektive Areale der Schmerzverarbeitung beeinflussen und sich auf der Krankheitsverlauf positiv auswirken können.
Mit dem Gesetz zur Verbesserung der Rechte von Patientinnen und Patienten vom 20. Februar 2013 trat ein neues Gesetz in Kraft, das in die Arzt-Patient-Beziehung hineinwirkt: Damit sollen Patienten besser aufgeklärt und stärker in die Therapiefindung und Behandlung involviert werden. Es geht um Qualitätssicherung und bessere Behandlungsergebnisse durch Transparenz und mehr Dokumentation.
Die Intention des Gesetzgebers wird in diesem Meinungsbild aus Ärzte- und Zahnärzteschaft aus Praxis und Klinik gewürdigt, aber die Bewertung lässt sich mit der Schulnote Ausreichend bis Mangelhaft zusammenfassen, und die Kritik am Gesetzestext ist ausgeprägt und vielfältig.
Die Mehrheit der befragten Zahnmediziner in dieser Untersuchung empfindet das Gesetz nicht als besonders hilfreich. Es bewirkt zeitlichen und finanziellen Mehraufwand, Verunsicherungen und vermehrte Sorge vor gerichtlichen Auseinandersetzungen auf Seiten der Zahnmediziner, Vertrauensverlusten auf Seiten der Patienten.
Das Meinungsbild in der zahnärztlichen Praxis unterscheidet sich nicht grundsätzlich von den Auffassungen, die Ärztinnen und Ärzte z.B. in klinischer Tätigkeit in der Umfrage geäußert haben.
Ein besonderer Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit liegt auf der differenzierten Betrachtung der unterschiedlichen Generationen von Medizinern und Zahnmedizinern, wie sie bei ihrer Arbeit im Gesundheitswesen zusammenwirken: Wirtschaftswundergeneration, Babyboomer-Generation, Generation-X und Generation- Y. Es entsteht der Eindruck, dass die Rezipierung des Gesetzes mit Blick auf die Arzt- Patienten- Beziehung bei niedergelassenen Zahnärztinnen in der Babyboomer- Generation am besten ausfällt. Insgesamt lautet das Urteil bei allen Generationen wohl gleich: Das Gesetz ist mit der Schulnote 4-5 versetzungsgefährdet und sollte überarbeitet werden. Vorschläge dazu liegen von Ärzte- und Juristenorganisationen, von Patienten- und Verbraucherverbänden auf dem Tisch.
Abschließend stellt sich die Frage, der hier vorgelegten Meinungserhebung eine aktuelle Erhebung folgen zu lassen. Es darf die Hypothese aufgestellt werden, dass das Patientenrechtegesetz inzwischen im Versorgungsalltag der Zahnarztpraxis angekommen ist und dass sich die Aufregung gelegt hat.
In der vorliegenden Arbeit wurden Referenzintervalle für das enzymatische Kreatinin und die davon abgeleitete geschätzte glomeruläre Filtrationsrate bzw. geschätzte CrCl basierend auf vier verschiedenen Gleichungen ermittelt. Die große und gut charakterisierte gesunde Referenzstichprobe wurde nach Ausschluss von fehlenden Kreatinin-Werten, stark erhöhten BMI-Werten und bekannten Krankheiten, welche die Nierenfunktion nachweislich beeinträchtigen aus der Inter99-Studie (Dänemark) generiert. Die Referenzstichprobe beinhaltet insgesamt 5926 Probanden (Männer 2956 (49,88 %) und Frauen 2970 (50,12 %). Für Frauen wurden Referenzintervalle von 0,53-1,10 mg/dl (47-97 μmol/l) und für Männer von 0,66-1,21 mg/dl (58-106 μmol/l) für das enzymatische Kreatinin ermittelt. In der untersuchten Referenzstichprobe, die ein Altersspektrum von 30 bis 60 Jahren umfasst, konnte keine Altersabhängigkeit für das enzymatisch ermittelte Kreatinin festgestellt werden.
Im Gegensatz zum Kreatinin zeigten die Ergebnisse der eGFR und der geschätzten CrCl eine Altersabhängigkeit, da das Alter für alle untersuchten Formeln eine einzugebende Variable darstellt. Der physiologische Abfall der glomerulären Filtrationsrate, dargestellt durch Clearance- Untersuchungen mittels Inulin, scheint am besten von der CKD-EPI Gleichung an der klinisch wichtigen unteren Referenzgrenze (<60 ml/min/1,73 m²) in der untersuchten Referenzstichprobe erfasst zu sein. Weiterhin ergab sich für die CKD-EPI Gleichung eine 2,5 % Perzentile für Männer von etwa 70 ml/min/1,73 m², die damit etwas über dem empfohlenen Cut-Off von 60 ml/min/1,73 m² liegt. In der Gruppe der Männer entspricht der Cut-Off von 60 ml/min/1,73 m² der 1,0 % Perzentile und birgt damit das Risiko, Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion nicht rechtzeitig zu detektieren. Eine weitere Verbesserung der Gleichung zur Eliminierung von Geschlechtsunterschieden könnte hier Abhilfe schaffen, wenn der einheitliche und traditionell verwendete Cut-Off von 60 ml/min/1,73m² beibehalten werden soll. Anderenfalls könnte die Etablierung von geschlechtsspezifischen Cut-Offs Abhilfe schaffen. Es werden visuelle Daten präsentiert, die das heterogene Ergebnis der eGFR-Gleichungen verdeutlichen und helfen können, die Eigenschaften der untersuchten Formeln den Anwendern bewusst zu machen.
