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ddc:570
openaire
Comparative flowering ecology of Fraxinus excelsior, Acer platanoides, Acer pseudoplatanus and Tilia cordata in the canopy of Leipzig's floodplain forest
urn:nbn:de:bsz:15-20080603-064807-8
eng
How do gender separation and the transition to wind pollination happen in temperate trees? What does the reproductive ecology in the crowns of temperate forest trees look like? These connected questions intrigued researchers before and since Darwin but it is only in the last years that a direct study of the latter question has been enabled. A research crane was used to study the flowering ecology of Fraxinus excelsior, Acer platanoides, Acer pseudoplatanus and Tilia cordata in Leipzig’s floodplain forest. These species originate from hermaphrodite insect pollinated plant families and exhibit different grades of gender separation and different stages between insect and wind pollination. As they are typical elements of temperate deciduous forests, an ecological comparison of their flowering ecology may shed new light on the evolution of gender separation and wind pollination in this habitat. Using the crane, gender distribution, flowering phenology in relation to microclimate, pollination levels (including pollen tubes in the styles) and fruit set were studied in ca. 200 trees over 2-4 years. Main results are a new appreciation of the sexual system of Fraxinus excelsior as dioecy, of Tilia cordata as andromonoecy and a detailed description of the intricacies of the heterodichogamous sexual system of Acer pseudoplatanus. Several flowering phenological patterns are described in Fraxinus excelsior and Acer platanoides in relation to microclimate in early spring. The role of small arthropods is underlined as gall mites may play a role in gender specialisation in Fraxinus excelsior, gall midges are related to maleness in T. cordata and thrips are probably the pollinators of Acer pseudoplatanus in the stand. Thrips pollination is suggested to be a possible stepping-stone between insect pollination and wind pollination, which may drive the transition in Acer pseudoplatanus and possibly in intensively flowering dominant species in other habitats. The study presents the complexity of the reproductive systems and the strong interdependencies among their elements.
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ddc:570
Biologie
Flowering, Ecology, Phenology, Temperate, Tree, Canopy, Pollination, Fruit, Ash, Maple, Lime, Forest, Thrips, Spring
Tal, Ophir
Universität Leipzig
2008-06-03
2006-06-22
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Übersicht über die Promotionen an der Fakultät für Biowissenschaften, Pharmazie und Psychologie der Universität Leipzig von 1993 bis 1997
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ger
Psychologie
Natur, Naturwissenschaften allgemein
Biologie
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Universität Leipzig
2004-11-28
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Übersicht über die Habilitationen an der Fakultät für Biowissenschaften, Pharmazie und Psychologie der Universität Leipzig von 1993 bis 1997
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ger
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Psychologie
Natur, Naturwissenschaften allgemein
Biologie
Universität Leipzig
2004-11-28
1999-03-12
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Übersicht über die Habilitationen an der Fakultät für Biowissenschaften, Pharmazie und Psychologie der Universität Leipzig von 1998 bis 2000
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ger
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Psychologie
Natur, Naturwissenschaften allgemein
Biologie
Universität Leipzig
2004-11-28
2001-08-06
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ddc:570
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Übersicht über die Promotionen an der Fakultät für Biowissenschaften, Pharmazie und Psychologie der Universität Leipzig von 1998 bis 2000
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-36866
ger
Psychologie
Natur, Naturwissenschaften allgemein
Biologie
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ddc:570
Universität Leipzig
2004-11-28
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2021-03-29T08:14:11Z
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ddc:570
openaire
Untersuchungen zu Pilzsporenemissionen aus Biofiltern großtechnischer Kompostieranlagen und aus Modellbiofilteranlagen
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-37254
ger
Untersuchungen zu Pilzsporenemissionen aus Biofiltern großtechnischer Kompostieranlagen und aus Modellbiofilteranlagen mit Einschätzung einer möglichen gesundheitlichen Gefährdung.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Natur, Naturwissenschaften allgemein
Huwe-Klug, Claudia
Universität Leipzig
2004-11-28
2002-07-06
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T08:16:04Z
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ddc:570
openaire
Untersuchungen zur differentiellen Wirkung von verschiedenen Anti-CD4 monoklonalen Antikörpern auf T-Zellen
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-63915
ger
CD4+-T-Helferzellen sind in großer Zahl in der entzündeten Synovialmembran bei rheumatoider Arthritis (RA) sowie in Arthritismodellen vorhanden und spielen mit großer Wahrscheinlichkeit eine bedeutende Rolle in der Pathogenese von Arthritiden. Bei der präventiven Behandlung mit drei verschiedenen Anti-CD4 monoklonalen Antikörpern (mAk) im Modell der Adjuvansarthritis der Ratte (AA) wurden abhängig von dem jeweils eingesetzten mAk unterschiedliche klinische Verbesserungen beobachtet. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stand deshalb die Suche nach Parallelen zwischen der unterschiedlichen klinischen Effizienz der Anti-CD4 mAk W3/25, OX35 (klinisch effizient) und RIB5/2 (klinisch ineffizient) bei der präventiven Therapie der AA und ihren in vitro Effekten auf TZell-Funktionen als Erklärung für die unterschiedlichen Therapieeffekte.
Keine klaren Parallelen zur differentiellen klinischen Effizienz ergaben sich bei den folgenden Untersuchungen: 1.) Bestimmung der Affinitäten der mAk zum CD4-Molekül. 2.) Inhibition der Proliferation in der primären gemischten Lymphozytenkultur (1° MLC) mit CD4+-T-Zellen und CD8+-T-Zellen durch die drei mAk 3.) Beeinflussung der Produktion der Zytokine IL-2, IFNg, IL-10 und IL-4 in verschiedenen experimentellen Ansätzen (sekundäre MLC nach Anwesenheit der mAk in der 1° MLC, Kreuzvernetzung des CD4-Moleküls mittels der mAk nach bzw. vor einer Stimulation von CD4+-T-Zellen über den TZR). 4.) Einfluss der drei Anti-CD4 mAk auf die TZR-vermittelte Apoptose. 5.) Mobilisierung von intrazellulärem Kalzium durch CD4-Kreuzvernetzung mittels der mAk. 6.) Aktivität der Tyrosinkinasen p56lck und p59fyn nach CD4-Kreuzvernetzung mittels der mAk. 7) Phosphorylierung des Shc-Adaptermoleküls durch CD4-Kreuzvernetzung mittels der drei mAk. 8.) Effekte der drei mAk auf die Aktivität der Transkriptionsfaktoren NF-AT und AP-1.
Dagegen ergaben sich bei den Untersuchungen zur Produktion von TNFa und zur Aktivität des Transkriptionsfaktors NF-kB eindeutige Parallelen zur differentiellen klinischen Effizienz: 1.) Die Kreuzvernetzung des CD4-Moleküls mittels des mAk RIB5/2 nach bzw. vor einer Stimulation von CD4+-T-Zellen über den TZR induzierte eine signifikant höhere Sekretion von TNFa als mit den mAk W3/25 und OX35. 2.) Die Kreuzvernetzung des CD4-Moleküls mittels des mAk RIB5/2 vor einer Stimulation von CD4+-T-Zellen über den TZR führte zu einer signifikant stärkeren Erhöhung der Aktivität von NF-kB als mit den mAk W3/25 und OX35. Beide differentiellen Effekte könnten daher die Erklärung für die unterschiedliche klinische Effizienz der drei Anti-CD4 mAk darstellen.
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ddc:570
Anti-CD4 T-Zellen Immunologie
Anit-CD4 T cells immunology
Pohlers, Dirk
Drößler, Karl
Emmrich, Frank
Bräuer, Rolf
Universität Leipzig
2011-02-16
2000-01-15
2000-07-14
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2021-03-29T08:16:11Z
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doc-type:doctoralThesis
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ddc:570
openaire
Differentially expressed genes in adipose tissue and their role in the pathophysiology of the human metabolic syndrome
Differenziell exprimierte Gene im Fettgewebe und ihre Rolle in der Pathophysiologie des humanen Metabolischen Syndroms
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-64484
ger
eng
The human metabolic syndrome is characterized by a heterogenic complex of symptoms, including central obesity. Obesity itself is linked to major features of the metabolic syndrome such as insulin resistance, dyslipidemia or type 2 diabetes mellitus. It has been shown that obesity risk and resulting metabolic alterations are associated with adipose tissue distribution, adipocyte size and secretion of adipocytokines, which are in turn influenced by environmental factors and genetic susceptibility. It might be assumed that currently known genetic variants associated with obesity and/or BMI (body mass index) as well as fat distribution explain up to 20 % of the variability in BMI and so, studies employing novel strategies are inevitable. In addition to the role of genetic variation, mRNA levels of several genes have been shown to be differentially expressed in subcutaneous (SC) and visceral (Vis) adipose tissue and to be correlated with obesity-related traits. It is scarcely investigated whether the obesity risk variants also might account for the variability in mRNA expression. The present thesis deals with novel obesity candidate genes, characterized by a differential mRNA expression in various fat depots. The association of genetic variants in these genes with obesity as part of the metabolic syndrome, and related traits was investigated in well characterized German cohorts. The main method used for genotyping was described in detail in a comprehensive review providing explicit troubleshooting and description of modified protocols for specific experimental needs. Further, the influence of genotypes on the gene expression levels was examined. While the differential expression for FTO could be described for the first time, the variant rs8050136 was shown to be significantly associated with obesity but not with the expression. Genetic variants in FASN were shown to be significantly associated with obesity and related traits in a cohort of European ancestry for the very first time. Moreover, one polymorphism showed effects on the ratio of Vis/SC FASN mRNA expression. While CNR1 is controversially discussed in the literature, the present work showed rather moderate effects of genetic variants on obesity. BMPR2 could be described as a novel obesity candidate gene. Amongst others, one variant was associated with obesity in a case-control design and with BMPR2 mRNA expression in Vis adipose tissue. In conclusion, the present study revealed novel genetic variants promoting obesity, and therefore a metabolic risk, which might be partly explicable through an influence of these variants on the mRNA expression levels of the genes in the adipose tissue depots. These findings contribute to better understanding of the genetic background of obesity which is essential in order to translate experimental data into diagnostic, preventive and treatment strategies.
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ddc:570
SNP, Genexpression, Adipositas, Fettverteilung
SNP, Gene Expression, Obesity, Adipose Tissue Distribution
Schleinitz, Dorit
Beck-Sickinger, Annette
Kovacs, Peter
Stumvoll, Michael
Universität Leipzig
2011-01-24
2010-09-02
2011-01-07
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2021-03-29T08:16:36Z
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ddc:570
openaire
Etablierung zellbasierter Hypoxiemodelle und Untersuchungen zur Wirkung potentiell protektiver Pharmaka
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-67371
ger
Der Hirninfarkt ist einer der drei häufigsten Todesursachen in Deutschland. Er wird durch eine Unterversorgung des Gewebes mit Sauerstoff und Nährstoffen, häufig infolge von Gefäßverschlüssen, ausgelöst. Die bisher einzige Therapiemöglichkeit ist die Thrombolyse. Deshalb sind neue Therapieansätze nötig. Voraussetzung dafür sind geeignete Modelle.
In dieser Arbeit wurden zellbasierte Hypoxiemodelle etabliert und charakterisiert. Es wurde der Einfluss von Sauerstoff- und/oder Glucoseentzug an humanen primären Makrophagen untersucht. Für Screeninguntersuchungen wurden neuronale und periphere (Makrophagen) Zelllinien von Ratte und Mensch verwendet. Im zweiten Teil der Arbeit wurden die Modelle genutzt, um die Wirkung von Adenin, eine rezeptorvermittelte Therapieoption, und des Phytopharmakons STW5 auf mögliche protektive Wirkungen zu untersuchen. Es wurden zellbiologische (MTT-Test, LDH-Test, DAPI-Färbung), immunologische (TNF α- ELISA, immunhistochemische Färbung), elektrophysiologische (Patch Clamp-Technik) und molekularbiologische (RT-PCR, Real-Time-PCR) Methoden angewendet.
Es wurde erstmals der Adeninrezeptor an den untersuchten Zelllinien nachgewiesen und der pharmakologische Hinweis für eine bisher unbekannte humane Variante des Rezeptors erbracht. An neuronalen Zellen kam es zu einer Rezeptorinteraktion zwischen Adenin- und Adenosin-A1-Rezeptor. Antagonisten am Adeninrezeptor scheinen zur Behandlung hypoxiebedingter Zellschäden geeignet zu sein.
STW5 hemmte unter hypoxischen Bedingungen die TNF α-Freisetzung humaner primärer Makrophagen. Der antiinflammatorischen Wirkung liegt die Blockierung erhöhter Kaliumströme zugrunde. An den untersuchten Zelllinien wirkte STW5 der hypoxieinduzierten Zellschädigung entgegen.
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ddc:570
Hypoxie, Adeninrezeptor, STW5
hypoxia, adenine receptor, STW5
Siegert, Fritzi
Nieber, Karen
Reiser, Georg
Universität Leipzig
2011-04-12
2010-12-06
2011-02-25
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2021-03-29T08:18:16Z
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doc-type:doctoralThesis
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ddc:570
openaire
Aufbau eines Screeningverfahrens zur Durchmusterung von
Variantenbibliotheken der T7-RNA-Polymerase hinsichtlich des
Einbaus 2’-Methoxy-modifizierter Nucleotide: Aufbau eines Screeningverfahrens zur Durchmusterung vonVariantenbibliotheken der T7-RNA-Polymerase hinsichtlich desEinbaus 2’-Methoxy-modifizierter Nucleotide
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-78148
ger
Thema dieser Arbeit ist die evolutive Optimierung der T7-RNA-Polymerase. Zur
Stabilisierung technischer oder therapeutischer RNA-Moleküle gegenüber RNAsen wäre es
wünschenswert eine RNA-Polymerase zu generieren, welche RNA vollständig aus 2’-
modifizierten Nucleotiden synthetisieren kann. Zu diesem Zweck wurde ein kombiniertes
Selektions- und Screeningverfahren zur Durchmusterung von Variantenbibliotheken der T7-
RNA-Polymerase hinsichtlich des Einbaus von 2’-Methoxy-modifizierten Nucleotiden in
RNA entwickelt. Es wurden ein gut handhabbarer, cis-regulierter Expressionsvektor sowie ein
Selektionsplasmid erzeugt, die zusammen in E. coli ein in-vivo-Selektionssystem bilden, mit
dessen Hilfe man Zellen, welche T7-RNA-Polymerase-Aktivität zeigen anhand ihrer grünen
Fluoreszenz identifizieren konnte. Durch error-prone PCR wurden Mutantenbibliotheken
generiert, und diese in das Selektionssystem eingesetzt. So konnte die Anzahl der potentiell
zu testenden Varianten erheblich gesenkt werden. Zur Bestimmung der T7-RNA-Polymerase-
Aktivität mit 2’-Methoxy-modifizierten Nucleotiden wurde ein Fluoreszenz-basierendes
Assay etabliert. Dieses Assay, das nicht mit radioaktiv-markierten Nucleotiden arbeitete und
keinen gelelektrophoretischen Separationsschritt benötigte, konnte in allen Schritten zur
parallelen Bearbeitung von 96 Proben in einem Mikrotiterplatten-Format angepasst werden,
so dass es prinzipiell hochdurchsatzfähig war und sich zum Screening umfangreicher
Variantenbibliotheken eignete. Die Assay-Reaktion kann dabei auch unkompliziert auf ein
Screening von RNA- oder DNA-Polymerase-Bibliotheken hinsichtlich anderer Eigenschaften
der Polymerase-Aktivität übertragen werden.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
T7 RNA Polymerase, Screening, evolutive Optimierung, 2\''-modifizierte Nucleotide
T7 RNA Polymerase, assay, direkted evolution, modified nucleotides
Nöbel, Nico
Schlegel, Martin
Mörl, Mario
Mootz, Henning
Universität Leipzig
2011-11-01
2011-04-04
2011-08-23
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2021-03-27T15:22:34Z
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openaire
Unterpflanzung von Problemstandorten auf Friedhöfen
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1867-2868
357382854
ger
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-38419
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Auf Versuchsflächen des Friedhofes in Pirna (Sachsen) wurden unter alten und jungen Birken verschiedene Stauden und Gräser getestet. Untersucht wurde, wie sich die Konkurrenz um Wasser, Nährstoffe und der Einfluss von Schatten und Laubfall der Gehölze auf das Anwuchsverhalten, die Entwicklung, den Pflege- und Materialaufwand der getesteten Pflanzen auswirkt.
Besonders geeignet als Unterpflanzen sind im Ergebnis der fünfjährigen Versuche die Gänsekresse (Arabis), das Stachelnüsschen (Acaena) und der Schlangenbart (Ophiopogon). Der Bericht enthält Informationen zum Anwuchsverhalten der Arten in den ersten zwei Jahren und ihrer weiteren Entwicklung.
Empfehlenswert sind eine optimale Pflanzvorbereitung mit mindestens 10 cm Bodenaustausch, die Pflanzdichte von 18 Pfl./m² und vier Pflegedurchgänge im Jahr. Ein Ereigniskalender zeigt die Monate der Blüten- und Fruchtschmuckbildung und der Laubfärbung der Versuchspflanzen.
Garten- und Landschaftsbau, Friedhof
Horticulture, Landscaping, Cemetery
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ddc:570
König, Kerstin
Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
2011-05-26
Schriftenreihe des Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
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EDV in Medizin und Biologie
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Elektronische Datenverarbeitung, EDV, Medizin, Biologie
Electronic data processing, EDP, medicine, biology
Fischer
Ulmer
2014-06-26
1976
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EDV in Medizin und Biologie
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Elektronische Datenverarbeitung, EDV, Medizin, Biologie
Electronic data processing, EDP, medicine, biology
Fischer
Ulmer
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EDV in Medizin und Biologie
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Elektronische Datenverarbeitung, EDV, Medizin, Biologie
Electronic data processing, EDP, medicine, biology
Fischer
Ulmer
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EDV in Medizin und Biologie
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Elektronische Datenverarbeitung, EDV, Medizin, Biologie
Electronic data processing, EDP, medicine, biology
Fischer
Ulmer
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Funktion und Zusammensetzung der nukleären
RNase P und RNase MRP in Pflanzen: Funktion und Zusammensetzung der nukleärenRNase P und RNase MRP in Pflanzen
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ger
In allen Organismen wird die genetische Information der DNA in mRNA umgeschrieben und diese im Cytosol als Vorlage für die Proteinbiosynthese benutzt. Dabei dienen tRNAs als codonspezifische Adaptermoleküle, die als Vorläufermoleküle (pre-tRNA) transkribiert werden. Eine Reaktion bei der Reifung übernimmt die Ribonuklease P (RNase P). Sie ist eine essentielle Endonuklease, die die 5\\\''-Flanke von pre-tRNAs entfernt. Eine weitere Endonuklease ist die RNase MRP (Mitochondrial RNA Processing), die mit der RNase P bis zu zehn Proteine gemeinsam hat. Ein Unterschied ist die eigene RNA-Untereinheit sowie die Funktion. RNase MRP ist bei der Reifung der mitochondrialen 5,8S rRNA beteiligt. Während die RNase P/MRP in den Eukaryoten Hefe und Mensch sehr detailliert untersucht werden, gibt es bis dato nur wenig Wissen über die RNase P/MRP in Pflanzen. In dieser Arbeit wurden vier Proteine, die homolog zu den menschlichen RNase P/MRP Proteinen sind, identifiziert und näher charakterisiert. Zwei als RNase MRP-Typ annotierte RNAs wurden in dieser Arbeit in vivo nachgewiesen. Der Fokus dieser Arbeit lag dabei in der Charakterisierung der Transkriptions- und Translationsprodukte sowie deren Beziehung zu RNase P/MRP. Dabei wurden annotierte mRNAs bestätigt und neue Spleißvarianten identifiziert. Mit spezifischen Antikörpern, die die identifizierten Proteine erkennen, konnten die Proteine im Arabidopsis thaliana Proteinextrakt sowie im Weizenkeimproteinextrakt nachgewiesen werden. Mit AtPOP1p-spezifischen Antikörpern konnte RNase P-Aktivität aus einem Proteinextrakt isoliert werden. Darin befand sich auch eine der beiden RNase MRP RNAs, die Bestandteil der RNase P Funktion sein könnte. In dieser Arbeit wurden Grundlagen geschaffen, um das RNase P/MRP-System in Pflanzen genauer zu verstehen und zu untersuchen.
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ddc:570
Endoribonuklease P
RNase P, RNase MRP
RNase P, RNase MRP
Krehan, Mario
Schön, Astrid
Mörl, Mario
Seibel, Peter
Universität Leipzig
2012-09-26
2012-05-03
2012-09-07
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2021-03-29T08:22:47Z
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ddc:000
ddc:570
ddc:610
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Informatik, Biometrie und Epidemiologie in Medizin und Biologie: offizielles Organ der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie (GMDS) e.V.
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0943-5581
ger
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ddc:570
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ddc:610
Elektronische Datenverarbeitung, EDV, Medizin, Biologie
Electronic data processing, EDP, medicine, biology
Urban & Fischer
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
2014-07-07
1995
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doc-type:PeriodicalPart
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2021-03-29T08:24:50Z
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ddc:570
openaire
Entwicklung elektrochemischer Biosensoren für die Tumordiagnostik
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-104485
ger
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung elektrochemischer Biosensoren zur Erweiterung oder zum Ersatz herkömmlicher Diagnostikverfahren. Als Basis für die Biosensoren wurden Elektrodenarraychips entworfen und im Reinraum gefertigt. Die als 9WPtE bezeichneten Elektrodenarrays waren aus 3 x 3 Elektrodenpaaren im 96-well-Maßstab (ANSI-Standard) aufgebaut. Jedes Elektrodenpaar bestand aus einer kreisrunden Arbeitselektrode mit einem Durchmesser von 1,9 mm und einer Gegenelektrode als offenem Kreisring um die Arbeitselektrode mit einem Durchmesser von 7 mm. Außerhalb des Reinraums wurden separate Messkammern und Ag/AgCl-Referenzelektroden integriert. Sowohl das Referenzsystem als auch die Signalqualität der 9WPtE-Elektrodenarraychips wurden mittels Zyklovoltammetrie, Impedanzspektroskopie und Rasterkraftmikroskopie analysiert und anhand dieser Untersuchungen optimiert. Das Augenmerk lag hierbei auf den Produktionsprozessen zur Herstellung der Elektrodenarraychips, auf den Elektrolytbedingungen für die elektrochemischen Messungen und auf der Recyclebarkeit der Chips. Die Funktionalisierung der Arbeitselektroden der 9WPtE-Chips erfolgte mit sich selbst-organisierenden Schichten aus Thiolen. An die Thiole wurden mittels Chemoligation die biologischen Erkennungskomponenten kovalent gekoppelt. Mit dem 9WPtE-Elektrodenarray wurde auf diese Weise ein funktionsfähiger kompetitiver Immunosensoren gegen den Tumormarker Tenascin C entwickelt. Außerdem wurden der 9WPtE-Chip und ein zusätzlich entwickelter Durchflusssensor, basierend auf dem Prinzip des 9WPtE, genutzt, um die Möglichkeit der Detektion ganzer eukaryotischer Zellen zu untersuchen.
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ddc:570
Biosensor, Immunosensor, Impedanzspektroskopie, Elektrochemie, Tumordiagnostik, Tenascin C
biosensor, impedance spectroscopy, immunosensor, tumor diagnostics
Steude, Anja
Robitzki, Andrea A.
Wegener, Joachim
Universität Leipzig
2013-02-01
2012-09-11
2013-01-11
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doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-29T08:25:00Z
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ddc:570
openaire
15. Internationale Frühjahrsschule der Fachsektion Didaktik der Biologie im Verband Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland: 18. - 21. März 2013 - Leipzig
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-105905
ger
Die Frühjahrsschule der FDdB (Fachsektion Didaktik der Biologie im VBIO) ist eine jährlich stattfindende Tagung für Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler in der Biologiedidaktik. Sie wurde 1998 von Helmut Vogt, zu Lebzeiten Professor für Didaktik der Biologie an der Universität Kassel, begründet. Seit fast 15 Jahren bietet sie nun Jungwissenschaftlerinnen und Jungwissenschaftlern der Biologiedidaktik die Möglichkeit, ihre Forschungsvorhaben unter ihresgleichen zu präsentieren und zu diskutieren.
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ddc:570
Wissenschaftlicher Nachwuchs; Biologiedidaktik; Tagung; Konferenz
Biologiedidaktik, Tagung, Wissenschaftlicher Nachwuchs, VBIO, FDdB, Frühjahrsschule
Biology Education, Conference, Spring School, VBIO, FDdB
Jurgowiak, Martin
Zabel, Jörg
Universität Leipzig
2013-02-18
2013
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2021-03-27T15:24:38Z
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ddc:570
openaire
Evolution and Mutation Physics
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-69962
371417899
eng
Base rivalry arises at replication of monotonous DNA – sequences. Irreparable mutations can arise by tunnel processes if the developed energy is high enough.
The tunnel probability depends not only on the base rivalry energy but also depends on the temperature of surroundings. The tunnel probability diminishes with decreasing temperature.
The cytoplasm viscosity increases in the long term with decreasing temperature. The length of the monotonous sequence in which happens an irreparable mutation (caused by base rivalry) then will be larger than at higher temperatures. This means that the possible distribution variety of all base components on the given matrix will diminish; therefore the probability increases that one base component which possesses the necessary energy, comes into the certain monotonous sequence to provoke a tunnel process.
These different temperature dependences are the subject of the following examinations; they lead to the equation (32) which is valid for coming off of an irreparable mutation which is caused by base rivalry. Because of the dependence between temperature change and mutating sequence length from s1 to s1+1 (expressed in this equation), there result informations about evolution, and informations about mutation of DNA – viruses.
The calculations are performed with very small DNA fragments so called residual fragments.:1.Introduction
2.The problems
3.Tunnel processes in biological hydrogen bonds
3.1.The tunnel probability
3.2.The change in the tunnel probability due to temperature- and energy-change
4.The distribution of bases on the DNA during replication, and the occurrence of high base rivalry energy
4.1.Enumeration of all possible distributions
4.2.Enumeration of all favourable distributions, and the chance of occurrence of high base rivalry energy
5.The total probability of mutation which is caused by base rivalry
6.Interpretation of the equation (32)
7.Evolution physics
8.Mutation physics
9.Summary
10.References
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Entwicklungsgeschichte der Erde, Mutation gefährlicher Viren
Evolution, mutation of dangerous viruses
Drechsel, Dieter
Dieter Drechsel, Dresden
2011-07-20
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2021-03-29T08:28:50Z
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ddc:530
ddc:570
openaire
Active and Passive Biomechanical Measurements for Characterization and Stimulation of Biological Cells
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-124199
eng
From a physical perspective biological cells consist of active soft matter that exist in a thermodynamic state far from equilibrium. Not only in muscles but also during cell proliferation, wound healing, embryonic development, and many other physiological tasks, generation of forces on the scale of whole cells is required. To date, cellular contractions have been ascribed to adhesion dependent processes such as myosin driven stress fiber formation and the development of focal adhesion complexes. In this thesis it is shown for the first time that contractions can occur independently of focal adhesions in single suspended cells.
To measure mechanical properties of suspended cells the Optical Stretcher – a dualbeam laser trap – was used with phase contrast video microscopy which allowed to extract the deformation of the cell for every single frame. For fluorescence imaging confocal laser scanning microscopy was employed. The ratio of the fluorescence of a temperature sensitive and a temperature insensitive rhodamine dye was utilized to determine the temperatures inside the optical trap during and after Optical Stretching. The rise in temperature at a measuring power of 0.7W turned out to be enough to open a temperature sensitive ion channel transfected into an epithelial cell line. In this way a massive Ca2+ influx was triggered during the Optical Stretcher experiment. A new setup combining Optical Stretching and confocal laser scanning microscopy allowed fluorescence imaging of these Ca2+ signals while the cells were deformed by optically induced surface forces, showing that the Ca2+ influx could be manipulated with adequate drugs. This model system was then employed to investigate the influence of Ca2+ on the observed contractions, revealing that they are partially triggered by Ca2+.
A phenomenological mathematical model based on the fundamental constitutive equation for linear viscoelastic materials extended by a term accounting for active contractions allowed to quantify the activity of the measured cells. The skewness and the median of the strain distributions were shown to depend on the activity of the cells. The introduced model reveals that even in measurements, that seemingly are describable by passive viscoelasticity, active contractililty might be superimposed. Ignoring this effect will lead to erroneous material properties and misinterpretation of the data.
Taken together, the findings presented in this thesis demonstrate that active processes are an essential part of cellular mechanics and cells can contract even independently of adhesions. The results provide a method that allows to quantify active contractions of suspended cells. As the proposed model is not based on specific assumptions on force generating processes, it paves the way for a thorough investigation of different influences, such as cytoskeletal structures and intra-cellular signaling processes, to cellular contractions. The results present an important contribution for better mechanical classification of cells in future research with possible implications for medical diagnosis and therapy.
info:eu-repo/classification/ddc/530
ddc:530
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Aktive weiche Materie, Calcium, Optical Stretcher, Zellrheologie, Calcium Imaging, TRPV1, HEK293, fundamentale Materialgleichung, Zellkontraktionen, Epithelzellen
active soft matter, calcium, Optical Stretcher, cell rheology, calcium imaging, TRPV1, HEK293, fundamental constitutive equation, cellular contraction, epithelial cells
Gyger, Markus
Käs, Josef A.
Radmacher, Manfred
Universität Leipzig
2013-09-26
2013-01-10
2013-07-17
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T08:29:16Z
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doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:500
ddc:570
openaire
Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Modifizierung der Substratspezifität einer Amin-Pyruvat-Aminotransferase
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-125429
ger
Mit Aminotransferasen können chirale Amine auf biotechnologischem Weg hergestellt werden. Diese besitzen große Bedeutung als Bausteine für weitere Synthesen in der pharmazeutischen und agrochemischen Industrie. Da natürlich vorkommende Enzyme oft nicht die gewünschte Substratspezifität für bestimmte industrielle Anwendungen besitzen, ist eine Optimierung durch Mutagenese notwendig. Solche Entwicklungen sind jedoch oft mit hohem Zeit- und Kostenaufwand verbunden. Die Optimierung kann entweder ungezielt durch empirische Methoden oder gezielt unter Einbeziehung von Informationen über das Enzym erfolgen. Die notwendigen Daten können als Vorbereitung zu konkreten Produktentwicklungen durch Untersuchungen an potentiell geeigneten Enzymen gewonnen werden. Um einen solchen rationalen Ansatz bei der einer speziellen Amin-Pyruvat-Aminotransferase zu ermöglichen, war es Ziel der vorliegenden Arbeit die Grundlagen für die Veränderung der Substratspezifität dieses Enzyms zu erarbeiten.
Zunächst wurden strukturelle Informationen durch ein Homologie-Modell gewonnen und später durch eine experimentell bestimmte Struktur ergänzt. Mit dieser Struktur wurden die Substrat-bindenden Reste identifiziert und zunächst der Einfluss auf die Substratbindung durch ortsgerichtete Mutagenese überprüft. Es konnte gezeigt werden, dass alle acht ausgewählten Aminosäurereste an der Substratbindung beteiligt sind. Zudem wurde unter diesen Positionen nach Mutanten gesucht, die neue Substrate umsetzen können. Eine Reihe von Mutanten wurde identifiziert, die verschiedene neue Substrate umsetzen. Für zwei Positionen konnten eine Reihe von Mutanten identifiziert werden, die neue Substrate akzeptieren. Durch die Art der Seitenketten, die Position der Aminosäuren und der chemischen Struktur der akzeptierten Substrate konnten eine Reihe von Aussagen über den Mechanismus der Substratbindung für diese Amin-Pyruvat-Aminotransferase gemacht werden. Außerdem wurde die Zweckmäßigkeit der eingesetzten theoretischen und experimentellen Methoden für die Anwendung bei Entwicklungen mit Enzymen dieser Klasse gezeigt.
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ddc:500
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ddc:570
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ddc:572
Enzym;Substratspezifität;Acetophenon;Amine
Enzym,Aminotransferase,Transaminase,Substratspezifität,Homologiemodellierung,Acetophenon,Methylbenzylamin,Enzymdesign,Chirale Amine
Enzyme,Enzyme Engineering,Molecular Modelling,Aminotransferase
Seidel, Christian
Beck-Sickinger, Annette
Hahn, Ulrich
Universität Leipzig
2013-11-14
2012-11-19
2013-03-08
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2021-03-29T08:29:28Z
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doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:570
openaire
Achievement and maintenance of dominance in male crested macaques (Macaca nigra)
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-127628
eng
Dominance rank often determines the share of reproduction an individual male can secure in group-living animals (i.e. dominance rank-based reproductive skew). However, our knowledge of the interplay between individual and social factors in determining rank trajectories of males is still limited. The overall aim of this thesis was therefore to investigate mechanisms that underlie individual dominance rank trajectories in male crested macaques (Macaca nigra) and to highlight potential individual and social determinants of how males can achieve and maintain the highest rank possible. Data for this thesis were collected on 37 males during a field study on a natural population of crested macaques living in the Tangkoko-Batuangus Nature Reserve in Indonesia. In study 1, I validate Elo-rating as a particularly well suited method to quantify dominance hierarchies in animal species with dynamic dominance relationships. In studies 2 and 3, I suggest a personality structure for crested macaque males consisting of five distinct factors and further demonstrate that two personality factors determine whether males will rise or fall in rank. Finally, in study 4, I present results on how males utilize coalitions to increase their future rank. Together, these results shed light on how individual attributes and social environment both can impact male careers. Ultimately, in order to understand what determines rank-based reproductive skew, we need to consider the complexity and likely diversity of the mechanisms underlying rank trajectories of individual males which are likely to differ across different species.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Dominanz, Schopfmakake, Macaca nigra, Verhaltensbiologie, Koalitionen, Kooperation, Persoenlichkeit
dominance, crested macaque, Macaca nigra, animal behaviour, coalitions, cooperation, personality
Neumann, Christof
Widdig, Anja
van Schaik, Carel
Engelhardt, Antje
Universität Leipzig
2013-11-18
2013-08-08
2013-10-25
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T08:30:15Z
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doc-type:doctoralThesis
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ddc:570
openaire
The self in action - electrophysiological evidence for predictive processing of self-initiated sounds and its relation to the sense of agency
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-131623
eng
Stimuli caused by our own voluntary actions receive a special treatment in the brain. In auditory processing, the N1 and/or P2 components of the auditory event-related brain potential (ERP) to self-initiated sounds are attenuated compared to passive sound exposure, which has been interpreted as an indicator of a predictive internal forward mechanism. Such a predictive mechanism enables differentiating the sensory consequences of one´s own actions from other sensory input and allows the mind to attribute actions to agents and particularly to the self, usually called the “sense of agency”. However, the notion that N1 and/or P2 attenuation effects to self-initiated sounds reflect internal forward model predictions is still controversial. Furthermore, little is known about the relationship between N1 and/or P2 attenuation effects and the sense of agency. Thus, the aim of the present thesis was to further investigate the nature of the N1 and/or P2 attenuation effect to self-initiated sounds and to examine its specific relationship to the sense of agency. The present thesis provides evidence that N1 and/or P2 attenuation effects to self-initiated sounds are mainly determined by movement intention and predictive internal motor signals involved in movement planning and rules out non-predictive explanations of these effects. Importantly, it is shown that sensory attenuation effects in audition are directly related to the feeling of agency, but occur independent of agency judgments. Taken together, the present thesis supports the assumptions of internal forward model theories.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Erleben der eigenen Urheberschaft, prädiktive Modelle, auditives System, Selbst-Initiierung
sense of agency, predictive modeling, audition, self-initiation
Timm, Jana
Schröger, Erich
Schönwiesner, Marc
Universität Leipzig
2014-01-15
2013-09-12
2013-12-19
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-29T08:30:50Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Evolution von ontologiebasierten Mappings in den Lebenswissenschaften
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-136766
ger
Im Bereich der Lebenswissenschaften steht eine große und wachsende Menge heterogener Datenquellen zur Verfügung, welche häufig in quellübergreifenden Analysen und Auswertungen miteinander kombiniert werden. Um eine einheitliche und strukturierte Erfassung von Wissen sowie einen formalen Austausch zwischen verschiedenen Applikationen zu erleichtern, kommen Ontologien und andere strukturierte Vokabulare zum Einsatz. Sie finden Anwendung in verschiedenen Domänen wie der Molekularbiologie oder Chemie und dienen zumeist der Annotation realer Objekte wie z.B. Gene oder Literaturquellen. Unterschiedliche Ontologien enthalten jedoch teilweise überlappendes Wissen, so dass die Bestimmung einer Abbildung (Ontologiemapping) zwischen ihnen notwendig ist. Oft ist eine manuelle Mappingerstellung zwischen großen Ontologien kaum möglich, weshalb typischerweise automatische Verfahren zu deren Abgleich (Matching) eingesetzt werden. Aufgrund neuer Forschungserkenntnisse und Nutzeranforderungen verändern sich die Ontologien kontinuierlich weiter. Die Evolution der Ontologien hat wiederum Auswirkungen auf abhängige Daten wie beispielsweise Annotations- und Ontologiemappings, welche entsprechend aktualisiert werden müssen. Im Rahmen dieser Arbeit werden neue Methoden und Algorithmen zum Umgang mit der Evolution ontologie-basierter Mappings entwickelt. Dabei wird die generische Infrastruktur GOMMA zur Verwaltung und Analyse der Evolution von Ontologien und Mappings genutzt und erweitert.
Zunächst wurde eine vergleichende Analyse der Evolution von Ontologiemappings für drei Subdomänen der Lebenswissenschaften durchgeführt. Ontologien sowie Mappings unterliegen teilweise starken Änderungen, wobei die Evolutionsintensität von der untersuchten Domäne abhängt. Insgesamt zeigt sich ein deutlicher Einfluss von Ontologieänderungen auf Ontologiemappings. Dementsprechend können bestehende Mappings infolge der Weiterentwicklung von Ontologien ungültig werden, so dass sie auf aktuelle Ontologieversionen migriert werden müssen. Dabei sollte eine aufwendige Neubestimmung der Mappings vermieden werden. In dieser Arbeit werden zwei generische Algorithmen zur (semi-) automatischen Adaptierung von Ontologiemappings eingeführt. Ein Ansatz basiert auf der Komposition von Ontologiemappings, wohingegen der andere Ansatz eine individuelle Behandlung von Ontologieänderungen zur Adaptierung der Mappings erlaubt. Beide Verfahren ermöglichen die Wiederverwendung unbeeinflusster, bereits bestätigter Mappingteile und adaptieren nur die von Änderungen betroffenen Bereiche der Mappings. Eine Evaluierung für sehr große, biomedizinische Ontologien und Mappings zeigt, dass beide Verfahren qualitativ hochwertige Ergebnisse produzieren.
Ähnlich zu Ontologiemappings werden auch ontologiebasierte Annotationsmappings durch Ontologieänderungen beeinflusst. Die Arbeit stellt einen generischen Ansatz zur Bewertung der Qualität von Annotationsmappings auf Basis ihrer Evolution vor. Verschiedene Qualitätsmaße erlauben die Identifikation glaubwürdiger Annotationen beispielsweise anhand ihrer Stabilität oder Herkunftsinformationen. Eine umfassende Analyse großer Annotationsdatenquellen zeigt zahlreiche Instabilitäten z.B. aufgrund temporärer Annotationslöschungen. Dementsprechend stellt sich die Frage, inwieweit die Datenevolution zu einer Veränderung von abhängigen Analyseergebnissen führen kann. Dazu werden die Auswirkungen der Ontologie- und Annotationsevolution auf sogenannte funktionale Analysen großer biologischer Datensätze untersucht. Eine Evaluierung anhand verschiedener Stabilitätsmaße erlaubt die Bewertung der Änderungsintensität der Ergebnisse und gibt Aufschluss, inwieweit Nutzer mit einer signifikanten Veränderung ihrer Ergebnisse rechnen müssen.
Darüber hinaus wird GOMMA um effiziente Verfahren für das Matching sehr großer Ontologien erweitert. Diese werden u.a. für den Abgleich neuer Konzepte während der Adaptierung von Ontologiemappings benötigt. Viele der existierenden Match-Systeme skalieren nicht für das Matching besonders großer Ontologien wie sie im Bereich der Lebenswissenschaften auftreten. Ein effizienter, kompositionsbasierter Ansatz gleicht Ontologien indirekt ab, indem existierende Mappings zu Mediatorontologien wiederverwendet und miteinander kombiniert werden. Mediatorontologien enthalten wertvolles Hintergrundwissen, so dass sich die Mappingqualität im Vergleich zu einem direkten Matching verbessern kann. Zudem werden generelle Strategien für das parallele Ontologie-Matching unter Verwendung mehrerer Rechenknoten vorgestellt. Eine größenbasierte Partitionierung der Eingabeontologien verspricht eine gute Lastbalancierung und Skalierbarkeit, da kleinere Teilaufgaben des Matchings parallel verarbeitet werden können. Die Evaluierung im Rahmen der Ontology Alignment Evaluation Initiative (OAEI) vergleicht GOMMA und andere Systeme für das Matching von Ontologien in verschiedenen Domänen. GOMMA kann u.a. durch Anwendung des parallelen und kompositionsbasierten Matchings sehr gute Ergebnisse bezüglich der Effektivität und Effizienz des Matchings, insbesondere für Ontologien aus dem Bereich der Lebenswissenschaften, erreichen.
In the life sciences, there is an increasing number of heterogeneous data sources that need to be integrated and combined in comprehensive analysis tasks. Often ontologies and other structured vocabularies are used to provide a formal representation of knowledge and to facilitate data exchange between different applications. Ontologies are used in different domains like molecular biology or chemistry. One of their most important applications is the annotation of real-world objects like genes or publications. Since different ontologies can contain overlapping knowledge it is necessary to determine mappings between them (ontology mappings). A manual mapping creation can be very time-consuming or even infeasible such that (semi-) automatic ontology matching methods are typically applied. Ontologies are not static but underlie continuous modifications due to new research insights and changing user requirements. The evolution of ontologies can have impact on dependent data like annotation or ontology mappings. This thesis presents novel methods and algorithms to deal with the evolution of ontology-based mappings. Thereby the generic infrastructure GOMMA is used and extended to manage and analyze the evolution of ontologies and mappings.