Es wurden die Lokalisation des (P)RR/ATP6ap2 in PC12 Tumorzellen neuronalen Ursprungs, kardialen und renalen Zellen und Geweben sowie die funktionellen Folgen nach Downregulation oder Überexpression (paradoxe Downregulation) des Rezeptors untersucht. Er weist sowohl eine ER-spezifische, Membran-assoziierte als auch eine Lokalisation in der löslichen Fraktion auf.
Als akzessorische Untereinheit der vakuolären H+ ATPase beeinflusst der Rezeptor ihre Integrität und Aktivität. Die Vielzahl differenter Daten zwischen den mit einem V ATPase-Inhibitor behandelten und den (P)RR/ATP6ap2-downregulierten PC12 Zellen verdeutlicht, dass die Funktion des (P)RR/ATP6ap2 insbesondere im Metabolismus über eine bloße Regulation der V ATPase-Aktivität hinausgeht und möglicherweise durch die Integration des (P)RR/ATP6ap2 im Wnt-Pathway bestimmt wird.
Die Macht der Interpretation
(2019)
Abstract
The article treats the problem of interpretation in its respect to reality by example of Umberto Eco’s moderate ‚realistic‘ position and his criticism of Friedrich Nietzsche, the “father” of postmodernism. Here the strongest arguments on both sides are evaluated: Eco’s “negative realism” pointing out the impossibility of some interpretations and Nietzsche’s thinking out the absolute absence of a privileged position proceeding from which it would be possible to unequivocally identify what is real. The article argues that the crucial point why some interpretations may prove to be stronger or weaker is best described in terms of the concept of power. One however should avoid misconceptions, since power itself is interpretation which nevertheless allows for the gradation of reality, the mobility of its horizons, their shifting and even their potential availability. A much-disputed question of prehistoric times as well as that of death as a limit of interpretability is inter alia included in the analysis. Both classical anti-realistic positions, such as that of Wittgenstein, and the argumentation of contemporary advocates of realism, such as Quentin Meillassoux, are taken into consideration.
Die Macht der Interpretation
(2019)
Abstract
The article treats the problem of interpretation in its respect to reality by example of Umberto Eco’s moderate ‚realistic‘ position and his criticism of Friedrich Nietzsche, the “father” of postmodernism. Here the strongest arguments on both sides are evaluated: Eco’s “negative realism” pointing out the impossibility of some interpretations and Nietzsche’s thinking out the absolute absence of a privileged position proceeding from which it would be possible to unequivocally identify what is real. The article argues that the crucial point why some interpretations may prove to be stronger or weaker is best described in terms of the concept of power. One however should avoid misconceptions, since power itself is interpretation which nevertheless allows for the gradation of reality, the mobility of its horizons, their shifting and even their potential availability. A much-disputed question of prehistoric times as well as that of death as a limit of interpretability is inter alia included in the analysis. Both classical anti-realistic positions, such as that of Wittgenstein, and the argumentation of contemporary advocates of realism, such as Quentin Meillassoux, are taken into consideration.
Das Pankreasadenokarzinom (PDAC) ist aufgrund seiner hohen Letalität die vierthäufigste Todesursache unter den Krebserkrankungen in der westlichen Welt. PDAC ist durch eine erhebliche desmoplastische Stromareaktion mit geringer Vaskularisierung gekennzeichnet, so dass die Karzinomzellen ständigem Nährstoffmangel und Hypoxie ausgesetzt sind. In gesunden Zellen wird die Autophagie, welche konstitutiv auf einem basalen Niveau aktiv ist, als Reaktion auf umweltbedingte Stressfaktoren als Recyclingmechanismus aktiviert, um die Zellen mit Nährstoffen zu versorgen. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Basalautophagie in den Karzinomzellen so hoch war, dass eine zusätzliche Aktivierung durch Mangelzustände nur schwach oder überhaupt nicht möglich war. Als Ursache hierfür ist die fehlende Sensitivität von mTOR zu nennen, wodurch eine verminderte Reaktion auf Nährstoffmangel oder Hypoxie bedingt ist. Ebenso sind Mutationen im KRAS-Gen, welche den RAS-Signalweg konstitutiv aktivieren, dafür verantwortlich, die Autophagie auch unter normalen Bedingungen zu steigern, so dass eine zusätzliche Induktion kaum möglich ist. Diese erhöhte Basalautophagie ist für die gesteigerte Proliferationsrate der Karzinomzellen sowie für die Versorgung der Zellen mit Aminosäuren notwendig. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass sich Karzinomzellen durch einen uneinheitlichen oxidativen/ glykolytischen Stoffwechsel auszeichnen, wobei die oxidative Phosphorylierung eine größere Bedeutung innehat. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Proliferation der Karzinomzellen unter OXPHOS-Inhibitoren unterdrückt wurde. Dieses Ergebnis weist darauf hin, dass die Aufrechterhaltung der oxidativen Phosphorylierung der Schlüsselmechanismus ist, über den Autophagie und Nährstoffversorgung zum Zellwachstum beitragen. Dies stellt einen Widerspruch zur Warburg-Hypothese dar. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen auf, dass der Mechanismus der Autophagie ein therapeutisches Target für eine unterstützende Therapie im Pankreaskarzinom darstellt, welches in nachfolgenden Arbeiten weiterführend evaluiert werden muss.
Der „cholinerge antiinflammatorische Signalweg“ beschreibt einen vagalen, neuroimmunologischen Reflexmechanismus, der einen hemmenden Einfluss auf Immunzellen des Retikuloendothelialen Systems in lokalen und generalisierten Entzündungsgeschehen ausübt. Vermittelt wird dieser Reflexmechanismus über den α7-Subtyp des nikotinischen Acetylcholinrezeptors auf Makrophagen. Die in der Leber lokalisierten Kupffer-Zellen repräsentieren ca. 80 – 90% der Gewebsmakrophagen des Körpers. Während die neuroimmunologische Regulation von Peritoneal- und Alveolarmakrophagen sowie Monozyten durch den N. vagus gut dokumentiert ist, ist die Rolle der Kupffer-Zellen im „cholinergen antiinflammatorischen Signalweg“ noch unbekannt.
In der vorliegenden Arbeit wurde der parasympathische Einfluss auf die residente Makrophagenpopulation der Leber, die Kupffer-Zellen, untersucht. Nikotin als Agonist am α7nAChR zeigte in vitro im LPS-Modell keine Alteration der Zytokinantwort von Kupffer-Zellen aus nativen C57Bl/6-Mäusen. Hingegen führte die subdiaphragmale Vagotomie zu einer Reduktion der in vitro TNF-α-Antwort von Kupffer-Zellen nach Stimulation mit LPS.
Die Daten dieser Arbeit erweitern den Wissensstand über die neuroimmunologische Interaktion zwischen Parasympathikus und den residenten Makrophagenpopulationen des Körpers. In Analogie zur sympathischen Regulation des Immunsystems, das abhängig vom angesprochenen Rezeptortyp sowohl pro- als auch antiinflammatorisch wirken kann, deuten die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zu murinen Kupffer-Zellen darauf hin, dass auch der Parasympathikus, neben seinen bekannten antiinflammatorischen Eigenschaften, kompartimentalisiert ebenfalls proinflammatorisch wirken könnte.
CCR4(-/-) Mäuse überleben in verschiedenen Sepsismodellen (LPS-Schock, CLP, CASP) im Vergleich zum CASP-operierten C57BL/6-Wildtyp besser. Durch Retransfusion von Splenozyten CASP-operierter CCR4(-/-) Mäuse wurde gezeigt, dass dieser überlebensfördernde Effekt auf den Wildtyp übertragbar ist. Ein Anhalt für einen Effekt durch die Retransfusion größerer Mengen nekrotischer oder apoptotischer Zellen findet sich nicht. Auch ein rein proteinassoziierter Effekt scheidet aus. Ursächlich für das verbesserte Überleben nach Retransfusion von CCR4(-/-) Zellen CASP-operierter Mäuse könnte neben einer gering veränderten Zusammensetzung der retransfundierten Zellpopulationen vor allem eine forcierte Verteilung der retransfundierten CCR4(-/-) Zellen in die Milz und weg vom Thymus septischer Empfängertiere sein.
Das Ziel des Projektes war die Untersuchung der erworbenen Chemotherapie-Resistenz des Pankreaskarzinoms gegenüber den Zytostatika 5FU und Gemcitabin in Hinblick auf eine potentielle Regulation durch microRNAs.
Im ersten Schritt wurden Zelllinien mit einer intrinsischen Sensitivität identifiziert. Sieben etablierte Zelllinien des Pankreaskarzinoms (BXPC-3; COLO 357; PATU8988-S; PATU8988-T; CAPAN-1; MIA-PaCa-2; PANC-1) wurden mit Hilfe einer Annexin-V/DAPI-Färbung auf eine 5FU- oder Gemcitabin-induzierte Apoptose untersucht. Vier Zelllinien mit einer intrinsischen Sensitivität (BXPC-3; COLO 357; PATU8988-S; PATU8988-T) konnten identifiziert werden. Es folgte die Etablierung einer sekundären Chemotherapie-Resistenz in diesen sensitiven Zelllinien und die Bestätigung durch einen Proliferationsassay. Um die Hypothese einer veränderten microRNA-Expression in den sekundär resistenten Zelllinien zu untermauern, wurde die Expression der microRNAs miR-21, miR-200b und miR-214 untersucht. Eine veränderte Expression wurde gefunden und eine microRNA-Transkriptom-Analyse folgte. Diese deckte eine aberrante Expression von neun microRNAs (miR-7-5p; miR-23a-3p; miR-24-3p; miR-100-5p; miR-125b- 5p; miR-301a- 3p; miR-3158-5p; miR-3621; miR-3940- 5p) auf. Die Validierung dieser microRNAs via RTPCR zeigte eine Überexpression von miR-100 und miR-125b in allen resistenten Tumorzellen. Dies ist die erste Studie, welche valide Beweise für die Beteiligung beider microRNAs an der erworbenen Resistenz gegen 5FU und Gemcitabin zeigt. Für die Evaluation ihrer biologischen Rolle wurde die miR-100 oder miR-125b durch eine transiente Transfektion in den resistenten Zellen inhibiert. Eine Einschränkung der Viabilität und ein Anstieg der Caspasen 3 und 7 konnte nach Applikation der Zytostatika gesehen werden. Durch einen Proliferationsassay konnte eine langfristige Inhibition des Tumorzellwachstums, des Metabolismus und der Viabilität nach dem Knock-down der microRNAs bewiesen werden. Ein Zytotoxizitäts-Assay zeigte, dass die microRNA-Inhibition zu einer Wiederherstellung von Sensitivität und Dosis-Wirkungs-Beziehung gegenüber 5FU oder Gemcitabin führt. Es ist somit gezeigt, dass die miR-100 und miR-125b eine entscheidende Rolle in der Ausbildung einer sekundären Antimetabolit-Resistenz spielen. Ob diese microRNAs als Zielmolekül einer zukünftigen Antitumortherapie oder als Screeningparameter genutzt werden können, müssen weitere Studien zeigen.