First, a comparative evolution analysis for ontologies and mappings from three life science domains shows heavy changes in ontologies and mappings as well as an impact of ontology changes on the mappings. Hence, existing ontology mappings can become invalid and need to be migrated to current ontology versions. Thereby an expensive redetermination of the mappings should be avoided. This thesis introduces two generic algorithms to (semi-) automatically adapt ontology mappings: (1) a composition-based adaptation relies on the principle of mapping composition, and (2) a diff-based adaptation algorithm allows for individually handling change operations to update mappings. Both approaches reuse unaffected mapping parts, and adapt only affected parts of the mappings. An evaluation for very large biomedical ontologies and mappings shows that both approaches produce ontology mappings of high quality.
Similarly, ontology changes may also affect ontology-based annotation mappings. The thesis introduces a generic evaluation approach to assess the quality of annotation mappings based on their evolution. Different quality measures allow for the identification of reliable annotations, e.g., based on their stability or provenance information. A comprehensive analysis of large annotation data sources shows numerous instabilities, e.g., due to the temporary absence of annotations. Such modifications may influence results of dependent applications such as functional enrichment analyses that describe experimental data in terms of ontological groupings. The question arises to what degree ontology and annotation changes may affect such analyses. Based on different stability measures the evaluation assesses change intensities of application results and gives insights whether users need to expect significant changes of their analysis results.
Moreover, GOMMA is extended by large-scale ontology matching techniques. Such techniques are useful, a.o., to match new concepts during ontology mapping adaptation. Many existing match systems do not scale for aligning very large ontologies, e.g., from the life science domain. One efficient composition-based approach indirectly computes ontology mappings by reusing and combining existing mappings to intermediate ontologies. Intermediate ontologies can contain useful background knowledge such that the mapping quality can be improved compared to a direct match approach. Moreover, the thesis introduces general strategies for matching ontologies in parallel using several computing nodes. A size-based partitioning of the input ontologies enables good load balancing and scalability since smaller match tasks can be processed in parallel. The evaluation of the Ontology Alignment Evaluation Initiative (OAEI) compares GOMMA and other systems in terms of matching ontologies from different domains. Using the parallel and composition-based matching, GOMMA can achieve very good results w.r.t. efficiency and effectiveness, especially for ontologies from the life science domain.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Ontologien, Mappings, Ontologie-Mapping, Evolution, Änderungen, Mappingevolution, Ontologieevolution, Adaptierung, Migration, Ontologie-Matching, Komposition, Mediatorontologie, Lebenswissenschaften, Biomedizin, Annotationen, funktionale Analysen, UMLS, FMA, SNOMED CT, Adult Mouse Anatomy, Gene Ontology
ontology, ontologies, ontology mapping, ontology alignment, ontology evolution, mapping migration, mapping change, mapping composition, ontology matching, , ontology change, ontology development, mapping adaptationmediator ontology, biomedical ontologies, UMLS, FMA, SNOMED CT, Adult Mouse Anatomy, Gene Ontology, functional annotations, term enrichment analysis
Groß, Anika
Rahm, Erhard
Leser, Ulf
Universität Leipzig
2014-03-19
2013-12-09
2014-03-05
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T08:31:50Z
qucosa:ubl
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open_access
ddc:570
openaire
Neuronal tracing of oral nerves in a velvet worm: implications for the evolution of the ecdysozoan brain
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eng
As one of the closest relatives of arthropods, Onychophora plays an important role in understanding the evolution of arthropod body plans. Currently there is controversy surrounding the evolution of the brain among the ecdysozoan clades, which shows a collar-shaped, circumoral organization in cycloneuralians but a ganglionic architecture in panarthropods. Based on the innervation pattern of lip papillae surrounding the mouth, the onychophoran brain has been interpreted as a circumoral ring, suggesting that this organization is an ancestral feature of Ecdysozoa. However, this interpretation is inconsistent with other published data. To explore the evolutionary origin of the onychophoran mouth and to shed light on the evolution of the ecdysozoan brains, we analyzed the innervation pattern and morphogenesis of the oral lip papillae in the onychophoran Euperipatoides rowelli using DNA labeling, immunocytochemistry, and neuronal tracing techniques. Our morphogenetic data revealed that the seven paired and one unpaired oral lip papillae arise from three anterior-most body segments. Retrograde fills show that only the first and the third nerves supplying the lip papillae are associated with cell bodies within the brain, whereas the second nerve exclusively receives fibers from somata of peripheral neurons located in the lip papillae. According to our anterograde fills and immunocytochemical data, the first nerve supplies the anterior-most pair of lip papillae, whereas the second and the third nerves are associated with the second to fifth and second to eighth lip papillae, respectively. These data suggest that the lip papillae of E. rowelli are mainly innervated by the proto- and deutocerebrum, whereas there are only a few additional cell bodies situated posterior to the brain. According to these findings, the overall innervation pattern of the oral lip papillae in E. rowelli is incompatible with the interpretation of the onychophoran brain as a modified circumoral ring.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Onychophora, Zentralnervensystem
Onychophora, central nervous system
Martin, Christine
Mayer, Georg
Universität Leipzig
Frontiers Media
2014-05-05
2014
Frontiers in Neuroanatomy , 26. Februar 2014 doi: 10.3389/fnana.2014.00007
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2021-03-29T08:32:15Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
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open_access
ddc:570
openaire
Impact of mycorrhiza helper bacterium Streptomyces sp. AcH 505 on the genetic and physiuological regulation in oaks associated to pathogenic and symbiotic fungi
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-178628
eng
This thesis was performed within the research project “TrophinOak”, which addresses the
impact of multitrophic interactions on the pedunculate oak (Quercus robur) clone DF159. In
this frame, the present work focuses on the genetic and physiological mechanisms ruling the
interaction of the mycorrhiza helper bacterium (MHB) Streptomyces sp. AcH 505 with
microcuttings of DF159 either alone or in presence of the ectomycorrhizal fungus
Piloderma croceum or the fungal leaf pathogen oak powdery mildew
Microsphaera alphitoides. The work consists of 3 chapters.
Chapter 1 characterises the growth of AcH 505 and P. croceum in a soil-based culture system
used within the TrophinOak project. Besides the establishment and evaluation of
quantification methods of these microorganisms by quantitative real-time PCR, the impact of
the soil microbial community and the oak on the bacterium-fungus interaction was
investigated, and AcH 505 and P. croceum were visualized by scanning electron microscopy.
It was observed that the presence of the soil microorganisms and the oak both affect the
bacterium-fungus interaction, and that P. croceum enhances the growth of AcH 505.
Chapter 2 presents a study with the oak, AcH 505 and the EM fungus P. croceum, enabling to
disentangle the direct effect of the MHB on the oak from the indirect one via the EM
symbiosis. The used approach was transcriptomic based on RNA sequencing. It was shown
that i) differential gene expression occurred between root and the distant leaf tissues (local vs.
systemic effects), different developmental stages and treatments, suggesting that oak
specifically coordinates its gene expression patterns, and ii) that genes related to plant growth,
defence and DNA modification were dominant among the differential expressed genes,
suggesting that these processes play essential roles in both symbiotic interactions investigated.
Chapter 3 represents a second transcriptome study, addressing how AcH 505 suppresses
powdery mildew infection in oak by analysing RNA Sequencing data from singly- and coinoculated
oaks. This study combined the systemic impact of the root associated bacterium
with local effects of the leaf pathogen, thereby linking belowground and aboveground
interactions. Systemic defence response is induced by the bacterium and further enhanced
upon pathogen challenge, suggesting that on the leaf level, some bacterial effectors are
recognized as harmful for the plant.
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ddc:570
mykorrhiza helfer bakterium, Eiche, Genexpressionsanalyse, bodenbasiertes Kultursystem
mycorrhiza helper bacterium, oak, transcriptome analysis, soil-based culture system
Kurth, Florence
Tarkka, Mika
Buscot, Francois
Nehls, Uwe
Universität Leipzig
2015-09-14
2015-03-11
2015-08-28
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T08:32:21Z
qucosa:ubl
doc-type:article
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ddc:570
openaire
Hepatic Hedgehog signaling contributes to the regulation of IGF1 and IGFBP1 serum levels
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-142560
eng
Background
Hedgehog signaling plays an important role in embryonic development, organogenesis and cancer. In the adult liver, Hedgehog signaling in non-parenchymal cells has been found to play a role in certain disease states such as fibrosis and cirrhosis. However, whether the Hedgehog pathway is active in mature healthy hepatocytes and is of significance to liver function are controversial.
Findings
Two types of mice with distinct conditional hepatic deletion of the Smoothened gene, an essential co-receptor protein of the Hedgehog pathway, were generated for investigating the role of Hedgehog signaling in mature hepatocytes. The knockout animals (KO) were inconspicuous and healthy with no changes in serum transaminases, but showed a slower weight gain. The liver was smaller, but presented a normal architecture and cellular composition. By quantitative RT-PCR the downregulation of the expression of Indian hedgehog (Ihh) and the Gli3 transcription factor could be demonstrated in healthy mature hepatocytes from these mice, whereas Patched1 was upregulated. Strong alterations in gene expression were also observed for the IGF axis. While expression of Igf1 was downregulated, that of Igfbp1 was upregulated in the livers of both genders. Corresponding changes in the serum levels of both proteins could be detected by ELISA. By activating and inhibiting the transcriptional output of Hedgehog signaling in cultured hepatocytes through siRNAs against Ptch1 and Gli3, respectively, in combination with a ChIP assay evidence was collected indicating that Igf1 expression is directly dependent on the activator function of Gli3. In contrast, the mRNA level of Igfbp1 appears to be controlled through the repressor function of Gli3, while that of Igfbp2 and Igfbp3 did not change. Interestingly, body weight of the transgenic mice correlated well with IGF-I levels in both genders and also with IGFBP-1 levels in females, whereas it did not correlate with serum growth hormone levels.
Conclusions
Our results demonstrate for the first time that Hedgehog signaling is active in healthy mature mouse hepatocytes and that it has considerable importance for IGF-I homeostasis in the circulation. These findings may have various implications for mouse physiology including the regulation of body weight and size, glucose homeostasis and reproductive capacity.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Wachstumshormon, Hepatocyten, Leber
Growth Hormone, Hepatocyte, Liver
Matz-Soja, Madlen
Gebhardt, Rolf
Universität Leipzig
BioMed Central
2014-05-06
2014
Cell Communication and Signaling 2014, 12:11 doi: 10.1186/1478-811X-12-11
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doc-type:article
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2021-03-29T08:32:24Z
qucosa:ubl
doc-type:article
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ddc:570
openaire
Rapid elevation of sodium transport through insulin is
mediated by AKT in alveolar cells: Rapid elevation of sodium transport through insulin ismediated by AKT in alveolar cells
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-142643
eng
Alveolar fluid clearance is driven by vectorial Na+ transport and promotes
postnatal lung adaptation. The effect of insulin on alveolar epithelial Na+
transport was studied in isolated alveolar cells from 18–19-day gestational age
rat fetuses. Equivalent short-circuit currents (ISC) were measured in Ussing
chambers and different kinase inhibitors were used to determine the pathway
of insulin stimulation. In Western Blot measurements the activation of mediators
stimulated by insulin was analyzed. The ISC showed a fast dose-dependent
increase by insulin, which could be attributed to an increased ENaC (epithelial
Na+ channel) activity in experiments with permeabilized apical or basolateral
membrane. 5-(N-Ethyl-N-isopropyl)amiloride inhibition of ISC was not
affected, however, benzamil-sensitive ISC was increased in insulin-stimulated
monolayers. The application of LY-294002 and Akti1/2 both completely
blocked the stimulating effect of insulin on ISC. PP242 partly blocked the
effect of insulin, whereas Rapamycin evoked no inhibition. Western Blot measurements
revealed an increased phosphorylation of AKT after insulin stimulation.
SGK1 activity was also increased by insulin as shown by Western Blot of
pNDRG1. However, in Ussing chamber measurements, GSK650394, an inhibitor
of SGK1 did not prevent the increase in ISC induced by insulin. The application
of IGF-1 mimicked the effect of insulin and increased the ENaC
activity. In addition, an increased autophosphorylation of the IGF-1R/IR was
observed after insulin stimulation. We conclude that insulin rapidly increases
epithelial Na+ transport by enhancing the activity of endogenous ENaC
through activation of PI3K/AKT in alveolar cells.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Lunge, Entwicklung
lung, development
Mattes, Charlott
Thome, Ulrich H.
Universität Leipzig
Wiley
2014-05-07
2014
Physiological Reports, 2 (3), 20 February 2014 doi: 10.1002/phy2.269
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doc-type:article
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2021-03-29T08:32:32Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Analyse funktioneller Gene des Abbaues tertiärer Etherstrukturen in dem Bakterienstamm Aquincola tertiaricarbonis L108 anhand von knock-out Mutanten
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-142918
ger
eng
The switch to unleaded fuels in the 1970s and the high air pollution in areas of high population density due to traffic particularly since the 1990s required the use of alternative fuel additives to achieve an improvement of the combustion. The utilization of oxygenated hydrocarbons as antiknock additives and so-called oxygenates provided a more complete and efficient combustion with simultaneously less harmful and polluting emissions.
These include the synthetic ethers methyl tert-butyl ether (MTBE), ethyl tert-butyl ether (ETBE), tert-amyl methyl ether (TAME) and tert-amyl ethyl ether (TAEE). MTBE has a particular position as within some years it became the dominant oxygenate worldwide.
Since then, over 100.000 leakages, most often in close proximity to gas stations, resulted in just as many oxygenate-contaminated sites of soil and groundwater within few years. The high water solubility of these ethers leads to an especially fast and extensive spread of the contamination plumes.
Ether-contaminated groundwater has a turpentine-like taste that is noticed already in really low concentrations. Thus, such water can no longer serve as drinking water and requires a counter-measure. The chemical parameters of oxygenates decrease the efficiency of otherwise successfully applied techniques such as adsorption or aeration. In addition the ethers proved recalcitrant against microbial attack.
The search for microorganisms that could degrade these synthetic oxygenates indeed resulted in the enrichment of many isolates. The majority of these isolates oxidize the ethers in a cometabolic manner either partially or completely to CO2. However, only few cultures are capable of independent growth on these oxygenates. These include the beta-proteobacteria Methylibium petroleiphilum PM1 and Aquincola tertiaricarbonis L108, of which the latter is of particular interest for the present work. Strain L108 is characterized by good growth on MTBE and is presently the only known isolate which is able to mineralize ETBE, TAME and TAEE at similar rates.
This work examined the seemingly particularly well adapted oxygenate ether metabolism of strain L108, that was formerly isolated from an aquifer highly contaminated with MTBE. Via diverse deletion studies key enzymes of the degradative metabolism and their genetic background were clearly identified. Hence, the results of this work contribute to verify so far just hypothesized metabolic steps by detailed enzymatic and genetic studies.
Based on detected metabolites, first studies on MTBE biodegradation already postulated an oxidative pathway via TBA, 2-methyl-1,2-propane-diol (MPD) and 2-HIBA.
In case of a monoxygenatic hydroxylation of the methoxy group of MTBE a hemiacetale results as reaction product, from which the tertiary alcohol TBA can be formed easily in subsequent reactions.
By comparing wild type strain L108 with the spontaneous mutant strain L10, we were now able to clearly show that the cytochrome P-450 monoxygenase system EthABCD accounts solely for this MTBE-oxidizing activity. It is also the only enzyme catalyzing the corresponding hydroxylation of ETBE, TAME and TAEE. In strain L108 this enzyme complex is expressed constitutively.
TBA, which is also generated from hydroxylation of ETBE, is, as postulated and verified by this study, degraded by a different monoxygenase resulting in MPD. Via Tn5-mediated mutations this enzyme was confirmed as Rieske non-heme mononuclear iron monooxygenase MdpJ. MPD is further altered to the corresponding branched acid 2-HIBA, presumably by two dehydrogenation reactions.
For the degradation of 2-HIBA, diverse hypotheses exist on the basis of known enzymatic reactions. Another Tn5 mutation now gave evidence, that in the mentioned beta-proteobacteria the novel mutase HcmAB linearizes 2-HIBA to 3-hydroxybutyric acid (3-HB) dependent on cobalamin and coenzyme A (CoA). Sequence comparison revealed, that strain L108 acquired all three key enzyme complexes, EthABCD, MdpJ and HcmAB via horizontal gene transfer (HGT).
For TAME and TAEE a completely new degradation pathway was found. In strain L108, the resulting degradation product tert-amyl alcohol (TAA) of these ethers is, like TBA, also specifically oxidized by MdpJ.
In Tn5-deletion studies and metabolite analyzes, however, no hydroxylation could be detected. Instead, TAA is rather desaturated. Therefore within the metabolism no diols or acids analogue to MPD or 2-HIBA were formed. Instead, via MdpJ TAA is initially degraded to the unsaturated tertiary alcohol and hemiterpene 2-methyl-3-butene-2-ol.
Prenol (3-methyl-2-buten-2-ol), prenal (3-methyl-2-buten-2-al) and 3-methyl crotonic acid were detected as additional metabolites. Hence, an isomerization of the branched acid by HcmAB is apparently irrelevant in TAA biodegradation. Accordingly it could be shown, that deletion mutants for HcmAB indeed could not grow on TBA, but are still able to grow on TAA, just as fast as the wild type, in fact.
The tertiary alcohol 2-methyl-3-butene-2-ol is presumably transformed via another isomerase resulting in the primary alcohol prenol. Prenol is further oxidized by postulated dehydrogenases to 3-methyl crotonic acid. This would also be in correlation to the already observed degradation pathway of the monoterpene linalool in other bacteria. However, the responsible enzymes in strain L108 are not yet identified.
Besides this principal gain of knowledge in the degradation of xenobiotic ether structures and the evolution of degradative microorganism, the now confirmed key enzymes EthB, MdpJ and HcmAB, respectively their coding genes, can be used as specific markers to monitor natural degradation processes in in situ studies.
On this basis, the presence of active microorganisms and additionally - derived from the confirmed single key enzymes - a potentially complete degradation can be concluded. In the long run, it might be possible to stimulate the natural microbiological activity, e.g. via bioaugmentation with degradation specialists.
Furthermore, regarding the potential progress of remediation procedures, potentially limiting steps can be distinguished via respective markers and narrowed down as possible cause of deficient degradation activity.
However, such function-based monitoring requires specific verification. Therefore, subsequent studies have to analyze, if there is a sequence diversity among these three key enzymes. Previous sequence comparisons hypothesize that up to 60% accordance in the protein sequence in homologues of MdpJ and HcmA they can still be assumed to possess the same enzymatic function. This diversity has to be considered in the development of specific probes.:Bibliographische Darstellung
Eidesstattliche Erklärung
Danksagung
Abstract
Kurzfassung
Abkürzungsverzeichnis
1. Einleitung
1.1. Tertiäre Ether als Benzin-Oxygenate - Hintergrund und Umweltproblematik
1.2. Mikrobiologischer Abbau tertiärer Ether
1.3. Postulierter Abbauweg
1.4. Monitoring-Tools für biologischen Abbau
1.5. Ziel dieser Arbeit
1.6. Referenzen der Einleitung
2. Die initiale Etherspaltung des Stammes L108
2.1. Die Ethermonooxygenase EthB
2.2. Supplemental Material
3. Die spezifische Alkoholmonooxygenase MdpJ
3.1. Die Alkoholmonooxygenase MdpJ als Hydroxylase und Reduktase
3.2. Supplemental Material
4. Die 2-HIBA-Mutase HcmAB des Stammes L108
4.1. Die 2-HIBA-Mutase HcmAB
4.2. Supplemental Material
5. Der TAA-Abbau des Stammes L108
5.1. Der TAA-Abbau des Stammes L108
5.2. Supplemental Material
6. Diskussion
6.1. Nachweis der Schlüsselenzyme in Stamm L108 durch Mutation
6.2. Nutzen für den Nachweis natürlichen Abbaus
6.3. Der TAA-Metabolismus als neuartiger Abbauweg
6.4. Mikrobiologische Anpassung an Xenobiotika am Beispiel MTBE
6.5. Ausblick
6.6. Referenzen der Diskussion
Anhang
Curriculum Vitae
Publikationsverzeichnis
Tagungsbeiträge
Nachweis über Anteile der Co-Autoren
Die Einführung bleifreien Benzins in den 1970er-Jahren und die hohe Emissionsbelastung von Ballungszentren durch den Straßenverkehr insbesondere seit den 1990er-Jahren erforderte den Einsatz alternativer Benzinadditive, um eine Verbesserung der Verbrennung zu erreichen. Die Nutzung sauerstoffhaltiger Kohlenwasserstoffe als Antiklopfmittel und als sogenannte Oxygenate bot sich an, da diese eine effizientere Verbrennung mit gleichzeitig niedrigeren gesundheits- und umweltschädigenden Emissionen fördern.
Zu den Oxygenaten gehören die synthetischen Ether Methyl-tert-butylether (MTBE), Ethyl-tert-butylether (ETBE), tert-Amylmethylether (TAME) und tert-Amylethylether (TAEE). Eine herausragende Stellung nimmt MTBE ein. Innerhalb weniger Jahre wurde es zum hauptsächlich verwendeten Oxygenat weltweit.
Seitdem führten jedoch über 100.000 Leckagen, zumeist in Tankstellennähe, innerhalb weniger Jahre zu ebenso zahlreichen Kontaminationen des Grundwassers mit Oxygenaten. Aufgrund der hohen Wasserlöslichkeit kommt es dabei zu einer besonders schnellen und großflächigen Ausbreitung der Ether.
Derart belastetes Grundwasser weist schon bei geringsten Etherkonzentrationen einen als terpentinartig wahrgenommenen Geruch und Geschmack auf und kann daher nicht mehr als Trinkwasserzufuhr genutzt werden. Es bedarf einer Lösung dieses Problems.
Die chemischen Parameter der Ether senken allerdings die Effizienz anderweitig erfolgreich genutzter technischer Sanierungsverfahren auf Basis von z. B. Adsorption oder Aerisierung. Auch gegenüber mikrobiellen Abbau erweisen sie sich als rekalzitrant.
Die Suche nach oxygenatabbauenden Mikroorganismen führte zwar zur Anreicherung vieler Isolate, welche die Oxygenate cometabolisch partiell oder sogar komplett oxidieren, nur sehr wenige Kulturen sind aber zu autarkem Wachstum auf diesen Ethern fähig. Dazu gehören die Beta-Proteobacteria Methylibium petroleiphilum PM1 und der dieser Arbeit zugrunde liegende Aquincola tertiaricarbonis L108. Der Stamm L108 zeichnet sich durch ein vergleichsweise gutes Wachstum auf MTBE aus und ist als bisher einzig bekanntes Isolat in der Lage, auch ETBE, TAME und TAEE ähnlich schnell zu mineralisieren.
Die vorliegende Arbeit handelt von dem scheinbar besonders gut an den Oxygenatabbau adaptierten Stoffwechsel des ursprünglich aus MTBE-kontaminiertem Grundwasser angereicherten Stammes L108. Durch verschiedene Deletionsstudien wurden Schlüsselenzyme des Abbaus und deren genetischer Hintergrund eindeutig identifiziert. Die Ergebnisse der genetischen, enzymatischen und physiologischen Studien des Wildtyps im Vergleich zu den erzeugten Deletionsstämmen tragen dazu bei, bisher nur postulierte Reaktionsschritte zu verifizieren.
Schon seit den ersten Studien zum MTBE-Abbau wird anhand markanter Metabolite ein oxidativer Abbau via TBA, 2-Methyl-1,2-propandiol (MPD) und 2-Hydroxyisobuttersäure (2-HIBA) vermutet.
Im Fall einer Hydroxylierung der Methoxygruppe von MTBE wird ein Hemiacetal als Reaktionsprodukt erzeugt, aus dem nachfolgend leicht der tertiäre Alkohol TBA entstehen kann. Durch den Vergleich des Wildtyps mit der Spontanmutante Stamm L10 konnte jetzt gezeigt werden, dass hierfür allein das Cytochrom-P450-Monooxygenasesystem EthABCD verantwortlich ist. Dieses katalysiert auch exklusiv die entsprechende Hydroxylierung von ETBE, TAME und TAEE. In Stamm L108 wird das Enzym konstitutiv exprimiert.
TBA, das auch aus der Hydroxylierung von ETBE resultiert, wird, wie postuliert und in dieser Arbeit verifiziert, durch eine weitere Monooxygenase zu MPD abgebaut. Durch eine Tn5-Transposon-vermittelte Mutation konnte verifiziert werden, dass es sich bei diesem Enzym um die Rieske-nicht-Häm-Monooxygenase MdpJ handelt. MPD wird im weiteren Verlauf voraussichtlich durch zwei Dehydrogenierungen zur korrespondierenden, verzweigten Säure 2-HIBA gewandelt.
Zum 2-HIBA-Abbau gibt es, basierend auf bekannten Enzymreaktionen, diverse Hypothesen. Anhand einer weiteren Tn5-Mutation konnte jetzt bestätigt werden, dass in den genannten beta-Proteobacteria die neuartige Mutase HcmAB wirksam ist, welche 2-HIBA abhängig von Cobalamin und Coenzym A (CoA) zu 3-Hydroxybuttersäure (3-HB) linearisiert. Sequenzvergleiche ergaben, dass Stamm L108 die Schlüsselenzyme des Etherabbaus, EthABCD, MdpJ und HcmAB, durch horizontalen Gentransfer erworben hat.
Für TAME und TAEE wurde ein völlig neuer Abbauweg gefunden. In Stamm L108 wird der beim Abbau dieser Ether entstehende tert-Amylalkohol (TAA) wie TBA ebenfalls exklusiv durch MdpJ oxidiert.
Durch die Tn5-Deletionsstudien und durch Analyse der Metabolite konnte allerdings keine Hydroxylierung nachgewiesen werden. TAA wird durch MdpJ vielmehr desaturiert. Somit entstehen im Abbauweg keine zu MPD und 2-HIBA analogen Diole und Säuren, sondern TAA wird zunächst durch MdpJ zu einem ungesättigten tertiären Alkohol, dem Hemiterpen 2-Methyl-3-buten-2-ol, abgebaut.
Prenol (3-Methyl-2-buten-2-ol), Prenal (3-Methyl-2-buten-2-al) und 3-Methylcrotonsäure wurden als weitere Metabolite des TAA-Stoffwechsels detektiert. Somit spielt eine Isomerisierung einer tertiär verzweigten Säure durch HcmAB im TAA-Abbauweg offensichtlich keine Rolle. Entsprechend konnte gezeigt werden, dass Deletionsmutanten für hcmAB zwar nicht mehr auf TBA, aber immer noch auf TAA wachsen können, und das genauso schnell, wie der Wildtyp.
Der tertiäre Alkohol 2-Methyl-3-buten-2-ol wird wahrscheinlich durch eine andere Isomerase zum primären Alkohol Prenol umgewandelt und dieser dann durch Dehydrogenasen zur Methylcrotonsäure oxidiert. Dies würde dem bereits in anderen Bakterien beobachteten Abbauweg des Monoterpens Linalool entsprechen. Die in Stamm L108 dafür verantwortlichen Enzyme wurden aber noch nicht identifiziert.
Neben diesem grundsätzlichen Erkenntnisgewinn zum Abbau der xenobiotischen Etherverbindungen und der Evolution degradativer Mikroorganismen, können die hier bestätigten Schlüssel-enzyme EthABCD, MdpJ und HcmAB bzw. deren codierende Gene als spezifische Marker zum Monitoring natürlicher Abbauprozesse für in-situ-Untersuchungen genutzt werden. Auf dieser Basis kann auf die Anwesenheit aktiver Mikroorganismen und zudem noch - abgeleitet aus der Präsenz der einzelnen Schlüsselenzyme - auf einen potenziell kompletten Abbau geschlossen werden.
Darauf aufbauend kann die natürliche mikrobiologische Aktivität durch nachfolgende biotechnologische Maßnahmen stimuliert werden, zum Beispiel durch eine Bioaugmentation mit Abbauspezialisten.
Des weiteren können mögliche limitierende Schritte hinsichtlich des potenziellen Verlaufs der Sanierungsmaßnahme über Präsenztiter der betreffenden Marker gezielter verfolgt und als etwaige Ursachen defizitärer Abbauleistungen eingegrenzt werden. Voraussetzung für dieses funktionsbasierte Monitoring ist allerdings der spezifische Nachweis. Somit sollte in nachfolgenden Studien analysiert werden, ob es bei den drei Schlüsselenzymen eine Sequenzdiversität gibt. Die bisherigen Sequenzvergleiche lassen zumindest vermuten, dass bis etwa 60% Übereinstimmung der Proteinsequenzen bei Homologen von MdpJ und HcmA noch mit der gleichen Enzymfunktion zu rechnen ist. Diese Diversität sollte bei der Entwicklung von spezifischen Sonden berücksichtigt werden.:Bibliographische Darstellung
Eidesstattliche Erklärung
Danksagung
Abstract
Kurzfassung
Abkürzungsverzeichnis
1. Einleitung
1.1. Tertiäre Ether als Benzin-Oxygenate - Hintergrund und Umweltproblematik
1.2. Mikrobiologischer Abbau tertiärer Ether
1.3. Postulierter Abbauweg
1.4. Monitoring-Tools für biologischen Abbau
1.5. Ziel dieser Arbeit
1.6. Referenzen der Einleitung
2. Die initiale Etherspaltung des Stammes L108
2.1. Die Ethermonooxygenase EthB
2.2. Supplemental Material
3. Die spezifische Alkoholmonooxygenase MdpJ
3.1. Die Alkoholmonooxygenase MdpJ als Hydroxylase und Reduktase
3.2. Supplemental Material
4. Die 2-HIBA-Mutase HcmAB des Stammes L108
4.1. Die 2-HIBA-Mutase HcmAB
4.2. Supplemental Material
5. Der TAA-Abbau des Stammes L108
5.1. Der TAA-Abbau des Stammes L108
5.2. Supplemental Material
6. Diskussion
6.1. Nachweis der Schlüsselenzyme in Stamm L108 durch Mutation
6.2. Nutzen für den Nachweis natürlichen Abbaus
6.3. Der TAA-Metabolismus als neuartiger Abbauweg
6.4. Mikrobiologische Anpassung an Xenobiotika am Beispiel MTBE
6.5. Ausblick
6.6. Referenzen der Diskussion
Anhang
Curriculum Vitae
Publikationsverzeichnis
Tagungsbeiträge
Nachweis über Anteile der Co-Autoren
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Tertiäre Oxygenatether, TBA, Tertiäramylalkohol, Tertiärbutylalkohol, MTBE, Aquincola tertiaricarbonis L108, Oxygenat, Oxygenatabbau, 2-HIBA-Mutase, Alkoholmonooxygenase MdpJ, Hydroxylase, Desaturase, HCM, HcmAB, 2-Hydroxyisobuttersäure,
Tertiary oxygenate ethers, TBA, Tertiary amyl alcohol, tertiary butyl alcohol, MTBE, Aquincola tertiaricarbonis L108, oxygenate, oygenate degradation, 2-HIBA mutase, alcohol monooxygenase MdpJ, hydroxylase, desaturase, HCM, HcmAB, 2-hydroxyisobutyric acid
Schuster, Judith Christina
Harms, Hauke
Schlömann, Michael
Universität Leipzig
Helmholtzzentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ
2014-05-14
2013-06-19
2014-03-28
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
https://ul.qucosa.de/id/qucosa%3A12452
https://ul.qucosa.de/api/qucosa%3A12452/attachment/ATT-0/
oai:qucosa:de:qucosa:12502
2021-03-29T08:33:08Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Bundles of Semi-flexible Cytoskeletal Filaments
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eng
Schaut man durch ein Mikroskop auf eine biologische Zelle mit angefärbten Zytoskelett, so erblickt man lange, mehr oder minder gerade Objekte. Mit ziemlicher Sicherheit gehören diese zu einer von drei Arten von Zytoskelettfilamenten -- Aktin- oder Mikrofilamente, Intermediärfilamente und Mikrotubuli. Schon seit mehreren Jahrzehnten versucht man die mechanischen Eigenschaften lebender Zellen nicht nur zu beschreiben, sondern ihr Verhalten von zwei tieferen Ebenen ausgehend zu verstehen: Inwiefern beschreiben die Eigenschaften von Filamentnetzwerken und -gelen die Zellmechanik und, noch tiefgreifender, wie bestimmen eigentlich die einzelnen Filamente die Netzwerkmechanik. Das Verständnis der Mechanik homogener und isotroper, verhedderter als auch quervernetzter Gele ist dabei erstaunlich detailreich, ohne jedoch vollständig dem jüngeren Verständnis von Zellen als glassartige Systeme zu entsprechen. In den letzten Jahren sind daher anisotrope Strukturen mehr und mehr in den Fokus gerückt, die die Bandbreite möglichen mechanischen Verhaltens enorm bereichern. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit solch einem hochgradig anisotropen System -- nämlich Aktinbündeln -- unter drei Gesichtspunkten.
Mit Hilfe von aktiven Biegedeformationen wird ein funktionales Modul, das eine differentielle Antwort auf verschiedenen Zeitskalen liefert, identifiziert. Es handelt sich um Aktinfilamente, die durch transiente Quervernetzer gebündelt werden. Während sich das System nach kurz anhaltenden Deformation völlig elastisch verhält, sorgt eine Restrukturierung der Quervernetzer während langanhaltender Deformationen für eine plastische Verformung des Bündels.
In einem weiteren Aspekt widmet sich die Arbeit der frequenz- und längenabhängigen Biegesteifigkeit. Die Methode des Bündel-Wigglings, das Induzieren von \"Seilwellen\", wird dabei genutzt, um aus der Wellenform die Biegesteifigkeit zu berechnen. Bündel von Aktinbündeln zeigen dabei ein Verhalten, das vom klassischen Worm-like-chain-Modell abweicht und stattdessen durch das Worm-like-bundle-Modell beschrieben werden kann.
Der letzte Aspekt dieser Arbeit untersucht den Musterbildungsprozess bei der Entstehung von Aktinbündeln. Gänzlich unerwartet entstehen quasi-isotrope Strukturen mit langreichweitiger Ordnung, wenn der Bündelungsprozess erst nach der Polymerisation von Filamenten frei von zusätzlichen mechanischen Einwirkungen einsetzt. Da dieser Zustand nicht von der klassischen Flüssigkristalltheorie vorhergesagt wird, soll eine Simulation eine Hypothese zum Entstehungsmechanismus testen. Die Annahme einer lateralen Kondensation von Filamenten zu Bündeln reicht demnach aus, um die beobachteten Strukturen zu erzeugen.
Diese Arbeit leistet somit einen Beitrag zum Verständnis hochgradig anisotroper Strukturen und deren Überstrukturen, wie sie auch in lebendigen Zellen reichlich vorhanden sind.:1 Actin filament bundles and patterns
1.1 Actin and other cytoskeletal filaments
1.2 Filament and bundle mechanics
1.2.1 Polymer models
1.2.2 Worm-like bundle theory
1.3 Filament bundling
1.4 Active crosslinkers – contraction and pattern formation
2 Materials and Methods, Instruments and Software
2.1 Actin purification and labeling
2.2 Optical tweezers
2.3 Software libraries for instrument integration
3 Bundle mechanics in the time domain
3.1 Bundle formation and sample preparation
3.2 Bundle bending experiment
3.2.1 LabView VI for bundle bending
3.2.2 Bundle bending
3.2.3 Image analysis and data survey
3.3 Bundle workout – Results of the bending experiments
3.3.1 Multiple bends and elastic response
3.3.2 Endurance test – Plastic response after longer holds
3.3.3 Purely elastic depletion-force induced bundles
3.4 Elastic and plastic deformations of F-actin bundles – Discussion
3.4.1 Bundle formation process and bundle thickness
3.4.2 Elastic response
3.4.3 Elastic versus plastic response
3.5 Differential mechanical response – Summary
4 Bundle mechanics in the frequency domain
4.1 Bundle wiggling – the method
4.2 Bundle formation and sample preparation
4.3 Bundle wiggling experiment
4.3.1 LabView VI for bundle wiggling
4.3.2 Wiggling images to wiggle data
4.4 Bundle wiggling – Results
4.4.1 Bead at end
4.4.2 Wiggling bundled bundles
4.4.3 Thick bundles connected to networks
4.5 Frequency-dependent elastic response of bundles – Discussion
5 Actin bundle networks
5.1 Actin condensation in confined environments – The experiment
5.2 Simulating filament condensation
5.2.1 Implementation details
5.3 Simulation of filament condensation to bundle networks
5.4 Condensation drives pattern formation – Discussion
6 Conclusion
A Calculations
A.1 Subcircular bending arc and radius of curvature
A.2 Correction factor for relaxations times of bundles with bead
B Protocols
B.1 G-actin from rabbit skeletal muscle
B.1.1 Acetone powder prep
B.1.2 Actin prep
B.1.3 Actin gel-filtration
B.2 Buffers
B.3 NEM-myosin beads
B.3.1 NEM-inactivated myosin
B.3.2 NEM-myosin coated beads
B.4 Bundle preps
B.4.1 Depletion force induced and ff-actinin crosslinked bundles
B.4.2 Depletion force induced bundles for wiggling experiments
Bibliography
Being the most basic unit of living organisms, the cell is a complex entity comprising thousands of different proteins. Yet only very few of which are considered to play a leading part in the cell’s mechanical integrity. The biopolymers actin, intermediate filaments and microtubules constitute the so-called cytoskeleton – a highly dynamic, constantly restructuring scaffold endowing the cell not only with integrity to sustain mechanical perturbations but also with the ability to rapidly reorganize or even drive directed motion.
Actin has been regarded to be the protagonist and tremendous efforts have been made to understand passive actin networks using concepts from polymer rheology and statistical mechanics. In bottom-up approaches isotropic, homogeneous actin-gels are well-characterized with rheological methods that measure elastic and viscous properties on different time scales. Cells, however, are not exclusively isotropic networks of any of the mentioned filaments. Rather, actin alone can already be organized into heterogeneous and highly anisotropic structures like bundles. These heterogeneous structures have only come into focus recently with theoretical work addressing bundle networks. and, in the case of the worm-like bundle theory, individual bundles. This work aims at characterizing bundles and bundle-crosslinker systems mechanically in two complementary approaches – in the time as well as in the frequency domain. In addition, it illuminates a bundle formation mechanism that leads to bundle networks displaying higher ordering.:1 Actin filament bundles and patterns
1.1 Actin and other cytoskeletal filaments
1.2 Filament and bundle mechanics
1.2.1 Polymer models
1.2.2 Worm-like bundle theory
1.3 Filament bundling
1.4 Active crosslinkers – contraction and pattern formation
2 Materials and Methods, Instruments and Software
2.1 Actin purification and labeling
2.2 Optical tweezers
2.3 Software libraries for instrument integration
3 Bundle mechanics in the time domain
3.1 Bundle formation and sample preparation
3.2 Bundle bending experiment
3.2.1 LabView VI for bundle bending
3.2.2 Bundle bending
3.2.3 Image analysis and data survey
3.3 Bundle workout – Results of the bending experiments
3.3.1 Multiple bends and elastic response
3.3.2 Endurance test – Plastic response after longer holds
3.3.3 Purely elastic depletion-force induced bundles
3.4 Elastic and plastic deformations of F-actin bundles – Discussion
3.4.1 Bundle formation process and bundle thickness
3.4.2 Elastic response
3.4.3 Elastic versus plastic response
3.5 Differential mechanical response – Summary
4 Bundle mechanics in the frequency domain
4.1 Bundle wiggling – the method
4.2 Bundle formation and sample preparation
4.3 Bundle wiggling experiment
4.3.1 LabView VI for bundle wiggling
4.3.2 Wiggling images to wiggle data
4.4 Bundle wiggling – Results
4.4.1 Bead at end
4.4.2 Wiggling bundled bundles
4.4.3 Thick bundles connected to networks
4.5 Frequency-dependent elastic response of bundles – Discussion
5 Actin bundle networks
5.1 Actin condensation in confined environments – The experiment
5.2 Simulating filament condensation
5.2.1 Implementation details
5.3 Simulation of filament condensation to bundle networks
5.4 Condensation drives pattern formation – Discussion
6 Conclusion
A Calculations
A.1 Subcircular bending arc and radius of curvature
A.2 Correction factor for relaxations times of bundles with bead
B Protocols
B.1 G-actin from rabbit skeletal muscle
B.1.1 Acetone powder prep
B.1.2 Actin prep
B.1.3 Actin gel-filtration
B.2 Buffers
B.3 NEM-myosin beads
B.3.1 NEM-inactivated myosin
B.3.2 NEM-myosin coated beads
B.4 Bundle preps
B.4.1 Depletion force induced and ff-actinin crosslinked bundles
B.4.2 Depletion force induced bundles for wiggling experiments
Bibliography
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ddc:539
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Actin-Filament ; Zellskelett ; Biegesteifigkeit ; Rheologie ;Actin-bindende Proteine ; Elastoplastizität ; Biorheologie
Aktinbündel, Zytoskelettfilamente, Biegesteifigkeit, Rheologie
actin bundles, cytoskeletal filaments, bending stiffness, rheology
Strehle, Dan
Käs, Josef A.