Ziel dieser Arbeit war es, die Zusammenhänge zwischen der Identifikation mit der Gruppe der psychisch Kranken, den eigenen stigmatisierenden Haltungen und der Selbststigmatisierung der Patienten bei Aufnahme in eine psychiatrische Klinik und deren Veränderung im Verlauf des Aufenthaltes zu untersuchen. Dazu wurden 70 Patienten auf Psychotherapiestationen und in Tageskliniken kurz nach Aufnahme und nach vier Wochen Aufenthalt in der Klinik anhand von Fragebögen befragt. Die Hypothese, dass mit längerer Behandlung eine stärkere Identifikation mit der Gruppe der psychisch Kranken stattfindet, über positive Vergleiche der In-Group gegenüber der Out-Group stigmatisierende Haltungen psychisch Kranken gegenüber abgebaut und Selbststigmatisierung damit verringert werden kann, ließ sich nicht bestätigen. Stattdessen zeigte sich, dass mit Dauer der Behandlung die Identifikation mit der Gruppe tendenziell abnahm, die eigenen stigmatisierenden Haltungen eher zunahmen und die Selbststigmatisierung dennoch eher abnahm.
Die erste Hypothese, die besagte, dass sich Patienten mit höheren eigenen stigmatisierenden Haltungen auch stärker selbst stigmatisieren, wenn sie sich mit der Gruppe der psychisch Kranken identifizieren, ließ sich zum Teil bestätigen, musste aber präzisiert werden: Patienten, die negativen Stereotypen gegenüber psychisch Kranken zustimmen, stigmatisieren sich selbst stärker; der Drang nach Abgrenzung von psychisch Kranken hat keinen Einfluss auf die Selbststigmatisierung. Patienten, die sich mit der Gruppe der psychisch Kranken identifi-zieren, stigmatisieren sich stärker.
Auch die zweite Hypothese, der zufolge sich Patienten mit stärkeren stigmatisierenden Hal-tungen weniger mit der Gruppe der psychisch Kranken identifizieren, konnte zum Teil bestä-tigt werden, musste jedoch ebenso präzisiert werden: Patienten, deren stigmatisierende Hal-tungen sich im Wunsch nach Abgrenzung von anderen psychisch Kranken äußern, identifizie-ren sich weniger mit der Gruppe der psychisch Kranken. Ob die Patienten gängigen negati-ven Stereotypen über psychisch Kranke zustimmen, beeinflusst nicht ihre Identifikation mit der Gruppe.
Die dritte Hypothese, die besagt, dass die Identifikation mit der Gruppe der psychisch Kran-ken über einen vierwöchigen Aufenthalt in einer psychiatrischen Klinik zunimmt, ließ sich nicht bestätigen. Die Identifikation mit der Gruppe nahm tendenziell eher ab, bei Patienten mit ein bis fünf Voraufenthalten signifikant ab.
Die vierte Hypothese, nach der eine erhöhte Gruppenidentifikation einen negativen Einfluss auf das eigene Stigma hat, die stigmatisierenden Haltungen gegenüber psychisch Kranken im Verlauf abnehmen und damit auch die Selbststigmatisierung abnimmt, ließ sich ebenso teil-weise bestätigen, doch auch hier muss differenziert werden: Patienten, die sich weniger mit der Gruppe der psychisch Kranken identifizieren, haben einen höheren Drang nach Abgren-zung von psychisch Kranken. Dies beeinflusst nicht, ob sie negativen Stereotypen über psy-chisch Kranke zustimmen. Die soziale Distanz, der Drang nach Abgrenzung von psychisch Kranken, nimmt im Verlauf zu; die Zustimmung zu negativen Stereotypen ändert sich unwe-sentlich. Die Selbststigmatisierung nimmt eher ab, bei Patienten mit ein bis fünf Voraufenthal-ten signifikant ab. Die Veränderung der Zustimmung zu negativen Stereotypen korreliert mit der Zunahme der Selbststigmatisierung, obwohl die Zustimmung zu negativen Stereotypen nicht signifikant zunimmt.
Eine entstigmatisierende Wirkung ist durch das therapeutische Milieu im stationären und teil-stationären Bereich also nicht eindeutig zu verzeichnen. Vielmehr zeigt sich, dass der Aufenthalt in einer psychiatrischen Klinik Abgrenzungsprozesse gegenüber anderen Betroffenen in Gang setzt, die eine Zunahme von Selbststigmatisierung verhindern können.
Background: Huntington’s disease (HD) is a progressive neurodegenerative disorder. The striatum is one of the first brain regions that show detectable atrophy in HD. Previous studies using functional magnetic resonance imaging (fMRI) at 3 tesla (3 T) revealed reduced functional connectivity between striatum and motor cortex in the prodromal period of HD. Neuroanatomical and neurophysiological studies have suggested segregated corticostriatal pathways with distinct loops involving different cortical regions, which may be investigated using fMRI at an ultra-high field (7 T) with enhanced sensitivity compared to lower fields. Objectives: We performed fMRI at 7 T to assess functional connectivity between the striatum and several chosen cortical areas including the motor and prefrontal cortex, in order to better understand brain changes in the striatum-cortical pathways. Method: 13 manifest subjects (age 51 ± 13 years, cytosine-adenine-guanine [CAG] repeat 45 ± 5, Unified Huntington’s Disease Rating Scale [UHDRS] motor score 32 ± 17), 8 subjects in the close-to-onset premanifest period (age 38 ± 10 years, CAG repeat 44 ± 2, UHDRS motor score 8 ± 2), 11 subjects in the far-from-onset premanifest period (age 38 ± 11 years, CAG repeat 42 ± 2, UHDRS motor score 1 ± 2), and 16 healthy controls (age 44 ± 15 years) were studied. The functional connectivity between the striatum and several cortical areas was measured by resting state fMRI at 7 T and analyzed in all participants. Results: Compared to controls, functional connectivity between striatum and premotor area, supplementary motor area, inferior frontal as well as middle frontal regions was altered in HD (all p values <0.001). Specifically, decreased striatum-motor connectivity but increased striatum-prefrontal connectivity were found in premanifest HD subjects. Altered functional connectivity correlated consistently with genetic burden, but not with clinical scores. Conclusions: Differential changes in functional connectivity of striatum-prefrontal and striatum-motor circuits can be found in early and premanifest HD. This may imply a compensatory mechanism, where additional cortical regions are recruited to subserve functions that have been impaired due to HD pathology. Our results suggest the potential value of functional connectivity as a marker for future clinical trials in HD.
Background: Huntington’s disease (HD) is a progressive neurodegenerative disorder. The striatum is one of the first brain regions that show detectable atrophy in HD. Previous studies using functional magnetic resonance imaging (fMRI) at 3 tesla (3 T) revealed reduced functional connectivity between striatum and motor cortex in the prodromal period of HD. Neuroanatomical and neurophysiological studies have suggested segregated corticostriatal pathways with distinct loops involving different cortical regions, which may be investigated using fMRI at an ultra-high field (7 T) with enhanced sensitivity compared to lower fields. Objectives: We performed fMRI at 7 T to assess functional connectivity between the striatum and several chosen cortical areas including the motor and prefrontal cortex, in order to better understand brain changes in the striatum-cortical pathways. Method: 13 manifest subjects (age 51 ± 13 years, cytosine-adenine-guanine [CAG] repeat 45 ± 5, Unified Huntington’s Disease Rating Scale [UHDRS] motor score 32 ± 17), 8 subjects in the close-to-onset premanifest period (age 38 ± 10 years, CAG repeat 44 ± 2, UHDRS motor score 8 ± 2), 11 subjects in the far-from-onset premanifest period (age 38 ± 11 years, CAG repeat 42 ± 2, UHDRS motor score 1 ± 2), and 16 healthy controls (age 44 ± 15 years) were studied. The functional connectivity between the striatum and several cortical areas was measured by resting state fMRI at 7 T and analyzed in all participants. Results: Compared to controls, functional connectivity between striatum and premotor area, supplementary motor area, inferior frontal as well as middle frontal regions was altered in HD (all p values <0.001). Specifically, decreased striatum-motor connectivity but increased striatum-prefrontal connectivity were found in premanifest HD subjects. Altered functional connectivity correlated consistently with genetic burden, but not with clinical scores. Conclusions: Differential changes in functional connectivity of striatum-prefrontal and striatum-motor circuits can be found in early and premanifest HD. This may imply a compensatory mechanism, where additional cortical regions are recruited to subserve functions that have been impaired due to HD pathology. Our results suggest the potential value of functional connectivity as a marker for future clinical trials in HD.