Kroy, Klaus
Pfohl, Thomas
Universität Leipzig
2014-06-30
2013-08-22
2014-05-14
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Functional characterization and structural modeling of synthetic polyester degrading hydrolases from Thermomonospora curvata
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eng
Thermomonospora curvata is a thermophilic actinomycete hylogenetically related to Thermobifida fusca that produces extracellular hydrolases capable of degrading synthetic polyesters. Analysis of the genome of T. curvata DSM43183 revealed two genes coding for putative polyester hydrolases Tcur1278 and Tcur0390 sharing 61% sequence identity with the T. fusca enzymes. Mature proteins of Tcur1278 and Tcur0390 were cloned and expressed in Escherichia coli TOP10. Tcur1278 and Tcur0390 exhibited an optimal reaction temperature against p-nitrophenyl butyrate at 60°C and 55°C, respectively. The optimal pH for both enzymes was determined at pH 8.5. Tcur1278 retained more than 80% and Tcur0390 less than 10% of their initial activity following incubation for 60 min at 55°C. Tcur0390 showed a higher hydrolytic activity against poly(ε-caprolactone) and polyethylene terephthalate (PET) nanoparticles compared to Tcur1278 at reaction temperatures up to 50°C. At 55°C and 60°C, hydrolytic activity against PET nanoparticles was only detected with Tcur1278. In silico modeling of the polyester hydrolases and docking with a model substrate composed of two repeating units of PET revealed the typical fold of α/β serine hydrolases with an exposed catalytic triad. Molecular dynamics simulations confirmed the superior thermal stability of Tcur1278 considered as the main reason for its higher hydrolytic activity on PET.:Introduction; Materials and methods; Results; Discussion
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Hydrolase, synthetische Polyester, Polyethylenterephthalat, Thermonospora curvata
Polyester hydrolase, Synthetic polyester, Polyethylene terephthalate (PET), Thermomonospora curvata
Wei, Ren
Oeser, Thorsten
Then, Johannes
Kühn, Nancy
Barth, Markus
Schmidt, Juliane
Zimmermann, Wolfgang
Universität Leipzig
Springer Open
2014-06-11
2014
AMB Express 2014, 4:44 doi:10.1186/s13568-014-0044-9
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Fischer
Ulmer
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Fischer
Ulmer
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Elektronische Datenverarbeitung, EDV, Medizin, Biologie
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Ulmer
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Fischer
Ulmer
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Surveillance of c-allocation in microalgal cells
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eng
When microalgae are exposed to changing environmental conditions, e.g., light-dark cycles or oscillations in nutrient availability (CO2, nitrogen, phosphate or silicate) they respond with metabolic changes in the carbon allocation pattern. Short time regulations in the time range of few seconds to minutes can be mirrored best by mass spectroscopy based metabolomics. However, these snap shots do not reflect the alterations in the carbon flow to the cellular macromolecules like protein, carbohydrate or lipid. In this review it is shown how the combination of FTIR spectroscopy and Chla-in-vivo-fluorescence based electron transport rates can reveal changes in the metabolic flux rates of carbon during a shift of the environmental conditions. The review will demonstrate in which time range FTIR spectroscopy can deliver significant information and how FTIR spectroscopy data can synergistically support metabolome analysis by mass-spectroscopy.
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FTIR-Spektrometrie, Algen, Biomasse, Metabolom, Chlamydomonas
FTIR spectroscopy, algae, biomass, composition, metabolomics, chemometrics, chlamydomonas
Wagner, Heiko
Jungandreas, Anne
Wilhelm, Christian
Universität Leipzig
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
2014-07-02
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Metabolites 2014, 4(2), 453-464; doi:10.3390/metabo4020453
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Fischer
Ulmer
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Fischer
Ulmer
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Urban & Fischer
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
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Urban & Fischer
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
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Elektronische Datenverarbeitung, EDV, Medizin, Biologie
Electronic data processing, EDP, medicine, biology
Urban & Fischer
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
2014-07-03
1994
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Electronic data processing, EDP, medicine, biology
Urban & Fischer
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
2014-07-04
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Elektronische Datenverarbeitung, EDV, Medizin, Biologie
Electronic data processing, EDP, medicine, biology
Urban & Fischer
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
2014-07-04
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Electronic data processing, EDP, medicine, biology
Urban & Fischer
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
2014-07-04
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Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
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Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
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Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
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Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
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Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
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Urban & Fischer
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
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Urban & Fischer
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
2014-07-07
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Urban & Fischer
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
2014-07-07
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Urban & Fischer
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
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Urban & Fischer
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
2014-07-07
2003
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Improvement of the Digestibility of Sulfated Hyaluronans by Bovine Testicular Hyaluronidase: a UV Spectroscopic and Mass Spectrometric Study
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eng
Glycosaminoglycans (GAGs) such as hyaluronan (HA) and chondroitin sulfate (CS) are important, natural polysaccharides which occur in biological (connective) tissues and have various biotechnological and medical applications. Additionally, there is increasing evidence that chemically (over)sulfated GAGs possess promising properties and are useful as implant coatings. Unfortunately, a detailed characterization of these GAGs is challenging: although mass spectrometry (MS) is one of the most powerful tools to elucidate the structures of (poly)saccharides, MS is not applicable to high mass polysaccharides, but characteristic oligosaccharides are needed. These oligosaccharides are normally generated by enzymatic digestion. However, chemically modified (particularly sulfated) GAGs are extremely refractive to enzymatic digestion. This study focuses on the investigation of the digestibility of GAGs with different degrees of sulfation by bovine testicular hyaluronidase (BTH). It will be shown by using an adapted spectrophotometric assay that all investigated GAGs can be basically digested if the reaction conditions are carefully adjusted. However, the oligosaccharide yield correlates reciprocally with the number of sulfate residues per polymer repeating unit. Finally, matrix-laser desorption and ionization (MALDI) MS will be used to study the released oligosaccharides and their sulfation patterns.
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Glykosaminoglykane, GAG, Mucopolysaccharide, Massenspektrometrie, Verdaubarkeit
Glycosaminoglycan, GAGs, mucopolysaccharides, mass spectrometry, MS, digestibility
Lemnitzer, Katharina
Schiller, Jürgen
Becher, Jana
Möller, Stephanie
Schnabelrauch, Matthias
Hindawi Publ.
Universität Leipzig
Innovent Technologieentwicklung
2014-07-07
2014
BioMed Research International Volume 2014 (2014), Article ID 986594, 8 pages doi:10.1155/2014/986594
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Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
2014-07-07
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Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
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Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
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Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
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Elektronische Datenverarbeitung, EDV, Medizin, Biologie
Electronic data processing, EDP, medicine, biology
Urban & Fischer
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
2014-07-08
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Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
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Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
2014-07-08
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Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
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Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
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Urban & Fischer
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Urban & Fischer
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
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Wolbachia distribution in selected beetle taxa characterized by PCR screens and MLST data
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Wolbachia (Alphaproteobacteria) is an inherited endosymbiont of arthropods and filarial nematodes and was reported to be widespread across insect taxa. While Wolbachia’s effects on host biology are not understood from most of these hosts, known Wolbachia-induced phenotypes cover a spectrum from obligate beneficial mutualism to reproductive manipulations and pathogenicity. Interestingly, data on Wolbachia within the most species-rich order of arthropods, the Coleoptera (beetles), are scarce. Therefore, we screened 128 species
from seven beetle families (Buprestidae, Hydraenidae, Dytiscidae, Hydrophilidae, Gyrinidae, Haliplidae, and Noteridae) for the presence of Wolbachia. Our data show that, contrary to previous estimations, Wolbachia frequencies in beetles (31% overall) are comparable to the ones in other insects. In addition, we used Wolbachia MLST data and host phylogeny to explore the evolutionary history of Wolbachia strains from Hydraenidae, an aquatic lineage of beetles. Our data suggest that Wolbachia from Hydraenidae might be largely host genus specific and that Wolbachia strain phylogeny is not independent to that of its hosts. As this contrasts with most terrestrial Wolbachia–arthropod systems, one
potential conclusion is that aquatic lifestyle of hosts may result in Wolbachia distribution patterns distinct from those of terrestrial hosts. Our data thus provide both insights into Wolbachia distribution among beetles in general and a first glimpse of Wolbachia distribution patterns among aquatic host lineages.
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Buprestidae, Prachtkäfer, Coleoptera, Dytiscidae, Endosymbionten, Hydraenidae, Hydrophilidae
Buprestidae, Coleoptera, Dytiscidae, endosymbionts, Hydraenidae, Hydrophilidae
Sontowski, Rebekka
Bernhard, Detlef
Bleidorn, Christoph
Schlegel, Martin
Gerth, Michael
Universität Leipzig
Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig
John Wiley & Sons, Inc.
2015-10-27
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Ecology and evolution 2015 5(19): 4345–4353
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Elektronische Datenverarbeitung, EDV, Medizin, Biologie
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Elektronische Datenverarbeitung, EDV, Medizin, Biologie
Electronic data processing, EDP, medicine, biology
Urban & Fischer
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
2014-07-11
2001
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Identification and application of novel and selective blockers for the heat-activated cation channel TRPM3
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TRPM3 (melastatin-related transient receptor potential 3) is a calcium-permeable nonselective cation channel that is expressed in various tissues, including insulin-secreting β-cells and a subset of sensory neurons from trigeminal and dorsal root ganglia (DRG). TRPM3 can be activated by the neurosteroid pregnenolone sulphate (PregS) or heat. TRPM3α2 mice display an impaired sensation of noxious heat and inflammatory thermal hyperalgesia. A calcium-based screening of a compound library identified four natural compounds as TRPM3 blockers. Three of the natural compounds belong to the citrus fruit flavanones (hesperetin, eriodictyol and naringenin), the forth compound is a deoxybenzoin that can be synthesized from an isoflavone of the root of Ononis spinosa (ononetin). The IC50 for the substances ranged from upper nanomolar to lower micromolar concentrations. Electrophysiological whole-cell measurements as well as calcium measurements confirmed the potency of the compounds to block TRPM3 in DRG neurones. To further improve the potency and the selectivity of TRPM3 block and to identify the pharmacophore within the flavanone structure, we conducted a hit optimisation procedure by re-screening a focussed library. The library composed of several flavanones with different substitutions on relevant chemical positions and of representatives from different flavonoid subgroups. Within this secondary screen, we identified isosakuranetin and liquiritigenin as active blockers of PregS-induced Ca2+ entry through TRPM3. Isosakuranetin, a flavanone that can be found in blood oranges and grapefruits, displayed an IC50 of 50 nM, and is the most potent inhibitor of TRPM3 identified so far. The novel compounds exhibited a marked specificity for TRPM3 compared with other thermosensitive TRP channels, and blocked PregS-induced [Ca2+]i signals and ionic currents in freshly isolated DRG neurones. Furthermore, isosakuranetin and hesperetin reduced the sensitivity of mice to noxious heat and PregS-induced chemical pain. Since the physiological functions of TRPM3 channels are still poorly defined, the development and validation of potent and selective blockers is expected to contribute to clarifying the role of TRPM3 in vivo. Considering the involvement of TRPM3 in nociception, TRPM3 blockers may represent a novel concept for analgesic treatment.
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ddc:570
TRPM3, Schmerz, Flavanoide
TRPM3, pain, flavanoids
Straub, Isabelle
Rübsamen, Rudolf
Schaefer, Michael
Universität Leipzig
2014-08-06
2013-10-02
2014-05-23
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Informatik, Biometrie und Epidemiologie in Medizin und Biologie: offizielles Organ der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie (GMDS) e.V.
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0943-5581
ger
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-145588
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ddc:610
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Elektronische Datenverarbeitung, EDV, Medizin, Biologie
Electronic data processing, EDP, medicine, biology
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
Urban & Fischer
2014-08-28
2001
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Informatik, Biometrie und Epidemiologie in Medizin und Biologie: offizielles Organ der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie (GMDS) e.V.
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ger
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Elektronische Datenverarbeitung, EDV, Medizin, Biologie
Electronic data processing, EDP, medicine, biology
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
Urban & Fischer
2014-08-28
2002
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Informatik, Biometrie und Epidemiologie in Medizin und Biologie: offizielles Organ der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie (GMDS) e.V.
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ger
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Elektronische Datenverarbeitung, EDV, Medizin, Biologie
Electronic data processing, EDP, medicine, biology
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
Urban & Fischer
2014-08-28
2003
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openaire
Analysis of the opsin repertoire in the Tardigrade Hypsibius dujardini provides insights into the evolution of opsin genes in Panarthropoda
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-151764
eng
Screening of a deeply sequenced transcriptome using Illumina sequencing as well as the genome of the tardigrade Hypsibius dujardini revealed a set of five opsin genes. To clarify the phylogenetic position of these genes and to elucidate the evolutionary history of opsins in Panarthropoda (Onychophora + Tardigrada + Arthropoda), we reconstructed the phylogeny of broadly sampled metazoan opsin genes using maximum likelihood and Bayesian inference methods in conjunction with carefully selected substitution models. According to our findings, the opsin repertoire of H. dujardini comprises representatives of all three major bilaterian opsin clades, including one r-opsin, three c-opsins, and a Group 4 opsin (neuropsin/opsin-5). The identification of the tardigrade ortholog of neuropsin/opsin-5 is the first record of this opsin type in a protostome, but our screening of available metazoan genomes revealed that it is also present in other protostomes. Our opsin phylogeny further suggests that two r-opsins, including an "arthropsin", were present in the last common ancestor of Panarthropoda. While both r-opsin lineages were retained in Onychophora and Arthropoda, the "arthropsin" was lost in Tardigrada. The single (most likely visual) r-opsin found in H. dujardini supports the hypothesis of monochromatic vision in the panarthropod ancestor, whereas two duplications of the ancestral panarthropod c-opsin have led to three c-opsins in tardigrades. Although the early-branching nodes are unstable within the metazoans, our findings suggest that the last common ancestor of Bilateria possessed six opsins: two r-opsins, one c-opsin, and three Group 4 opsins, one of which (Go opsin) was lost in the ecdysozoan lineage.
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ddc:570
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ddc:576
Panarthropoda, Tardigrada, Bärtierchen, Opsin, Transkriptom
Panarthropoda, Tardigrada, opsin evolution, transcriptomics, vision
Hering, Lars
Mayer, Georg
Universität Leipzig
Oxford University Press
2014-09-09
2014
Genome Biol Evol. 2014 Sep 4. pii: evu193 doi:10.1093/gbe/evu193
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2021-03-29T08:38:15Z
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ddc:570
ddc:610
openaire
GMS Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
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1860-9171
ger
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offizielles Organ der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie (GMDS) e.V.
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ddc:610
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ddc:570
Elektronische Datenverarbeitung, EDV, Medizin, Biologie
Electronic data processing, EDP, medicine, biology
German Medical Science
Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
2014-09-17
2005
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2021-03-29T08:40:16Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:530
ddc:570
ddc:610
openaire
Modelling cortical laminae with 7T magnetic resonance imaging
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-159094
eng
To fully understand how the brain works, it is necessary to relate the
brain’s function to its anatomy. Cortical anatomy is subject-specific. It is character-
ized by the thickness and number of intracortical layers, which differ from one cortical
area to the next. Each cortical area fulfills a certain function. With magnetic res-
onance imaging (MRI) it is possible to study structure and function in-vivo within
the same subject. The resolution of ultra-high field MRI at 7T allows to resolve
intracortical anatomy. This opens the possibility to relate cortical function of a sub-
ject to its corresponding individual structural area, which is one of the main goals of
neuroimaging.
To parcellate the cortex based on its intracortical structure in-vivo, firstly, im-
ages have to be quantitative and homogeneous so that they can be processed fully-
automatically. Moreover, the resolution has to be high enough to resolve intracortical
layers. Therefore, the in-vivo MR images acquired for this work are quantitative T1
maps at 0.5 mm isotropic resolution.
Secondly, computational tools are needed to analyze the cortex observer-independ-
ently. The most recent tools designed for this task are presented in this thesis. They
comprise the segmentation of the cortex, and the construction of a novel equi-volume
coordinate system of cortical depth. The equi-volume model is not restricted to in-
vivo data, but is used on ultra-high resolution post-mortem data from MRI as well.
It could also be used on 3D volumes reconstructed from 2D histological stains.
An equi-volume coordinate system yields firstly intracortical surfaces that follow
anatomical layers all along the cortex, even within areas that are severely folded
where previous models fail. MR intensities can be mapped onto these equi-volume
surfaces to identify the location and size of some structural areas. Surfaces com-
puted with previous coordinate systems are shown to cross into different anatomical
layers, and therefore also show artefactual patterns. Secondly, with the coordinate
system one can compute cortical traverses perpendicularly to the intracortical sur-
faces. Sampling intensities along equi-volume traverses results in cortical profiles that
reflect an anatomical layer pattern, which is specific to every structural area. It is
shown that profiles constructed with previous coordinate systems of cortical depth
disguise the anatomical layer pattern or even show a wrong pattern. In contrast to
equi-volume profiles these profiles from previous models are not suited to analyze the
cortex observer-independently, and hence can not be used for automatic delineations
of cortical areas.
Equi-volume profiles from four different structural areas are presented. These pro-
files show area-specific shapes that are to a certain degree preserved across subjects.
Finally, the profiles are used to classify primary areas observer-independently.:1 Introduction p. 1
2 Theoretical Background p. 5
2.1 Neuroanatomy of the human cerebral cortex . . . .p. 5
2.1.1 Macroscopical structure . . . . . . . . . . . .p. 5
2.1.2 Neurons: cell bodies and fibers . . . . . . . .p. 5
2.1.3 Cortical layers in cyto- and myeloarchitecture . . .p. 7
2.1.4 Microscopical structure: cortical areas and maps . .p. 11
2.2 Nuclear Magnetic Resonance . . . . . . . . . . . . . .p. 13
2.2.1 Proton spins in a static magnetic field B0 . . . . .p. 13
2.2.2 Excitation with B1 . . . . . . . . . . . . . . . . .p. 15
2.2.3 Relaxation times T1, T2 and T∗ 2 . . . . . . . . . .p. 16
2.2.4 The Bloch equations . . . . . . . . . . . . . . . . p. 17
2.3 Magnetic Resonance Imaging . . . . . . . . . . . . . .p. 20
2.3.1 Encoding of spatial location and k-space . . . . . .p. 20
2.3.2 Sequences and contrasts . . . . . . . . . . . . . . p. 22
2.3.3 Ultra-high resolution MRI . . . . . . . . . . . . . p. 24
2.3.4 Intracortical MRI: different contrasts and their sources p. 25
3 Image analysis with computed cortical laminae p. 29
3.1 Segmentation challenges of ultra-high resolution images p. 30
3.2 Reconstruction of cortical surfaces with the level set method p. 31
3.3 Myeloarchitectonic patterns on inflated hemispheres . . . . p. 33
3.4 Profiles revealing myeloarchitectonic laminar patterns . . .p. 36
3.5 Standard computational cortical layering models . . . . . . p. 38
3.6 Curvature bias of computed laminae and profiles . . . . . . p. 39
4 Materials and methods p. 41
4.1 Histology . . . . . p. 41
4.2 MR scanning . . . . p. 44
4.2.1 Ultra-high resolution post-mortem data p. 44
4.2.2 The MP2RAGE sequence . . . . . . . . p. 45
4.2.3 High-resolution in-vivo T1 maps . . . .p. 46
4.2.4 High-resolution in-vivo T∗ 2-weighted images p. 47
4.3 Image preprocessing and experiments . . . . . .p. 48
4.3.1 Fully-automatic tissue segmentation . . . . p. 48
4.3.2 Curvature Estimation . . . . . . . . . . . . p. 49
4.3.3 Preprocessing of post-mortem data . . . . . .p. 50
4.3.4 Experiments with occipital pole post-mortem data .p. 51
4.3.5 Preprocessing of in-vivo data . . . . . . . . . . p. 52
4.3.6 Evaluation experiments on in-vivo data . . . . . .p. 56
4.3.7 Application experiments on in-vivo data . . . . . p. 56
4.3.8 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .p. 58
5 Computational cortical layering models p. 59
5.1 Implementation of standard models . .p. 60
5.1.1 The Laplace model . . . . . . . . .p. 60
5.1.2 The level set method . . . . . . . p. 61
5.1.3 The equidistant model . . . . . . .p. 62
5.2 The novel anatomically motivated equi-volume model p. 63
5.2.1 Bok’s equi-volume principle . . . . . .p. 63
5.2.2 Computational equi-volume layering . . p. 66
6 Validation of the novel equi-volume model p. 73
6.1 The equi-volume model versus previous models on post-mortem samples p. 73
6.1.1 Comparing computed surfaces and anatomical layers . . . . . . . . p. 73
6.1.2 Cortical profiles reflecting an anatomical layer . . . . . . . . .p. 79
6.2 The equi-volume model versus previous models on in-vivo data . . . .p. 82
6.2.1 Comparing computed surfaces and anatomical layers . . . . . . . . p. 82
6.2.2 Cortical profiles reflecting an anatomical layer . . . . . . . . .p. 85
6.3 Dependence of computed surfaces on cortical curvature . . . . .p. 87
6.3.1 Within a structural area . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 87
6.3.2 Artifactual patterns on inflated surfaces . . . . . . . . . .p. 87
7 Applying the equi-volume model: Analyzing cortical architecture in-vivo in different structural areas p. 91
7.1 Impact of resolution on cortical profiles . . . . . . . . . . . . . p. 91
7.2 Intersubject variability of cortical profiles . . . . . . . . . . . p. 94
7.3 Myeloarchitectonic patterns on inflated hemispheres . . . . . . .p. 95
7.3.1 Comparison of patterns with inflated labels . . . . . . . . . .p. 97
7.3.2 Patterns at different cortical depths . . . . . . . . . . . . .p. 97
7.4 Fully-automatic primary-area classification using cortical profiles p. 99
8 Discussion p. 105
8.1 The novel equi-volume model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .p. 105
8.2 Analyzing cortical myeloarchitecture in-vivo with T1 maps . . . . . .p. 109
9 Conclusion and outlook p. 113
Bibliography p. 117
List of Figures p. 127
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ddc:610
info:eu-repo/classification/ddc/530
ddc:530
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
info:eu-repo/classification/ddc/538
ddc:538
info:eu-repo/classification/ddc/571
ddc:571
info:eu-repo/classification/ddc/611
ddc:611
Magnetresonanztomographie, Bildverarbeitung, Bildgebung, MRT, Kortex, Gehirn, 7 Tesla, Anatomie, Schichten, Krümmung, Oberflächen, Areale, Brodmann, Myelin, Myeloarchitektur, Cytoarchitektur, Vogt
magnetic resonance imaging, image processing, imaging, MRI, cortex, brain, 7 Tesla, anatomy, cortical, layer, curvature, surfaces, area, Brodmann, myelin, myeloarchitecture, cytoarchitecture, Vogt
Wähnert, Miriam
Turner, Robert
Shattuck, David W.
Universität Leipzig
2015-01-28
2014-10-07
2014-05-12
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T08:40:44Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
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ddc:000
ddc:570
openaire
ExpaRNA-P : simultaneous exact pattern matching and folding of RNAs
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eng
Background: Identifying sequence-structure motifs common to two RNAs can speed up the comparison of structural RNAs substantially. The core algorithm of the existent approach ExpaRNA solves this problem for a priori known input structures. However, such structures are rarely known; moreover, predicting them computationally is no rescue, since single sequence structure prediction is highly unreliable. Results: The novel algorithm ExpaRNA-P computes exactly matching sequence-structure motifs in entire Boltzmann-distributed structure ensembles of two RNAs; thereby we match and fold RNAs simultaneously, analogous to the well-known “simultaneous alignment and folding” of RNAs. While this implies much higher flexibility compared to ExpaRNA, ExpaRNA-P has the same very low complexity (quadratic in time and space), which is enabled by its novel structure ensemble-based sparsification. Furthermore, we devise a generalized chaining algorithm to compute compatible subsets of ExpaRNA-P’s sequence-structure motifs. Resulting in the very fast RNA alignment approach ExpLoc-P, we utilize the best chain as anchor constraints for the sequence-structure alignment tool LocARNA. ExpLoc-P is benchmarked in several variants and versus state-of-the-art approaches. In particular, we formally introduce and evaluate strict and relaxed variants of the problem; the latter makes the approach sensitive to compensatory mutations. Across a benchmark set of typical non-coding RNAs, ExpLoc-P has similar accuracy to LocARNA but is four times faster (in both variants), while it achieves a speed-up over 30-fold for the longest benchmark sequences (≈400nt). Finally, different ExpLoc-P variants enable tailoring of the method to specific application scenarios. ExpaRNA-P and ExpLoc-P are distributed as part of the LocARNA package. The source code is freely available at http://www.bioinf.uni-freiburg.de/Software/ExpaRNA-P webcite. Conclusions: ExpaRNA-P’s novel ensemble-based sparsification reduces its complexity to quadratic time and space. Thereby, ExpaRNA-P significantly speeds up sequence-structure alignment while maintaining the alignment quality. Different ExpaRNA-P variants support a wide range of applications.
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ddc:000
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ddc:570
RNA, Bioinformatik, Struktur, RNA, Vergleich, Vereinfachung
RNA bioinformatics; Structure-based comparison of RNA
Otto, Christina
Möhl, Mathias
Heyne, Steffen
Amit, Mika
Landau, Gad M.
Backofen, Rolf
Will, Sebastian
Universität Freiburg
Universität Leipzig
Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik
University of Haifa
New York University-Poly
University of Copenhagen
BioMed Central
2014-01-22
2014
BMC Bioinformatics 2014, 15:404 doi:10.1186/s12859-014-0404-0
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doc-type:Text
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doc-type:doctoralThesis
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status-type:publishedVersion
openaire
In vitro studies on the mechanisms of action of chamomile, myrrh and coffee charcoal – components of a traditional herbal medicinal product (Myrrhinil-Intest®)
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-160415
eng
The traditional herbal medicinal product Myrrhinil-Intest® is a fixed herbal combination, which is marketed in Germany since 1959 and applied in medical practice for the treatment of gastrointestinal disorders such as functional diarrhea, irritable bowel syndrome and inflammatory bowel disease. It contains myrrh, which is described as the oleo-gum resin from mainly Commiphora molmol Engler (Burseraceae), coffee charcoal, which are the milled roasted to blackening outer seed parts of green dried Coffea Arabica Linné (Rubiaceae) fruits and chamomile flowers - the flower heads of Matricaria recutita Linné (Asteraceae). The clinical effectiveness of Myrrhinil-Intest® for the treatment of various gastrointestinal disorders was demonstrated in several clinical studies and is described in various experience reports, however its pharmacological profile is not fully elucidated. Within the present study the spasmolytic and anti-inflammatory potential of the components myrrh, chamomile and coffee charcoal was investigated. Therefore pharmacological, histological and molecular biological methods were utilised. Spasmolytic activity was characterised using isometric tension measurement with rat isolated small intestinal preparations. Anti-inflammatory potential was assessed with different methods using isolated rat small intestinal preparations and immune cell lines. Inflammation was induced with TNBS and LPS respectively. Additionally, the influence of the herbal components on the gene expression profile of native human macrophages after LPS/IFNγ stimulation was determined by microarray gene expression analysis. Chamomile flower and myrrh exerted spasmolytic effects, whereby the more pronounced spasmolytic effects of myrrh were mediated via calcium channel blockade. Myrrh and chamomile flower exerted anti-inflammatory effects.
Myrrhe, Kamille, Kaffeekohle, Myrrhinil-Intest
myrrh, chamomile flower, coffee charcoal, Myrrhinil-Intest
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Vissiennon, Cica
Nieber, Karen
Hensel, Andreas
Universität Leipzig
2014-09-25
2014-12-12
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2015-02-17
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doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
https://ul.qucosa.de/id/qucosa%3A13144
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2021-03-29T08:41:23Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:570
openaire
Altersunterschiede in der Empathie: Multidirektional und eine Frage des Kontexts?
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-161298
ger
Empathie wird als ein multidimensionales Konstrukt verstanden, welches kognitive Aspekte wie empathische Akkuratheit (die Fähigkeit, die Emotionen einer anderen Person akkurat zu erken-nen) als auch affektive Aspekte wie Emotionskongruenz (die Fähigkeit, die Emotionen anderer zu teilen) und Mitgefühl (die Fähigkeit, ein Gefühl von Sorge für diese Person zu erleben) umfasst (z.B. Davis, 1994; Eisenberg & Fabes, 1990). Ziel der Dissertation war es zu einem umfassenden Verständnis altersbezogener Unterschiede in diesen drei Empathiefacetten beizutragen. Ausgehend von der Überlegung, dass empathische Akkuratheit wesentlich von alterssensitiven kognitiven Prozessen determiniert wird (z.B. Adolphs, 2002), während affektive Empathiefacetten vor allem altersfreundliche emotionsregulatorische Voraussetzungen haben (z.B. Eisenberg, 2000), wurde vermutet, dass empathische Akkuratheit Altersdefizite aufweist, während Gefühlskongruenz und Mitgefühl altersbezogene Zugewinne zeigen. Da Evidenz dafür vorliegt, dass altersbezogene Defizite in unterschiedlichen kognitiven und emotionalen Leistungsbereichen reduziert werden, wenn die Aufgabe eine besondere Bedeutung für Ältere hat (z.B. Hess, Rosenberg & Waters, 2001; Kunzmann & Grühn, 2005), lag ein weiteres Ziel der Studie darin, zu überprüfen, ob Altersunterschiede in der Empathie durch die Altersrelevanz der Aufgabe moderiert werden. Grund für diese Annahme liefert das Modell der selektiven Optimierung mit Kompensation (z.B. Baltes & Baltes, 1990) sowie die Selective Engagement Theorie (Hess, 2006), die übereinstimmend po-stulieren, dass Personen mit zunehmendem Alter dazu tendieren mit den ihnen zur Verfügung stehenden Ressourcen sparsam umzugehen und diese primär in Bereichen einsetzen, die sie für relevant halten. Basierend auf diesen Überlegungen wurde vermutet, dass Altersdefizite in empathischer Akkuratheit weniger wahrscheinlich sind, wenn die Aufgabe von hoher Relevanz für Ältere ist; in der Emotionskongruenz sollten sich die Altersgewinne in den für Ältere relevanten Aufgaben sogar vergrößern. Da erste Evidenz dafür vorliegt, dass Altersunterschiede im Mitgefühl nicht durch die Altersrelevanz moderiert werden, wurde vermutet, dass Ältere ein höheres Ausmaß an Mitgefühl berichten – unabhängig von der Relevanz der Aufgabe. Zur Überprüfung der Hypothesen wurden 101 jungen und 101 älteren Erwachsenen Filmausschnitte präsentiert, in denen eine junge oder eine ältere Person ein autobiografisches, für ihre Altersgruppe relevantes oder altersneutrales Erlebnis schilderte, und dabei echte Emotionen wiedererlebte. Zur Erfassung empathischer Fähigkeiten sollten die Teilnehmer mithilfe einer Emotionsadjektivliste angeben, in welchem Ausmaß die gezeigte Person sowie sie selbst jedes dieser Gefühle erlebt haben. Erwar-tungsgemäß zeigten sich für die Filme ohne besondere Altersrelevanz negative Altersunterschiede in empathischer Akkuratheit, während Gefühlskongruenz und Mitgefühl Altersgewinne aufwiesen. Wie angenommen wurden Altersdefizite in empathischer Akkuratheit durch die Altersrelevanz der Aufgabe moderiert; Ältere erzielten die gleiche Leistung wie Jüngere, wenn das geschilderte Thema von hoher Relevanz für sie war. Hingegen zeigte sich keine Moderation der Altersunterschiede für Emotionskongruenz. Wie erwartet erlebten Ältere mehr Mitgefühl als Jüngere – unabhängig von der Aufgabenrelevanz. Zusammengenommen sprechen die Befunde dafür, dass Altersunterschiede in der Empathie multidirektional und kontextabhängig verlaufen.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Empathie, Empathische Akkurtaheit, Emotionskongruenz, Mitgefühl, Altersunterschiede, Altersrelevanz
Empathy, Empathic Accuracy, Emotional Congruence, Sympathie, Age Differences, Age-Relevance
Wieck, Cornelia
Kunzmann, Ute
Holodynski, Manfred
Wieck, Cornelia
2015-02-23
2014-07-22
2015-01-08
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
https://ul.qucosa.de/id/qucosa%3A13175
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2021-03-29T08:41:24Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:570
openaire
Speech production and working memory: The influence of cognitive load on sentence planning
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-161307
eng
For the last four decades, psycholinguistic research has dealt with the question to what extent elements of simple sentences like “The monk read the book” are planned ahead both on the abstract-lexical and phonological processing level. While a number of studies have shown that all up to the final element can be activated on these two levels, empirical evidence on the flexibility of the respective planning scopes is inconsistent, and a systematic delineation of the influence of different forms of cognitive load has not yet been provided. This thesis presents a series of 9 picture-word interference experiments in which participants produced subject-verb-object sentences while ignoring auditory distractor words. Advance planning was assessed at an abstract-lexical (lemma) level and at a phonological (word form) level under varying working memory load conditions (no load, or visuospatial load, or verbal load). In the absence of a concurrent working memory load and with a concurrent visuospatial working memory load, subject and object nouns were found to be activated at the abstract-lexical and the phonological level prior to speech onset. By contrast, with a concurrent verbal working load, the scope of advance planning at the phonological level was reduced, while the scope of advance planning at the abstract-lexical level remained unaffected. Moreover, sentence planning had a more disruptive effect on verbal working memory performance than on visuospatial working memory performance. Overall, these results suggest that advance planning at the phonological level is more adaptive to external factors than advance planning at the abstract-lexical level. Also, they indicate an overlap of resources allocated to phonological processing in speech production and verbal working memory.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Vorausplanung, Arbeitsgedächtnis, kognitive Belastung
advance planning, working memory, cognitive load
Klaus, Jana
Jescheniak, Jörg D.
Schriefers, Herbert
Universität Leipzig
2015-02-27
2014-10-02
2015-01-29
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doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-29T08:41:46Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Nachweis und Quantifizierung von Nanopartikeln
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-162158
ger
Die Nanotechnologie spielt eine Schlüsselrolle bei der technologischen Entwicklung. Jedoch stellen Nanopartikel ein potentielles Gesundheitsrisiko dar. Durch ihre große Oberfläche zeigen Nanopartikel eine hohe Reaktivität und die geringe Größe trägt zu einer erhöhten Beweglichkeit und Bioverfügbarkeit bei. Beispielsweise können Nanopartikel Entzündungen auslösen oder die Produktion von freien Radikalen fördern. Insbesondere Lungenepithelzellen stellen die wichtigste Barriere zur Aufnahme von industriell relevanten Nanopartikeln im Alltag dar, denn durch ihre geringe Größe können Nanopartikel bis in einzelne Alveolen vordringen und in die Blutbahn gelangen. Aus diesen Gründen ist es notwendig das Risikopotential, was von Nanopartikeln ausgeht zu bewerten. In dieser Dissertation wurden die Metalloxid-Nanopartikel Al2O3, TiO2, Fe2O3, ZnO und CeO2 in einzelnen Lungenzellen erstmals mit Hilfe der Ionenstrahlmikroskopie quantifiziert. Darüber hinaus erfolgte die Quantifizierung von ausgewählten Metalloxid-Nanopartikeln in gedehnten primären Typ 2 Pneumozyten sowie in den Alveolen des Lungengewebes. Außerdem wurden Gold und Silber als Markierungspartikel eingesetzt, um die Aufnahme der organischen Nanopartikel Graphen zu untersuchen. Die Ionenstrahlmikroskopie ist eine hochempfindliche Methode, welche durch die charakteristische Röntgenstrahlung den zellulären Elementgehalt innerhalb einer Zelle visualisieren kann. Dies ist, je nach Element, bis zu einer unteren Konzentrationsgrenze von 5 – 20 ppm möglich. Die Ionenstrahlmikroskopie erlaubt, im Vergleich zur Elektronenstrahlmikroanalyse, biologische Proben bis zu einer Tiefe von ca. 80 µm zu untersuchen. Durch das zelluläre Rückstreusignal konnte bei Kulturzellen entschieden werden, ob die Nanopartikel internalisiert wurden oder auf der Zelloberfläche assoziiert sind. Da biologische Proben eine relativ geringe Dichte und Dicke aufweisen, ist die Signalausbeute und damit die Messzeit ein limitierender Faktor bei der ionenstrahlanalytischen Quantifizierung des Elementgehalts. Durch das Aufziehen der Probe auf einen Aluminiumrahmen, konnte der Abstand zwischen Röntgendetektor und Probe reduziert werden, was zu einer höheren Signalausbeute führte und damit eine schnellere Analyse der Präparate ermöglichte. Die Art und Weise der Probenpräparation kann einen Einfluss auf den zellulären Elementgehalt haben, indem Ionen aus dem Medium an die Zellaußenseite binden oder durch die Waschlösung ein Verlust von intrazellulär lokalisierten organischen und anorganischen Molekülen entsteht. Durch den Vergleich zwischen einer ionenfreien Polyethylenglycol-Lösung mit dem üblicherweise verwendeten Waschpuffer konnte gezeigt werden, dass sich bei der Verwendung des Waschpuffers der zelluläre Elementgehalt von Kalium, Kalzium und insbesondere Chlor erhöht. Allerdings bleiben Phosphor und Schwefel als wichtige zelluläre Strukturelemente und die biologisch relevanten Spurenelemente Eisen und Zink davon unbeeinflusst. Die ionenstrahlmikroskopische Analyse von Lungengewebe erfordert eine Einbettung der Präparate. Dabei erwies sich DePeX, was als Material routinemäßig zur Einbettung verwendet wird, als ungeeignet, da eine inhomogene Zink-Kontamination vorhanden war, welche eine intrazelluläre Zink-Messung verhinderte. Durch die Entwicklung eines neuen zinkfreien Einbettmaterials auf Limonen-Basis, konnte jetzt auch die Zinkkonzentration in Alveolen gemessen werden. Im biologischen Millieu können Proteine und Ionen auf der Oberfläche der Nanopartikel adsorbieren und dadurch deren Aufnahme in die Zelle beeinflussen. Deshalb wurde die zelluläre Aufnahme in Abhängigkeit der Proteinhülle (Korona) bei in vitro Bedingungen untersucht. Tragen die Partikel eine Korona, ist bei allen untersuchten Metalloxid-Nanopartikeln eine geringere zelluläre Konzentration zu beobachten und gleichzeitig sind weniger Nanopartikel auf der Zelloberfläche adsorbiert. Die Aufnahme von CeO2 und ZnO wurde näher untersucht, da ZnO als einziger untersuchter Nanopartikel einen deutlichen toxischen Effekt hervorruft und CeO2 durch die hohe Ausbeute des Rückstreusignals und die starke zelluläre Aufnahme zum näheren Studium der Aufnahme besonders geeignet ist. Es wurde beobachtet, dass CeO2 und ZnO im extrazellulären Raum mit Phosphat und Kalzium aus dem Kulturmedium kolokalisiert sind. Da Kalziumphosphat als Transfektionsagenz bekannt ist, kann diese Modifikation der Partikeloberfläche die Aufnahme der Partikel begünstigen. Im Vergleich zu CeO2, ist bei ZnO auf Grund der erhöhten Toxizität keine Sättigung der zellulären Konzentration zu erkennen. Daneben lässt die die Halbierung der zellulären CeO2-Konzentration nach 72 Stunden Applikationszeit darauf schließen, dass die Zellen in der Lage sind die Nanopartikel durch Exozytose wieder abzugeben. Mit Hilfe von Inhibitoren wurde der Aufnahmemechanismus von CeO2-NP untersucht. Dabei zeigte sich, dass CeO2 Nanopartikel durch Caveolae- bzw. Clathrin-vermittelte Endozytose und Makropinozytose aufgenommen werden. Die Internalisierung von CeO2 und ZnO Nanopartikeln wurde mit Hilfe des zellulären Protonen-Rückstreusignals untersucht. Internalisierte Nanopartikel liefern im Vergleich zu extrazellulär assoziierten Nanopartikeln ein Rückstreusignal bei niedrigeren Energien, da die zurückgestreuten Protonen durch die Passage des Zellmaterials zusätzlich Energie verlieren. Bei diesen Untersuchungen wurde festgestellt dass, ZnO und CeO2-Nanopartikel ohne Proteinhülle häufiger an der Zelloberfläche lokalisiert sind und zu einer höheren zellulären Konzentration führen. Sowohl im Lungengewebe als auch bei gedehnten primären Typ 2 Pneumozyten und kultivierten Lungenepithelzellen zeigte sich eine sehr inhomogene zelluläre Konzentrationsverteilung der Nanopartikel. Hier liegt die Stärke der Ionenstrahlmikroskopie darin, die Konzentration in einzelnen Zellen bzw. Alveolen erfassen zu können. Dadurch erlaubt es diese Methode, das Risiko abzuschätzen, was durch die Extrembelastung in einzelnen Zellen entstehen könnte. Da Lungengewebe aus Typ I und Typ II Pneumozyten besteht und Makrophagen in das Gewebe einwandern können, ist es in zukünftigen Experimenten notwendig die einzelnen Zelltypen zu markieren, um die Nanopartikel-Aufnahme im Lungengewebe mit den Ergebnissen der Zellkultur besser vergleichen zu können. Durch eine Markierung mit Gold-konjugierten Antikörpern, kann erreicht werden, die einzelnen Zelltypen mittels Ionenstrahlmikroskopie zu identifizieren. Durch verschiedene Applikationsformen bei in vitro und in vivo Untersuchungen ist die Wirkung der Nanopartikel nur schwer vergleichbar. Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit das Konzept der effektiv wirksamen zellulären Dosis eingeführt. Dieses erlaubt es, der Dosis, welche tatsächlich zellulär oder im Gewebe vorhanden ist, einen toxischen Effekt der Nanopartikel zuzuordnen. Dadurch kann die effektive Dosis als wichtige Größe zum systematischen Vergleich von toxikologischen Studien auf in vitro und in vivo Basis eingesetzt werden. Die Ionenstrahlmikroskopie ist zur Zeit die einzige Methode, welche für die intrazelluläre Quantifizierung von unmarkierten Nanopartikeln auf Einzelzellebene in Frage kommt. Deshalb ist sie als zukünftige Referenzmethode für die Dosimetrie von Nanopartikeln sehr gut geeignet.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Nanopartikel Ionenstrahlmikroskopie Quantifizierung unmarkiert PIXE RBS
nanoparticles Ion-Beam-Microscopy quantification unlabeled PIXE RBS
Dorn, Marco
Donath, Edwin
Universität Leipzig
2015-03-23
2014-03-27
2015-02-20
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doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-29T08:41:55Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Processing resources and interplay among sensory modalities: an EEG investigation
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-163236
eng
The primary aim of the present thesis was to investigate how the human brain handles and distributes limited processing resources among different sensory modalities. Two main hypothesis have been conventionally proposed: (1) common processing resources shared among sensory modalities (supra-modal attentional system) or (2) independent processing resources for each sensory modality. By means of four EEG experiments, we tested whether putative competitive interactions between sensory modalities – regardless of attentional influences – are present in early sensory areas. We observed no competitive interactions between sensory modalities, supporting independent processing resources in early sensory areas. Consequently, we tested the influence of top-down attention on a cross-modal dual task. We found evidence for shared attentional resources between visual and tactile modalities. Taken together, our results point toward a hybrid model of inter-modal attention. Attentional processing resources seem to be controlled by a supra-modal attentional system, however, in early sensory areas, the absence of competitive interactions strongly reduces interferences between sensory modalities, thus providing a strong processing resource independence.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Aufmerksamkeit, Vision, taktile Modalität, EEG
Sensory modalities, vision, touch, EEG, processing resources, SSEPs, attention
Porcu, Emanuele
Müller, Matthias M.