Clostridioides difficile is an intestinal human pathogen that uses the opportunity of a depleted microbiota to cause an infection. It is known, that the composition of the intestinal bile acid cocktail has a great impact on the susceptibility toward a C. difficile infection. However, the specific response of growing C. difficile cells to diverse bile acids on the molecular level has not been described yet. In this study, we recorded proteome signatures of shock and long-term (LT) stress with the four main bile acids cholic acid
(CA), chenodeoxycholic acid (CDCA), deoxycholic acid (DCA), and lithocholic acid (LCA). A general overlapping response to all tested bile acids could be determined particularly in shock experiments which appears plausible in the light of their common steroid structure. However, during LT stress several proteins showed an altered abundance
in the presence of only a single or a few of the bile acids indicating the existence of specific adaptation mechanisms. Our results point at a differential induction of the groEL and dnaKJgrpE chaperone systems, both belonging to the class I heat shock genes. Additionally, central metabolic pathways involving butyrate fermentation and the reductive Stickland fermentation of leucine were effected, although CA caused a
proteome signature different from the other three bile acids. Furthermore, quantitative proteomics revealed a loss of flagellar proteins in LT stress with LCA. The absence of flagella could be substantiated by electron microscopy which also indicated less
flagellated cells in the presence of DCA and CDCA and no influence on flagella formation by CA. Our data break down the bile acid stress response of C. difficile into a general and a specific adaptation. The latter cannot simply be divided into a response to primary and secondary bile acids, but rather reflects a complex and variable adaptation process enabling C. difficile to survive and to cause an infection in the intestinal tract.
Clostridioides difficile is an intestinal human pathogen that uses the opportunity of a depleted microbiota to cause an infection. It is known, that the composition of the intestinal bile acid cocktail has a great impact on the susceptibility toward a C. difficile infection. However, the specific response of growing C. difficile cells to diverse bile acids on the molecular level has not been described yet. In this study, we recorded proteome signatures of shock and long-term (LT) stress with the four main bile acids cholic acid (CA), chenodeoxycholic acid (CDCA), deoxycholic acid (DCA), and lithocholic acid (LCA). A general overlapping response to all tested bile acids could be determined particularly in shock experiments which appears plausible in the light of their common steroid structure. However, during LT stress several proteins showed an altered abundance in the presence of only a single or a few of the bile acids indicating the existence of specific adaptation mechanisms. Our results point at a differential induction of the groEL and dnaKJgrpE chaperone systems, both belonging to the class I heat shock genes. Additionally, central metabolic pathways involving butyrate fermentation and the reductive Stickland fermentation of leucine were effected, although CA caused a proteome signature different from the other three bile acids. Furthermore, quantitative proteomics revealed a loss of flagellar proteins in LT stress with LCA. The absence of flagella could be substantiated by electron microscopy which also indicated less flagellated cells in the presence of DCA and CDCA and no influence on flagella formation by CA. Our data break down the bile acid stress response of C. difficile into a general and a specific adaptation. The latter cannot simply be divided into a response to primary and secondary bile acids, but rather reflects a complex and variable adaptation process enabling C. difficile to survive and to cause an infection in the intestinal tract.
Die Hälfte der globalen Primarproduktion wird in den Ozeanen realisiert und dabei wird ein großer Anteil des fixierten CO2 genutzt, um Algenpolysaccharide zu synthetisieren. Diese Kohlenhydrate dienen als wichtige Kohlenstoff- und Energiequelle für marine Nahrungsnetze, wobei sie von kohlenhydrataktiven Enzymen zu monomeren Zuckern umgesetzt werden. Da bisher wenig über den enzymatischen Abbau von Algenpolysacchariden in den Ozeanen bekannt ist, war es das Ziel dieser Arbeit, zu einem tieferen Verständnis dieser Prozesse beizutragen.
O-Methylierungen stellen stabile Modifikationen an Zuckern in marinen und terrestrischen Polysacchariden dar. Es wurde in Artikel I gezeigt, dass Cytochrom P450 Monooxygenasen eine wichtige Funktion in enzymatischen Abbausystemen aus marinen Bakterien für Agar haben, wobei diese Enzyme die oxidative Demethylierung von 6-O-Methyl-D-galaktose, einem Monomer aus Rotalgenpolysacchariden, katalysieren. Diese Ergebnisse zeigen, dass es sich bei der P450-Subfamilie CYP236A um die zweite beschriebene Gruppe von kohlenhydrataktiven Monooxygenasen handelt. Die charakterisierten P450s sind hochspezifisch für 6-O-Methyl-D-galaktose und akzeptieren keine typischen P450-Substrate. Um die molekularen Faktoren für den spezifischen Umsatz dieses polaren Substrates aufzuklären, wurde Proteinkristallografie genutzt (Artikel II). Die Kristallstruktur der P450 Monooxygenase aus Z. galactanivorans mit gebundenem Substratmolekül zeigt, dass sowohl Wasserstoffbrückenbindungen als auch hydrophobe Interaktionen an der Substraterkennung beteiligt sind, was zusätzlich durch ITC sowie Mutationsstudien bestätigt wurde.
Schnellwachsende Grünalgen der Gattung Ulva führen weltweit zu gefährlichen Algenblüten. Ein Hauptbestandteil der gebildeten Biomasse stellt das anionische Polysaccharid Ulvan dar. Bisher war der enzymatische Ulvanabbau kaum verstanden, was die sinnvolle Nutzung von Ulva-Biomasse erschwerte. Die detaillierte biochemische Charakterisierung einer Ulvanlyase auf F. agariphila wird in Artikel III gezeigt. Dieses Enzym katalysiert den ersten Schritt im Ulvanabbau und die biochemischen Parameter stimmen mit den Umweltbedingungen in Küstenbereichen des gemäßigten Ozeans überein, dem Habitat, aus dem dieses Bakterium isoliert wurde. Alle nachfolgenden Schritte im kompletten enzymatischen Ulvanabbau wurden aufgeklärt und sind in Artikel IV zum ersten Mal beschrieben. Insgesamt 13 Enzyme aus den Klassen der Polysaccharidlyasen, Glykosidhydrolasen sowie Sulfatasen agieren in einer komplexen Kaskade zusammen, um schlussendlich monomere Zucker aus Ulvan bereitzustellen.
Die gezeigten Identifizierungen und Charakterisierungen von neuen kohlenhydrataktiven Enzymen tragen nicht nur zu einem besseren Verständnis der Vorgänge im marinen Kohlenstoffkreislauf bei, sondern bilden zudem die Grundlage für zukünftige biotechnologische Prozesse. Eine effiziente enzymatische Depolymerisation der Algenpolysaccharide ist nötig, um Bioraffineriekonzepte basierend auf Algenkohlenhydraten zu realisieren. Dabei können über mikrobielle Fermentation Biokraftstoffe der zweiten Generation oder andere nützliche Produkte hergestellt werden.
The present work focusses on the mosquito populations of two zoological gardens in Germany with the aim to better understand mosquito biology of native species and to contribute to a greater awareness of mosquito and mosquito-borne disease agent surveillance in zoos. For this purpose, data on species composition, blood meal patterns and mosquito-borne pathogens were analysed. The investigated zoological gardens differed not only in their sizes and animal stocks, but also in their surrounding environments. The 160 ha Tierpark Berlin is located in a densely populated urban area, while the 15 ha Zoological Garden Eberswalde is surrounded by forest.
To gain an overview about the mosquito fauna of both zoos, adult specimens were caught by aspirating and EVS-trapping during the 2016 season. In addition, larval stages were collected from their breeding sites located in the zoo areas. In total, 2,257 mosquitoes were sampled, belonging to 20 taxa. Seasonal differences between the zoos were documented, both in terms of species composition and the relative abundance of mosquito species collected. As the studied zoos were located in the same climatic region and both locations provided similar breeding sites, differences in species composition were attributed to the entry of mosquitoes from surrounding landscapes. Influencing factors could have been the different sizes of the zoos and variations in the potential host animal populations.
According to the vector potential of most frequently collected taxa in the Zoological Garden Eberswalde (Annulipes Group, Culiseta annulata), TAHV, USUV, WNV, filariae and avian malaria parasites appear to have the highest risk of being transmitted at this location. In the Tierpark Berlin, Aedes vexans was the most frequently collected mosquito species, suggesting a theoretical risk for the transmission of a broader spectrum of pathogens due to covered vector competences. Pathogens such as BATV, SINV, TAHV, USUV and filarial worms could be of major importance regarding transmission risk to zoo animals, as they had previously been found to circulate Germany. In addition, avian malaria parasites represent a considerable risk for susceptible exotic bird species in Berlin.
Since the blood-feeding behaviour of vector-competent mosquito species has a major influence on the transmission of a mosquito-associated pathogen, the analysis of blood meal patterns is crucial to better understand vector-pathogen cycles. Therefore, blood meals of blood-fed mosquitoes caught in 2016 and 2017 by aspirating and EVS-trapping in the Tierpark Berlin and the Zoological Garden Eberswalde were analysed. The aim was to investigate to what extent native mosquito species accept exotic zoo animals, wild native animals and humans as blood hosts. In addition, it was examined whether the collected species are generalists or specialists when selecting vertebrates for blood feeding.
A total of 405 blood-fed mosquitoes from 16 taxa were collected. The genetic analysis of blood meals identified 56 host species, which – in addition to humans – mainly originated from mammals of the zoo animal populations. In agreement with the previous study on the mosquito fauna of the Tierpark Berlin and the Zoological Garden Eberswalde, the analysis of blood meals also showed differences between the two zoos. In the smaller Zoological Garden Eberswalde, a higher number of blood-fed mosquitoes was collected than in the Tierpark Berlin, probably caused by a higher host density in Eberswalde, which may have led to an overall higher mosquito density. However, no differences between both zoos were observed with respect to the blood feeding behaviour of the analysed mosquito species: Mosquitoes of both locations were rather generalistic, although species could be grouped according their blood meals into 'amphibian', 'non-human mammal' and, ‘non-human mammal and human' feeding species. The more random selection of hosts could indicate a low probability of effective pathogen transmission by applying the 'dilution effect'. Notwithstanding, since wild animals have also been accepted as hosts, pathogen transmission by bridge vectors from one vertebrate group to another could be relevant in the sampled zoos.
Adult mosquito specimens collected in 2016 and 2017 were screened for filarial nematodes, avian Haemosporidia and mosquito-borne viruses. Dirofilaria repens was detected in a mosquito from the Zoological Garden Eberswalde. Mosquitoes from Berlin and Eberswalde were tested positive for the nematode species S. tundra. Sindbis virus was found in a mosquito pool collected in the Tierpark Berlin, while no mosquito-associated viruses were detected in specimens collected in the Zoological Garden Eberswalde. Mosquitoes from both zoos were positive for the haemosporidian parasites Haemoproteus sp. and Leucocytozoon sp., and one documentation was made for avian Plasmodium sp. in the Tierpark Berlin.