Talsma, Durk
Universität Leipzig
2015-03-26
2014-05-25
2014-11-13
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-29T08:43:10Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
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ddc:570
openaire
Glucocorticoids distinctively modulate the CFTR channel with possible implications in lung development and transition into
extrauterine life: Glucocorticoids distinctively modulate the CFTR channel with possible implications in lung development and transition intoextrauterine life
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-169679
eng
During fetal development, the lung is filled with fluid that is secreted by an active Cltransport promoting lung growth. The basolateral Na+,K+,2Cl- cotransporter (NKCC1) participates in Cl- secretion. The apical Cl- channels responsible for secretion are unknown but studies suggest an involvement of the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR). CFTR is developmentally regulated with a high expression in early fetal development and a decline in late gestation. Perinatal lung transition is triggered by hormones that
stimulate alveolar Na+ channels resulting in fluid absorption. Little is known on how hormones affect pulmonary Cl- channels. Since the rise of fetal cortisol levels correlates with the decrease in fetal CFTR expression, a causal relation may be assumed. The aim of this
study was to analyze the influence of glucocorticoids on pulmonary Cl- channels. Alveolar cells from fetal and adult rats, A549 cells, bronchial Calu-3 and 16HBE14o- cells, and primary rat airway cells were studied with real-time quantitative PCR and Ussing chambers. In fetal and adult alveolar cells, glucocorticoids strongly reduced Cftr expression and channel activity, which was prevented by mifepristone. In bronchial and primary airway cells CFTR mRNA expression was also reduced, whereas channel activity was increased which was prevented by LY-294002 in Calu-3 cells. Therefore, glucocorticoids strongly reduce CFTR expression while their effect on CFTR activity depends on the physiological function of the cells. Another apical Cl- channel, anoctamin 1 showed a glucocorticoid-induced reduction of mRNA expression in alveolar cells and an increase in bronchial cells. Furthermore, voltage-gated chloride channel 5 and anoctamine 6 mRNA expression were increased in alveolar cells. NKCC1 expression was reduced by glucocorticoids in alveolar and bronchial cells alike. The results demonstrate that glucocorticoids differentially modulate pulmonary Clchannels and are likely causing the decline of CFTR during late gestation in preparation for
perinatal lung transition.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Glukokortikoide, Lunge, CFTR-Kanal
glucocorticoids, lung, CFTR channel
Laube, Mandy
Bossmann, Miriam
Thome, Ulrich H.
Universität Leipzig
PLoS
2015-04-24
2015
PLoS one 2015, 10 (4): e0124833
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doc-type:article
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2021-03-29T08:43:17Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:400
ddc:570
ddc:610
openaire
Region Evolution eXplorer: a tool for discovering evolution trends in ontology regions
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-170159
eng
Background: A large number of life science ontologies has been developed to support different application scenarios such as gene annotation or functional analysis. The continuous accumulation of new insights and knowledge affects specific portions in ontologies and thus leads to their adaptation. Therefore, it is valuable to study which ontology parts have been extensively modified or remained unchanged. Users can monitor the evolution of an ontology to improve its further development or apply the knowledge in their applications.
info:eu-repo/classification/ddc/400
ddc:400
info:eu-repo/classification/ddc/610
ddc:610
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Evolution, Visualisierung, Ontologien
Ontology evolution, Ontology visualization, Ontologies
Christen, Victor
Hartung, Michael
Groß, Anika
Universität Leipzig
BioMed Central
2015-06-01
2015
Journal of biomedical semantics 2015, 26 (6)
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doc-type:article
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doc-type:Text
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2021-03-29T08:44:21Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
The making of a branching annelid: an analysis of complete mitochondrial genome and ribosomal data of Ramisyllis multicaudata
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-175573
eng
Ramisyllis multicaudata is a member of Syllidae (Annelida, Errantia, Phyllodocida) with a remarkable branching body plan. Using a next-generation sequencing approach, the complete mitochondrial
genomes of R. multicaudata and Trypanobia sp. are sequenced and analysed, representing the first ones from Syllidae. The gene order in these two syllids does not follow the order proposed as the putative ground pattern in Errantia. The phylogenetic relationships of R. multicaudata are discerned using a phylogenetic approach with the nuclear 18S and the mitochondrial 16S and cox1 genes. Ramisyllis multicaudata is the sister group of a clade containing Trypanobia species. Both genera, Ramisyllis and Trypanobia, together with Parahaplosyllis, Trypanosyllis, Eurysyllis, and Xenosyllis are located in a long branched clade. The long branches are explained by an accelerated mutational rate in the 18S rRNA gene. Using a phylogenetic backbone, we propose a scenario in which the
postembryonic addition of segments that occurs in most syllids, their huge diversity of reproductive modes, and their ability to regenerate lost parts, in combination, have provided an evolutionary basis to develop a new branching body pattern as realised in Ramisyllis.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Biologie, Ramisyllis multicaudata, Ringelwurm
biology, Ramisyllis multicaudata, annelid
Aguado, M. Teresa
Glasby, Christopher J.
Schroeder, Paul C.
Weigert, Anne
Bleidorn, Christoph
Universidad Autónoma de Madrid
Museum and Art Gallery of the Northern Territory,
Washington State University
Universität Leipzig
Max-Planck-Institut für Evolutionäre Anthropologie
Nature Publishing Group
2015-07-27
2015
Scientific reports 2015, 5:1038
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doc-type:article
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2021-03-29T08:44:31Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:570
ddc:610
openaire
Lineage-specific changes in biomarkers in great apes and humans
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-176077
eng
Although human biomedical and physiological information is readily available, such information for great apes is limited. We analyzed clinical chemical biomarkers in serum samples from 277 wild- and captive-born great apes and from 312 healthy human volunteers
as well as from 20 rhesus macaques. For each individual, we determined a maximum of 33 markers of heart, liver, kidney, thyroid and pancreas function, hemoglobin and lipid metabolism and one marker of inflammation. We identified biomarkers that show differences between humans and the great apes in their average level or activity. Using the rhesus macaques as an outgroup, we identified human-specific differences in the levels of bilirubin, cholinesterase and lactate dehydrogenase, and bonobo-specific differences in the
level of apolipoprotein A-I. For the remaining twenty-nine biomarkers there was no evidence for lineage-specific differences. In fact, we find that many biomarkers show differences between individuals of the same species in different environments. Of the four lineagespecific
biomarkers, only bilirubin showed no differences between wild- and captive-born great apes. We show that the major factor explaining the human-specific difference in bilirubin levels may be genetic. There are human-specific changes in the sequence of the promoter and the protein-coding sequence of uridine diphosphoglucuronosyltransferase
1 (UGT1A1), the enzyme that transforms bilirubin and toxic plant compounds into water-soluble, excretable metabolites. Experimental evidence that UGT1A1 is down-regulated in the human liver suggests that changes in the promoter may be responsible for the human-specific increase in bilirubin. We speculate that since cooking reduces toxic plant compounds, consumption of cooked foods, which is specific to humans, may have resulted in relaxed constraint on UGT1A1 which has in turn led to higher serum levels of bilirubin in humans.
info:eu-repo/classification/ddc/610
ddc:610
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Medizin, Biomarker, Parameter, Menschenaffen, Menschen
Medicine, biomarker, parameter, great apes, humans
Ronke, Claudius
Dannemann, Michael
Halbwax, Michel
Fischer, Anne
Helmschrodt, Christin
Brügel, Mathias
André, Claudine
Atencia, Rebeca
Mugisha, Lawrence
Scholz, Markus
Ceglarek, Uta
Thiery, Joachim
Pääbo, Svante
Prüfer, Kay
Kelso, Janet
Universitätsklinikum
Max-Planck-Institut für Evolutionäre Anthropologie
Universität Leipzig
Lola Ya Bonobo Sanctuary
Réserve Naturelle Sanctuaire à Chimpanzés de Tchimpounga
Conservation & Ecosystem Health Alliance (CEHA)
Makerere University
PLoS one
2015-08-10
2015
PLoS one 2015, 10(8): e0134548
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:article
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doc-type:Text
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2021-03-29T08:44:34Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Untersuchungen zur Wechselwirkung von Interleukin-10 mit Glykosaminoglykanen mittels NMR-Spektroskopie
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-176115
ger
Das Zytokin Interleukin-10 (IL-10) ist ein Schlüsselspieler in der Regulation des Immunsystems mit pro- und anti-inflammatorischen Funktionen. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Terminierung und Unterdrückung einer Entzündungsantwort, die ansonsten zu einer bleibenden Schädigung des Gewebes führen kann. Eine Dysregulation von IL-10 ist mit verschiedenen Krankheitsbildern wie chronischen Entzündungen, Autoimmunerkrankungen und Krebs assoziiert. IL-10 wird von einem breiten Spektrum von Zelltypen, darunter hauptsächlich hämatopoetische Zellen, aber auch epitheliale und mesenchymale Zellen, gebildet und in den extrazellulären Raum freigesetzt, wo es mit Komponenten der extrazellulären Matrix in Kontakt kommt. Es ist bekannt, dass IL-10 an Glykosaminoglykane (GAGs) binden kann und dass diese Interaktion seine biologische Aktivität beeinflusst. GAGs sind eine Klasse linearer Polysaccharide der extrazellulären Matrix. Sie bestehen aus wiederholenden Disaccharideinheiten und haben einen hoch negativ geladenen Charakter, welcher durch einen hohen Grad an Sulfatierung in der Zuckerkette zustandekommt. Sie binden eine Vielzahl an Signalproteinen und regulieren deren biologische Funktionen, etwa indem sie Einfluss auf die Rezeptorbindung oder die räumliche Verteilung des Proteins im Gewebe nehmen. Die molekularen Mechanismen, wodurch GAGs die biologische Aktivität von IL-10 beeinflussen, sind bisher unbekannt. Insbesondere ist nichts über die strukturellen Grundlagen der Interaktion bekannt, die Voraussetzung für ihr funktionelles Verständnis sind. In dieser Arbeit wurden daher die Bindungseigenschaften von IL-10 und GAGs sowie der strukturelle Aufbau ihres molekularen Komplexes unter Verwendung von NMR-Spektroskopie in Lösung charakterisiert. Es wurde eine definierte GAG-Bindungsstelle in IL-10 identifiziert und die Bindungsepitope und Bindungsaffinitäten von GAGs bestimmt. Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen auf eine wichtige Rolle, die GAGs in der Biologie von IL-10 spielen können, hin – etwa für seine Speicherung im Gewebe oder für die IL-10-Rezeptorbindung.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Interleukin-10, Protein, extrazelluläre Matrix, Glykosaminoglykane, Biochemie, NMR-Spektroskopie, Strukturbiologie
Interleukin-10, Protein, Extracellular Matrix, Glycosaminoglycans, Biochemistry, NMR Spectroscopy, Structural Biology
Künze, Georg
Huster, Daniel
Beck-Sickinger, Annette
Peters, Thomas
Universität Leipzig
2015-08-12
2015-04-16
2015-08-04
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-29T08:44:54Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Neural oscillations in auditory working memory
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-177313
eng
The present thesis investigated memory load and memory decay in auditory working memory. Alpha power as a marker for memory load served as the primary indicator for load and decay fluctuations hypothetically reflecting functional inhibition of irrelevant information. Memory load was induced by presenting auditory signals (syllables and pure-tone sequences) in noise because speech-in-noise has been shown before to increase memory load. The aim of the thesis was to assess with magnetoencephalography whether a-priori temporal expectations for the onset-time of a to-be-remembered stimulus reduces memory load. It was reported previously that top-down modulations such as spatial expectations reduce memory load and improve memory performance. However, this effect has neither been investigated with temporal expectations nor in the auditory domain. The present thesis showed that temporal expectations for a syllable in noise reduced memory load. Reduced alpha power during stimulus maintenance as well as
improved performance indicated the decrease in memory load. Alpha power effects emerged from the right cingulo-opercular network, presumably reflecting a reduced need for functional inhibition. Critically, symbolic cues induced temporal expectations. This effect could not be replicated for clear speech. However, more implicit temporal expectations based on the passage of time elicited a similar decrease in alpha power for clear speech reflecting reduced memory load. Memory decay was assessed with variable delay phases in an auditory sensory memory task with pure-tone sequences. Similarly to memory performance, alpha power decreased with longer delay phases. Critically, temporal expectations counteracted memory decay and led to more sustained performance as well as alpha power across different delay phases. These alpha-power effects were localized to frontal and parietal attention networks as well as primary auditory and visual sensory areas. This implies the involvement of different brain regions relevant
for encoding and maintenance in auditory memory and questions a parsimonious functional inhibition explanation. A correlation of alpha power and behavioral performance underpinned the importance of alpha power for auditory working memory. Altogether, the results of the present thesis provide evidence for a beneficial effect of a-priori temporal expectations for an auditory signal on working memory. Moreover, alpha dynamics were shown to be a distinct marker for the neural efficiency of managing working memory limitations.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Oszillationen, Arbeitsgedächtnis, MEG, auditorisch
Oscillations, working memory, MEG, auditory
Wilsch, Anna
Obleser, Jonas
Schröger, Erich
Weisz, Nathan
Psychologie
2015-08-27
2014-10-06
2015-03-12
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-29T08:45:08Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Characterization of population heterogeneity in a model biotechnological process using Pseudomonas putida
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-178424
ger
Biotechnological processes are distinguished from classical chemistry by employing bio-molecules or whole cells as the catalytic element, providing unique reaction mechanisms with unsurpassed specificity. Whole cells are the most versatile \''factories\'' for natural or non-natural products, however, the conversion of e.g. hydrophobic substrates can quickly become cytotoxic. One host organism with the potential to handle such conditions is the gram-negative bacterium Pseudomonas putida, which distinguishes itself by solvent tolerance, metabolic flexibility, and genetic amenability. However, whole cell bioconversions are highly complex processes. A typical bottleneck compared to classical chemistry is lower yield and reproducibility owing to cell-to-cell variability. The intention of this work was therefore to characterize a model producer strain of P. putida KT2440 on the single cell level to identify non-productive or impaired subpopulations.
Flow cytometry was used in this work to discriminate subpopulations regarding DNA content or productivity, and further mass spectrometry or digital PCR was employed to reveal differences in protein composition or plasmid copy number.
Remarkably, productivity of the population was generally bimodally distributed comprising low and highly producing cells. When these two subpopulations were analyzed by mass spectrometry, only few metabolic changes but fundamental differences in stress related proteins were found. As the source for heterogeneity remained elusive, it was hypothesized that cell cycle state may be related to production capacity of the cells. However, subpopulations of one, two, or higher fold DNA content were virtually identical providing no clear hints for regulatory differences. On the quest for heterogeneity the loss of genetic information came into focus. A new work flow using digital PCR was created to determine the absolute number of DNA copies per cell and, finally, lack of expression could be attributed to loss of plasmid in non-producing cells. The average plasmid copy number was shown to be much lower than expected (1 instead of 10-20). In conclusion, this work established techniques for the quantification of proteins and DNA in sorted subpopulations, and by these means provided a highly detailed picture of heterogeneity in a microbial population.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Biotechnologie, Mikrobiologie, Heterogenität, Styrol, Styrolmonooxygenase, Durchflusszytometrie, Flow Cytometry, Massenspektrometrie
biotechnology, microbiology, population heterogeneity,styrene, styrene monooxygenase, flow Cytometry, mass spectrometry
Jahn, Michael
Harms, Hauke
Blank, Lars
Müller, Susann
Universität Leipzig
2015-09-09
2015-04-23
2015-10-07
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
https://ul.qucosa.de/id/qucosa%3A13475
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oai:qucosa:de:qucosa:13564
2021-03-29T08:46:15Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Mechanisms of Müller and bipolar cell swelling in the healthy and pathologically altered retina
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-180336
eng
The topic of the thesis is the mechanisms of cellular volume regulation in the rat retina. Müller cells as main macroglial cells of the retina are supposed to play important roles in the regulation of the retinal ion- and osmohomeostasis and, thus, in the regulation of the extracellular space volume. In the first part of the thesis, signaling pathways were determined which are involved in the regulation of the volume of Müller glial cells and bipolar cells, the main second-order cells of the retina, in the healthy rat retina. The topic of the second part of the thesis is the evaluation of gliotic alterations of Müller cells in a transgenic rat model of retinal degeneration (CMV-PKD21/703 HA rats), in order to obtain indications for a pathogenic role of reactive glial cells in the development of retinal degeneration and edema. Various methods were used including immunohistochemical stainings, real-time RT-PCR, patch-clamp recordings, and cell swelling experiments. The data suggest that both neurons and reactive Müller cells may contribute to formation of retinal edema. In contrast to Müller cells, bipolar cells are apparently not capable to regulate the extracellular space volume in the healthy retina. However, reactive Müller cells are impaired in their capability to regulate retinal water and ion homeostasis. Impaired regulation of the extracellular space volume may result in neuronal hyperexcitation and degeneration.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Netzhaut, Müllerzellen, Bipolarzellen, Volumenregulation
Retina, Müller glia cells, bipolar cells, volume regulation
Vogler, Stefanie
Reichenbach, Andreas
Bringmann, Andreas
Rübsamen, Rudolf
Grosche, Antje
Universität Leipzig
2016-01-07
2015-04-17
2015-09-18
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doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-29T08:48:56Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:004
ddc:570
openaire
Algebraic dynamic programming over general data structures
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-206280
eng
Background: Dynamic programming algorithms provide exact solutions to many problems in computational biology, such as sequence alignment, RNA folding, hidden Markov models (HMMs), and scoring of phylogenetic trees. Structurally analogous algorithms compute optimal solutions, evaluate score distributions, and perform stochastic sampling. This is explained in the theory of Algebraic Dynamic Programming (ADP) by a strict separation of state space traversal (usually represented by a context free grammar), scoring (encoded as an algebra), and choice rule. A key ingredient in this theory is the use of yield parsers that operate on the ordered input data structure, usually strings or ordered trees. The computation of ensemble properties, such as a posteriori probabilities of HMMs or partition functions in RNA folding, requires the combination of two distinct, but intimately related algorithms, known as the inside and the outside recursion. Only the inside recursions are covered by the classical ADP theory. Results: The ideas of ADP are generalized to a much wider scope of data structures by relaxing the concept of parsing. This allows us to formalize the conceptual complementarity of inside and outside variables in a natural way. We demonstrate that outside recursions are generically derivable from inside decomposition schemes. In addition to rephrasing the well-known algorithms for HMMs, pairwise sequence alignment, and RNA folding we show how the TSP and the shortest Hamiltonian path problem can be implemented efficiently in the extended ADP framework. As a showcase application we investigate the ancient evolution of HOX gene clusters in terms of shortest Hamiltonian paths. Conclusions: The generalized ADP framework presented here greatly facilitates the development and implementation of dynamic programming algorithms for a wide spectrum of applications.
info:eu-repo/classification/ddc/004
ddc:004
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Dynamische Programmierung, Algebraische Dynamische Programmierung (ADP), Bioinformatik
dynamic programming, algebraic dynamic programming,computational biology
Höner zu Siederdissen, Christian
Prohaska, Sonja J.
Stadler, Peter F.
Universität Leipzig
Universität Wien
Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften
Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie
Center for non-coding RNA in Technology and Health
Santa Fe Institute
BioMed Central
2016-06-29
2016
BMC Bioinformatics 2015, 16(Suppl 19):S2 doi: 10.1186/1471-2105-16-S19-S2
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doc-type:article
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doc-type:Text
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2021-03-29T08:49:04Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
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ddc:000
ddc:570
openaire
Processed small RNAs in Archaea and BHB elements
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-185322
eng
Bulge-helix-bulge (BHB) elements guide the enzymatic splicing machinery that in Archaea excises introns from tRNAs, rRNAs from their primary precursor, and accounts for the assembly of piece-wise encoded tRNAs. This processing pathway renders the intronic sequences as circularized RNA species. Although archaeal transcriptomes harbor a large number of circular small RNAs, it remains unknown whether most or all of them are produced through BHB-dependent splicing. We therefore conduct a genome-wide survey of BHB elements of a phylogenetically diverse set of archaeal species and complement this approach by searching for BHB-like structures in the vicinity of circularized transcripts. We find that besides tRNA introns, the majority of box C/D snoRNAs is associated with BHB elements. Not all circularized sRNAs, however, can be explained by BHB elements, suggesting that there is at least one other mechanism of RNA circularization at work in Archaea. Pattern search methods were unable, however, to identify common sequence and/or secondary structure features that could be characteristic for such a mechanism.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
info:eu-repo/classification/ddc/000
ddc:000
ringförmig geschlossene RNA-Moleküle, Archaea, Spleißen, struktur-basiert
Circular RNA; Archaea; splicing; structure-based
Berkemer, Sarah J.
Höner zu Siederdissen, Christian
Amman, Fabian
Wintsche, Axel
Will, Sebastian
Hofacker, Ivo L.
Prohaska, Sonja J.
Stadler, Peter F.
Universität Leipzig
Universität Wien
University of Copenhagen
Max-Planck-Institut für Mathematik
Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI
Santa Fe Institute
Kernel Press UG
2015-10-27
2015
Genomics and computational biology Vol. 1, No. 1 (2015): e18
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doc-type:article
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2021-03-29T08:49:51Z
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doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:570
openaire
Neural dynamics of selective attention to speech in noise
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-186372
eng
This thesis investigates how the neural system instantiates selective attention to speech in challenging acoustic conditions, such as spectral degradation and the presence of background noise. Four studies using behavioural measures, magneto- and electroencephalography (M/EEG) recordings were conducted in younger (20–30 years) and older participants (60–80 years). The overall results can be summarized as follows. An EEG experiment demonstrated that slow negative potentials reflect participants’ enhanced allocation of attention when they are faced with more degraded acoustics. This basic mechanism of attention allocation was preserved at an older age. A follow-up experiment in younger listeners indicated that attention allocation can be further enhanced in a context of increased task-relevance through monetary incentives. A subsequent study focused on brain oscillatory dynamics in a demanding speech comprehension task. The power of neural alpha oscillations (~10 Hz) reflected a decrease in demands on attention with increasing acoustic detail and critically also with increasing predictiveness of the upcoming speech content. Older listeners’ behavioural responses and alpha power dynamics were stronger affected by acoustic detail compared with younger listeners, indicating that selective attention at an older age is particularly dependent on the sensory input signal. An additional analysis of listeners’ neural phase-locking to the temporal envelopes of attended speech and unattended background speech revealed that younger and older listeners show a similar segregation of attended and unattended speech on a neural level. A dichotic listening experiment in the MEG aimed at investigating how neural alpha oscillations support selective attention to speech. Lateralized alpha power modulations in parietal and auditory cortex regions predicted listeners’ focus of attention (i.e., left vs right). This suggests that alpha oscillations implement an attentional filter mechanism to enhance the signal and to suppress noise. A final behavioural study asked whether acoustic and semantic aspects of task-irrelevant speech determine how much it interferes with attention to task-relevant speech. Results demonstrated that younger and older adults were more distracted when acoustic detail of irrelevant speech was enhanced, whereas predictiveness of irrelevant speech had no effect. All findings of this thesis are integrated in an initial framework for the role of attention for speech comprehension under demanding acoustic conditions.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
attention, speech, neural oscillations, cognition, hearing
Wöstmann, Malte
Obleser, Jonas
Schröger, Erich
Lunner, Thomas
Universität Leipzig
2015-11-04
2015-04-16
2015-10-08
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doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-29T08:50:47Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Organotypic brain slice co-cultures of the dopaminergic system - A model for the identification of neuroregenerative substances and cell populations
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-188897
eng
The development of new therapeutical approaches, devised to foster the regeneration of neuronal circuits after injury and/or in neurodegenerative diseases, is of great importance. The impairment of dopaminergic projections is especially severe, because these projections are involved in crucial brain functions such as motor control, reward and cognition. In the work presented here, organotypic brain slice co-cultures of (a) the mesostriatal and (b) the mesocortical dopaminergic projection systems consisting of tissue sections of the ventral tegmental area/substantia nigra (VTA/SN), in combination with the target regions of (a) the striatum (STR) or (b) the prefrontal cortex (PFC), respectively, were used to evaluate different approaches to stimulate neurite outgrowth: (i) inhibition of cAMP/cGMP turnover with 3’,5’ cyclic nucleotide phosphodiesterase inhibitors (PDE-Is), (ii) blockade of calcium currents with nimodipine, and (iii) the co-cultivation with bone marrow-derived mesenchymal stromal/stem cells (BM-MSCs). The neurite growth-promoting properties of the tested substances and cell populations were analyzed by neurite density quantification in the border region between the two brain slices, using biocytin tracing or tyrosine hydroxylase labeling and automated image processing procedures. In addition, toxicological tests and gene expression analyses were conducted.
(i) PDE-Is were applied to VTA/SN+STR rat co-cultures. The quantification of neurite density after both biocytin tracing and tyrosine hydroxylase labeling revealed a growth promoting effect of the PDE2A-Is BAY60-7550 and ND7001. The application of the PDE10-I MP-10 did not alter neurite density in comparison to the vehicle control.
(ii) The effects of nimodipine were evaluated in VTA/SN+PFC rat co-cultures. A neurite growth-promoting effect of 0.1 µM and 1 µM nimodipine was demonstrated in a projection system of the CNS. In contrast, the application of 10 µM nimodipine did not alter neurite density, compared to the vehicle control, but induced the activation of the apoptosis marker caspase 3. The expression levels of the investigated genes, including Ca2+ binding proteins (Pvalb, S100b), immediate early genes (Arc, Egr1, Egr2, Egr4, Fos and JunB), glial fibrillary acidic protein, and myelin components (Mal, Mog, Plp1) were not significantly changed (with the exception of Egr4) by the treatment with 0.1 µM and 1 µM nimodipine.
(iii) Bulk BM-MSCs that were classically isolated by plastic adhesion were compared to the subpopulation Sca-1+Lin-CD45--derived MSCs (SL45-MSCs). The neurite growth-promoting properties of both MSC populations were quantified in VTA/SN+PFC mouse co-cultures. For this purpose, the MSCs were seeded on glass slides that were placed underneath the co-cultures. A significantly enhanced neurite density within the co-cultures was induced by both bulk BM-MSCs and SL45-MSCs. SL45-MSCs increased neurite density to a higher degree. The characterization of both MSC populations revealed that the frequency of fibroblast colony forming units (CFU-f ) is 105-fold higher in SL45-MSCs. SL45-MSCs were morphologically more homogeneous and expressed higher levels of nestin, BDNF and FGF2 compared to bulk BM-MSCs.
Thus, this work emphasizes the vast potential for molecular targeting with respect to the development of therapeutic strategies in the enhancement of neurite regrowth.:Table of contents
Abbreviations 1
1. Introduction 2
1.1 The dopaminergic system 2
1.2 Neurite regeneration following mechanical lesions of the CNS 7
1.3 Organotypic brain slice co-cultures 8
1.4 Promising substances and cells to enhance neuroregeneration 10
1.5 The aim of the thesis 14
2. The original research articles 16
2.1 Phosphodiesterase 2 inhibitors promote axonal outgrowth in organotypic slice co-cultures 17
2.2 Nimodipine enhances neurite outgrowth in dopaminergic brain slice co-cultures 35
2.3 Mesenchymal stem cells support neuronal fiber growth in an organotypic brain slice co-culture model 50
3. References 66
Appendices 73
Summary 73
Zusammenfassung 78
Curriculum Vitae 84
Track Record 85
Selbständigkeitserklärung 87
Acknowledgments 88
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Organotypische Hirnschnittkulturen, dopaminerge Projektionen, Neuroregeneration, Substanztestung, Phosphodiesterase-Inhibitoren, Nimodipin, Mesenchymale Stammzellen
Organotypic Brain Slice Co-Cultures, Dopaminergic Projections, Neuroregeneration, Substance Testing, Phosphodiesterase Inhibitors, Nimodipine, Mesenchymal Stem Cells
Sygnecka, Katja
Robitzki, Andrea
Heimrich, Bernd
Universität Leipzig
2015-11-19
2015-05-20
2015-10-23
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-29T08:52:15Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Membrane properties of cholesterol analogs with an unbranched
aliphatic side chain: Membrane properties of cholesterol analogs with an unbranchedaliphatic side chain
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-190979
eng
10.1016/j.chemphyslip.2014.08.002
The interactions between cholesterol and other membrane molecules determine important membrane properties. It was shown that even small changes in the molecular structure of cholesterol have a crucial influence on these interactions. We recently reported that in addition to alterations in the tetracyclic ring structure, the iso-branched side chain of cholesterol also has a significant impact on membrane properties (Scheidt H. et al. 2013 Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 52, 12848-12851). Here we used synthetic cholesterol analogs to investigate the influence of an unbranched aliphatic side chain of different length. The 2H NMR order parameter of the phospholipid chains and therefore the molecular packing of the phospholipid molecules shows a significant dependence on the sterol’s alkyl side chain length, while , membrane permeation studied by a dithionite ion permeation assay and lateral diffusion measured by 1H MAS pulsed field gradient NMR are less influenced. To achieve the same molecular packing effect similar to that of an iso-branched aliphatic side chain, a longer unbranched side chain (n-dodecyl instead of n-octyl) at C17 of cholesterol is required. Obviously, sterols having a branched iso- alkyl chain with two terminal methyl groups exhibit altered cholesterol-phospholipid-interactions compared to analogous molecules with a straight unbranched chain.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Cholesterin, Lipidmembran, Ordnungsparameter, Domänenbildung, Diffusion, Durchlässigkeit
Cholesterol, Lipid membrane, Order parameter, Domain formation, Diffusion, Permeability
Meyer, Thomas
Baek, Dong Jae
Bittman, Robert
Haralampiev, Ivan
Müller, Peter
Herrmann, Andreas
Huster, Daniel
Scheidt, Holger A.
Universität Leipzig
Humboldt Universität zu Berlin
Queens College of CUNY
Tata Institute of Fundamental Research
2015-12-07
2014
Chem. Phys. Lipids (2014) December, 184(IS):1-6
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doc-type:article
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doc-type:Text
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2021-03-29T08:52:16Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Solid-state NMR spectroscopy to study protein-lipid interactions
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-190961
eng
10.1016/jbbalip.2013.12.002
The appropriate lipid environment is crucial for the proper function of membrane proteins. There is a tremendous variety of lipid molecules in the membrane and so far it is often unclear which component of the lipid matrix is essential for the function of a respective protein. Lipid molecules and proteins mutually influence each other; parameters such as acyl chain order, membrane thickness, membrane elasticity, permeability, lipid-domain and annulus formation are strongly modulated by proteins. More recent data also indicates that the influence of proteins goes beyond a single annulus of next-neighbor boundary lipids. Therefore, a mesoscopic approach to membrane lipid-protein interactions in terms of elastic membrane deformations has been developed. Solid-state NMR has greatly
contributed to the understanding of lipid-protein interactions and the modern view of biological membranes. Methods that detect the influence of proteins on the membrane as well as direct lipid-protein interactions have been developed and are reviewed here. Examples for solid-state NMR studies on the interaction of Ras proteins, the antimicrobial peptide protegrin-1, the G protein-coupled receptor rhodopsin, and the K+ channel KcsA are discussed.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Kernspinresonanzspektroskopie, NMR-Spektroskopie, Protein-Lipid Wechselwirkungen
Nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR spectroscopy, protein-lipid interactions
Huster, Daniel
Universität Leipzig
2015-12-07
2014
Biochimica et biophysica acta : Molecular and cell biology of lipids (2014), Aug, 1841(8):1146-1160
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doc-type:article
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doc-type:Text
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2021-03-29T08:52:19Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Interaction of the human N-Ras protein with lipid raft model membranes of varying degrees of complexity
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-191006
eng
10.1515/hsz-2013-0294
Ternary lipid mixtures composed of cholesterol, saturated (frequently with sphingosine backbone), and unsaturated phospholipids show stable phase separation and are often used as model systems of lipid rafts.
Yet, their ability to reproduce raft properties and function is still debated. We investigated the properties and functional aspects of three lipid raft model systems of varying degrees of biological relevance – PSM/POPC/Chol, DPPC/POPC/Chol, and DPPC/DOPC/Chol – using 2H solidstate
nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, fluorescence microscopy, and atomic force microscopy. While some minor differences were observed, the general behavior and properties of all three model mixtures were similar to previously investigated influenza envelope
lipid membranes, which closely mimic the lipid composition of biological membranes. For the investigation of the functional aspects, we employed the human N-Ras protein, which is posttranslationally modified by two lipid
modifications that anchor the protein to the membrane. It was previously shown that N-Ras preferentially resides in liquid-disordered domains and exhibits a time-dependent accumulation in the domain boundaries of influenza envelope lipid membranes. For all three model mixtures,
we observed the same membrane partitioning behavior for N-Ras. Therefore, we conclude that even relatively simple models of raft membranes are able to reproduce many of their specific properties and functions.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Kernresonanz-Spektroskopie (NMR), Atomkraftmikroskopie (AFM), konfokale fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen Von Lipid-Modifikationen, Membranprotein, Ordnungsparameter
Nuclear Magnetic Resonance spectroscop (NMR), atomic force microscopy (AFM), confocal fluorescence microscopy lipid modification, membrane protein, order parameter
Vogel, Alexander
Nikolaus, Jörg
Weise, Katrin
Triola, Gemma
Waldmann, Herbert
Winter, Roland
Herrmann, Andreas
Huster, Daniel
Universität Leipzig
Tata Institute of Fundamental Research
Humboldt-Universität zu Berlin
Technische Universität Dortmund
Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie
de Gruyter
2015-12-07
2014
Biological chemistry (2014), 395 (7-8), S. 779-789
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doc-type:article
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doc-type:Text
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2021-03-29T08:54:27Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
The dynamics of the G protein-coupled neuropeptide Y2 receptor in monounsaturated membranes investigated by solid-state NMR spectroscopy
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-193569
eng
In contrast to the static snapshots provided by protein crystallography, G protein-coupled receptors constitute a group of proteins with highly dynamic properties, which are required in the receptors’ function as signaling molecule. Here, the human neuropeptide Y2 receptor was reconstituted into a model membrane composed of monounsaturated phospholipids and solid-state NMR was used to characterize its dynamics. Qualitative static 15N NMR spectra and quantitative determination of 1H-13C order parameters through measurement of the 1H-13C dipolar couplings of the CH, CH2 and CH3 groups revealed axially symmetric
motions of the whole molecule in the membrane and molecular fluctuations of varying amplitude from all molecular segments. The molecular order parameters (Sbackbone = 0.59-0.67, SCH2 = 0.41-0.51 and SCH3 = 0.22) obtained in directly polarized 13C NMR experiments demonstrate that the Y2 receptor is highly mobile in the native-like membrane. Interestingly, according to these results the receptor was found to be slightly more rigid in the membranes formed by the monounsaturated phospholipids than by saturated phospholipids as investigated previously. This could be caused by an increased chain length of the monounsaturated lipids, which may result in a higher helical content of the receptor. Furthermore, the incorporation of cholesterol, phosphatidylethanolamine, or negatively
charged phosphatidylserine into the membrane did not have a significant influence on the molecular mobility of the Y2 receptor.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Ordnungsparameter, Membranprotein, MAS NMR, Schwankungen, Bewegungsamplitude
order parameter, membrane protein, MAS NMR, fluctuations, motional amplitude
Thomas, Lars
Kahr, Julian
Schmidt, Peter
Krug, Ulrike
Scheidt, Holger A.
Huster, Daniel
Universität Leipzig
2016-01-08
2015
Journal of biomolecular NMR (2015) Apr, 61 (3-4) : S. 347-359
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doc-type:article
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doc-type:Text
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2021-03-29T08:55:51Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
The NAD salvage pathway during the progression of non-alcoholic fatty liver disease
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-194821
eng
Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a major chronic liver disease and thus a main reason for liver-related morbidities and mortality. NAFLD covers a wide range of diseases starting with steatosis and frequently progressing to non-alcoholic steatohepatitis (NASH), which is an independent predictor for the development of the hepatocellular carcinoma (HCC). Nicotinamide phosphoribosyltransferase (NAMPT), the key enzyme of the mammalian NAD salvage pathway, recycles nicotinamide to nicotinamide mononucleotide (NMN), which is further converted to nicotinamide adenine dinucleotide (NAD). NAD is not only an important redox partner but also a crucial co-substrate for NAD-dependent enzymes such as sirtuin 1 (SIRT1). Thus, NAD metabolism might be involved in the progression of NAFLD by regulating many cellular processes, such as apoptosis, de novo lipogenesis, glycolysis and gluconeogenesis, in the liver. Interestingly, tumor cells have a high NAD turnover due to their rapid proliferation and high activity of NAD-dependent enzymes. For these reasons, I hypothesized that the NAD salvage pathway is dysregulated during the progression of non-alcoholic fatty liver disease.
Therefore, the first study of the present work deals with the role of the NAD salvage pathway in a diet-induced mouse model of hepatic steatosis. In mice fed a high-fat diet for 11 weeks hepatic NAMPT mRNA, protein abundance and activity as well as NAD levels were increased. Additionally, SIRT1 protein abundance was upregulated indicating a higher SIRT1 activity. This could be confirmed by detecting decreased acetylation or transcription of SIRT1 targets. For example, p53 and nuclear factor κB (NF-κB) were less acetylated demonstrating lower activity of key regulators of apoptosis and inflammation, respectively.
In the second study of this thesis NAMPT activity was inhibited by applying its specific inhibitor FK866 in hepatocarcinoma cells to investigate whether or not NAMPT inhibition could be a potential novel therapeutic approach in HCC treatment. Hepatocarcinoma cells were more sensitive to NAMPT inhibition by FK866 than primary human hepatocytes, presenting a high number of apoptotic cells after FK866 treatment. FK866 induced NAD and ATP depletion which was associated with activation of the key regulator of energy metabolism 5’-AMP-activated protein kinase (AMPK) and decreased activity of its downstream target mammalian target of rapamycin (mTOR).
This thesis shows that the NAD salvage pathway is involved in hepatic steatosis and HCC. During hepatic steatosis NAD metabolism is upregulated to potentially protect against adverse effects of the massive hepatic lipid accumulation. To repress the progression to NASH it might be useful to maintain the hepatic NAD levels during early disease stages by administration of NAD precursors, such as NMN. However, hepatocarcinoma cells have a higher activity of NAMPT and NAD-dependent enzymes. NAMPT inhibition by FK866 could be a potential therapeutic approach in HCC, especially due to the fact that NAD depletion is selectively induced in hepatocarcinoma cells, but not in primary human hepatocytes.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
NAMPT, SIRT1, NAFLD, Leber, HCC
NAMPT, SIRT1, NAFLD, Liver, HCC
Penke, Melanie
Beck-Sickinger, Annette
Pfeiffer, Andreas
Fakultät für Biowissenschaften, Pharmazie und Psychologie
2016-02-01
2015-07-20
2016-01-08
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
https://ul.qucosa.de/id/qucosa%3A14309
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2021-03-29T08:58:21Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
OntoStudyEdit: a new approach for ontology-based representation and management of metadata in clinical and epidemiological research
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-197422
eng
Background: The specification of metadata in clinical and epidemiological study projects absorbs significant expense. The validity and quality of the collected data depend heavily on the precise and semantical correct
representation of their metadata. In various research organizations, which are planning and coordinating studies, the required metadata are specified
differently, depending on many conditions, e.g., on the used study management software. The latter does not always meet the needs of a particular research organization, e.g., with respect to the relevant metadata attributes and structuring possibilities.
Methods: The objective of the research, set forth in this paper, is the development of a new approach for ontology-based representation and management of metadata. The basic features of this approach are
demonstrated by the software tool OntoStudyEdit (OSE). The OSE is designed and developed according to the three ontology method. This method for developing software is based on the interactions of three different kinds of ontologies: a task ontology, a domain ontology and a top-level ontology.
Results: The OSE can be easily adapted to different requirements, and it supports an ontologically founded representation and efficient management of metadata. The metadata specifications can by imported from various sources; they can be edited with the OSE, and they can be exported in/to several formats, which are used, e.g., by different study management software.
Conclusions: Advantages of this approach are the adaptability of the OSE by integrating suitable domain ontologies, the ontological specification of mappings between the import/export formats and the DO, the
specification of the study metadata in a uniform manner and its reuse in different research projects, and an intuitive data entry for non-expert users.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Metadaten, Forschung, Biomedizin
metadata, research, biomedicine
Uciteli, Alexandr
Herre, Heinrich
Universität Leipzig
BioMed Central
2016-02-10
2015
Journal of biomedical semantics 2015, 6:41
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2021-03-29T08:59:36Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Eisen und Eisenproteine in Neuronen mit perineuronalem Netz
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-198995
ger
In der vorliegenden Dissertation wurden Neurone untersucht, die von einer speziellen Form der extrazellulären Matrix, dem perineuronalen Netz (PN), umgeben sind. Neurone mit einem PN zeichnen sich durch eine geringe Vulnerabilität bei neurodegenerativen Erkrankungen aus. Da das PN mit hoher Affinität Eisen bindet, war zu klären, ob das PN den Eisenhaushalt der Neurone beeinflusst und diese mit einer protektiven Eigenschaft gegenüber Eisen-induzierten oxidativen Stress ausstattet.
Es wurde die Eisenkonzentration und der Gehalt an Eisentransport- und Eisenspeicherproteinen von Neuronen mit PN und Neuronen ohne PN in der Ratte untersucht. Dabei kamen quantitative Methoden wie die ortsaufgelöste Ionenstrahlmikroskopie und die Objektträger-basierte Laser Scanning Zytometrie sowie Western Blot Analysen und quantitative Real-Time-PCR zum Einsatz.
Die Untersuchungen zeigen, dass Neurone, die mit einem PN umgeben sind, eine höhere Konzentration an Eisen sowie Eisentransport- und Eisenspeicherproteinen besitzen als Neurone ohne ein PN. Das PN könnte so den Eisenhaushalt der Neurone beeinflussen und diese mit einer protektiven Eigenschaft gegenüber Eisen-induziertem oxidativen Stress ausstatten.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Neurone, perineuronales Netz, Eisen, Eisenproteine
neurons, perineuronal net, iron, iron proteins
Reinert, Anja
Arendt, Thomas
Dringen, Ralf
Rübsamen, Rudolf
Fakultät für Biowissenschaften, Pharmazie und Psychology
2016-03-29
2008-08-28
2009-01-09
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doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-29T09:00:04Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:570
openaire
Computer Aided Drug Discovery
Descriptor Improvement and Application to Obesity-related Therapeutics: Computer Aided Drug DiscoveryDescriptor Improvement and Application to Obesity-related Therapeutics
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-201000
eng
When applied to drug discovery, modern computational systems can provide insight into the highly complex systems underlying drug activity and predict compounds or targets of interest. Many tools have been developed for computer aided drug discovery (CADD), focusing on small molecule ligands, protein targets, or both. The aim of this thesis is the improvement of CADD tools for describing small molecule properties and application of CADD to several stages of drug discovery regarding two targets for the treatment of obesity and related diseases: the neuropeptide Y4 receptor (Y4R) and the melanocortin-4 receptor (MC4R).
In the first chapter, the major categories of CADD are outlined, including descriptions for many of the popular tools and examples where these tools have directly contributed to the discovery of new drugs. Following the introduction, several improvements for encoding stereochemistry and signed property distribution are introduced and tested in scenarios meant to simulate applications in virtual high-throughput screening. Y4R and MC4R are both class A G-protein coupled receptors (GPCRs) with endogenous peptide ligands that play critical roles in the signaling of satiety and energy metabolism. So far, no structures from either receptor family have been experimentally elucidated. CADD was combined with high-throughput screening (HTS) to discover the first small molecule positive allosteric modulators (PAMs) of Y4R. Secondly, CADD techniques were used to model the interaction of Y4R and pancreatic polypeptide based on experimental results that elucidate specific binding contacts. Similar SB-CADD approaches were used to model the interaction of MC4R with its high affinity peptide agonist α-MSH. Due to its role in monogenic forms of obesity, these models were used to predict which residues directly participate in binding and correlate mutated residues with their potential role in the binding site.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Computer-basiertes Wirkstoffdesign, GPCR, Adipositas, NPY4R, MC4R, QSAR
Computer-Aided Drug Discovery, GPCR, Obesity, NPY4R, MC4R, QSAR
Sliwoski, Gregory
Beck-Sickinger, Annette
Gurevich, Vsevolod
Universität Leipzig
2016-04-01
2015-07-09
2015-04-12
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T09:00:07Z
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doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:570
openaire
Synthetic biology for synthetic chemistry - Microbial production and selective functionalization of limonene
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-201140
978-3-8440-4296-2
eng
The progress in biotechnological disciplines such as metabolic engineering or synthetic biology increased the interest of chemical and pharmaceutical industries to implement microbial processes for chemical synthesis. However, most microorganisms, e.g., Escherichia coli or Saccharomyces cerevisiae, used in biotechnological applications are not evolved by nature for the production of industrially relevant compounds, which are often hydrophobic, non-charged, volatile, or toxic to the microbial organisms. Bioprocess design relies on an integrated approach addressing pathway, cellular, reaction, and process engineering to combine the results of natural evolution with the demands of industrial applicability.
In this thesis, the microbial de novo production and selective oxyfunctionalization of the highly volatile isoprenoid limonene has been investigated as a model system featuring reactants with challenging physicochemical characteristics. Key constraints that limit limonene biosynthesis and its oxyfunctionalization in recombinant E. coli, related to genetics, physiology, and reaction engineering, were identified and relieved.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Limonen, Biotechnologie
limonene, biotechnology
Willrodt, Christian
Schmid, Andreas
Panke, Sven
Universität Leipzig
2016-04-06
2015-07-22
2016-01-15
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T09:00:44Z
qucosa:ubl
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ddc:570
openaire
Impact of simultaneous stimulation of 5-lipoxygenase and myeloperoxidase in human neutrophils
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-201819
eng
Human neutrophil 5-lipoxygenase (5-LOX) oxidizes arachidonic acid (AA) to 5S-hydro(pero)xy-6E,8Z,11Z,14Z-eicosatetraenoic acid (5-H(p)ETE) and leukotriene (LT)A4, which is further converted to the chemoattractant LTB4. These cells contain also the heme enzyme myeloperoxidase (MPO) producing several potent oxidants such as hypochlorous acid (HOCl). Previously, it was shown that MPO-metabolites influence 5-LOX product formation. Here, we addressed the question, whether a simultaneous activation of MPO and 5-LOX in neutrophils results in comparable changes of 5-LOX activity.
Human neutrophils were stimulated with H2O2 or phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) for MPO activation and subsequently treated with calcium ionophore A23187 inducing 5-LOX product formation on endogenous AA. Special attention was drawn to neutrophil vitality, formation of MPO-derived metabolites and redox status. The pre-stimulation with H2O2 resulted in a concentration-dependent increase in the ratio of 5-HETE to the sum of LTB4 + 6-trans-LTB4 in consequence of MPO activation. Thereby no impairment of cell vitality and only a slightly reduction of total glutathione level was observed. An influence of MPO on 5-LOX product formation could be suggested using an MPO inhibitor. In contrast, the pre-stimulation with PMA resulted in different changes of 5-LOX product formation leading to a reduced amount of 5-HETE unaffected by MPO inhibition. Furthermore, impaired cell vitality and diminished redox status was detected after PMA stimulation. Nevertheless, a MPO-induced diminution of LTB4 was obvious. Further work is necessary to define the type of 5-LOX modification and investigate the effect of physiological MPO activators.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Leukotriene, HCIO, Entzündung, Glutathion, Wasserstoffperoxid
leukotriene, HOCl, inflammation, glutathione, Hydrogen peroxide
Zschaler, Josefin
Arnold, Jürgen
Universität Leipzig
2016-04-27
2016
Prostaglandins, Leukotrienes & Essential Fatty Acids (PLEFA) (2015), 107, S. 12–21
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doc-type:article
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2021-03-29T09:00:45Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
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ddc:570
openaire
Impact of Myeloperoxidase-derived oxidants on the product profile of human 5-Lipoxygenase
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-201824
eng
Human 5-lipoxygenase (5-LOX) oxidizes arachidonic acid to 5S-hydroperoxy-6E,8Z,11Z,14Z-eicosatetraenoic acid (5-HpETE) and leukotriene (LT) A4. In neutrophils, LTA4 is further converted to the potent chemoattractant LTB4. These cells also contain the heme enzyme myeloperoxidase (MPO), which produces several potent oxidants such as hypochlorous acid (HOCl), which are involved in pathogen defense and immune regulation. Here, we addressed the question whether MPO-derived oxidants are able to affect the activity of 5-LOX and the product profile of this enzyme. Human 5-LOX was incubated with increasing amounts of HOCl or HOBr. Afterward, arachidonic acid metabolites of 5-LOX were analyzed by reverse-phase high-performance liquid chromatography as well as by liquid chromatography-electrospray ionization-tandem mass spectrometry. The incubation of 5-LOX with the MPO-derived oxidants significantly changed the product profile of 5-LOX. Thereby, HOCl and HOBr increased the ratio of 5-H(p)ETE to 6-trans-LTB4 in a concentration-dependent manner. At low oxidant concentrations, there was a strong decrease in the yield of 6-trans-LTB4, whereas 5-HpETE did not change or increased. Additionally, the formation of 8-HpETE and 12-HpETE by 5-LOX rose slightly with increasing HOCl and HOBr. Comparable results were obtained with the MPO-H2O2-Cl– system when glucose oxidase and glucose were applied as a source of H2O2. This was necessary because of a strong impairment of 5-LOX activity by H2O2. In summary, MPO-derived oxidants showed a considerable impact on 5-LOX, impairing the epoxidation of 5-HpETE, whereas the hydroperoxidation of arachidonic acid was unaffected. Apparently, this was caused by an oxidative modification of critical amino acid residues of 5-LOX. Further work is necessary to assess the specific type and position of oxidation in the substrate-binding cavity of 5-LOX and to specify whether this interaction between 5-LOX and MPO-derived oxidants also takes place in stimulated neutrophils.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Eicosanoid, Arachidonsäure, HCIO, hypobromige Säure, Neutrophile, freie Radikale
eicosanoids, arachidonic acid, HOCl, HOBr, neutrophils, free radicals
Zschaler, Josefin
Dorow, Juliane
Schöpe, Louisa
Ceglarek, Uta
Arnhold, Jürgen
Universität Leipzig
2016-05-23
2015
Free radical biology & medicine (2015) 85, S. 148-156
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2021-03-29T09:00:46Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Detection of the halogenating activity of heme peroxidases in leukocytes by aminophenyl fluorescein
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-201836
eng
The formation of hypochlorous and hypobromous acids by heme peroxidases is a key property of certain immune cells. These products are not only involved in defense against pathogenic microorganisms and in regulation of inflammatory processes, but contribute also to tissue damage in certain pathologies. After a short introduction about experimental approaches for the assessment of the halogenating activity in vitro and in cell suspensions, we are focusing on novel applications of fluorescent dye systems to detect the formation of hypochlorous acid (HOCl) in leukocytes. Special attention is directed to properties and applications of the non-fluorescent dye aminophenyl fluorescein that is converted by HOCl, HOBr, and other strong oxidants to fluorescein. This dye allows the detection of the halogenating activity in samples containing free myeloperoxidase and eosinophil peroxidase as well as in intact granulocytes using fluorescence spectroscopy and flow cytometry, respectively.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Myeloperoxidase, Hypochlorsäure, Neutrophile, Aminophenyl fluorescein, eosinophile Peroxidase, hypobromige Säure, Eosinophile
myeloperoxidase, hypochlorous acid, neutrophils, aminophenyl fluorescein, eosinophil peroxidase, hypobromous acid, eosinophils
Flemmig, Jörg
Remmler, Johannes
Zschaler, Josefin
Arnhold, Jürgen
Universität Leipzig
2016-04-14
2015
Free radical research (2015) 49, S. 768-776
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2021-03-29T09:01:41Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
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ddc:570
openaire
Functional resilience against climate-driven extinctions: comparing the functional diversity of European and North Americantree floras
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-204141
eng
Future global change scenarios predict a dramatic loss of biodiversity for many regions in the world, potentially reducing the resistance and resilience of ecosystem functions. Once before, during Plio-Pleistocene glaciations, harsher climatic conditions in Europe as compared to North America led to a more depauperate tree flora. Here we hypothesize that this climate driven species loss has also reduced functional diversity in Europe as compared to North America. We used variation in 26 traits for 154 North American and 66 European tree species and grid-based co-occurrences derived from distribution maps to compare functional diversity patterns of the two continents. First, we identified similar regions with respect to contemporary climate in the temperate zone of North America and Europe. Second, we compared the functional diversity of both continents and for the climatically similar subregions
using the functional dispersion-index (FDis) and the functional richness index (FRic). Third, we accounted in these comparisons for grid-scale differences in species richness, and, fourth, investigated the associated trait spaces using dimensionality reduction. For gymnosperms we find similar functional diversity on both continents, whereas for angiosperms
functional diversity is significantly greater in Europe than in North America. These results are consistent across different scales, for climatically similar regions and considering species richness patterns. We decomposed these differences in trait space occupation into differences in functional diversity vs. differences in functional identity. We show that climate-driven species loss on a continental scale might be decoupled from or at least not linearly related to changes in functional diversity. This might be important when analyzing the effects of climate-driven biodiversity change on ecosystem functioning.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Funktionsweise von Ökosystemen, Artenreichtum, Artensterben, Bllühpflanzen, Europa, Nordamerika
Ecosystem functioning, Species diversity, Species extinction, Flowering plants, Europe, North America
Liebergesell, Mario
Reu, Björn
Stahl, Ulrike
Freiberg, Martin
Welk, Erik
Kattge, Jens
Cornelissen, J. Hans C.
Peñuelas, Josep
Public Library of Science
2016-06-08
2016
PLoS ONE 11(2): e0148607 doi:10.1371/journal.pone.0148607
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2021-03-29T09:01:43Z
qucosa:ubl
doc-type:article
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ddc:004
ddc:570
openaire
Sparse RNA folding revisited: space‑efficient minimum free energy structure prediction
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-204163
eng
Background: RNA secondary structure prediction by energy minimization is the central computational tool for the analysis of structural non-coding RNAs and their interactions. Sparsification has been successfully applied to improve the time efficiency of various structure prediction algorithms while guaranteeing the same result; however, for many such folding problems, space efficiency is of even greater concern, particularly for long RNA sequences. So far, spaceefficient sparsified RNA folding with fold reconstruction was solved only for simple base-pair-based pseudo-energy models. Results: Here, we revisit the problem of space-efficient free energy minimization. Whereas the space-efficient minimization of the free energy has been sketched before, the reconstruction of the optimum structure has not even been discussed. We show that this reconstruction is not possible in trivial extension of the method for simple energy models. Then, we present the time- and space-efficient sparsified free energy minimization algorithm SparseMFEFold that guarantees MFE structure prediction. In particular, this novel algorithm provides efficient fold reconstruction based on dynamically garbage-collected trace arrows. The complexity of our algorithm depends on two parameters, the number of candidates Z and the number of trace arrows T; both are bounded by n2, but are typically much smaller. The time complexity of RNA folding is reduced from O(n3) to O(n2 + nZ); the space complexity, from O(n2) to O(n + T + Z). Our empirical results show more than 80 % space savings over RNAfold [Vienna RNA package] on the long RNAs from the RNA STRAND database (≥2500 bases). Conclusions: The presented technique is intentionally generalizable to complex prediction algorithms; due to their high space demands, algorithms like pseudoknot prediction and RNA–RNA-interaction prediction are expected to profit even stronger than \"standard\" MFE folding. SparseMFEFold is free software, available at http://www.bioinf.unileipzig. de/~will/Software/SparseMFEFold.
info:eu-repo/classification/ddc/004
ddc:004
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ddc:570
Raumeinsparung, Pseudoknoten-RNA, RNA-Sekundärstruktur
Space efficient sparsification, Pseudoknot-free RNA folding, RNA secondary structure prediction
Will, Sebastian
Jabbari, Hosna
Universität Leipzig
BioMed Central
2016-06-09
2016
Algorithms Mol Biol (2016) 11:7 DOI 10.1186/s13015-016-0071-y
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doc-type:article
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2021-03-29T09:01:47Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Insights into Neandertals and Denisovans from Denisova Cave
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-204682
eng
Denisova Cave is located in the Altai mountains of Russia. Excavations from this cave have yielded two large hominin molars and three hominin phalanxes from the Pleistocene. One of the phalanxes (Denisova 3) had extraordinary DNA preservation allowing the sequencing of high quality nuclear and mitochondrial DNA (mtDNA) genomes and has been shown to belong to a young girl from hereto unknown sister group of Neandertals, called Denisovans. The mtDNA of Denisova 3 surprisingly split from the mtDNA ancestor of modern humans and Neandertals twice as long ago as the split of modern humans and Neandertals. The mtDNA of one of the molars (Denisova 4) was also sequenced and differs at only two positions from the mtDNA of Denisova 3. A second phalanx (Altai 1) also yielded a high quality genome, and was a Neandertal. While Neandertals show an admixture signal of 1-4% into present-day non-Africans, Denisovans show an admixture of up to 5% in present-day Oceanians, and to a much lesser extent East Asians.
This thesis encompasses two studies. In the first study, we sequenced the complete mtDNA genome of the additional molar (Denisova 8), as well as a few megabases of nuclear DNA from Denisova 4 and Denisova 8. While the mtDNA of Denisova 8 is clearly of the Denisova type, its branch to the most recent common ancestor of Denisovans is half as long as the branch leading to Denisova 3 or Denisova 4, indicating that Denisova 8 lived many millenia before the other two. Both Denisova 4 and 8 fall together with Denisova 3 based on nuclear DNA, bringing the number of known Denisovans from one to three.
In the second study, we sequenced an almost complete mtDNA and a few megabases of nuclear DNA from the third hominin phalanx from Denisova Cave, Altai 2. Both the mtDNA and the nuclear DNA show Altai 2 to be a Neandertal. The mtDNA also showed the presence of substantial Pleistocene spotted hyena contamination. Low levels of spotted hyena contamination were also found in Altai 1, Denisova 3 and Denisova 4. Partial mtDNA genomes of the contaminating spotted hyenas from these four hominins were compared to mtDNA genomes of other extant and extinct spotted hyenas. We show that the spotted hyenas that contaminated the two Denisovans come from a population of spotted hyenas found in Pleistocene Europe as well as present-day Africa, while the spotted hyenas that contaminated Altai 2, and possibly Altai 1, come from a population of spotted hyenas found in Pleisticene eastern Russia and northern China. This indicates that Denisova Cave was a meeting point of eastern and western hominins as well as eastern and western spotted hyena populations.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Alte DNA, Neandertaler, Denisovaner
ancient DNA, Neandertals, Denisovans
Sawyer, Susanna
Pääbo, Svante
Universität Leipzig
2016-06-15
2015-12-14
2016-08-04
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T09:01:51Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Genetic analysis of GABA and glycine cotransmitting neurons in the respiratory centre
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-204767
eng
The PhD thesis addresses the analysis of GABA and glycine cotransmitting (GgC) neurons in the Pre-Bötzinger Complex (PBC), a region important for rhythm generation of the respiration. GgC neurons were identified in the PBC using different approaches including single-cell RT-PCR and immunohistochemistry. Furthermore, novel transgenic mouse-lines were generated to facilitate the analysis of these neurons in-vivo and in living-tissue preparations: The mouse-line Cofluor allows the identification of GABAergic, glycinergic as well as GgC neurons by the expression of different fluorescent proteins. This mouse-line was used to investigate the number of cells of each neuron type during development from E15.5 to 2.5 month revealing a decrease of GgC neurons paralleled by an increase of glycinergic and GABAergic neurons. The mouse line COTRIND expresses the tamoxifen-inducible Split-CreERT2 system exclusively in GgC neurons allowing for the permanent labelling of these neurons with the Red Fluorescent Protein at the time-point of tamoxifen application. In COTRIND mice, GgC neurons were irreversibly labelled at the age of P1/P2 and analysed at the age of three days as well as after 2.5 month to investigate their fate by using immunohistochemistry. It was found that GgC neurons differentiated to mostly glycinergic neurons and to a minor percentage to GABAergic neurons whereas some GgC neurons remained GgC neurons. The results obtained from this study disclosed the presence of GgC neurons in the PBC of mice and their development from the embryonic day 15.5 to the adult stage. Furthermore, the inducible Split-CreERT2 system was for the first time established in transgenic COTRIND mice and found to be functional in vivo without leakage. With the novel transgenic mouse lines the present work provides tools for the analysis of GgC neurons in the PBC and contributes to the characterisation of this neuron type including the role for rhythm generation of the respiration.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Cotransmission, Atemzentrum
cotransmission, respiratory centre
Besser, Stefanie
Hirrlinger, Johannes
Rübsamen, Rudolf
Kirchhoff, Frank
Universität Leipzig
2016-07-05
2016-01-20
2016-06-03
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-29T09:01:56Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Differences in innate immune response between man and mouse
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-205199
eng
Mouse strains are frequently used to model human disease states, to test the efficiency of drugs and therapeutic principles. However, the direct translation of murine experimental data to human pathological events often fails due to sufficient differences in the organization of the immune system of both species. Here we give a short overview of the principle differences between mice and humans in defense strategies against pathogens and mechanisms involved in response to pathogenic microorganisms and other activators of the immune system. While in human blood mechanisms of immune resistance are highly prevailed, tolerance mechanisms dominate for the defense against pathogenic microorganisms in mouse blood. Further on, species-related differences of immune cells mainly involved in innate immune response as well as differences to maintain oxidative homeostasis are also considered. A number of disease scenarios in mice are critically reflected for their suitability to serve as a model for human pathologies. Due to setbacks in these studies, novel mouse models were created to bridge the immune system of both species: humanized mice. Accordingly, a special section of this review is devoted to new results applying humanized mouse models taking limitations and prospects into account.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
angeborenen Immunität, Leukozyten, Mausmodell, Resistenz, Toleranz
innate immunity, leukocytes, mouse model, resistance, tolerance
Zschaler, Josefin
Schlorke, Denise
Arnhold, Jürgen
Universität Leipzig
2016-06-20
2014
Critical Reviews in Immunology (2014) 34, S. 433-454
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2021-03-29T09:02:10Z
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ddc:540
ddc:570
openaire
A disulfide bridge in the calcium binding site of a polyester hydrolase increases its thermal stability and activity against polyethylene terephthalate
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-205582
eng
Elevated reaction temperatures are crucial for the efficient enzymatic
degradation of polyethylene terephthalate (PET). A disulfide bridge was
introduced to the polyester hydrolase TfCut2 to substitute its calcium binding site. The melting point of the resulting variant increased to 94.7°C (wild-type TfCut2: 69.8 °C) and its half-inactivation temperature to 84.6 °C (TfCut2: 67.3 °C). The variant D204C-E253C-D174R obtained by introducing further mutations at vicinal residues showed a temperature optimum between 75 and 80 °C compared to 65 and 70 °C of the wild-type enzyme. The variant caused a weight loss of PET films of 25.0 +/- 0.8% (TfCut2: 0.3 +/-0.1%) at 70 °C after a reaction time of 48 h. The results demonstrate that a highly efficient and calcium-independent thermostable polyester hydrolase can be obtained by replacing its calcium binding site with a disulfide bridge.
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ddc:540
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ddc:570
Biokatalyse, Kalzium, Disulfidbrücke, Polyethylenterephthalat, Protein-Engineering, Proteinstabilität
biocatalysis, calcium, disulfide bridge, polyethylene terephthalate, protein engineering, protein stability
Then, Johannes
Wei, Ren
Oeser, Thorsten
Gerdts, André
Schmidt, Juliane
Barth, Markus
Zimmermann, Wolfgang
Universität Leipzig
Elsevier
2016-06-23
2016
FEBS Open Bio 6 (2016) 425–432 doi: 10.1002/2211-5463.12053
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2021-03-29T09:02:38Z
qucosa:ubl
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ddc:570
ddc:590
openaire
Analysis of cultivable microbiota and diet intake pattern of the long‑lived naked mole‑rat
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-206232
eng
Background: A variety of microbial communities exist throughout the human and animal body. Genetics, environmental factors and long-term dietary habit contribute to shaping the composition of the gut microbiota. For this reason the study of the gut microbiota of a mammal exhibiting an extraordinary life span is of great importance. The naked mole-rat (Heterocephalus glaber) is a eusocial mammal known for its longevity and cancer resistance. Methods: Here we analyzed its gut microbiota by cultivating the bacteria under aerobic and anaerobic conditions and identifying their species by mass spectrometry. Results: Altogether, 29 species of microbes were identified, predominantly belonging to Firmicutes, and Bacteroidetes. The most frequent species were Bacillus megaterium (45.2 %), followed by Bacteroides thetaiotaomicron (19.4 %), Bacteroides ovatus, Staphylococcus sciuri and Paenibacillus spp., each with a frequency of 16.1 %. Conclusion: Overall, the gut of the naked mole-rat is colonized by diverse, but low numbers of cultivable microbes compared with humans and mice. The primary food plants of the rodents are rich in polyphenols and related compounds, possessing anti-microbial, anti-inflammatory, anti-oxidative as well as anti-cancer activity which may contribute to their exceptionally healthy life.
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ddc:570
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ddc:590
Nacktmull, Darmflora, Nahrung, Polyphenole
naked mole-rat, microbiota, diet, polyphenols
Debebe, Tewodros
Holtze, Susanne
Morhart, Michaela
Hildebrandt, Thomas Bernd
Rodewald, Steffen
Huse, Klaus
Platzer, Matthias
Wyohannes, Dereje
Yirga, Salomon
Lemma, Alemayehu
Thieme, René
König, Brigitte
Birkenmeier, Gerd
Universität Leipzig
Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung
Leibniz-Institut für Alternsforschung
Addis Ababa University
Bahir Dar University
BioMed Central
2016-06-29
2016
Gut Pathog (2016) 8:25 DOI 10.1186/s13099-016-0107-3
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2021-03-29T09:03:23Z
qucosa:ubl
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ddc:530
ddc:570
openaire
Semiflexible biopolymers in bundled arrangements
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-207973
eng
Bundles and networks of semiflexible biopolymers are key elements in cells, lending them mechanical integrity while also enabling dynamic functions. Networks have been the subject of many studies, revealing a variety of fundamental characteristics often determined via bulk measurements. Although bundles are equally important in biological systems, they have garnered much less scientific attention since they have to be probed on the mesoscopic scale. Here, we review theoretical as well as experimental approaches, which mainly employ the naturally occurring biopolymer actin, to highlight the principles behind these structures on the single bundle level.
info:eu-repo/classification/ddc/530
ddc:530
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
semiflexible Polymere, Polymerkette, wurmartige Kette, Aktin, Mikrotubuli, Abbau,Gegenion, Kondensation, Polymervernetzer
semiflexible polymers, bundles, worm-like bundle, dynamics, actin, microtubules, depletion forces, counterion condensation, crosslinkers
Schnauß, Jörg
Händler, Tina
Käs, Josef A.
Universität Leipzig
Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie
MDPI
2016-08-04
2016
Polymers 2016, 8, 274 doi:10.3390/polym8080274
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2021-03-29T09:04:03Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
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ddc:570
openaire
Contribution of keratins
to junction dynamics and stability in keratinocytes: Contribution of keratinsto junction dynamics and stability in keratinocytes
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-209444
eng
Expression and interaction of desmosomal components and keratins provide stable cell cohesion and protect the epidermis against various types of stress. The differentiation-specific isotype composition of the keratin cytoskeleton and desmosomes is regarded as major determinant of adhesive strength. However, the functional significance of individual keratins for the composition and adhesion of desmosomes has not been addressed in full. To overcome keratin redundancy following deletion of individual keratin genes, the entire type II or type I keratin cluster was deleted, resulting in the absence of keratin filaments in epidermal keratinocytes. The comparison of mouse keratinocyte cell lines lacking all keratins or re-expressing distinct keratin isotypes provides an excellent model to examine keratin contribution to the formation and stability of desmosomes. In support with the reported phenotype in vivo, desmosomes assemble in the absence of keratins but are endocytosed at accelerated rates. The internalization of desmosomes is regulated by PKCα-mediated desmoplakin phosphorylation, rendering epithelial sheets highly susceptible to mechanical stress in cell culture. Re-expression of the keratin pair K5/K14, inhibition of PKCα activity, or blocking of endocytosis reconstituted both desmosome localization at the plasma membrane and epithelial adhesion. The data support a model whereby K5/K14 sequesters RACK1, which can bind PKCα and thereby limits DP phosphorylation, promoting desmosome stability/maintenance and intercellular adhesive strength. To investigate the isotype-specific function of keratins, the respective contribution of K5/K14 or K6/K17 to desmosome adhesion, upon their stable re-expression in keratinocytes lacking all keratins was analyzed. This revealed that K5/K14 support stable desmosomes, whereas expression of “wound healing” keratins K6/K17 induce PKCα-mediated desmosome disassembly and subsequent destabilization of epithelial sheets accompanied by faster wound closure. Furthermore, analysis of adherens junctions and actin organization in keratin-free keratinocytes demonstrated a role of keratins in reorganization of the actin cytoskeleton and maturation of adherens junctions.
This study identified a hitherto unknown mechanism by which keratins control intercellular adhesion, with potential implications for wound healing, tumor invasion and keratinopathies, settings in which diminished cell adhesion facilitates tissue fragility and neoplastic growth.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Keratin, Desmosomen
keratin, desmosomen dynamics
Loschke, Fanny
Magin, Thomas
Niessen, Carien
Universität Leipzig
2016-09-05
2015-08-05
2015-11-13
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T09:04:01Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Motivation and Attitudes of Sudanese Students towards Learning English and German
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-209331
eng
Motivation and attitudes are considered as hypothetical psychological constructs in explaining both the process and outcome of second/foreign language learning. The taxonomy and categorization of second/foreign language motivation into integrative and instrumental motivation has long been established and dominated L2 motivation research in different educational contexts. According to Lambert (1972), Integrative motivation reflects an interest in learning another language because of a sincere and personal interest in the people and culture represented by the other language group. Instrumental motivation on the other hand, refers to the pragmatic and functional orientations in learning a foreign language. Gardner (1985) claimed that integrative motivation is the most important and predictable factor of excelling in a second language than the instrumental motivation. Nevertheless, this assumption that stresses the importance of integrative motivation over the instrumental one in predicting the level of success in learning a second language, has rather been challenged, and a set of controversial findings have been reported.
This study sought to compare and investigate the motivational and attitudinal orientations of Sudanese undergraduate students towards learning English and German; in relation to the target language in question and gender differences. In addition, it intended to examine if there would be any correlation between students’ level of motivation and attitudes, and their self-assessed achievement in the target language. The sample of this study composed of 221 students from the Faculty of Arts, University of Khartoum, Sudan. 148 students from the department of English language, and 73 students from the department of German language have participated in the survey. Based on Gardner’s Attitude/Motivation Test Battery (AMTB), a survey scale has been constructed to measure students’ motivation and attitudes.
The findings of the empirical investigation revealed that Sudanese students were relatively highly motivated and had favorable attitudes towards learning English and German, respectively. In line with the established literature in the field, the results demonstrated that Sudanese students were more instrumentally motivated to learn English. On the other hand, the students in the German department had more positive attitudes towards the German community and culture in comparison to the students of the English department. Gender differences have also been identified in the department of English only; where female students had a significantly higher level of motivation and were rather more integratively motivated to learn English than their male counterparts. Finally, the study could not indicate any correlation between students’ level of motivation and attitudes, and their achievement in the target language.
Einführung in die Thematik
Motivation und Einstellung als hypothetische psychologische Konstrukte spielen eine große Rolle sowohl für den Prozess und als auch für das Ergebnis eines Zweit/Fremdsprachenerwerbs (Gardner, 1985; Kleppin, 2001; Dörnyei, 2003; Riemer, 2001; Al-Busairi, 1990). Traditionell wird in der Fremdsprachenforschung zwischen integrativer und instrumenteller Motivation unterschieden. Integrative Motivation bezieht sich auf das Interesse an der Sprachgemeinschaft und ihrer Kultur, um sich mit der jeweiligen Kultur zu identifizieren und sich in diese zu integrieren. Dahingegen bezieht sich die instrumentelle Motivation auf die pragmatischen Gründe des Fremdsprachenlernens, wie z. B. das Erlernen, um eine erforderliche Prüfung zu bestehen oder um einen guten, besseren Job zu bekommen. Jedoch gingen Gardner (1985) in seinem sozio-pädagogischen Modell davon aus, dass die integrative Motivation den Lernerfolg stärker fördert und folglich zu besseren Lernergebnissen führt als die instrumentelle Motivation. Diese Konzeptualisierung und Dichotomisierung zwischen integrativer und instrumenteller Orientierung wird kontrovers diskutiert und wurde laut empirischer Untersuchungen vor allem im Falle des Englischen als globaler Sprache kritisiert. Die Problematik liegt darin, dass die Untersuchungen von Gardner ursprünglich in der Kanadischen, bilingualen, Französisch-Englischen Gesellschaft durchgeführt wurden und damit einen anderen Kontext betreffen als im Falle des normalen Erlernens einer Fremdsprache. Somit scheint das Konzept von integrativer Motivation im traditionellen Sinne beim Fremdsprachenerwerbsprozess weniger relevant zu sein, weil es in diesem Fall keine definierte Zielsprachengemeinschaft gibt, mit der man sich identifizieren und integrieren kann.
Darüber hinaus zählen Einstellungen gegenüber der Zielfremdsprache, deren Sprachgemeinschaft und Lernatmosphäre als wichtige Faktoren, die bedeutend für den erfolgreichen Fremdsprachenerwerb sind (Candlin & Mercer, 2001). Motivation und Einstellung sind eng miteinander verbunden, die beim Sprachenlernen zusammenspielen und sich gegeneinseitig positiv auswirken. Brown (1994) argumentiert, dass positive Einstellungen günstig für den Erwerb einer Zweitsprache sind, und dass negative Einstellungen den Motivationsgrad vermindern und folglich aufgrund geringen Inputs und Interaktion zu einem unerfolgreichen Lernen führen können.
Das erreichte Niveau und die Kompetenz in einer Zweit/Fremdsprache werden weitgehend zu den individuellen Persönlichkeitsunterschieden der Lernenden gezählt. Geschlechtsunterschiede werden als Einflussfaktoren beim Fremdsprachenerwerb betrachtet. Im allgemeinen wird in der Fremdsprachenforschung davon ausgegangen, dass weibliche Studierende einen höheren Motivationsgrad und positivere Einstellung besitzen (vgl., Csizer & Dörnyei, 2005; Gardner & Lambert, 1972). Dies wurde in einer Reihe von empirischen Studien in der Fremdsprachenforschung bestätigt. In der vorliegenden Arbeit soll dementsprechend diese grundlegende Thematik bezüglich der Rolle von Motivation und Einstellung beim Fremdsprachenerwerb nachgegangen werden. Es wird untersucht, inwiefern sudanesische Studierende motiviert und eingestellt sind, um Englisch und Deutsch zu lernen, und ob sie dabei eher integrativ oder instrumentell orientiert sind. Es wird ebenfalls untersucht, ob geschlechtsspezifische Unterschiede, so wie sprachbedingte Unterschiede zwischen der englischen und deutschen Abteilung vorliegen. Darüber hinaus wird ermittelt, ob es einen signifikanten Zusammenhang zwischen Motivationsgrad und Einstellung der Studierenden und ihrer selbst eingeschätzten Leistung gibt. Diese Arbeit ist von besonderer Bedeutung für die Fremdsprachenforschung im Sudan, da die meisten Studien dort sich auf Englisch beziehen, wohingegen diese Studie sich sowohl mit Englisch als auch mit Deutsch als Fremdsprache beschäftigt.
Forschungshypothesen
Diese Studie prüft sechs Haupthypothesen über die beiden Abteilungen sowie Subhypothesen für die jeweiligen Abteilungen, wobei Englisch- und Deutschstudierende miteinander verglichen und in einer zusammenhängenden Art und Weise betrachtet wurden. Die Hypothesen wurden wie folgt operationalisiert und formuliert:
1. Sudanesische Studierende sind relativ hoch motiviert beim Englisch- und Deutschlernen.
2. Sudanesische Studierende haben relativ positive Einstellungen gegenüber Englisch und Deutsch und folglich gegenüber der englischen und deutschen Sprachgemeinschaft und Kultur.
3. Sudanesische Studierende sind eher instrumentell motiviert beim Englisch- und Deutschlernen.
4. Es gibt statistische signifikante Unterschiede zwischen den Englisch- und Deutschstudierenden bezüglich ihrer Motivation und Einstellungen.
5. Es gibt signifikante geschlechtsspezifische Unterschiede bezüglich Motivation und Einstellungen gegenüber Englisch und Deutsch.
6. Es gibt einen signifikanten Zusammenhang zwischen dem Motivationsgrad, den Einstellungen der Studierenden und ihrer selbsteingeschätzten Leistung in Englisch und Deutsch.
Methodisches Vorgehen
Die Stichprobe dieser Untersuchung bestand aus insgesamt 221 Anglistik und Germanistikstudierenden in der Faculty of Arts an der Khartum Universität. 148 Probanden von insgesamt 273 wurden von der englischen Abteilung einbezogen. Wohingegen 73 von insgesamt 79 von der deutschen Abteilung an der Untersuchung teilgenommen haben. Die Stichprobe von der Germanistikabteilung war wesentlich kleiner im Verglich zu der Stichprobe der Anglistikabteilung. Dies hat mit Tatsache zu tun, dass es weniger Germanistikstudierende an der Universität Khartum gibt und somit diese Stichprobe trotzdem sehr repräsentativ ist.
Die Messinstrumente der empirischen Untersuchung wurden anhand der relevanten Literaturrecherche und Gardner’s Attitude/Motivation Test Battery (AMTB) entwickelt. Die Items wurden zunächst in englischer Sprache verfasst und dann ins Arabische übersetzt, wobei die Rückübersetzung und die Inhalte von Experten im Bereich Psychologie und angewandter Linguistik überprüft wurden. Der Fragebogen bestand aus zwei Skalen: Der Motivationsskala zur Erfassung der integrativen und der instrumentellen Motivation. Die zweite Skala bestand ebenfalls aus zwei Subskalen zur Erfassung der Einstellungen gegenüber der Zielsprache und Kultur. Die Antwortmöglichkeiten sind auf einer fünfstufigen Schätzskala vorgegeben. Die Antwortalternativen sind wie folgt berechnet: Stimme stark zu (5 Punkte); stimme zu (4 Punkte); unentschieden (3 Punkte); stimme nicht zu (2 Punkte); und stimme stark nicht zu (1 Punkt), jedoch sind die negativen Items umgekehrt codiert. Die Fragebögen wurden in ihrer endgültigen Version im Arabischen eingesetzt, um so möglichst gleiche Verständlichkeit für alle Probanden zu gewährleisten.
Forschungsergebnisse
Die Ergebnisse der empirischen Untersuchung weisen daraufhin, dass sudanesische Englisch- und Deutschstudierende einen relativ hohen Motivationsgrad und positive Einstellungen gegenüber der englischen und deutschen Sprache haben. Die Englischstudierenden zeigten einen wesentlich höheren Durchschnitt der Motivation im Vergleich zu den Deutschstudierenden. Demgegenüber zeigten die Deutschstudierenden positivere Einstellungen als die Englischstudierenden gegenüber der Zielsprache. Konsistent zu anderen Untersuchungen lies sich mit der vorliegenden Studie belegen, dass im Sudan als Englisch-Studierende eher instrumentell motiviert sind Deutsch-Studierende.
Darüber hinaus gab es signifikante Unterschiede zwischen den Germanistik- und Anglistikstudierenden bezüglich ihrer Einstellungen gegenüber der Zielsprachengemeinschaft zugunsten der Germanistikstudierenden. Was die Arten der Motivation betrifft, waren die Studierenden in beiden Abteilungen sowohl integrativ als auch instrumentell motiviert gegenüber der Zielsprache. Jedoch war der Durchschnittswert der integrativen Motivation höher als der der instrumentellen Motivation. Somit sind beide Stichproben eher integrativ motiviert gegenüber beider Sprachen, was unerwartet war vor allem im Falle des Englischen als Weltsprache, die eher mit instrumentellen Zwecken und Nützlichkeit verbunden wird. Signifikante geschlechtsspezifische Unterschiede wurden nur unter den Englischstudierenden nachgewiesen, wobei die weiblichen Studierenden einen deutlich höheren Motivationsgrad besassen und eher integrativ motiviert waren.
Schlussfolgerungen
Anhand der empirischen Befunde dieser Untersuchung kann man davon ausgehen, dass sowohl instrumentelle als auch integrative Motivation (beide gleichgewichtig) sich auf das Erlernen einer Fremdsprache auswirken. Dementsprechend ist die Rolle der Intensität und Stärke der Motivation beim Fremdsprachenlernen noch nicht oft erforscht worden, was als Folge der Beschäftigung mit der Polarisierung zwischen instrumenteller und integrativer Motivation zu sehen ist. Das Konzept der integrativen Motivation sollte erweitert und reininterpretiert werden, um in den Kontext des Fremdsprachenlernens zu passen. Solche neuen Konzepte wie imaginäre Sprachgemeinschaft oder ideelles Selbstbild, entwickelt von Dörnyei (2005), sind von Relevanz für das Fremdsprachenlernen, wobei die Studierenden anstreben in der Fremdsprache so kompetent wie ein Muttersprachler zu werden und sich nicht zwangsläufig in die Zielsprachengemeinschaft zu integrieren. Es wurden einige Einschränkungen bezüglich der Forschungsmethodik formuliert. Diese Studie und die daraus resultierenden Ergebnisse können von einer großen Bedeutung sein für die Fremdsprachendidaktik im Allgemeinen und für die englische und deutsche Sprache im Sudan ins Besondere. Auf dieser Basis wurden Schlussfolgerungen für zukunftsorientierte Untersuchungen zum Fremdsprachenlernen im Sudan abgeleitet.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Motivation, instrumentelle Motivation, integrative Motivation, Einstellungen, Zweitsprachenerwerb
motivation, Instrumental motivation, integrativeness, attitudes, second language acquisition
Ishag, Adil
Witruk, Evelin
Altmayer, Claus
Seuren, Pieter
Universität Leipzig
2016-08-31
2016-03-15
2016-06-06
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T09:04:05Z
qucosa:ubl
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doc-type:Text
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ddc:004
ddc:570
openaire
Orthologs, turn-over, and remolding of tRNAs in primates and fruit flies
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-209565
eng
Background: Transfer RNAs (tRNAs) are ubiquitous in all living organism. They implement the genetic code so that most genomes contain distinct tRNAs for almost all 61 codons. They behave similar to mobile elements and proliferate in genomes spawning both local and non-local copies. Most tRNA families are therefore typically present as multicopy genes. The members of the individual tRNA families evolve under concerted or rapid birth-death evolution, so that paralogous copies maintain almost identical sequences over long evolutionary time-scales. To a good approximation these are functionally equivalent. Individual tRNA copies thus are evolutionary unstable and easily turn into pseudogenes and disappear. This leads to a rapid turnover of tRNAs and often large differences in the tRNA complements of closely related species. Since tRNA paralogs are not distinguished by sequence, common methods cannot not be used to establish orthology between tRNA genes. Results: In this contribution we introduce a general framework to distinguish orthologs and paralogs in gene families that are subject to concerted evolution. It is based on the use of uniquely aligned adjacent sequence elements as anchors to establish syntenic conservation of sequence intervals. In practice, anchors and intervals can be extracted
from genome-wide multiple sequence alignments. Syntenic clusters of concertedly evolving genes of different families can then be subdivided by list alignments, leading to usually small clusters of candidate co-orthologs. On the basis of recent advances in phylogenetic combinatorics, these candidate clusters can be further processed by cograph editing to recover their duplication histories. We developed a workflow that can be conceptualized as stepwise refinement of a graph of homologous genes. We apply this analysis strategy with different types of synteny anchors to investigate the evolution of tRNAs in primates and fruit flies. We identified a large number of tRNA remolding events concentrated at the tips of the phylogeny. With one notable exception all phylogenetically old tRNA remoldings do not change the isoacceptor class. Conclusions: Gene families evolving under concerted evolution are not amenable to classical phylogenetic analyses since paralogs maintain identical, species-specific sequences, precluding the estimation of correct gene trees from sequence differences. This leaves conservation of syntenic arrangements with respect to "anchor elements" that are not subject to concerted evolution as the only viable source of phylogenetic information. We have demonstrated here that a purely synteny-based analysis of tRNA gene histories is indeed feasible. Although the choice of synteny anchors influences the resolution in particular when tight gene clusters are present, and the quality of sequence alignments, genome assemblies, and genome rearrangements limits the scope of the analysis, largely coherent results can be obtained for tRNAs. In particular, we conclude that a large fraction of the tRNAs are recent copies. This proliferation is compensated by rapid pseudogenization as exemplified by many very recent alloacceptor remoldings.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
info:eu-repo/classification/ddc/004
ddc:004
Konzertierte Evolution, tRNA, Struktur, Syntenie, Orthologie
concerted evolution, tRNA remolding, synteny, orthology
Velandia-Huerto, Cristian A.