The identified pathogens have the potential to cause disease in captive and wild animals, and some of them also in humans. Most of the mosquitoes tested positive had been collected in July, suggesting a high infection risk during this month. Since most pathogen detections were made from species belonging to the Cx. pipiens complex, species of this complex seem to be most relevant in the studied zoos when it comes to mosquito-borne pathogen transmission. Although mosquitoes are no proven vectors of most of the avian malaria parasite genera found, evidence for Haemoproteus sp. and Leucozytozoon sp. demonstrated a high prevalence of avian malaria parasites in the zoos.
In summary, the results of the three studies indicate regional differences both in the mosquito species composition and in the occurrence of mosquito-borne pathogens. However, no differences were found between the mosquito communities of both zoos concerning their blood feeding behaviour, suggesting that the general behaviour of the insects is location-independent.
Several potential disease agents were found in the collected mosquitoes, although not at high abundances. Whether these pathogens were found by chance in the two zoos or whether the particular zoo environment is a hot spot of arthropod-borne pathogens cannot be determined with the studies conducted. Nonetheless, it seems clear that zoological gardens are attractive to mosquito females not only in their search for breeding sites, but also when looking for blood hosts and places for mating or resting. These advantageous conditions also attract mosquito species that have their larval habitats outside the zoological gardens, which is why elimination of breeding sites on the zoo premises alone will not necessarily keep away all mosquitoes.
A closer collaboration between zoological gardens and entomologists could be beneficial for both. Zoo officials could benefit from being able to identify potential arthropod vectors on the zoo grounds and receiving information on circulating arthropod-borne disease agents, as well as on the animal species susceptible to those. For entomologists, zoological gardens are ideal research locations, as they provide an environment with a high diversity of habitats and potential blood hosts for haematophagous arthropods in a confined space.
Studying mosquito biology will become even more significant in the future, since in a world that is getting smaller, both potential vectors and pathogens are regularly introduced into areas where they did not occur before. Therefore, it would be desirable if more studies targeting ecological as well as infectiological aspects of vector species in zoological gardens in Germany were carried out.
Species persistence in the face of rapidly progressing environmental change requires adaptive responses that allow organisms to either cope with the novel conditions in their habitat or to follow their environmental niche in space. A poleward range shift due to global warming induced habitat loss in the south has been predicted for the lesser horseshoe bat, Rhinolophus hipposideros. Theoretical as well as numerous empirical studies link range expansion success to increased dispersal and reproduction rates due to spatial sorting and r-selection resulting from low population densities at the expansion front. R. hipposideros females however are highly philopatric and the species’ life history reflects a K- rather than an r-strategy, encompassing a long life span and limited individual annual reproductive output. I therefore investigated if adaptations in these traits determining range expansion success (dispersal and reproduction) can be observed in this bat species of high conservation concern. Genetic diversity presents a critical factor for adaptive responses to global change, both for range expansion and for coping with novel environmental conditions. I hence explored the genetic diversity levels of European R. hipposideros leading edge populations and their drivers for an assessment of these populations’ evolutionary potential and the development of conservation recommendations.
Comparing range expansion traits between an expanding R. hipposideros metapopulation in Germany and a non-expanding one in France revealed that range expansion was associated with an increase in juvenile survival and fecundity, and no decrease in adult survival. These results demonstrate than an increase in reproduction and growth rates is generally possible in R. hipposideros, indicating a potential adaptation (sensu lato) to range expansion. A positive correlation between adult and juvenile survival in the expanding metapopulation suggests higher resource acquisition in the expanding metapopulation, giving rise to the question if the observed demographic changes have a genetic basis or if they are rather induced by differences in environmental conditions between the two metapopulations. Long-term range expansion success requires adaptive evolutionary changes. The relative contribution of the former and that of undirected changes resulting e.g. from differences in resource availability therefore will have to be investigated in more detail in the future to allow predictions about range expansion dynamics in R. hipposideros.
The number of individuals within a radius of approximately 60 to 90 km around a population (as a measure of connectivity) was identified as the main positive driver of the studied populations’ genetic diversity. Overall genetic diversity levels in German R. hipposideros populations were found to be reduced compared to populations in France as a legacy of demographic bottlenecks resulting from severe population declines in the mid-20th century. This finding is alarming as future range expansion can be expected to entail a further decrease in genetic diversity. The resulting loss of genetic diversity can be expected to be particularly strong in R. hipposideros due to the detected dependence of genetic diversity on connectivity, because range expansion often results in small and patchy populations.
Protecting and ideally re-installing genetic diversity in R. hipposideros leading edge populations therefore presents a conservation goal of utmost importance. To achieve this endeavour, conservation efforts should target the protection of extensive networks of well-connected populations. Geographical concentration of individuals should be avoided and populations in key locations that connect clusters must be protected particularly well to prevent populations from becoming isolated. Continuous, regular monitoring of population trends is also important for a quick registration of disturbances or threats, and the subsequent rapid development of countermeasures to preclude further demographic declines.
The reduced levels of genetic diversity in the German metapopulation precluded a reliable quantification of dispersal rates due to the reduced power of discrimination between individuals. While ongoing re-colonization and the establishment of new maternity colonies provide evidence for increased dispersal in the expanding metapopulation, evaluating the expected range expansion velocity of R. hipposideros in relation to the estimated velocity of global warming induced habitat loss will require the confirmation of the existing preliminary dispersal data by employing more genetic markers.