Berkemer, Sarah J.
Hoffmann, Anne
Retzlaff, Nancy
Romero Marroquín, Liiana C.
Hernández-Rosales, Maribel
Stadler, Peter F.
Bermúdez-Santana, Clara I.
Universidad Nacional de Colombia
Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften
Universität Leipzig
CONACYT – Instituto de Matemáticas
Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie
Universität Wien
Center for non-coding RNA in Technology and Health
Santa Fe Institute
BioMed Central
2016-09-05
2016
BMC Genomics (2016) 17:617 DOI 10.1186/s12864-016-2927-4
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doc-type:article
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2021-03-29T09:04:07Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:004
ddc:570
openaire
Automated detection of ncRNAs in the draft genome sequence of a colonial tunicate: the carpet sea squirt Didemnum vexillum
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-209604
eng
Background: The colonial ascidian Didemnum vexillum, sea carpet squirt, is not only a key marine organism to study
morphological ancestral patterns of chordates evolution but it is also of great ecological importance due to its status
as a major invasive species. Non-coding RNAs, in particular microRNAs (miRNAs), are important regulatory genes that
impact development and environmental adaptation. Beyond miRNAs, not much in known about tunicate ncRNAs. Results: We provide here a comprehensive homology-based annotation of non-coding RNAs in the recently
sequenced genome of D. vexillum. To this end we employed a combination of several computational approaches,
including blast searches with a wide range of parameters, and secondary structured centered survey with
infernal. The resulting candidate set was curated extensively to produce a high-quality ncRNA annotation of the
first draft of the D. vexillum genome. It comprises 57 miRNA families, 4 families of ribosomal RNAs, 22 isoacceptor
classes of tRNAs (of which more than 72% of loci are pseudogenes), 13 snRNAs, 12 snoRNAs, and 1 other RNA family.
Additionally, 21 families of mitochondrial tRNAs and 2 of mitochondrial ribosomal RNAs and 1 long non-coding RNA. Conclusions: The comprehensive annotation of the D. vexillum non-coding RNAs provides a starting point towards a
better understanding of the restructuring of the small RNA system in ascidians. Furthermore it provides a valuable
research for efforts to establish detailed non-coding RNA annotations for other recently published and recently
sequences in tunicate genomes.
info:eu-repo/classification/ddc/004
ddc:004
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Tunicata, Manteltiere, Didemnum vexillum, microRNA, Genomannotation
tunicata, Didemnum vexillum, microRNAs, genome annotation
Velandia-Huerto, Cristian A.
Gittenberger, Adriaan A.
Brown, Federico D.
Stadler, Peter F.
Bermúdez-Santana, Clara I.
Universidad Nacional de Colombia
Leiden University
GiMaRIS
Naturalis Biodiversity Center
Universidad de los Andes
Universidade de São Paulo
Universität Leipzig
Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften
Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie
Universität Wien
Center for non-coding RNA in Technology and Health
Santa Fe Institute
BioMed Central
2016-09-05
2016
BMC Genomics (2016) 17:691 DOI 10.1186/s12864-016-2934-5
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doc-type:article
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2021-03-29T09:06:54Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
A novel approach for elucidating the complex maternal prehistories of Siberian ethnolinguistic groups using complete mitochondrial genomes
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-215526
eng
Siberia is an ideal region for exploring population histories from a molecular anthropological perspective given the diverse human populations, in terms of linguistic affiliation and lifestyle, currently inhabiting this geographically large region. As such, this thesis explores new methodologies for the investigation of the genetic histories of Siberian populations. While previous genetic work in this area of the world was able to provide detailed insights into paternal histories based on Y chromosomal data, it was not as successful on the maternal side. There existed difficulties in exploring the complex maternal demographic histories due to high levels of sequence identity between individuals in different populations when using only a very small region of the mitochondrial DNA (mtDNA), known as the hypervariable region I (HV1). This realization led to the initial focus of this dissertation which was to identify and test improved methods of sequencing entire mtDNA genomes. This was necessary because the mtDNA genomes that were published for human Siberian populations and across the globe prior to the work described here were chosen based on specific sub-sample selection criteria that introduced an ascertainment bias rendering them unusable for population-wide analyses. After testing multiple next generation DNA sequencing methods, I helped develop a sequencing library preparation method based on multiplexing and hybridization enrichment of mtDNAs for sequencing by synthesis that has since become widely used in labs across the globe. Comparing the same samples sequenced by both the traditional and new methods for five ethnolinguistic populations showed that these new methods were robust and could lead to different inferences about population histories while avoiding a sampling bias. Based on the results of this thesis it is now recommended for researchers to sequence complete mtDNA genomes for all relevant samples within a collection. By applying these methods to additional Siberian populations it was possible to better describe maternal population contact and identify demographic changes over time. This additional information allowed for the identification of putative drops in the maternal effective population sizes in the Siberian populations examined here. When examining the potential migrations and population contact between Turkic-speaking Yakuts and the Tungusic-speaking Even and Evenks, there exists a differential sharing of haplotypes suggesting that the Tungusic speaking populations herein were already in the northern region and split prior to the expansion of the Yakuts into their territory. The putative origin of the Yakuts as being around Lake Baikal was given additional support from the analyses included in this study and the origins of the Dolgans were shown to predominately include the admixture of Yakuts and Evenks.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
mitochondrial DNA
Siberian populations
Whitten, Christopher Mark
Pääbo, Svante
Cabana, Graciela
Universität Leipzig
2017-01-18
2016-05-25
2016-11-18
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T09:06:59Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:570
openaire
Berufsbezogene Handlungs- vs. Lageorientierung: Skalierbarkeit und Beziehung zu beruflicher Arbeitsleistung: Occupational action state orientation: Scalability and its relation to job performance
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-215624
ger
Die vorliegende Arbeit verknüpft die Theorie der Interaktion psychischer Systeme von Kuhl (2000, 2001) mit dem Modell beruflicher Arbeitsleistung von Tett und Burnett (2003). Unter Anwendung reizorientierter arbeitspsychologischer Stressmodelle werden Hypothesen über einen durch das subjektive Bedrohungs- und Belastungspotenzial der Arbeitssituation moderierten Zusammenhang zwischen dem berufsbezogenen und nach Maßgabe der Item Response Theorie skalierbaren Persönlichkeitsmerkmal Handlungs- vs. Lageorientierung und beruflicher Arbeitsleistung aufgestellt. In drei Befragungen an N = 415, N = 331 sowie N = 49 Berufstätigen wurden querschnittliche Daten zur Hypothesenprüfung erhoben. Berufsbezogene Handlungs- vs. Lageorientierung zeigt sich als valides Subkonstrukt der allgemeinen Handlungs- vs. Lageorientierung, welches gemäß Graded Response Modell von Samejima (1969, 1997) mit 14 Items skalierbar ist. Prospektive berufsbezogene Handlungs- vs. Lageorientierung erklärt in multiplen hierarchischen Regressionsanalysen, im Gegensatz zu allgemeiner Handlungs- vs. Lageorientierung, inkrementell zu Gewissenhaftigkeit, Extraversion und Neurotizismus Anteile kontextueller und aufgabenbezogener Arbeitsleistung. Hypothesenkonträr werden diese Zusammenhänge nur marginal vom subjektiven Belastungspotential der Arbeitssituation moderiert. Die Prädiktorfunktion prospektiver berufsbezogener Handlungs- vs. Lageorientierung für berufliche Arbeitsleistung bleibt auch unter pfadanalytischer Kontrolle eines vorhandenen Common Method Bias erhalten. Die dispositionelle Fähigkeit, durch berufliche Hindernisse gehemmten positiven Affekt vorbewusst gegenregulieren zu können, scheint demnach ein bedeutender Prädiktor beruflicher Arbeitsleistung zu sein, insbesondere bei Führungskräften. Für die berufliche Eignungsbeurteilung ist es damit von diagnostischem Mehrwert, Handlungs- vs. Lageorientierung kontextualisiert zu erheben. Der Einsatz probabilistisch- testtheoretisch konstruierter Skalen steigert dabei die Effizienz des Beurteilungsprozesses.
The current paper combines personality systems interaction theory (Kuhl, 2000, 2001) with the model of job performance by Tett and Burnett (2003). Using established stress models from work psychology it is hypothesized that there is a relation between occupational action state orientation, scalable by means of items response theory, and job performance, which is moderated by the subjective stress level of job characteristics. Three surveys among samples of N = 415, N = 331, and N = 49 professionals yielded cross sectional data for investigating the hypotheses. Occupational action state orientation proves a valid construct which is compatible with Samejima’s (1969, 1997) Graded Response Model using a 14-item scale. As a result of multiple hierarchical regression analyses, the hesitation dimension of specifically occupational, in contrast to general action state orientation is a predictor of both contextual and task performance, incremental to conscientiousness, extraversion, and neuroticism. Contrary to expectations this relation is only marginally moderated by stress-relevant job characteristics. Even when controlling for an occurring common method bias by means of path analysis the occupational hesitation dimension’s predictor role perseveres. Therefore, the dispositional ability in subconsciously regulating inhibited positive affect due to occupational obstacles, seems to be a crucial predictor of job performance, especially regarding leaders. Hence, professional aptitude assessment benefits from assessing action state orientation in a contextualized manner. Application of item response theory-based scales further enhances assessment process efficiency.
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ddc:Angewandte Psychologie
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Berufsleistung; Personalität; Messung / Psychologie; item-response-theory
Beruf, Handlungs- vs. Lageorientierung, Arbeitsleistung, Diagnostik, Psychometrie, Skalierbarkeit
occupation, action state orientation, job performance, psychometrics, scalability
Stadelmaier, Ulrich W.
Mohr, Gisela
Felfe, Jörg
Herzberg, Philipp Y.
Universität Leipzig
2016-12-12
2016-08-07
2016-12-01
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doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-29T09:07:06Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:000
ddc:570
openaire
Phylogenetic distribution of plant snoRNA families
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-215736
eng
Background: Small nucleolar RNAs (snoRNAs) are one of the most ancient families amongst non-protein-coding RNAs. They are ubiquitous in Archaea and Eukarya but absent in bacteria. Their main function is to target chemical modifications of ribosomal RNAs. They fall into two classes, box C/D snoRNAs and box H/ACA snoRNAs, which are clearly distinguished by conserved sequence motifs and the type of chemical modification that they govern. Similarly to microRNAs, snoRNAs appear in distinct families of homologs that affect homologous targets. In animals, snoRNAs and their evolution have been studied in much detail. In plants, however, their evolution has attracted comparably little attention. Results: In order to chart the phylogenetic distribution of individual snoRNA families in plants, we applied a sophisticated approach for identifying homologs of known plant snoRNAs across the plant kingdom. In response to the relatively fast evolution of snoRNAs, information on conserved sequence boxes, target sequences, and secondary structure is combined to identify additional snoRNAs. We identified 296 families of snoRNAs in 24 species and traced their evolution throughout the plant kingdom. Many of the plant snoRNA families comprise paralogs. We also found that targets are well-conserved for most snoRNA families. Conclusions: The sequence conservation of snoRNAs is sufficient to establish homologies between phyla. The degree of this conservation tapers off, however, between land plants and algae. Plant snoRNAs are frequently organized in highly conserved spatial clusters. As a resource for further investigations we provide carefully curated and annotated alignments for each snoRNA family under investigation.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
info:eu-repo/classification/ddc/000
ddc:000
snoRNA, kleine nukleoläre Ribonukleinsäure, Evolution,Zielmolekül
snoRNAs, evolution, small RNAs, snoRNA targets
Bhattacharya, Deblina Patra
Canzler, Sebastian
Kehr, Stephanie
Hertel, Jana
Grosse, Ivo
Stadler, Peter F.
Universität Leipzig
Martin-Luther-Universität
Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften
Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie
Universität Wien
Univ. Copenhagen
Santa Fe Institute
Helmholtz Centre for Environmental Research - UFZ
BioMed Central
2016-12-08
2016
BMC Genomics (2016) 17:969 DOI 10.1186/s12864-016-3301-2
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doc-type:article
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2021-03-29T09:07:12Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
On the role of the proventricle region in reproduction and regeneration in Typosyllis antoni (Annelida: Syllidae)
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-216141
eng
Background: Syllids are a species rich annelid family possessing remarkable regenerative ability, which is not only the response after traumatic injury, but also a key step during the life cycle of several syllid taxa. In these animals the posterior part of the body becomes an epitoke and is later detached as a distinct unit named stolon. Such a
sexual reproductive mode is named schizogamy or stolonization. The prostomium and the proventricle, a modified foregut structure, have been proposed to have a control function during this process, though the concrete mechanisms behind it have never been elucidated. Results: By using different experimental set-ups, histology and immunohistochemistry combined with subsequent cLSM analyzes, we investigate and document the regeneration and stolonization in specimens of Typosyllis antoni that were amputated at different levels throughout the antero-posterior body axis. The removal of the anterior end including the proventricle implies an incomplete anterior regeneration as well as severe deviations from the usual reproductive pattern, i.e. accelerated stolonization, masculinization and the occurrence of aberrant stolons. The detailed anatomy of aberrant
stolons is described. A histological study of the proventricle revealed no signs of glandular or secretory structures. The ventricle and the caeca are composed of glandular tissue but they are not involved in the reproductive and regenerative processes. Conclusions: As in other investigated syllids, the proventricle region has a significant role during stolonization and reproduction processes in Typosyllis antoni. When the proventricle region is absent, anterior and posterior regeneration are considerably deviated from the general patterns. However, proventricle ultrastructure does not show any glandular component, thereby questioning a direct involvement of this organ itself in the control of reproduction and regeneration. Our findings offer a comprehensive starting point for further studies of regeneration and reproductive control in syllids as well as annelids in general.
konfokale Laserscanning-Mikroskopie, Proventriculus, Schizogamie, Stolo
confocal laser scanning microscopy (cLSM), proventricle, schizogamy, scissiparity, stolon
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Weidhase, Michael
Beckers, Patrick
Bleidorn, Christoph
Aguado, M. Teresa
Museo Nacional de Ciencias Naturales
BioMed Central
Universität Leipzig
Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität
Universidad Autónoma
2016
2016-12-14
BMC Evolutionary Biology (2016) 16:196 DOI 10.1186/s12862-016-0770-5
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doc-type:article
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2021-03-29T09:07:58Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Myeloarchitecture and Intrinsic Functional Connectivity of Auditory Cortex in Musicians with Absolute Pitch
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-217628
eng
Introduction
This dissertation studied structures and functions of auditory cortex in musicians with a rare auditory perception called absolute pitch (AP) using an in-vivo neuroimaging technique magnetic resonance imaging (MRI). The absolute pitch is defined as an ability to recognize pitch chroma, which is musical naming in the twelve-tone equal-temperament (12-TET) system (e.g., “C#”), of any given tonal sound without external references. It has been of interest of many psychologists since the experimental methods have been introduced in psychology over a century. Early behavioral experiments reported many findings that were validated in later studies with computerized measurement of behaviors.
Over the recent two decades, in-vivo neuroimaging studies have found alteration in structures and functions of the brains of musicians with AP compared to control musicians without AP. However, quantitative models on the behaviors of neural systems behind the AP have not been suggested yet. Of course, neuronal modeling is a challenging problem in cognitive neuroscience studies in general. In order to generate such models to explain auditory perceptions such as AP, detailed information on structures and functions of neural systems must be obtained. In this context, we examined microarchitecture of the auditory cortex in musicians with AP using ultra- high field MRI that currently enables the highest spatial resolution of in-vivo imaging at the moment. In addition, we examined the functional connectivity between the auditory cortex and the other regions of the whole cortex.
In the dissertation, detailed introduction of the pitch chroma perception is given throughout the human auditory systems from peripheral apparatus to non-primary auditory cortex in the Chapter I. In-depth discussion on the in-vivo imaging techniques, image processing, and statistical inferences focusing on the strength and potential pitfalls of the methods and their common practice in the Chapter II. In the Chapter III and IV, I explained MRI studies of the PhD project in details with discussions on the findings. Finally in the Chapter V, I summarized the major findings and discuss possible interpretation based on the framework of ‘dual auditory pathway hypothesis’.
Study of Myeloarchitecture
In the first study (Chapter III), a novel MRI sequence named magnetization-prepared two rapid gradient echo (MP2RAGE) was used to investigate cortical myelination. Myeloarchitecture of cerebral cortex is the one of the important histological concepts to understand organization of cortical column as well as cytoarchitecture. Neurons in the cortex are not only linked to the other distant neurons through the white matter but also connected vertically and horizontally to adjacent neurons. These short/long-distance axonal connections form myeloarchitecture of the cortex. The MP2RAGE sequence estimates a physical quantity called longitudinal relaxation rates (R1), which is sensitive to myelin concentration of the tissue.
When compared to control musicians without AP, we found greater R1 in the anterior part of the right supratemporal plane in the musicians with AP. Given the finding was specific to the middle depth of cortex, the finding is unlikely related to long-distance axonal connections but likely to local connections. The precise location of the group difference was determined as the right planum polare in the template brain as well as in all individual brains.
Based on the finding, I speculated that the working principles of the AP processes might be related to the dual auditory pathway hypothesis. In the theory, spatial auditory information is processed along the dorsal pathway (from the primary auditory cortex, to planum temporale, supramarginal gyrus, parietal lobules, and dorsolateral prefrontal cortex) whereas non-spatial auditory information is processed along the ventral pathway (from the primary auditory cortex to planum polare, temporal pole, anterior insular, and ventrolateral prefrontal cortex) in analogous to visual system. Because pitch chroma is spatially invariant property of an auditory object, and also it is less useful for auditory scene segregation compared to separation based on general pitch range (i.e., pitch height), I suggested the observation of cortical myelin in the anterior non-primary auditory cortex might be related to the absolute recognition of pitch chroma in AP listeners.
Another potential implication of the heavy myelination is the function of myelination in neural development. In a rat model, it was demonstrated that the myelination of cortex triggers protein interactions that greatly restrict neuroplasticity after the ‘critical period’ of normal development. From genetic studies, it has been found that the onset of musical training is crucial in the acquisition of AP. Since the planum polare is related to pitch chroma processing, the increase of myelination in this region might indicate the preservation of the pitch chroma representation.
Study of Intrinsic Functional Connectivity
In the second study (Chapter IV), to further test the hypothesis that this highly myelinated planum polare works differently in the auditory networks, analysis of intrinsic functional connectivity using functional MRI (fMRI) measurement acquired during resting was performed. Although spontaneous neural activities during resting was once regarded as Gaussian noise without particular information, extensive researches revealed that the resting-state data (fMRI and also M/EEG) bears substantial information on the subnetworks of brain that subserve various perceptual and cognitive functions. Particularly for the perception of AP, it has been known that spontaneous and unintended recognition of pitch chroma from ambient sounds such as the siren of an ambulance. Thus it is reasonable to assume that the AP-specific network would be constantly active even at rest.
From the resting-state fMRI data, greater cross-correlations between the right planum polare, which was found to be highly myelinated, and several cortical areas including the right lateral superior temporal gyrus, the anterior insula, and the left inferior frontal cortex were found in musicians with better AP performance. Moreover, greater cross-coherences between the right planum polare and the medial part of superior frontal gyrus, the anterior cingulate cortex, and the left planum polare were found in musicians with greater AP performance.
As speculated, the involvement of the ventral auditory pathway in the AP-specific resting state network was strongly suggested from the tightened functional coupling between anterior supratemporal planes and the left inferior frontal cortex. Interestingly, the right planum polare exhibited greater cross-coherence with the important hub regions of the default mode network, i.e., anterior cingulate cortex and medial parts of the superior frontal cortex and the orbitofrontal cortex, implicating a link between the auditory network and default-mode network in AP listeners. This might be related to constant AP processes in AP listeners, which results in spontaneous and unintentional recognition of AP.
Conclusion
In the dissertation, novel MRI data from musicians with AP were provided adding knowledge of the myeloarchitectonic characteristics and related intrinsic functional connectivity of the auditory cortex to the current understanding on the neural correlates of AP. The findings were in favor of the proposed involvement of the ventral auditory pathway, which is known for processing spatially invariant properties of auditory objects. Further studies on neural behaviors of the auditory cortex in relation to the myeloarchitecture are needed in developing computational models of AP in the future.
Einleitung
Diese Dissertation untersucht Strukturen und Funktionen des auditorischen Kortex in Musikern mit einer seltenen auditorischen Wahrnehmen, dem absoluten Gehör (aG), mit Hilfe des in-vivo Bildgebungsfahrens der Magnetresonanztomographie (MRT). Das absolute Gehör bezeichnet die Fähigkeit die Tonklasse (z.B. „C#“) innerhalb des 12-tönigen Systems gleichmäßiger Stimmung (12-TET) ohne externe Referenz benennen zu können. Das Phänomen des absoluten Gehöres ist Gegenstand psychologischer Untersuchungen seitdem die experimentellen Methoden vor über einem Jahrhundert vorgestellt wurden. Erste behaviorale Experimente berichteten zahlreiche Ergebnisse, die später in computer-gestützten Messverfahren validiert werden konnten.
In den letzten 20 Jahren konnten Studien, unter Nutzung bildgebender Verfahren, Veränderungen in der Struktur und Funktion in den Gehirnen von Musikern mit absolutem Gehör feststellen. Bisher wurden jedoch noch keine quantitativen Modelle vorgestellt, die das Verhalten neuronaler Systeme beschreiben, die dem absoluten Gehört zugrunde liegen. Die Modellierung neuronaler Systeme stellt ein anspruchsvolles Problem der gesamten kognitiven Neurowissenschaften dar. Detaillierte Informationen bezüglich der Struktur und Funktion des neuronalen Systems müssen gesammelt, um mit Hilfe von Modelle auditorische Empfindungen wie das absolute Gehör erklären zu können. In diesem Zusammenhang haben wir die Mikroarchitektur des auditorischen Kortex von Musiker mit absolutem Gehör mit Hilfe eines ultrahohem Feld-MRTs untersucht; eine Methode mit der derzeit höchsten räumlichen Auflösung aller in-vivo Bildgebungsverfahren. Außerdem wurde die funktionelle Konnektivität zwischen dem auditorischen Kortex und anderen Regionen des gesamten Kortex untersucht.
In Kapitel I der Dissertation wird detailliertes Grundwissen zur Empfindung von Tonklassen, vom menschlichen auditorischen System bis zum nicht-primären auditorischen Kortex, vermittelt. Eine vertiefte Diskussion der in-vivo Bildgebungsverfahren, der Bildverarbeitung und den statistischen Rückschlüssen ist Thema von Kapitel II, mit einem Fokus auf der üblichen Verwendung, den Stärken und potentiellen Fehlern der verwendeten Methoden. In den Kapiteln III und IV habe ich die MRT-Studien der Doktorarbeit erklärt und die Ergebnisse diskutiert.
Kapitel V fasst die wesentlichen Forschungsergebnisse zusammen und diskutiert eine mögliche
Interpretation der Ergebnisse auf Grundlage der Dual Auditory Pathway Hypothese.
Untersuchung der Myelinarchitektur
In der ersten Studie (Kapitel III) wurde eine neuartige MRT Sequenz, die magnetization-prepared two rapid gradient echo (MP2RAGE) Sequenz, genutzt um die kortikale Myelinisierung zu untersuchen. Die Myelinarchitektur des zerebralen Kortex ist eine der wichtigsten histologischen Konzepte, um sowohl die Organisation einer kortikalen Kolumne als auch die Zytoarchitektur zu verstehen. Die Neuronen des Kortex sind nicht nur an entfernte Neuronen über die weiße Substanz gekoppelt, sondern auch durch vertikale und horizontale Verbindungen an unmittelbar benachbarte Neuronen. Diese kurzen und langen axonalen Verbindungen formen die Myelinarchitektur des Kortex. Die MP2RAGE Sequenz bewertet die longitudinalen Relaxations Raten (R1), welche sensitiv für die Myelinkonzentration des untersuchten Gewebes ist.
Verglichen mit einer Kontrollgruppe von Musikern ohne aG konnten wir einen höheren R1- Wert im anterioren Teil der rechten supra-temporalen Ebene in Musikern mit aG feststellen. Da das Ergebnis spezifisch für eine mittlere Tiefe des Kortex war ist es wahrscheinlicher, dies auf lokale Verbindungen als auf lange axonale Verbindungen zurückzuführen. Als genauer Ort der Gruppendifferenz wurde das rechte planum polare sowohl in einem idealisierten Gehirn als auch in den individuellen Gehirnen der Probanden festgestellt.
Aufgrund dieses Ergebnisses habe ich die Hypothese aufgestellt, dass die Wirkungsweise des absoluten Gehörs mit der Dual Auditory Pathway-Theorie zusammenhängt. Diese Theorie besagt, dass räumliche auditorische Information entlang einer dorsalen Bahn (vom primären auditorischen Kortex zum planum temporale, supramarginalen Gyrus, Parietallappen und dorsolateralen präfrontalen Kortex) und nicht-räumliche Informationen entlang einer ventralen Bahn (vom primären auditorischen Kortex zum planum polare, Temporalpol, anterior insular und ventrolateralen präfrontalen Kortex), ähnlich dem visuellen System, verarbeitet werden. Da die Tonklasse eine räumlich invariante Eigenschaft eines auditorischen Objektes ist und es zudem für die auditorische Szenenunterscheidung weniger bedeutsam ist als die generelle Tonhöhe, habe ich die Vermutung angestellt, dass das kortikale Myelin im anterioren nicht-primären auditorischen Kortex mit dem absoluten Gehört für die Tonklasse im Zusammenhang steht.
Eine weitere Implikation der starken Myelinisierung betrifft die Funktion von Myelin in der neuronalen Entwicklung. Im Tiermodell einer Ratte konnte gezeigt werden, dass die Myelinisierung des Kortex Proteininteraktionen auslöst, die die Neuroplastizität nach einer ‚kritischen Periode‘ der normalen Entwicklung erheblich einschränkt. Genetische Studien haben gezeigt, dass der Beginn der musikalischen Ausbildung für die Entwicklung des absoluten Gehöres entscheidend ist. Da das planum polare mit der Verarbeitung von Tonklassen in Verbindung gebracht wird, könnte ein Anstieg der Myelinisierung in diesem Bereich einen Erhalt der Tonklassenrepräsentation bedeuten.
Untersuchung der intrinsischen funktionellen Konnektivität
In der zweiten Studie (Kapitel IV) wurde die Hypothese, dass das stark myelinisierte planum polare in den auditorischen Netzwerken verschieden wirkt, mittels funktioneller MRT (fMRT) im entspannten Wachzustand weiter untersucht. Spontane Hirnaktivität wurde lange Zeit als Gaußsches Rauschen ohne spezielle Informationen angesehen. Umfangreiche Studien konnten jedoch zeigen, dass Messungen des Ruhezustandes, sowohl fMRT als auch M/EEG, Information bezüglich der Sub-Netzwerke tragen, die Hirnfunktionen der Wahrnehmung und Kognition unterstützen. Besonders in Bezug auf die Wahrnehmung mit absolutem Gehör konnte festgestellt werden, dass Umgebungstöne wie die Sirene eines Krankenwagens unbewusst hinsichtlich der Tonklasse erkannt werden. Diese Erkenntnis stützt die Annahme, dass das aG-Netzwerk auch im Ruhezustand aktiv ist.
Mit Hilfe der fMRT-Daten wurde festgestellt, dass die Kreuzkorrelation zwischen dem stark myelinisierten rechten planum polare und weiteren kortikalen Arealen wie dem rechten lateral- superioren temporalen Gyrus, der anterioren insula und dem linken inferior-frontalen Kortex in Musikern mit besserer aG-Performanz erhöht ist. Weiterhin wurde eine erhöhte Kreuzkorrelation zwischen dem rechten planum polare und dem medialen Teil des superior-frontalen Gyrus, dem anterioren cingulate Kortex und dem linken planum polare in Musikern mit noch besser aG- Performanz festgestellt.
Die erhöhte funktionelle Kopplung der anterioren supra-temporalen Ebene mit dem linken inferior-frontalen Kortex bekräftigt die Hypothese, dass der ventrale auditorische Pfad in dem aG- spezifischen Netzwerk des Ruhezustands beteiligt ist. Bemerkenswerterweise zeigte das rechte planum polare eine erhöhte Kreuzkorrelation mit wichtigen Hub-regionen des Default-Mode Netzwerkes, also dem anterioren cingulate Kortex und medialen Teilen des superior-frontalen Kortex, sowie dem orbito-frontalen Kortex. Dies bedeutet eine Verknüpfung des auditorischen Netzwerkes und des Default-Mode Netzwerkes in Menschen mit absolutem Gehör und könnte mit aG-Prozessen zusammenhängen, die die spontane und unbewusste Erkennung des absoluten Gehörs erlauben.
Schlussfolgerung
In dieser Dissertation wurden MRT-Daten von Musikern mit absolutem Gehör untersucht und damit zur Erweiterung des Wissensstandes bezüglich der Myelinarchitektur und der damit zusammenhängenden funktionellen Konnektivität des auditorischen Kortex beigetragen. Die Ergebnisse sprechen zugunsten der Einbindung des ventralen auditorischen Pfades, bekannt für die Verarbeitung räumlich-invarianter Eigenschaften auditorischer Objekte. Weitere Untersuchungen bezüglich des neuronalen Verhaltens des auditorischen Kortex in Verbindung mit der Myelinarchitektur sind notwendig, um quantitative Modelle des absoluten Gehörs entwickeln zu können.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Absolute Gehör, Auditorischer Kortex, Menschliches Gehörsystem, Magnetresonanztomographie
absolute pitch, auditory cortex, human auditory system, magnetic resonance imaging
Kim, Seung-Goo
Schröger, Erich
Schönwiesner, Marc
Jescheniak, Jörg
Friederici, Angela
Knösche, Thomas
Universität Leipzig
2017-02-10
2016-08-29
2017-05-01
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
https://ul.qucosa.de/id/qucosa%3A15244
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oai:qucosa:de:qucosa:15253
2021-03-29T09:08:05Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Resting-state functional connectivity in the brain and its relation to language development in preschool children
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-217874
eng
Human infants have been shown to have an innate capacity to acquire their mother tongue. In recent decades, the advent of the functional magnetic resonance imaging (fMRI) technique has made it feasible to explore the neural basis underlying language acquisition and processing in children, even in newborn infants (for reviews, see Kuhl & Rivera-Gaxiola, 2008; Kuhl, 2010) .
Spontaneous low-frequency (< 0.1 Hz) fluctuations (LFFs) in the resting brain have been shown to be physiologically meaningful in the seminal study (Biswal et al., 1995) . Compared to task-based fMRI, resting-state fMRI (rs-fMRI) has some unique advantages in neuroimaging research, especially in obtaining data from pediatric and clinical populations. Moreover, it enables us to characterize the functional organization of the brain in a systematic manner in the absence of explicit tasks. Among brain systems, the language network has been well investigated by analyzing LFFs in the resting brain.
This thesis attempts to investigate the functional connectivity within the language network in typically developing preschool children and the covariation of this connectivity with children’s language development by using the rs-fMRI technique. The first study (see Chapter 2.1; Xiao et al., 2016a) revealed connectivity differences in language-related regions between 5-year-olds and adults, and demonstrated distinct correlation patterns between functional connections within the language network and sentence comprehension performance in children. The results showed a left fronto-temporal connection for processing syntactically more complex sentences, suggesting that this connection is already in place at age 5 when it is needed for complex sentence comprehension, even though the whole functional network is still immature. In the second study (see Chapter 2.2; Xiao et al., 2016b), sentence comprehension performance and rs-fMRI data were obtained from a cohort of children at age 5 and a one-year follow-up. This study examined the changes in functional connectivity in the developing brain and their relation to the development of language abilities. The findings showed that the development of intrinsic functional connectivity in preschool children over the course of one year is clearly observable and individual differences in this development are related to the advancement in sentence comprehension ability with age.
In summary, the present thesis provides new insights into the relationship between intrinsic functional connectivity in the brain and language processing, as well as between the changes in intrinsic functional connectivity and concurrent language development in preschool children. Moreover, it allows for a better understanding of the neural mechanisms underlying language processing and the advancement of language abilities in the developing brain.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Vorschulkinder; Sprachverarbeitung and Sprachentwicklung; Ruhezustand fMRT; funktioneller Konnektivität; Syntaktische Komplexität
Preschool children; language processing and development; resting-state fMRI; functional connectivity; syntactic complexity
Xiao, Yaqiong
Friederici, Angela D.
Brauer, Jens
Fiebach, Christian
Universität Leipzig
Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences
2017-02-15
2016-07-09
2017-12-01
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
https://ul.qucosa.de/id/qucosa%3A15253
https://ul.qucosa.de/api/qucosa%3A15253/attachment/ATT-0/
oai:qucosa:de:qucosa:15391
2021-03-29T09:09:52Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Ein neuer therapeutischer Ansatz zur vorbeugenden Behandlung der pathologischen Myopie - Einfluss des skleralen Riboflavin/Blaulicht Cross-Linkings auf das Augenwachstum junger Kaninchen
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-220353
ger
Die Arbeit umreißt das Krankheitsbild der Myopie (Kurzsichtigkeit) und deren unterschiedliche Ausprägungen, im Speziellen der progressiven und pathologischen Myopie. Hierbei wird ein Einblick in die Symptomatik, die anatomischen Ursachen und die heutigen medizinischen Interventionen gegeben. Hierdurch wird die Problematik einer zu „weichen“ Sklera (Lederhaut des Auges) und des damit einhergehenden fortschreitenden Augenwachstums deutlich. Im Zentrum der Arbeit steht ein neuer therapeutischer Ansatz zur vorbeugenden Behandlung der pathologischen Myopie; das Riboflavin/Blaulicht Cross-Linking der Sklera des Kaninchenauges.
Dessen Wirkungsweise ermöglicht die biomechanische Versteifung von kollagenem Gewebe. Aus diesem Sachverhalt ergibt sich die Fragestellung der Arbeit: Ist das sklerale Riboflavin/Blaulicht Cross Linking geeignet das Augenwachstum im Tiermodell (junge Kaninchen) verträglich zu hemmen?
Operationsbeeinflussende Parameter wie die Riboflavin-Durchdringungsdauer der Sklera und die sklerale Lichtdurchlässigkeit werden untersucht und für die Optimierung der Operationsmethode herangezogen und diskutiert. Zur Einschätzung des Versuchsansatzes werden die im Methodikteil dargelegten Anwendungen an adulten und jungen Kaninchen/Kaninchenaugen durchgeführt. In Tierversuchen wird die Schadensschwelle in Abhängigkeit der Blaulichtintensität, des Alters und der Pigmentierung untersucht, wobei histologische, immunhistochemische und elektronenmikroskopische Verfahren angewendet werden. Der inhibitorische Einfluss des Riboflavin/Blaulicht Cross-Linkings auf das Augenwachstum kann im Jungtiermodell durch verschiedene metrische Verfahren und MRT-Untersuchungen belegt werden.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Sklera, Cross-Linking, Riboflavin, Blaulicht, Augenwachstum
Sclera, Cross-Linking, Riboflavin, Blue light, eye growth
Körber, Nicole
Rübsamen, Rudolf
Reichenbach, Andreas
Schaeffel, Frank
Universität Leipzig
2017-03-10
2015-09-08
2017-03-03
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T09:11:18Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:570
openaire
Male-infant interactions in wild crested black macaques, Macaca nigra
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-222030
eng
Direct fitness is measured as the number of surviving offspring. Thus adult males may try to produce as many offspring as possible or to increase the survival of their offspring. Recent findings have shown the many potential benefits of fathers’ presence and support on infants’ development and survival. However, little is known about the influence of socio-ecological factors on male-infant interactions. The main aim of this thesis was therefore to investigate male-infant interactions in wild crested macaques (Macaca nigra). In particular, we aimed to examine the affiliative and agonistic interactions taking place in this species, along with the factors influencing these interactions and offspring survival. Data collection for this thesis took place in the Tangkoko-Duasudara Reserve in Sulawesi, Indonesia, on 3 wild groups of crested macaques. For the first study, data were collected on migrations, births, disappearances, and encounters between groups over 5 years. We analyzed the influence of socio-ecological factors (e.g. rainfall, alpha-male position takeover, and male hierarchy stability) on pre- and post-natal loss. The results showed that high infant mortality was mainly associated to male alpha-position takeover, which suggests that infanticide may indeed occur in this species. In addition, we found that female within-group competition for food sources and between-group resource defense influenced fetal and infant loss. Based on these findings, we were interested to see whether fathers protected their own offspring against male attacks. Thus, in the second study, we investigated the social determinants and characteristics of male-infant affiliations. Our results indicate that adult males and infants form preferential association, and that infants initiate the majority of male-infant affiliations. Infants initiated affiliations mainly towards a high ranking male or a male in a close relationship with their mother. In addition, infants affiliated mainly with adult males in the absence of their mother, while males affiliated mostly with infants when the infants‘ mother was present in proximity. Furthermore, males initiated affiliations towards an infant when they held a high rank or when they had a strong bond with the infant‘s mother. Interestingly, paternity did not affect male-infant affiliations. In conclusion, these studies provide insights in the specifics of both infant survival strategies and male reproductive strategies. In addition, we show that infants are active agents in establishing and maintaining preferential relationships with males. This thesis, thus, confirm that male-infant interactions, although rare, have a strong influence both on males’ and infants’ direct fitness.:Contents ........................................................................................................................................ 5
List of Figures .............................................................................................................................. 7
List of Tables ................................................................................................................................ 8
Summary ....................................................................................................................................... 9
Zusammenfassung .................................................................................................................. 13
1 General Introduction .......................................................................................................... 17
1.1 Infants and adult males in mammals ...................................................................... 18
1.2 Primate males’ use and abuse of infants ................................................................ 19
1.3 Male care and paternal care in primates ............................................................... 20
1.4 Crested macaques as study species ......................................................................... 21
1.5 Aims of this thesis ........................................................................................................... 23
2 Social and ecological factors influencing offspring survival in wild
macaques ................................................................................................................................... 25
2.1 Abstract ............................................................................................................................... 26
2.2 Introduction ...................................................................................................................... 26
2.3 Methods .............................................................................................................................. 29
2.4 Results ................................................................................................................................. 34
2.5 Discussion .......................................................................................................................... 37
3 Mother-male bond, but not paternity, influences male-infant affiliation in wild crested macaques .......................................................................................................... 45
3.1 Abstract ............................................................................................................................... 46
3.2 Introduction ...................................................................................................................... 46
3.3 Methods .............................................................................................................................. 50
3.4 Results ................................................................................................................................. 58
3.5 Discussion .......................................................................................................................... 61
4 Thesis Conclusion ................................................................................................................ 71
Appendices ................................................................................................................................ 75
Supplementary figure and tables for Chapter 2 ......................................................... 76
Supplementary methods and tables for Chapter 3 ................................................... 79
Bibliography ............................................................................................................................. 83
Acknowledgements ................................................................................................................ 99
Contributions of co-authors .............................................................................................. 101
Curriculum vitae .................................................................................................................... 105
Publications and conference contributions ................................................................. 107
Selbstständigkeitserklärung ............................................................................................. 109
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
PhD thesis
Macaque behaviour
Kerhoas, Daphne
Widdig, Anja
Ostner, Julia
Prof. Anja Widdig
2017-04-05
2016-01-08
2016-11-15
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doc-type:doctoralThesis
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2022-03-18T09:30:38Z
qucosa:ubl
doc-type:article
doc-type:Text
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ddc:570
status-type:publishedVersion
openaire
Erste Ergebnisse zur räumlich expliziten Modellierung der Ausbreitung von Pflanzen Diasporen
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-223284
ger
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-212012
qucosa:14997
Die Ausbreitung von Diasporen ist ein zentraler Abschnitt des pflanzlichen Lebenszyklus. Insbesondere Fernausbreitung (>100 m) hat erhebliche Auswirkungen auf eine Vielzahl von biologischen Prozessen, ist aber mit empirischen Messmethoden kaum erfassbar. Ziel der Arbeit ist es daher, die Fernausbreitung von Diasporen aus der Sicht der Mikrometeorologie zu modellieren. Numerische Berechnungsverfahren sind dazu experimentell zu prüfen im Hinblick auf die Wiedergabe der turbulenten Verhältnisse in einem konkreten Messgebiet und an parallel zu diesen Messungen beobachteten Ausbreitungsbedingungen für spezielle Diasporen. Hier wird das Konzept für ein solches Ausbreitungsberechnungsverfahren erläutert und erste Ergebnisse vorgestellt.
Diaspore dispersal is a very important chapter in the life cycle of many plants. In particular long range transport (>100m) has significant effects on many biological processes, but is not ascertainable by empirical measurements. So the objective of this work is to model the long range dispersion of diaspores using micrometeorological methods. Numerical calculations must reproduce the experimentally observed turbulent conditions and the propagation of special seeds within a concrete landscape. The concept of such a numerical model and first results are described here.
Pflanze, Diaspore, Ausbreitung
plant, diaspore, transport
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ddc:551
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Horn, Stefan
Wilsdorf, Michael
Daniel, D.
Raabe, Armin
Universität Leipzig
2007
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2017-04-05
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2021-03-29T09:13:46Z
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ddc:570
openaire
Sub-dividing Broca's region based on functional connectivity: New methods for individual-level in vivo cortical parcellation
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-157032
eng
functional connectivity, fMRI
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Jakobsen, Estrid
Universität Leipzig
2016-07-13
2017-06-02
2017-06-12
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doc-type:doctoralThesis
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2021-01-28T10:41:35Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:570
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openaire
Production of biogas from sugarcane wastes: an assessment of microbial community dynamics for an efficient process
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-157787
eng
The disposal of large amounts of waste still containing energetic value is a central challenge in the waste management of the Brazilian sugarcane industry. As a sustainable solution, the biogas process appears to be a suitable technology for treating sugarcane waste products and for providing valuable commodities such as energy-rich biogas and digestate with fertilizer properties. Additionally, the proper treatment of the four major waste types (straw, bagasse, filter cake and vinasse) would avoid greenhouse gas emissions, air pollution and environmental contamination of soil and water. In order to investigate the feasibility and reliability of biogas production from sugarcane wastes, the microbial community dynamics of laboratory-scale reactors were assessed under different start-up strategies. Despite the promising results of the methane potential for all the waste products, chemical and physical pre-treatments were applied successfully to increase the methane yield of straw, bagasse and filter cake. The microbial community dynamics observed during co-digestion of filter cake and bagasse showed, together with the process parameters, that cattle manure can be effectively used as an inoculum for the start-up of a biogas process in the remote-located sugarcane industry. Monitoring methanogenic community dynamics at high organic loading rate of filter cake and bagasse demonstrated that the genera Methanosarcina and Methanobacterium are the major methanogens that produce biogas, even under process imbalances. Moreover, the results obtained from the process parameters and methanogenic community analyses revealed that the stable isotope fingerprinting technique may be a potential monitoring tool for quickly identifying changes in the methanogenic pathway, which indicates process disturbances. In conclusion, these studies established techniques for the efficient substrate processing and start-up procedure of a biogas process designed for the anaerobic digestion of sugarcane wastes, and by these means provided a highly detailed profile of the microbial community in relation to process parameters.
biogas production, sugarcane wastes, microbial community dynamics, process optimization
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Francisco Leite Junior, Athaydes
Universität Leipzig
2017-03-09
2017-06-16
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2017-06-23
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2021-03-29T09:15:35Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
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ddc:570
openaire
Entwicklung von Polyvinyalkohol-Mikropartikelformulierungen als Trägersysteme für die kontrollierte Freisetzung Polyethylenimin-basierter DNA und siRNA Nanopartikel
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-158572
ger
Gentherapie, Nanopartikel, Polyethylenimin, Mikropartikel
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Schulze, Jan
Universität Leipzig
2017-01-17
2017-06-09
2017-07-12
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T09:15:35Z
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doc-type:doctoralThesis
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ddc:570
openaire
Long-term balancing selection in the genomes of humans and other great apes
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-158592
ger
Balancing selection maintains advantageous genetic diversity in populations through a variety of mechanisms including overdominance, negative frequency-dependent selection, temporal or spatial variation in selective pressures, and pleiotropy. If environmental pressures are constant through time, balancing selection can affect the evolution of selected loci for millions of years, and its targets might be shared by
different species. This thesis is comprised of two different approaches aimed at detecting shared signatures of balancing selection in the genomes of humans and other great apes.
In the first part of the thesis, we focus on extreme loci where the action of balancing selection has maintained several coding trans-species polymorphisms in humans, chimpanzees and bonobos. These trSNPs segregate since the common ancestor of the Homo-Pan clade and have survived for ~14 million years of independent evolution. These loci show the characteristic signatures of long-term balancing selection, as they define haplotypes with high genetic diversity that show cluster of sequences by allele rather than by species, and segregate at intermediate allele frequencies. Apart from
several trSNPs in the MHC region, we were able to uncover a non-synonymous trSNP in the autoimmune gene LAD1.
In the second part of the thesis we explore shared signatures of balancing selection outside trSNPs. We first implement a genome scan designed to detect signatures of balancing selection using NCD2 in the genomes of nine great ape species, including chimpanzee, bonobo, gorilla and orangutan. We show that targets of balancing selection are shared between species that have diverged millions of years ago, and
that this observation cannot be explained by shared ancestry. We further demonstrate that targets of balancing selection primarily affect the evolution of genic regions of the genome, although we see evidence for their involvement in the regulation of gene expression. Overall, we provide comprehensive evidence that similar environmental pressures
maintain advantageous diversity through the action of balancing selection in humans and other great apes, notwithstanding the deep divergence times between many of
these species.
Apes, Humans
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Teixeira, Joao Carlos
Universität Leipzig
2016-04-28
2016-09-02
2017-07-12
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doc-type:doctoralThesis
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2022-02-10T10:41:13Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
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openaire
On the thermodynamics of electroactive microorganisms
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-159171
eng
Electroactive microorganisms possess the unique capability to transfer catabolically
generated electrons via extracellular electron transfer (EET) to solid electron acceptors beyond their cell membranes. Presumably, electroactive microorganisms have a considerable impact on natural redox processes and show potential for being harnessed in microbial electrochemical technologies (METs) providing novel solutions for environmental issues. Although many aspects of electroactive microorganisms and EET have been elucidated, the respective thermodynamics and the energy fluxes during growth are almost untapped. However, understanding thermodynamics is the key for realisticall assessing the influence of electroactive microorganisms on natural ecosystems and the feasibility of METs. Thus, the intention of the present thesis was to establish methods for analyzing the thermodynamics of electroactive microorganisms. This was achieved by
developing the method bioelectrocalorimetry and a model framework for biofilm anodes. A bioelectrocalorimeter was used to measure the heat production of a Geobacter species dominated biofilm performing EET. By creating a heat flux balance, the microbial electrochemical Peltier heat was identified representing an entropic hurdle for EET reactions. The mathematical model for biofilm anodes comprises calculations of microbial growth thermodynamics and kinetics as well as physical, chemical, and electrochemical processes at different spatial and temporal scales. It demonstrates that more detailed experimental assessments of thermodynamic parameters of electroactive microorganisms are urgently required. Furthermore, the thesis at hand provides a comprehensive data set on the energy content of wastewater that can be used to evaluate the feasibility as well as the thermodynamic efficiencies of METs. In conclusion, the thesis provides tools and useful thermodynamic information for the establishment of a complete energy balance of electroactive microorganisms and the elucidation of the driving forces for EET.
Thermodynamics, Electroactive microorganisms, Microbial Electrochemical Peltier Heat, Mathematical Modeling, Bioelectrocalorimetry
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Korth, Benjamin
Universität Leipzig
2016-12-15
2017-05-12
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2017-07-26
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2021-03-29T09:16:32Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
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ddc:570
openaire
Role of fungus-mediated transport mechanisms for bacterial activity under environmental stress
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-159439
eng
Fungi, Bacteria, Transport, Biodegradation
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Worrich, Anja
Universität Leipzig
2017-01-24
2017-06-23
2017-08-02
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
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2021-03-27T15:29:31Z
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doc-type:Text
open_access
ddc:570
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openaire
Eigenverwertung und illegale Beseitigung von Bioabfällen: Umsetzung von § 11 Abs. 1 Kreislaufwirtschaftsgesetz unter besonderer Berücksichtigung der Eigenverwertung und illegaler Bioabfallentsorgung
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-160963
492766738
ger
In der Studie werden die Eigenverwertung von Bioabfällen, die illegale Beseitigung dieser Abfallart sowie ihre Entsorgung im Rahmen von Brauchtums- und Traditionsfeuern im Freistaat Sachsen hinsichtlich der Mengen und der ökologischen Relevanz betrachtet. Aus den Untersuchungsergebnissen werden Handlungsempfehlungen für Landkreise und Abfallverbände zur umweltgerechten Bewirtschaftung von Bioabfällen abgeleitet.
Sachsen, Abfall
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Sachsen; Abfallwirtschaft; Organischer Abfall; Abfallbeseitigung; Illegale Abfallbeseitigung
Gemeinde; Traditionspflege; Feuer
Wagner, Jörg
Wagner, Steffen
Kügler, Thomas
Baumann, Janett
Ibold, Heiko
Zinkler, Stefan
Arthen, Astrid
Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
2017
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2017-08-17
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2021-03-27T15:30:42Z
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ddc:570
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openaire
Rote Liste und Artenliste Sachsens - Eintagsfliegen
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-161909
494411813
ger
In Sachsen wurden bisher 76 Arten Eintagsfliegen nachgewiesen. In der Artenliste und Roten Liste sind sie zusammengestellt und bewertet. Die Rote Liste informiert über die Gefährdungssituation der Arten und Lebensräume und stellt eine Grundlage für die Fachplanung im Naturschutz dar. Rote Listen werden regelmäßig aktualisiert. Ein kommentiertes Verzeichnis der Eintagsfliegen erschien in Sachsen zuletzt im Jahr 2002.
Landschaftspflege, Rote Liste, Insekten
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ddc:570
Sachsen; Eintagsfliegen
Sachsen; Bedrohte Tiere
Voigt, Hanno
Küttner, Ralf
Plesky, Bodo
Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
2017
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2017-08-30
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doc-type:book
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doc-type:Text
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2022-02-14T09:35:48Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
status-type:publishedVersion
openaire
Influence of Leptin on Vascular, Gonadal, and Metabolic Function
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-165562
eng
Leptin is the prototypical adipokine that circulates in direct proportion to whole body adiposity. As such, serum leptin levels decrease when white adipose tissue depletes by calorie restriction whereas they increase as white adipose tissue expands by overnutri-tion. At both sides of the spectrum, i.e. too little and too much leptin, the adipokine con-tributes to vascular complications such as atherosclerosis and reproductive dysfunction. Mice that lack both leptin and the low density lipoprotein receptor (LDLR−/−;ob/ob) are an ideal model to study atherosclerosis as they present with atherosclerotic plaques in the aortic root and brachiocephalic artery. In this thesis, dose-dependent effects of re-combinant leptin administration from the subphysiological to physiological range on atherosclerotic plaque formation and fertility was studied in LDLR−/−;ob/ob mice. Lep-tin dose-dependently reduced plaque lesions and improved Leydig cell function and spermatogenesis. The effect of leptin treatment on atherosclerotic plaques was inde-pendently and significantly associated with improvements in lipid homeostasis and liver steatosis, as well as increased adiponectin. The beneficial effects of leptin treatment on several measures of fertility such as intratesticular testosterone, circulating follicle stim-ulating hormone, and seminiferous tubule morphology appeared to be direct and body weight-independent. Besides genetic leptin-deficiency, lipodystrophy (LD) patients and lipodystrophic mice were studied. LD is a leptin-deficient condition caused by the lack of subcutaneous white adipocytes leading to several metabolic complications including severe insulin resistance and hypertriglyceridemia. The effects of adipose tissue loss in LD on the adipokines chemerin, progranulin, and fibroblast growth factor 21 have not been investigated so far. Circulating levels of these three adipokines were all increased in LD patients as compared to weight- and age-matched controls. Furthermore, none of these adipokines was significantly regulated in 10 LD patients by leptin treatment over 6 months. In a mouse model of generalized LD, increased expression of these adipokines was found in various adipose tissue depots at the mRNA level providing first preliminary evidence as to the source of higher circulating levels in LD patients. Collec-tively, the findings of this thesis show for the first time dose-dependent beneficial ef-fects of leptin on atherosclerosis and reproductive function and provide new information about the association of LD with changes in various adipokines that have an established impact on metabolic function.
Adipokine, Arteriosclerosis, Fertility, Leptin
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Hoffmann, Annett
Universität Leipzig
2017-01-23
2017-10-20
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2017-10-25
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
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2021-03-27T15:32:58Z
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openaire
Rote Liste und Artenliste Sachsens - Zieralgen
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-166724
495322849
ger
In Sachsen sind bisher 521 Zieralgen-Arten nachgewiesen. In der Artenliste und Roten Liste sind sie zusammengestellt und bewertet. Die Rote Liste informiert über die Gefährdungssituation der Arten und Lebensräume. Zieralgen sind gute Indikatoren für die Gewässergüte und spielen eine Rolle in den Bewertungsverfahren der Wasserrahmenrichtlinie. Die Artenliste und Rote Liste der Zieralgen in Sachsen wurde erstmals erstellt.
Landschaftspflege, Rote Liste
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Sachsen; Artenschutz; Pflanzen; Rote Liste; Zieralgen
Paul, Gabriela
Šťastnỳ, Jan
Doege, Angela
Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
2017
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2017-11-01
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doc-type:book
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2021-03-29T09:26:00Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:570
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openaire
COORDINATION IN CONFLICT SITUATIONS: A COMPARATIVE INVESTIGATION OF THE COORDINATION STRATEGIES THAT CHILDREN, CHIMPANZEES AND BONOBOS USE TO SOLVE SITUATIONS OF CONFLICT
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-169068
eng
In dieser Dissertation werden Strategien untersucht, mit denen sich Schimpansen, Bonobos und Kinder in Konfliktsituationen koordinieren. Sozial komplexe Tiere wie Menschen und Große Menschenaffen müssen ihr Verhalten regelmäßig untereinander koordinieren, um kooperative Ziele zu verwirklichen, die sie alleine nicht erreichen würden. Kollaboration, das heißt zusammenarbeiten für gemeinsame Ziele, stellt eine Lösung dar, wenn die Interessen der Individuen nicht im Widerspruch zueinander stehen. In manchen Situationen gehen allerdings Gelegenheiten zu kooperieren mit Gelegenheiten zu defektieren einher. In diesem Zusammenhang ist es wahrscheinlich, dass sowohl Große Menschenaffen als auch Menschen mit Interessenkonflikten konfrontiert sind, wenn sie entscheiden müssen, ob sie mit anderen Gruppenmitgliedern kooperieren. Wenn zum Beispiel eine Gruppe von Schimpansen eine Jagd beginnt, könnte es sein, dass manche Gruppenmitglieder es bevorzugen, zurückzubleiben und darauf zu warten, dass andere Schimpansen die Kosten der Jagd tragen. Indem wir Schimpansen, Bonobos und fünfjährige Kinder jeweils paarweise mit Interessenkonflikten konfrontieren, können wir die Strategien untersuchen, die diese Arten benutzen, um ihr Verhalten in Konfliktsituationen miteinander zu koordinieren und den Konflikt zu überwinden. Durch diesen Artvergleich gewinnen wir Einblicke in die Evolution der menschlichen Kooperation.
Im ersten Kapitel der Dissertation präsentiere ich eine Studie, in der ich Schimpansen paarweise mit einer Konfliktsituation konfrontiert habe, die dem so genannten “Snowdrift Game“ entspricht (Studie 1). Dieses Modell aus der Spieltheorie wird dazu benutzt, zu untersuchen, ob Individuen miteinander kooperieren, wenn ihre Interessen miteinander im Konflikt stehen. In diesem Spiel können die zwei Spieler entweder kooperieren oder von der Arbeit des anderen profitieren, ohne selbst etwas beizutragen. Beiderseitige Kooperation wird höher belohnt als beiderseitiges Defektieren. Jedoch ist ein Kernelement dieses Spiels, dass es besser ist zu defektieren, wenn der Partner kooperiert, und zu kooperieren, wenn der Partner defektiert. Mit anderen Worten, es ist besser, das Gegenteil von dem zu tun, was der Partner macht. Um auf das Beispiel der Jagd bei den Schimpansen zurückzukommen: Wenn ein Gruppenmitglied die Jagd startet, können die anderen davon profitieren, ohne selbst aktiv teilzunehmen und die Kosten zu tragen. Wenn jedoch niemand die Jagd startet, hat niemand eine Chance an die Beute zu kommen. Das Dilemma in dieser Situation besteht für die Individuen darin, ob sie die Jagd starten sollen oder nicht, angenommen, dass alle verlieren, wenn niemand die Jagd einleitet. Um die Anreizstruktur dieses Spiels nachzubilden, habe ich Schimpansen paarweise mit einer beschwerten Plattform konfrontiert, auf der sich Belohnungen für beide Individuen befanden. Die Schimpansen mussten entscheiden, ob sie kollaborieren (das heißt, die Plattform zusammen heranziehen und die Kosten teilen) oder alleine ziehen und die Kosten für die Kooperation alleine tragen. Die Schimpansen hatten eine begrenzte Zeit zur Verfügung, um ihre Entscheidungen zu treffen, bevor ihre Belohnungen verschwanden. Wenn die Kosten für die Kooperation hoch waren, war es die beste Strategie für ein Individuum zu warten, bis der Partner zog und dann die Belohnung zu erhalten, was eine Maximierung der Vorteile bei einer gleichzeitigen Minimierung der Kosten darstellte. Die Leistung der Schimpansen bei hohen Kooperationskosten wurde mit ihrer Leistung in einer Bedingung mit wenig Gewicht verglichen, in der die Kooperationskosten minimal waren.
Die Ergebnisse zeigten, dass Schimpansen erfolgreich ihr Verhalten miteinander koordinierten, um den Konflikt zu beseitigen, und dabei in den meisten Fällen die Belohnungen erhielten. Überraschenderweise kollaborierten Schimpansen häufiger, wenn die Kosten hoch waren, obwohl sie defektieren hätten können. Sie haben allerdings nicht nur kollaboriert, um die Belohnungen zu erhalten, sondern sie zeigten auch klare Anzeichen von strategischen Entscheidungen zur Kostenreduktion. Bei hohen Kosten warteten die Schimpansen länger, bevor sie am Seil zogen, was die Wahrscheinlichkeit reduzierte, alle Kosten alleine zu tragen. Bei einer genaueren Betrachtung der Kollaboration innerhalb der Paare zeigte sich, dass die Individuen ungleich viel Arbeit zum Ergebnis beitrugen. Dies deutet darauf hin, dass sie versucht haben, die Kosten zu reduzieren. Alles in allem weisen diese Ergebnisse darauf hin, dass Schimpansen dazu fähig sind, zwischen erfolgreicher Koordination (innerhalb eines Zeitlimits) und einer Beschränkung der eigenen Kosten auf ein Minimum abzuwägen.
Im zweiten Kapitel der Dissertation präsentiere ich eine Studie, in der ich Bonobos und Schimpansen (Studie 2a) und Kinder (Studie 2b) jeweils paarweise mit einer zweiten Version des „Snowdrift Game“ konfrontiert habe. Im Gegensatz zu der vorherigen Version konnten die Individuen in dieser Version des Spiels nicht innerhalb der einzelnen Durchgänge kollaborieren. Jedoch konnten sie andere Strategien anwenden, um den Konflikt im Verlauf der Studie aufzulösen (zum Beispiel sich abwechseln über die Durchgänge hinweg). Ich habe die drei Arten mit einer rotierenden Plattform konfrontiert, die mit einer ungleichmäßigen Belohnungsstruktur versehen war. Zwei lösbare Seile waren an den beiden inneren Enden der Plattform befestigt. Die Seile verliefen gegenläufig zueinander und jeweils eins führte in die Räume der zwei Testteilnehmer. Jedes Individuum konnte an seinem Seil ziehen, um das innere Ende der Plattform in seine Richtung zu drehen, während gleichzeitig das äußere Ende der Plattform sich zum Partner bewegte. Wenn hingegen beide Individuen zur gleichen Zeit zogen, konnten sich die Seile von der Plattform lösen, so dass keiner einen Zugang zu den Belohnungen erhielt. In der „Snowdrift“-Bedingung war die bevorzugte Belohnung auf dem äußeren Ende positioniert. Sie konnte nur erreicht werden, wenn man darauf wartete, dass der Partner vor einem am Seil zog. Im Gegensatz dazu war die bevorzugte Belohnung in der kompetitiven Bedingung auf dem inneren Ende gelegen. In dieser zweiten Bedingung war es besser, vor dem Partner zu ziehen. Wie in der vorangegangenen Studie gab es für die Affen und Kinder ein Zeitlimit, in dem sie eine Entscheidung treffen mussten. Das Hauptziel dieser Studie war es, zu untersuchen, ob sich die Individuen in dieser Version des Spiels strategisch verhalten würden, das heißt, ob sie in der „Snowdrift“-Bedingung länger warten würden als in der kompetitiven Bedingung. Ein weiteres Ziel dieser Studie lag darin, die Strategien zu vergleichen, die die drei Arten zur Konfliktbewältigung anwendeten, und zu untersuchen, inwieweit Kommunikation eine bedeutsame Rolle in ihrem Vorgehen spielte.
Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass die drei Arten sich jeweils erfolgreich koordinierten und die Belohnungen in den meisten Fällen erhielten. In der kritischen Bedingung haben alle drei Arten länger mit dem Ziehen gewartet, was auf generelles Verständnis der Aufgabe hinweist. Eine Analyse ihrer Zieh-Strategien zeigt, dass Kinder über die Sitzungen hinweg gelernt haben länger zu warten, obwohl sie in den meisten Durchgängen letztlich gezogen haben. Im Gegensatz dazu neigten die Großen Menschenaffen dazu, eine Strategie anzuwenden, bei der nur ein Individuum die meiste Zeit über zog, sowohl bei der „Snowdrift“-Bedingung als auch bei der kompetitiven Bedingung. Jedoch wendeten nicht alle Menschenaffen diese Strategie an; einige Individuen verhielten sich klar strategisch und zogen signifikant häufiger in der kompetitiven als in der „Snowdrift“-Bedingung. Bei der Untersuchung der Frage, ob Affen und Kinder kommunikative Akte verwendeten, um die Koordination zu erleichtern, zeigte sich, dass nur die Kinder während der Aufgabe kommunizierten. Sie benutzten spezifische Arten verbaler Kommunikation, um die Entscheidung des Partners zu ihren eigenen Gunsten zu beeinflussen.
Aufgrund der Strategien, die einige Große Menschenaffen im ersten Teil der Studie zeigten, habe ich einen Folgetest entwickelt, um die Entscheidungsstrategien von Schimpansen und Bonobos detaillierter zu untersuchen (Studie 3). Zu diesem Zweck habe ich die Tiere mit derselben rotierenden Plattform konfrontiert, die im ersten Teil der Studie verwendet wurde (die soziale Option), mit dem Zusatz einer sicheren Belohnung für die beiden Tiere (die nicht-soziale Option). Individuen konnten in diesem neuen Zusammenhang entscheiden, ob sie an dem sozialen Dilemma teilnehmen wollen oder ob sie die nicht-soziale Option wählen. Es war nun nicht mehr möglich, inaktiv zu bleiben. Ein wichtiger Punkt ist, dass die Menge der Belohnungen in der nicht-sozialen Option über die Sitzungen hinweg variierte. Meiner Hypothese nach würde das Hinzufügen der nicht-sozialen Option den Tieren erlauben, die Risiken besser einzuschätzen und strategisch zu wählen, nämlich abhängig von der Verteilung der Belohnungen und der voraussichtlichen Wahl des Partners. Durch meinen direkten Vergleich von Schimpansen und Bonobos konnte ich untersuchen, wie empfindsam die beiden Arten gegenüber einem sozialen Risiko sind in einer Situation, in der dieses Risiko durch das Wählen der nicht-sozialen Option umgangen werden konnte. Schließlich habe ich erforscht, ob Individuen das vorangegangene Verhalten ihres Partners zu ihrem eigenen Vorteil nutzen würden, um ihre Belohnungen zu maximieren.
Die Ergebnisse dieser Studie zeigten, dass beide Menschenaffenarten sich koordiniert haben, um in den meisten Durchgängen an die Belohnungen zu kommen, und dass sie sich strategisch verhalten haben. Die Latenzzeiten, um an die Belohnungen zu kommen, verringerten sich, wenn die Menge der Belohnungen in der nicht-sozialen Option erhöht wurde. Bei der Wahl der sozialen Option warteten die Affen in der kritischen Bedingung immer noch länger, denn die bevorzugte Belohnung konnte nur erlangt werden, wenn der Partner vor einem zog. Beide Menschenaffenarten wählten die nicht-soziale Option häufiger, wenn sich das Verhältnis der Belohnungen in der nicht-sozialen und der sozialen Option zu Gunsten der nicht-sozialen Option erhöhte. Dies deutet darauf hin, dass Schimpansen und Bonobos keinen signifikanten Unterschied bezüglich ihrer Empfindsamkeit für soziales Risiko aufweisen. Abschließend habe ich herausgefunden, dass Große Menschenaffen ihre Entscheidungen so anpassen, dass sie die Belohnungen maximieren, indem sie kompetitiven Situationen ausweichen und mögliche Entscheidungen des Partners vorhersehen.
Im letzten Kapitel der Dissertation präsentiere ich eine Studie, in der ich Schimpansen (Studie 4a) und Kinder (Studie 4b) jeweils paarweise mit einer Situation konfrontiert habe, die einem Gefangenen-Dilemma („Prisoners‘ Dilemma“) entspricht. Im Gegensatz zum „Snowdrift Game“ gelangt der Kooperierende beim Gefangenen-Dilemma bei einseitiger Kooperation zum schlechtesten Ergebnis; Individuen profitieren nicht von ihrem einseitigen Handeln. Um das Gefangenen-Dilemma abzubilden, habe ich die Paare mit einer vertikal beweglichen Plattform konfrontiert, die an den Enden mit Belohnungen versehen wurde. Jeder Teilnehmer konnte an einem Seil ziehen, das mit einer Seite der Plattform verbunden war. In der Gefangenen-Dilemma-Bedingung mussten die Teilnehmer warten, bis der Partner kooperiert (das heißt, an dem Seil zieht), um an die bevorzugte Belohnung zu kommen. Im Gegensatz dazu konnten die Belohnungen in der kompetitiven Bedingung nur erreicht werden, wenn man vor seinem Partner zog. Diese Bedingung diente als Kontrolle. Zudem konnten die beiden Individuen in beiden Bedingungen kollaborieren (das heißt, an den beiden Seilen zur gleichen Zeit ziehen) und ihre Belohnungen teilen. Wie bereits in den vorangegangenen Studien hatten die Individuen ein Zeitlimit, um an die Belohnungen auf der Plattform zu gelangen.
Das Hauptziel dieser vergleichenden Studie war es, zu untersuchen, ob Schimpansen und Kinder sich strategisch verhalten würden, um den präsentierten Konflikt zu überwinden. Meiner Hypothese nach würden sich Individuen in diesem Kontext strategischer verhalten als in einer „Snowdrift“-Situation, weil einseitige Kooperation in diesem Fall zu keiner Belohnung für den Kooperierenden führte. Ein zweites Ziel der Studie war es, die Strategien zu erforschen, die Individuen zur Konfliktüberwindung benutzen, wenn eine Kollaboration möglich ist. Bei den Kindern war ich zudem an der Rolle interessiert, die Kommunikation bei der Aufrechterhaltung einer erfolgreichen Koordination in diesem Gefangenen-Dilemma-Szenario einnimmt.
Die Befunde dieser vergleichenden Studie wiesen darauf hin, dass sich beide Arten substanziell voneinander darin unterschieden, welche Strategien sie zur Lösung der Aufgabe wählten. Schimpansen lernten sich über den Verlauf der Studie strategischer zu verhalten; in der kompetitiven Bedingung zogen sie sehr schnell im Vergleich zu der Gefangenen-Dilemma-Bedingung, in der ihre Latenzzeiten sich erhöhten. Doch letztlich zogen die Schimpansen auch in dieser Bedingung. Eine mögliche Erklärung für dieses hohe Maß an Kooperation könnte sein, dass die Schimpansen versucht haben, ihren Partner zum Ziehen zu verleiten. Dies verwandelte die Gefangenen-Dilemma-Durchgänge in kompetitive Durchgänge, wodurch die Wahrscheinlichkeit für die Schimpansen erhöht wurde, an die Belohnungen zu kommen. Kinder entwickelten eine effizientere Strategie, die darin bestand, sich abzuwechseln, um die Belohnungen alternierend zu erhalten. Interessanterweise haben sie diese Strategie in beiden Bedingungen angewandt. Diesem Befund entsprechend wurden sie schneller im Verlauf der Studie; sobald die Strategie sich abzuwechseln einmal etabliert war, haben sie weniger lange auf die Entscheidung des Partners gewartet. Schließlich habe ich herausgefunden, dass Kinder spezifische Kommunikationsarten benutzt haben, um sich mit ihren Partnern zu koordinieren. Durch diese strategische Kommunikation konnten sie ein hohes Maß an Kooperation in beiden Bedingungen aufrechterhalten.
Durch die Verwendung des “Snowdrift”- und des Gefangenen-Dilemma-Modells konnten wir unser Verständnis bezüglich der Fähigkeiten von Schimpansen, Bonobos und Kindern vertiefen, sich in Situationen zu koordinieren, in denen Interessenkonflikte bestehen. Die Ergebnisse meiner Studien haben gezeigt, dass diese drei Arten verschiedene Konfliktsituationen erfolgreich lösen konnten, besonders, wenn ihr eigenes Handeln zu einem direkten Vorteil für sie führte. Zudem unterstützen die Ergebnisse die Annahme, dass Kinder einzigartige kognitive Fähigkeiten zur Koordination besitzen, was es ihnen erlaubt, effizientere Strategien zu entwickeln, um Konfliktsituationen zu bewältigen.:TABLE OF CONTENTS
1 INTRODUCTION 1
1.1 Theoretical background 2
Unilateral cooperation 3
Mutualistic collaboration 5
Conflicts of interest 6
1.2 Human cooperation in conflict situations 8
1.3 Great apes coordination in conflict situations 11
Field experiments 11
Experimental research 14
1.4 Models of cooperation and conflict 17
The Snowdrift game 19
The Prisoner’s Dilemma 21
1.5 Focus of the dissertation 23
Chapter 1 23
Chapter 2 23
Chapter 3 24
2 CHIMPANZEES COORDINATE IN A SNOWDRIFT TASK 27
2.1 Introduction 27
2.2 Material and Methods 30
Subjects 30
Material 30
Procedure 31
2.3 Results 34
2.4 General Discussion 37
3 CHIMPANZEES, BONOBOS AND CHILDREN SUCCESFULLY COORDINATE IN CONFLICT SITUATIONS 43
3.1 Introduction 43
3.2 Material and Methods: Study 2a 45
Subjects 45
Materials 45
Procedure 46
3.3 Results 49
Discussion 50
3.4 Material and Methods: Study 2b 50
Subjects 50
Materials 51
Procedure 52
3.5 Results 54
Discussion 56
3.6 Material and Methods: Study 3 57
Subjects 57
Materials 57
Procedure 58
3.7 Results 63
Discussion 66
3.8 General Discussion 67
4 CHIMPANZEES AND CHILDREN COOPERATE IN A PRISONER’S DILEMMA 71
4.1 Introduction 71
4.2 Material and Methods: Study 4a 74
Subjects 74
Materials 74
Procedure 76
4.3 Results 79
Discussion 82
4.4 Material and Methods: Study 4b 82
Subjects 82
Materials 82
Procedure 83
4.5 Results 86
Discussion 89
4.6 General Discussion 90
5 GENERAL DISCUSSION 95
5.1 Great ape coordination under conflict 95
Discussion of the findings 96
Findings in the context of apes’ experimental studies 99
Findings in the context of apes’ field observations 101
Findings in the context of animal cooperation 102
Methodological considerations 103
5.2 Children’s coordination under conflict 104
Discussion of the findings 105
Findings in the context of human cooperation 107
Insights into the evolution of human cooperation 108
5.3 Conclusion 109
REFERENCES 111
APPENDICES 125
Chapter 1 Study 1 126
Chapter 2 Studies 2a and 2b 134
Chapter 2 Study 3 141
Chapter 3 Studies 4a and 4b 149
BIBLIOGRAPHISCHE DARSTELLUNG 158
SUMMARY 159
ZUSAMMENFASSUNG 163
CURRICULUM VITAE 168
SCIENTIFIC PUBLICATIONS AND PRESENTATIONS 169
ERKLÄRUNG GEMÄß §8(2) DER PROMOTIONSORDNUNG 171
This dissertation investigates the strategies that chimpanzees, bonobos and children use to coordinate in situations of conflict. Socially complex animals such as humans and great apes regularly need to coordinate their actions to achieve cooperative goals not attainable individually. Collaboration, acting together for mutual goals, is a solution when individuals’ interests do not compete. However, in some situations, opportunities to cooperate come together with opportunities to defect. In that context, great apes and humans are likely to face conflicts of interest when they need to decide whether or not to cooperate with other group members. For instance, when chimpanzees initiate hunts in groups, some members may prefer to lag behind and wait for other chimpanzees to pay the costs related to the hunt. By presenting pairs of chimpanzees, bonobos and 5-year old children with situations of conflicting interests we can explore the strategies that these species use to coordinate their actions to overcome those conflicts in an attempt to shed light on the evolution of human cooperation.
In the first chapter of this thesis, I present pairs of chimpanzees with a conflict situation in the form of a Snowdrift game, a game theoretical model used to explore whether individuals cooperate when their interests compete (Study 1). In this game, both players can either cooperate or free-ride. Mutual cooperation results in a better reward than mutual defection. However, the key feature of this game is that it is better to defect if your partner cooperates, but better to cooperate if your partner defects; in other words, it is better to do the opposite of your partner. Returning to the example of chimpanzee hunting, if a group member starts a hunt, others can benefit without actively participating and incurring the costs. However, if no one starts the hunt, they all lose the chance to get the prey. The dilemma faced by individuals in such situations is thus whether to initiate the action or not, given that if no one initiates, everyone loses out. To recreate the payoff structure of this game I presented pairs of chimpanzees with a weighted tray containing rewards for both individuals. Subjects needed to decide whether to collaborate (i.e. pull the tray together and share the costs) or pull alone and unilaterally pay the burden of cooperation. Chimpanzees had a limited amount of time to make their decisions before the rewards disappeared. The best strategy for an individual was to wait for a partner to pull and obtain the rewards when cooperative costs were high; maximizing benefits while reducing costs. Chimpanzees’ performance when cooperative costs were high was compared to their performance in a low weight condition in which the costs to cooperate were minimum.
The findings showed that chimpanzees successfully coordinated their actions to overcome the conflict, obtaining the rewards the majority of times. Surprisingly, chimpanzees collaborated more often when the costs were high even though they had the opportunity to defect. However, they did not just collaborate to obtain the rewards; they showed clear signs of strategic decision-making to reduce costs. When costs were high, chimpanzees waited longer to pull, reducing the likelihood of incurring all the costs unilaterally. Moreover, when I investigated in more detail how they collaborated, I found that pairs of chimpanzees contributed unequal efforts, suggesting that they tried to minimize costs. In all, these results suggest that chimpanzees were able to manage the trade-off between successful coordination (within the time limits) and minimizing costs.
In the second chapter of the dissertation I presented pairs of bonobos and chimpanzees (Study 2a), and children (Study 2b) with a second version of the Snowdrift game. In this version of the game, in contrast to the previous one, subjects could not collaborate within trials but they could use other strategies to overcome the conflict over the course of the study (e.g. taking-turns over trials). I presented the three species with a rotatory tray baited with an unequal reward distribution. Two detachable ropes were connected to the interior end of the tray. The ropes were oriented in opposite directions and each fed into one subjects’ room. Each individual could pull from their rope and move the interior end of the tray towards him while the exterior end moved towards the partner. Yet, if both individuals pulled at the same time, the ropes could detach from the tray, preventing individuals from accessing the rewards. In the Snowdrift condition, the preferred reward distribution was baited on the interior end and it could only be obtained by waiting for the partner to pull. In contrast, in a competitive condition, the reward distribution was changed (the best rewards were baited on the interior). In this second condition, the best strategy was to pull before the partner. As in the previous task, apes and children had a limited amount of time to decide on their actions. The main aim of this study was to explore whether individuals would behave strategically in this version of the game; waiting longer in the Snowdrift condition compared to the competitive one. Moreover, another aim of the study was to compare the strategies that each of the three species used to solve the conflict situation and to explore whether communication played a significant role in their performance.
The results of the study showed that the three species successfully coordinated to obtain the rewards most of times. In the critical condition, all three species waited longer to pull, showing a general understanding of the task. An analysis of their pulling strategies revealed that children learned to wait longer to pull across sessions, although they ended up pulling in most trials. In contrast, great apes were more likely to employ a strategy that consisted of only one individual pulling the majority of times in both the Snowdrift and the competitive condition. Yet, not all great apes employed this strategy: some individuals behaved clearly strategically, pulling significantly more often during competitive than Snowdrift trials. With regard to whether apes and children used communicative acts to facilitate their coordination, I found that children but not apes communicated during the task. They used specific types of verbal communication to influence their partners’ decisions for their own benefit.
Due to the strategies shown by some great apes in the first part of the study, I developed a follow-up to test chimpanzees’ and bonobos’ decision-making strategies in more detail (Study 3). For this purpose, I presented the same rotating tray that was used in the first part of the study (the social option) with the addition of an alternative secure reward for each subject (the non-social option). In this new context, individuals could decide whether to participate in the social dilemma or access the non-social option; inaction was no longer possible. Importantly, the quantity of the rewards presented in the non-social option varied between sessions. I hypothesized that the addition of the non-social option would allow subjects to better manage the risks and chose strategically depending on the reward distribution presented and the partners’ likely decisions. Moreover, by comparing chimpanzees and bonobos, I explored species’ sensitivity to social risk in a context in which those risks could be avoided by accessing the non-social option. Finally, I investigated whether individuals would take advantage of their partners’ previous actions to maximize their rewards.
The results of this study showed that both great ape species coordinated to obtain the rewards in the majority of trials and behaved strategically during the task. Apes’ latencies to retrieve the rewards decreased as the quantity in the non-social option increased. Moreover, once they had chosen the social option, apes still waited longer in the critical condition, when the preferred reward could only be obtained if the partner had previously acted. Both ape species increased their choices towards the non-social option as the proportion of the rewards in the non-social option increased compared to the social option. This finding suggests that there were no significant differences between chimpanzees and bonobos in their sensitivity towards social risks. Finally, I found that great apes adjusted their choices to maximize their rewards while avoiding competitive situations and anticipating partners’ likely decisions.
In the last chapter of the dissertation I presented pairs of chimpanzees (Study 4a) and children (Study 4b) with a Prisoner’s Dilemma situation. In contrast to the Snowdrift game, in the Prisoner’s Dilemma unilateral cooperation is the worst outcome for cooperators; individuals do not benefit from their unilateral actions. To recreate the Prisoner’s Dilemma I presented pairs of chimpanzees and children with a rectangular elevator baited with rewards at its ends. Each subject could pull from a rope connected to one side of the apparatus. In the Prisoner’s Dilemma condition subjects had to wait for their partners to cooperate (i.e. pull from the rope) in order to obtain the best rewards. In contrast, in a competitive condition that served as a control all the rewards could only be accessed by pulling before the partner. Moreover, in both conditions individuals could collaborate (i.e. pulling their ropes at the same time) and divide the rewards. As in previous studies, individuals had a limited amount of time to operate the apparatus and obtain the rewards.
The main aim of this comparative study was to explore whether chimpanzees and children would behave strategically in their attempts to overcome the conflict presented. I hypothesized that, because unilateral cooperation yielded no rewards for cooperators, individuals would behave more strategically in this context compared to a Snowdrift in which cooperation was always rewarded. A secondary aim of the study was to explore the strategies that individuals would use to overcome the conflict when collaboration was possible. Finally, in the case of children I was interested in the role of communication to maintain successful coordination in a Prisoner’s Dilemma scenario.
The findings of this comparative work indicate that both species substantially differed in their strategies to solve the task. Chimpanzees learned to behave more strategically over the study period; in the competitive condition they pulled very quickly compared to the Prisoner´s Dilemma condition in which they increased their latencies. However, chimpanzees ultimately pulled in that condition. One possible explanation for these high levels of cooperation could be that chimpanzees tried to entice their partners to pull. This transformed Prisoner’s Dilemma trials into competitive trials, thereby increasing their likelihood to obtain the rewards. Children developed a more efficient strategy that consisted of taking turns to reciprocate their rewards. Interestingly, they used this strategy in both conditions. In line with this finding, they became faster across the study period; once the turn-taking strategy was established, they waited less for their partner’s decisions. Finally, I found that children used specific types of communication to coordinate with their partners and maintain high levels of cooperation in both conditions, a reflection of their turn-taking strategy.
By adapting the Snowdrift and the Prisoner’s Dilemma models, we have advanced our understanding of chimpanzees’, bonobos’ and children’s capacities to coordinate in situations of conflicting interests. The results of my studies have demonstrated that the three species were successful at solving different situations of conflict, showing some similarities in the ways they coordinated their actions, especially when their own actions resulted in direct benefits. At the same time, the findings support the idea that children possess uniquely cognitive abilities to coordinate, allowing them to develop more efficient strategies to overcome situations of conflict.:TABLE OF CONTENTS
1 INTRODUCTION 1
1.1 Theoretical background 2
Unilateral cooperation 3
Mutualistic collaboration 5
Conflicts of interest 6
1.2 Human cooperation in conflict situations 8
1.3 Great apes coordination in conflict situations 11
Field experiments 11
Experimental research 14
1.4 Models of cooperation and conflict 17
The Snowdrift game 19
The Prisoner’s Dilemma 21
1.5 Focus of the dissertation 23
Chapter 1 23
Chapter 2 23
Chapter 3 24
2 CHIMPANZEES COORDINATE IN A SNOWDRIFT TASK 27
2.1 Introduction 27
2.2 Material and Methods 30
Subjects 30
Material 30
Procedure 31
2.3 Results 34
2.4 General Discussion 37
3 CHIMPANZEES, BONOBOS AND CHILDREN SUCCESFULLY COORDINATE IN CONFLICT SITUATIONS 43
3.1 Introduction 43
3.2 Material and Methods: Study 2a 45
Subjects 45
Materials 45
Procedure 46
3.3 Results 49
Discussion 50
3.4 Material and Methods: Study 2b 50
Subjects 50
Materials 51
Procedure 52
3.5 Results 54
Discussion 56
3.6 Material and Methods: Study 3 57
Subjects 57
Materials 57
Procedure 58
3.7 Results 63
Discussion 66
3.8 General Discussion 67
4 CHIMPANZEES AND CHILDREN COOPERATE IN A PRISONER’S DILEMMA 71
4.1 Introduction 71
4.2 Material and Methods: Study 4a 74
Subjects 74
Materials 74
Procedure 76
4.3 Results 79
Discussion 82
4.4 Material and Methods: Study 4b 82
Subjects 82
Materials 82
Procedure 83
4.5 Results 86
Discussion 89
4.6 General Discussion 90
5 GENERAL DISCUSSION 95
5.1 Great ape coordination under conflict 95
Discussion of the findings 96
Findings in the context of apes’ experimental studies 99
Findings in the context of apes’ field observations 101
Findings in the context of animal cooperation 102
Methodological considerations 103
5.2 Children’s coordination under conflict 104
Discussion of the findings 105
Findings in the context of human cooperation 107
Insights into the evolution of human cooperation 108
5.3 Conclusion 109
REFERENCES 111
APPENDICES 125
Chapter 1 Study 1 126
Chapter 2 Studies 2a and 2b 134
Chapter 2 Study 3 141
Chapter 3 Studies 4a and 4b 149
BIBLIOGRAPHISCHE DARSTELLUNG 158
SUMMARY 159
ZUSAMMENFASSUNG 163
CURRICULUM VITAE 168
SCIENTIFIC PUBLICATIONS AND PRESENTATIONS 169
ERKLÄRUNG GEMÄß §8(2) DER PROMOTIONSORDNUNG 171
cooperation, conflict of interest, snowdrift, chimpanzees, children, bonobos
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Sánchez Amaro, Alejandro
Universität Leipzig
2017-04-24
2017-09-01
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ddc:570
status-type:publishedVersion
openaire
The Role of Repin1 in Adipose Tissue
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-169452
eng
Since 1980 worldwide obesity has doubled in incidence to 52 % of people
being overweight or obese. Obesity causes various comorbidities such
as cardiovascular diseases, type II diabetes, dyslipidemia and several cancer
types, making it one of the biggest challenges in worldwide health care systems.
It is well known that obesity is highly heritable by either monogenetic
causes or multifactorial interactions of different genes that superimpose on
environmental factors and behavior. To answer questions in understanding
mechanisms of obesity and/or associated metabolic pathways, mouse models
have been a powerful tool. Several approaches in characterizing genes involved
in obesity development through mouse engineering have been implemented,
with the Cre/loxP system emerging as one of the most informative
and widespread techniques. Using this approach, promoter-dependent temporal
and tissue-specific regulated recombination can be achieved by Tamoxifen
administration. To investigate effects of Tamoxifen on adipocyte biology
in vivo, we characterized 12 weeks old male C57BL/6NTac mice after Tamoxifen
treatment. We found that Tamoxifen treatment caused transient body
composition changes, increased HbA1c, triglyceride and free fatty acid serum
concentrations as well as smaller adipocytes in combination with browning
of subcutaneous adipose tissue. Therefore, we suggest considering these effects
when using Tamoxifen as a tool to induce conditional transgenic mouse
models and to treat control mice in parallel. Another methodology used to
identify genes involved in obesity related traits is QTL mapping in combination
with congenic and subcongenic strains of mice or rats. One candidate
gene that was previously identified on rat chromosome 4 is replication initiator 1 (Repin1 ). This gene was first described as a 60 kDa zinc finger protein
involved in replication activation of the Chinese hamster dihydrofolate reductase
(dhfr ) gene. Moreover, a triplet repeat (TTT) in the 3’UTR is associated
with facets of the metabolic syndrome, including body weight, serum insulin,
cholesterol and triglyceride levels. In vitro studies in 3T3-L1 cells revealed
that Repin1 regulates adipocyte size, glucose transport and lipid metabolism.
In this thesis functional analyses of Repin1 were performed using different
Repin1 deficient mouse models. In the first study we generated a whole body
Repin1 deficient db/db double knockout mouse (Rep1−/−x db/db) and systematically
characterized the consequences of Repin1 deficiency. Our study
provided evidence that loss of Repin1 in db/db mice improves insulin sensitivity
and reduces chronic hyperglycemia most likely by reducing fat mass
and adipose tissue inflammation. We next generated a liver-specific Repin1
knockout mouse (LRep1−/−) and could show that loss of Repin1 in liver leads
to reduced body weight gain in combination with lower fat mass. Liver specific
Repin1 deficient mice also show lower triglyceride content in the liver,
improved insulin sensitivity and altered gene expression of genes involved
in lipid and glucose metabolism. Finally, we inactivated the Repin1 gene in
adipose tissue (iARep−/−) at an age of four weeks using Tamoxifen-inducible
gene targeting strategies on a background of C57BL/6NTac mice. Mice lacking
Repin1 in adipose tissue showed reduced body weight gain, decreased
fat mass with smaller adipocytes, improved insulin sensitivity, lower LDL-,
HDL- and total cholesterol serum concentrations and reduced expression of
genes involved in lipid metabolism (Cd36 and Lcn2 ). In conclusion, the thesis
presented here provides novel insights into Repin1 function. Moreover,
the data clearly indicate that Repin1 plays a role in insulin sensitivity and
lipid metabolism by regulating key genes involved in those pathways.
Repin1, Adipositas, Fettstoffwechsel
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ddc:570
Hesselbarth, Nico
Universität Leipzig
2017-05-23
2017-11-27
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2018-01-03
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T09:27:13Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
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ddc:570
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openaire
Optimierte Auswertung von 1H- und 13C-NMR Spektren zur Bestimmung der Fettsäure- und Triacylglycerolzusammensetzung von Lipidproben
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-170553
ger
Lipide stellen eine der wichtigsten Stoffklassen in biologischen Systeme dar und werden in verschiedene Klassen eingeordnet, die sich in ihren Aufgaben stark unterscheiden. Als Energiespeicher dienen Triacylglycerole (TAG), die aus mit Glycerol versterten Fettsäuren bestehen. Die übermäßige Einlagerung von TAG ist ein zentraler Bestandteil der Adipositas. Im Rahmen des SFB 1052 wurde sich mit den Mechanismen auseinandergesetzt, die zur Adipositas führen können. Ein wichtiger Bestandteil vieler Fragestellungen ist hierbei die Analyse von Lipidproben. Dabei besteht ein großes Interesse die Lipidzusammensetzung zuverlässig und schnell ermitteln zu können. In der vorliegenden Arbeit wurde zu diesem Zweck hauptsächlich die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) eingesetzt und teilweise durch MALDI-TOF Massenpektrometrie (MALDI-TOF MS) ergänzt. Zunächst sollte die quantitative Genauigkeit von Standard 1H-NMR Messungen mit GC-MS verglichen werden. Hierzu wurden Extrakte von Fettgeweben aus adipösen Mäusen untersucht. Es konnte hierbei eine der GC-MS überlegene Genauigkeit der NMR-Messungen festgestellt werden. Die Analyse beschränkte sich dabei zunächst auf gut voneinander getrennte Resonanzen, was die Aussagekraft der Methode begrenzte. Daher wurde weiterhin eine neuartige Form der Auswertung von Lipidspektren entwickelt, die auch überlappende Resonanzen zur Analyse nutzen kann. Es wurde hierfür eine Bibliothek aus Referenzspektren verschiedener Fettsäuren/TAG angelegt und ein Modell basierend auf Linearkombination verwendet. Die zu analysierenden Spektren wurden Summe der Referenzspektren interpretiert und entsprechend in diese Teilkomponenten zerlegt. Dadurch war es möglich wesentlich mehr Komponenten voneinander zu unterscheiden, als bei der Standardauswertung. Neben der Analyse der allgemeinen Zusammensetzung von TAG-Proben war der zweite Aspekt die Trennung und Quantifizierung von TAG-Isomeren. Durch Verwendung hochaufgelöste 13C-NMR Spektren und MALDI-TOF MS konnten detaillierte Aussagen über die TAG-Zusammensetzung getroffen werden. Der genannte Ansatz wurde an TAG Gemischen getestet und im Anschluss auf biologische Proben übertragen. Einerseits wurden hierzu verschiedene Speiseöle untersucht, wodurch sich ein detaillierter Blick auf deren vielfältige TAG Zusammensetzung ergab. Andererseits wurde die Methode auf Fettgewebe von gesunden und adipösen Mäusen angewendet und offenbarte, dass der TAG Pool bei Entwicklung einer Adipositas überraschend stabil bleibt.
TAG, NMR, Adipositas, Lipide
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ddc:570
Meusel, Andrej
Universität Leipzig
2017-05-24
2017-11-17
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
2018-01-22
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doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-29T09:38:49Z
qucosa:ubc
doc-type:masterThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:004
ddc:570
openaire
Finding Substructures of Molecules for Predicting Biological Activity
urn:nbn:de:swb:ch1-200300124
eng
The main task of drug discovery is to find novel bioactive molecules. Bioactive molecules are for instance compounds that protect human cells against a virus.
The context for this diploma thesis is the prediction of biological activity. The basis of the approach is a database of molecules, which a represented by their two dimensional structure.
We analyse this database to find fragments that can be used to classify a novel molecule to the class of active molecules or to the class of inactive molecules.
Die Hauptaufgabe der Medikamentenforschung ist es neue biologisch aktive Moleküle zu finden. Moleküle sind zum Beispiel biologisch aktiv wenn sie bestimmte Zellen vor Kranheitserregern schützen.
Das Ziel der Diplomarbeit ist die Vorhersage biologischer Aktivität. Der entwickelte Algorithmus verwendet eine Datenbank von Molekülen, bei der die Moleküle durch ihre zweidimensionale Struktur repräsentiert werden.
Wir analysieren diese Datenbank um Teilstrukturen zu finden, die verwendet werden können um ein neues Molekül der Klasse der biologisch aktiven bzw. der Klasse der biologisch inaktiven Molekülen zuzuordnen.
info:eu-repo/classification/ddc/004
ddc:004
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Bioinformatik
Data Mining
Graphentheoretisches Modell
Hofer, Heiko
Technische Universität Chemnitz
2003-02-07
2003-02-06
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doc-type:masterThesis
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2021-03-29T09:54:40Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Biocatalytic Production, Preparation and Characterization of Large-ring Cyclodextrins
urn:nbn:de:bsz:ch1-200900431
eng
Cyclodextrins (CD) are cyclic oligosaccharides composed of six to more than sixty
glucose units. Large-ring cyclodextrins (LR-CD) are novel CD comprised of more than eight
glucose units with cavity structures and sizes different from that of commercially available
CD<sub>6</sub> – CD<sub>8</sub>. LR-CD may offer unique molecular recognition properties and can be produced
biocatalytically from starch using cyclodextrin glucanotransferase (CGTase, E.C. 2.4.1.19) in
a short reaction time. LR-CD were isolated from glucose, CD<sub>6</sub> – CD<sub>8</sub> and other compounds by
complexation of CD<sub>6</sub> – CD<sub>8</sub> as well as precipitation techniques. The yield of LR-CD (degree
of polymerization from 9 to 21) was optimized using central composite design. Addition of
polar organic solvents to the synthesis resulted in higher yields of LR-CD. LR-CD composed
of 9 to 21 glucose units were successfully separated using reversed-phase of ODS-AQ
chromatography and normal-phase of polyamine II chromatography. Maintaining optimized
reaction conditions aided in a high yield of CD<sub>9</sub>; it could be separated with reasonable yield
using a single step of polyamine II chromatography. A co-grinding method helped to obtain
higher solubilization levels of glibenclamide, vitamin A acetate and vitamin D<sub>3</sub> in CD<sub>13</sub>, CD<sub>10</sub>
and CD<sub>11</sub>, respectively when compared to other CD. Vitamin K<sub>1</sub> was solubilized in distilled
water with CD<sub>6</sub> – CD<sub>13</sub> using a co-precipitation method. When compared with other CD, CD<sub>9</sub>
was seen to be the best solubilizer. The analysis of complexes using ESI MS showed
spironolactone and glibenclamide complexed with CD<sub>9</sub> and CD<sub>13</sub>, respectively.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Bacillus macerans
Molekulare Erkennung
Large-ring cyclodextrins (LR-CD)
central composite design
co-grinding
co-precipitation
cyclodextrin glucanotransferase (CGTase)
host-guest complexation
molecular recognition
supramolecular chemistry
Mokhtar, Mohd Noriznan
Zimmermann, Wolfgang
Platzer, Bernd
Sträter, Norbert
Technische Universität Chemnitz
2009-03-04
2008-10-06
2009-01-26
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-29T10:00:12Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
ddc:600
ddc:790
openaire
Entwicklung eines dynamischen Tests zur Prüfung der Rückfußdämpfung von Laufschuhen mittels biomechanischer Messmethoden
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-68092
ger
Fragestellung der Arbeit:
Aus der Literaturbetrachtung wird deutlich, dass unterschiedlichste Testverfahren zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften von Laufschuhen eingesetzt. Bisher gibt es kein standardisiertes und allgemein anerkanntes mechanisches Testverfahren. Im Gegensatz zu biomechanischen Untersuchungen verwendet bei mechanischen Messungen nahezu jeder Autor ein anderes Prüfverfahren. Wichtige Entscheidungsprozesse, welche zur Entwicklung des jeweiligen Prüfverfahrens führen, werden gar nicht oder nur unzureichend erläutert. Daher ist es nicht möglich eine generelle Vorgehensweise zur Erstellung eines neuen Prüfverfahrens abzuleiten. Aus den diskutierten Studien kann man schlussfolgern, dass bisherige mechanische Testverfahren die biomechanischen Zusammenhänge nur ungenügend abbilden können.
Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist es daher, ein allgemeingültiges mechanisches Prüfverfahren zu entwickeln, welches es ermöglicht, die Materialeigenschaften eines Laufschuhs im Rückfußbereich zu untersuchen. Ein wesentlicher Punkt dieser Arbeit ist es dabei, die mechanischen Eingabeparameter auf eine möglichst breite Basis von biomechanischen Messdaten aufzubauen. Dazu werden verschiedene biomechanische Messungen durchgeführt und mit den Ergebnissen früherer Studien verglichen. Durch diese Vorgehensweise soll dem Anspruch der Allgemeingültigkeit Rechnung getragen werden. Ein wesentliches Anliegen dieser Arbeit ist darüber hinaus die Dokumentation und Diskussion aller wichtigen Entscheidungsschritte, die zu diesem Prüfverfahren führen.
Um die gesetzten Ziele zu erreichen, werden folgende Fragestellungen beantwortet:
F1 - Welche Stempelgeometrie muss für das zu entwickelnde Testverfahren verwendet werden um der anatomischen Belastungsfläche zu entsprechen?
F2 - Wie muss der Stempel ausgerichtet werden um die Kraft in das Material einleiten zu können?
F3 - Wie hoch sind die verwendeten Kräfte zur Belastung des Rückfußbereiches beim Laufen?
F4 - Ermöglicht das mechanische Prüfverfahren eine zuverlässige Bestimmung der mechanischen Laufschuheigenschaften?
F5 - Ermöglicht das mechanische Prüfverfahren eine Bestimmung funktionaler Laufschuheigenschaften?:1 Einführung - S.1
2 Forschungsstand - S.5
3 Fragestellung der Arbeit - S.86
4 Methodisches Verfahren - S.88
5 Erstellung des mechanischen Testverfahrens - S.96
6 Evaluierung des Testverfahrens - S.126
7 Anwendungsmöglichkeiten - S.172
8 Reflektion der Ergebnisse - S.178
9 Literatur - S.180
10 Anhang - S.191
Danksagung - S.196
Lebenslauf - S.198
Erklärung - S.200
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
info:eu-repo/classification/ddc/600
ddc:600
info:eu-repo/classification/ddc/790
ddc:790
Biomechanik; Prüfgerät; Test; Schuh; Dämpfung; Werkstoffdämpfung
Biomechanik, Mechanik, Testverfahren, Materialtest, Laufschuhe, Dämpfung, Alterung
biomechanics, mechanics, test procedure, material test, running shoes, cushioning, aging
Heidenfelder, Jens
Milani, Thomas L.
Grau, Stefan
Technische Universität Chemnitz
2011-05-09
2011-04-13
2011-04-18
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-27T15:39:57Z
qucosa:slub
doc-type:report
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Physikalische Berechnungen zu Fragen der Tumoren, der Mutationen und der Evolution
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-84587
371452872
ger
Bei der Replikation monotoner Sequenzen tritt theoretisch ein Vorgang auf, den wir als „Basenkonkurrenz“ bezeichnen: Da sich an jeder Replikations-Stelle mehrere Basenbausteine bewerben, aber immer nur einer benötigt wird, bewerben sich die übrig gebliebenen Bausteine an den jeweils nächsten Replikations - Positionen und erlangen wegen der fortwährenden Beschleunigung durch elektrostatische Anziehung immer größere kinetische Energien. Das führt dazu, dass an einer bestimmten Stelle der replizierenden monotonen Sequenz der eine Partner der Wasserstoffbrückenbindung ein hohes Energieniveau erreicht.
Es wird berechnet, dass sich dadurch kurzzeitig eine sehr hohe Bindungsenergie zwischen den beiden Partnern der Wasserstoffbrückenbindung einstellt, wodurch der in dieser kurzen Zeitspanne wirkende DNA-Reparaturmechanismus unterdrückt wird.
Die Auswirkungen der hohen Basenkonkurrenz – Energien werden berechnet (hohe Bindungsenergien der Wasserstoffbrückenbindungen, Tunnelvorgänge, irreparable Mutationen). Die Folgen dieser Erscheinung sind Tumorbildung, Alterung, Veränderung der DNA – Struktur, Beeinflussung der Evolution, worauf im Einzelnen eingegangen wird.
Es zeigt sich, dass die negativen Auswirkungen der Basenkonkurrenz vorwiegend bei zu niedriger Viskosität des Zellplasmas auftreten.:1. Basenkonkurrenz 3
1.1. Basenkonkurrenz während des Replikationsvorganges 3
1.2. Der Einfluss der Viskosität des Zytoplasmas 6
1.3. Berechnung der Energiestufen Tk 7
2. Auswirkungen der Basenkonkurrenz auf tautomere Basenpaare 8
2.1. Berechnung der Bindeenergie der Wasserstoffbrückenbindung 8
2.1.1. Normierung der Wellenfunktionen und 12
2.1.1.1.Wasserstoff im Grundzustand (1s) 12
2.1.1.2. Wasserstoff im angeregten Zustand (2p) 13
2.1.1.3. Akzeptor im Grundzustand 13
2.1.2. Darstellung der Energieflächen 14
2.1.3. Berechnung der Bindeenergie, wenn beide Partner sich im
Grundzustand befinden 15
2.1.4. Berechnung der Bindeenergie, wenn sich der Acceptor im
Grundzustand und der Wasserstoff im angeregten Zustand 2p befindet 18
2.2. Falschpaarung durch Basenkonkurrenz bei tautomeren Basenpaaren 20
2.3. Abklingzeit der Basenkonkurrenz – Energie 21
2.4. Entstehung, Vererbung und Löschung eines „Gedächtnisses“
vorgeschädigter DNA 22
2.4.1. Entstehung 22
2.4.2. Vererbung 22
2.4.3. Löschung 22
3. Auswirkung der Basenkonkurrenz auf die DNA – Struktur 23
4. Tunnelvorgänge in biologischen Wasserstoffbrückenbindungen 26
4.1. Berechnung der Tunnel – Wahrscheinlichkeit 27
4.1.1. Ab–initio–Berechnung der Tunnel –Wahrscheinlichkeit 27
4.1.2. Der Protonenstrom 33
4.1.3. Der Einfluss der Temperatur 36
4.1.4. Berechnung der Tunnel – Wahrscheinlichkeit in
Wasserstoffbrückenbindungen bei parabelförmigem Potenzialverlauf. 37
4.1.5. Berechnung des Mindestabstandes zwischen der
Gesamtenergie E und dem Potenzialwall der Wasserstoffbrückenbindung 43
4.1.6. Berechnung der Größe 16/R 44
4.1.7. Die Änderung der Tunnel – Wahrscheinlichkeit durch Temperatur – und
Energieänderung. 46
5. Zufällige Änderung der Basenverteilung der DNA während der Replikation 49
5.1. Aufzählung aller möglichen Verteilungen 49
5.2. Aufzählung aller günstigen Verteilungen und die Chance des
Auftretens hoher Basenkonkurrenz – Energie 51
6. Die Total – Wahrscheinlichkeit der durch Basenkonkurrenz
verursachten Mutation 53
7. Interpretation der Gleichung (93) 55
8. Evolution und Physik 58
9. Mutation und Physik innerhalb kleinerer Zeiträume 58
10. Zusammenfassung 59
Literaturverzeichnis 60
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Basenkonkurrenz, irreparable Mutationen, Tumore, Evolution, Alterung
Base rivalry, irreparable mutations, tumours, evolution, aging
Drechsel, Dieter
Dieter Drechsel, Dresden
2012-03-07
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:report
info:eu-repo/semantics/report
doc-type:Text
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2021-03-29T10:13:20Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Beiträge zur biomechanischen Charakterisierung faseriger Bindegewebe
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-207308
ger
Im Mittelpunkt dieser kumulativ angefertigten Arbeit stehen fünf verschiedenartige biomechanische Untersuchungen faseriger Bindegewebe, welche in einer Gesamtschau zusammengeführt werden. Die einzelnen Beiträge setzen sich zusammen aus Untersuchungen zum Einfluss zellulärer Bestandteile auf die mechanischen Eigenschaften faseriger Bindegewebe und die Beeinflussung dieser Ergebnisse durch Messfehler, speziell am Beispiel des Materialschlupfs. Über diese beiden Beiträge wird eine Verbindung hergestellt zur rechnergestützten Simulation der Wirkung eines Beckenkompressionsgurts auf die Bänder des Beckenrings und dem Transmissionsverhalten faseriger Bindegewebe bei Zugbelastung. Im fünften Beitrag wird am Beispiel des Zusammenwirkens von Achillessehne, Fersenfettpolster und Plantarfaszie in vitro die Komplexität der Betrachtung faseriger Bindegewebe aufgezeigt. Die Zusammenführung der einzelnen Untersuchungen wird begleitet von der Frage, ob die bestehenden biomechanischen Untersuchungsansätze ausreichend sind, um ein umfassendes Verständnis zur funktionellen Bedeutung faseriger Bindegewebe aufbauen zu können.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Biologie; Biomechanik; Bindegewebe; Gewebe
Biomechanik, Bindegewebe, Dezellularisierung, Materialschlupf, Modellierung, Tractus Iliotibialis, Fersenpolster
biomechanics, connective tissue, acellular, material slippage, modelling, iliotibial tract, heel pad
Sichting, Freddy
Milani, Thomas L.
Steinke, Hanno
Maiwald, Christian
Technische Universität Chemnitz
2016-07-20
2016-02-01
2016-06-29
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T10:14:46Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Biomechanical aspects of sensitivity in relationship with motor control
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-217339
eng
The central integration of sensory information provided by various afferent receptors is required to control human movement. Although the function of individual afferent receptors is known, the complexity and interactivity of afferent information remains unclear, especially in scenarios which involve the reduction of information provided by one or more afferent receptors. Reduced plantar sensitivity is commonly associated with postural instability, which occurs in ageing, peripheral neuropathies, and other neurological disorders like Parkinson's disease. Although there has been a great advance in understanding afferent inputs during recent years, the role of afferent information in controlling movement is still unclear. Therefore, the aim of the present thesis is to investigate the effects of reduced plantar sensitivity on quasi-static and dynamic balance control, as well as muscle reflexes. The current thesis is comprised of five experiments. Two experiments were designed as preliminary investigations, while the remaining three experiments addressed the main questions of this thesis. The first experiment investigated a basic question about subjective foot sensitivity (vibration perception) measured in two different body positions: standing and sitting. Results of Experiment I showed no differences of vibration perception between both measured conditions. Therefore, comparing data from plantar sensitivity vibration tests performed during sitting and during standing (e.g. balance) is feasible. In Experiment II, the role of afferent information from plantar mechanoreceptors on quasi-static balance was investigated using two different cooling procedures: a permanently cooling thermal platform and conventional ice pads. COP total excursions, plantar temperatures, and scores of a Visual Analogue Scale (VAS) regarding subjective pain were analyzed. Experiment II demonstrated that constant and controllable cooling via the thermal platform is the superior approach with respect to subjective pain (VAS) and to reach and maintain the desired temperature throughout the trials. Furthermore, only cooling via the thermal platform induced postural instability, revealed by increased COP values. This instability was expected due to reduced plantar input, indicating no compensation by other sensory systems. Experiment III focused on the inter- and intraday- reliability of dynamic balance responses using the Posturomed device. Generally good relative and absolute reliability were found for COP excursions. This outcome was fundamental to proceed with dynamic balance measurements using the same setup. Subsequently, effects of reduced plantar cutaneous inputs via cooling on anticipatory and compensatory balance responses (unexpected perturbations) were explored in Experiment IV. COP and EMG data were used to analyze anticipatory and compensatory balance responses. No differences in COP or EMG parameters were found for the anticipatory responses after hyper-thermia, while decreased values for compensatory balance responses were observed in response to cooling. This was interpreted as a kind of overcompensatory behavior of the central nervous system (CNS) due to more cautious behavior induced after plantar cooling. Finally, the question regarding the interaction between afferent receptors arose in Experiment V, in which the effects of reduced plantar temperatures on the Achilles tendon stretch reflex and plantar flexion were examined. Short latency responses and maximal force of plantar flexion were analyzed. Cooling resulted in decreased amplitudes of short latencies, as well as in delays in time to maximal force of plantar flexion. These findings suggest that plantar inputs participate complementarily in the Achilles stretch reflex. Collectively, the current thesis contributes to understanding how plantar receptors are involved in movement control; not only do they seem to work as independent contributors, but they also appear to interact with other afferent receptors. Furthermore, an important outcome is that the reduced plantar inputs seem to induce different alterations in the organization of CNS inputs and outputs, according to different balance tasks: quasi-static responses, anticipatory responses, and compensatory responses. For the future, the use of other methods like microneurography and electroencephalography could be helpful to gain even more understanding of afferent interactions during the control of movements. Similar protocols may also be implemented in other populations, such as elderly people or patients suffering from neurological disorders, who exhibit continued decline or degeneration of sensory receptors.
Die zentrale Integration von sensorischen Informationen, die aus verschiedenen afferenten Rezeptoren zur Verfügung gestellt werden, ist erforderlich, um die menschliche Bewegung zu steuern. Obwohl die Funktion der einzelnen afferenten Rezeptoren bekannt ist, bleibt die Komplexität und Interaktivität von afferenten Information unklar, insbesondere in Szenarien, in denen die Verminderung von Informationen aus einem oder mehreren afferenten Rezeptoren eintritt. Reduzierte plantare Sensibilität wird häufig im Zusammenhang mit Haltungsinstabilität verbunden. Dies tritt häufig während des Alterns ein, bei peripheren Neuropathien und anderen neurologischen Erkrankungen, wie etwa bei der Parkinson-Krankheit. Obwohl es in den vergangen Jahren große Entwicklungen was das Verständnis afferenter Inputs gab, ist die Rolle afferenter Information bei der Bewegungskontrolle immer noch unklar. Daher ist das Ziel der vorliegenden Dissertation, den Einfluss der Beeinträchtigung der plantaren Sensibilität auf das quasi-statische und dynamische Gleichgewicht, sowie auf den Reflex der Achillessehne, zu untersuchen. Die vorliegende Dissertation ist dazu aus fünf Untersuchungen aufgebaut. Zwei Untersuchungen werden als Voruntersuchungen präsentiert, während die übrigen drei Untersuchungen auf die Kernfragen dieser Doktorarbeit gerichtet sind. Die erste Untersuchung beschäftigt sich mit der grundlegenden Fragestellung bzgl. der subjektiven Fußsensibilität (Vibrationswahrnehmung), die in zwei verschiedenen Körperpositionen gemessen wurde: Im Stehen und im Sitzen. Ergebnisse aus Untersuchung I zeigten keine Unterschiede der Vibrationswahrnehmung zwischen den beiden Körperpositionen. Daher ist es möglich, Vergleiche zwischen Daten aus plantaren Vibrationswahrnehmungstests während des Sitzens und des Stehens (z.B. bei Gleichgewichtstests) durchzuführen. In Untersuchung II wurde die Rolle afferenter Informationen plantarer Mechanorezeptoren auf das quasi-statische Gleichgewicht mittels zwei unterschiedlicher Abkühlverfahren untersucht: eine permanente Abkühlung durch eine thermische Plattform und konventionelle Eis-Pads. Es wurden der COP Gesamtweg, plantar Temperaturen und eine visuelle Analogskala (VAS) in Bezug auf subjektive Schmerzen analysiert. Untersuchung II hat gezeigt, dass eine konstante und steuerbare Abkühlung über die thermische Plattform der überlegene Ansatz in Bezug auf subjektiven Schmerz (VAS) und bzgl. des Erreichens und Erhaltens einer gewünschten Temperatur innerhalb der Messungen ist. Weiterhin wurde nur durch die Abkühlung mittels thermischer Plattform eine posturale Instabilität induziert, evident durch erhöhte COP Gesamtwege. Diese Instabilität wurde aufgrund der Beeinträchtigung der plantaren Sensibilität erwartet, was auf eine fehlende Kompensation durch andere Sinnessysteme hinzuweisen scheint. In Untersuchung III lag der Fokus auf der inter- und intra-Tag-Reliabilität dynamischer Gleichgewichtsantworten mittels des Posturomed-Trainingsgerätes. Im Allgemeinen wurden eine gute relative und absolute Reliabilität der COP Gesamtwege ermittelt. Dieses Ergebnis war von grundlegender Bedeutung, um die Nutzung des gleichen Setups für die folgenden dynamischen Gleichgewichtsmessungen (Untersuchung IV) zu ermöglichen. Anschließend wurden die Effekte einer Beeinträchtigung der plantaren Sensibilität mittels Abkühlung auf antizipatorische und kompensatorische Antworten des dynamischen Gleichgewichts (anhand unerwarteter Störungen des Gleichgewichts) in Untersuchung IV erforscht. COP und EMG Daten wurden verwendet, um die antizipatorischen und kompensatorischen Antworten des Gleichgewichts zu analysieren. Nach der Abkühlung wurden bzgl. antizipatorischer Antworten keine Unterschiede in den COP und EMG Parametern gefunden. Im Hinblick auf kompensatorische Antworten zeigten sich reduzierte COP und EMG als Reaktion auf die Abkühlung. Dies wurde wie folgt interpretiert: aufgrund eines vorsichtigen Verhaltens, ausgelöst durch die verminderten sensorischen Inputs infolge der Abkühlung, kam es zu einer Art „Überkompensierungsverhalten“ des zentralen Nervensystems (ZNS). Schließlich stellte sich die Frage der Interaktion afferenter Rezeptoren in Untersuchung V, in welcher die Effekte reduzierter plantarer Temperaturen auf den Achillessehnen-Dehnungsreflex und die Plantarflexion untersucht wurden. Kurze Latenz Antworten (short latency responses) und die maximale Kraft der Plantarflexion wurden dabei analysiert. Die Abkühlung führte zu einer verminderten Amplitude der short latency responses sowie zu Verzögerungen der Zeit bis zur maximalen Kraft der Plantarflexion. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass plantare Inputs in komplementärer Weise am Achillessehnen-Dehnungsreflex beteiligt sind. Zusammenfassend lässt sich aussagen, dass die vorliegende Arbeit zum Verständnis beiträgt, wie plantare Rezeptoren an der Bewegungssteuerung beteiligt sind. Es scheint, dass diese nicht nur in unabhängiger Form zur Bewegungssteuerung beitragen, sondern dabei auch mit anderen afferenten Rezeptoren interagieren. Darüber hinaus ist ein wichtiges Resultat, dass die reduzierten plantaren Inputs scheinbar verschiedene Änderungen in der Organisation von Ein- und Ausgängen im ZNS induzieren. Dies erfolgt anhand unterschiedlicher Anforderungen an das Gleichgewicht: quasi-statische Antworten, antizipatorische Antworten und kompensatorischen Antworten. Für die Zukunft könnte die Implementierung anderer Methoden, wie Mikroneurographie und Elektroenzephalographie, hilfreich sein, um noch mehr Verständnis bezüglich afferenter Interaktionen während der Kontrolle von Bewegungen erlangen zu können. Ähnliche Protokolle könnten auch in anderen Populationen durchgeführt werden, wie ältere Menschen oder Patienten mit neurologischen Erkrankungen, die einen kontinuierlichen Rückgang oder Degenerationen sensorischer Rezeptoren zeigen.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Biomechanik ; Bewegungsanalyse ; Gleichgewicht ; Fuß
Fußsensibilitäat, Vibrationswahrnehmung, dynamisches Gleichgewicht, statisches Gleichgewicht, EMG
Foot sensitivity, vibration perception thresholds, Center of Pressure, dynamic balance, static balance, EMG, Posturomed
de Castro Germano, Andresa Mara
Milani, Thomas L.
Sacco, Isabel C. N.
Maiwald, Christian
Technische Universität Chemnitz
2017-02-04
2016-09-30
2016-12-08
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doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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2021-03-29T10:16:34Z
qucosa:ubc
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
ddc:600
openaire
Einfluss des Experimentalraums auf biomechanische Messungen beim Laufen in unterschiedlichen Laufschuhen
urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-228676
ger
Die Fortbewegung des Menschen – ob gehend oder laufend – war und ist bis zum heutigen Tag im Fokus des wissenschaftlichen Interesses. Dabei gehört die Durchführung von etwaigen Studien im Labor zu einer anerkannten methodischen Verfahrensweise. Durch die stete technologische Weiterentwicklung von Messsystemen, bestehen nunmehr veränderte Möglichkeiten, wodurch das Laufen des Menschen in seinem natürlichen Bewegungsraum quantifiziert werden kann.
Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss des Experimentalraums auf das Laufen zu untersuchen. Zusätzlich wurde dabei die Rolle von drei Laufschuhen unterschiedlicher Kategorien genauer betrachtet. Für die Erhebung der zum Vergleich notwendigen Messgrößen diente zum einen ein Inertialsensor-System, um die Kinematik der Läufer zu erfassen und zum anderen EMG-System, um Rückschlüsse auf deren muskulären Status ziehen zu können.
In den Ergebnissen zeigte sich, dass nicht nur der Laufschuh sondern auch der Experimentalraum mit seinen jeweiligen Gegebenheiten Einfluss auf den Laufstil der Probanden nahmen. Generell kann aus den Ergebnissen abgeleitet werden, dass auf Grund der besseren Laufrhythmik im Feld, die Läufer einen messbar effizienteren Laufstil aufwiesen.
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ddc:570
info:eu-repo/classification/ddc/600
ddc:600
Biomechanik; Sport; Schuh; Messtechnik
Biomechanik, Inertialsensoren, Elektromyographie, Laufen, Laufschuhe, Labor, Feld
Biomechanics, Inertial Sensors, Electromypraphie, Running, Runnings shoes, Lab, Field
Zaumseil, Falk
Milani, Thomas L.
Maiwald, Christian
Technische Universität Chemnitz
2017-11-16
2017-02-20
2017-08-16
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T10:18:46Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
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ddc:570
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openaire
Die funktionelle Relevanz von natürlich vorkommenden Varianten des Adhäsions-G-Protein-gekoppelten Rezeptors GPR133 (ADGRD1)
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-209708
ger
Eine Vielzahl von Krankheiten und Phänotypen im Menschen werden durch Mutationen in G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) verursacht. Die Klasse der Adhäsions-GPCR (aGPCR) ist bisher wenig erforscht, wird aber mit diversen Funktionen in der Immunität, Nervenentwicklung, Embryonalentwicklung und im Tumorwachstum in Zusammenhang gebracht. Ein Vertreter der Gruppe V der aGPCR ist der GPR133 (ADGRD1). Einige genomweite Assoziationsstudien konnten den gpr133-Lokus mit Veränderungen im Metabolismus, in der Körpergröße und der Herzfrequenz verknüpfen. Für diesen aGPCR wurde bereits die Signaltransduktion über Gαs und Gαi gezeigt, sodass eine funktionelle Charakterisierung des GPR133 und dessen Varianten über cAMP-, cAMP response element- (CRE) und CRE binding protein- (CREB) Assays in
vitro möglich ist. Systematische Untersuchungen der Struktur des GPR133 konnten die gebundene agonistische „Stachelsequenz“ aufzeigen. Dies legt den Grundstein für die funktionelle Untersuchung von Mutationen im GPR133. Eine Analyse von mehr als 1000 sequenzierten humanen Genomen ergab über 9000 Einzelnukleotidpolymorphismen (SNP) im gpr133-Gen. Ungefähr 2,4 % der SNP liegen in kodierenden Genabschnitten und resultieren in 129 nicht-synonymen SNP (nsSNP) an 119 Aminosäurepositionen. Die funktionelle Relevanz dieser Missense-Varianten war unbekannt. Tiefergehende Analysen konnten nsSNP identifizieren, die zu einem vollständigen bzw. partiellen Funktionsverlust (A448D, Q600stop, C632fs [frame shift], A761E, N795K) oder zu einer erhöhten Basalaktivität (F383S, D453N) führen. Ein Vergleich der aGPCR Subklassen
basierend auf diversen Orthologsequenzen konnte zudem stark konservierte Bereiche aufzeigen, deren Änderungen durch nsSNP im GPR133 in Funktionsänderungen münden. Das große im Menschen vorhandene funktionelle Spektrum von GPR133-Varianten könnte für klinisch relevante Phänotypen verantwortlich sein, auch wenn die bisher erfassten heterozygoten Individuen lebensfähig sind.
Adhäsions-G-Protein-gekoppelte-Rezeptoren, Mutation, ADGRD1, SNP
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ddc:570
Seiler, Liane
Universität Leipzig
2017-09-20
2018-02-16
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2018-03-20
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2021-03-29T10:20:40Z
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doc-type:doctoralThesis
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ddc:570
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openaire
Soft Colloidal Probes: Hydrogelpartikel als biomimetische Biosensoren
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-211232
ger
eng
Biosensoren stellen technische Geräte dar, die im Zentrum ihres Wirkmechanismus ein Biomolekül, also ein Molekül mit einer biologischen Funktion, aufweisen.
Eine Vielzahl von Biosensoren findet in der Wissenschaft bereits Verwendung. Viele dieser Sensoren werden an planen Grenzflächen mit hoher Steifigkeit angewandt, welche weit von der in vivo Situation entfernt sind. Hierdurch ist unklar, ob diese Vereinfachung von natürlichen Prozessen inkorrekte oder in der biologischen Funktionalität veränderte Ergebnisse liefert. Aus diesem Grund soll mit dieser Arbeit die Vielseitigkeit eines neuen Biosensorsystems aufgezeigt werden, mit dem physikalische Phänomene von biologischen Systemen mimetisch nachgestellt und untersucht werden können.
Der auf Hydrogelmikropartikeln basierende Biosensor bewies hierbei seine Verwendbarkeit für die Quantifizierung von unspezifischen Adhäsionsvorgängen an Materialgrenzflächen, wie auch für spezifische Rezeptor-Ligand-Wechselwirkungen von lebenden Zellen. Weiterhin konnte mit zwei verschiedenen Nachweismethoden, einer auf Reflektionskontrastmikroskopie basierenden und einer kraftspektroskopischen Methode, die breitgefächerte Anwendung der Hydrogelmikropartikel für biophysikalische Fragestellungen aufgezeigt werden. Die multivalenten und biomimetischen Eigenschaften der Mikropartikel erlauben hierbei ein quantitatives Verständnis von Wechselwirkungsvorgängen von Biomolekülen mit Materialgrenzflächen und spezifischen Rezeptorstrukturen, wobei das Biosensorsystem selbst einfach und leicht zu kontrollieren bleibt.
Hydrogelpartikel, Biosensor, Biomimetik, Adhäsionskräfte
hydrogel, particle, biosensor, adhesion
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Martin, Steve
Universität Leipzig
2017-11-13
2018-02-23
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2018-04-18
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2021-03-29T10:22:25Z
qucosa:ubl
doc-type:doctoralThesis
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ddc:570
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openaire
Perspective-Taking and Theory of Mind in Great Apes
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-213145
eng
Individuals endowed with a ‘Theory of Mind’ (‘ToM’) understand themselves and others as agents whose actions are driven by unobservabl e psychological states. How and when human
infants come to such an understa nding has been extensively resear ched in the visual domain. In my dissertation, I addressed three gaps in the extant literature about what great apes’ know about others' visual perceptions and perceptual beliefs. In study 1, I investigated orangutans’ understanding of visual attenti on and others’ visual perspectives in a competitive situation. Overall, the results suggest that orangutans have a limited understanding of others’ perspectives, relying mainly on cues from facial and bodily orientation and egocentric ruleswhen making perspective judgements.
In study 2, I explored whether apes and 20 month old human infants requesting a desired object from a human experimenter would use communicative means to direct visual attention towards the object. While infants used pointing to alter the experimenter’s focus of attention, we found no evidence that apes’ employ their point gestures in this way. In study 3, I examined chimpanzees’ and 5.5 year old human children’s understanding of perceptual beliefs. By designing two novel false belief tasks which required reduced executive functioning, I attempted to find out whether chimpanzees’ historical failure in explicit false belief tasks was due to their lack of inhibitory control Neither the chimpanzees nor the 5.5 year-olds succeeded in the novel tasks.
Soziale Kognition, Perspektivübernahme, Theory of Mind, Menschenaffen, Entwicklungspsychologie
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Gretscher, Heinz
Universität Leipzig
2017-06-12
2018-03-15
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2018-05-29
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2021-03-29T10:25:06Z
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openaire
Novel Oligomeric Biodegradable Crosslinkers For Hybrid Biomaterial Fabrication For Regenerative Purposes
urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-215309
eng
INTRODUCTION
Increasing age of population is a great success of numerous breakthroughs in life science and improved health care. For a child born in 2015, for example, an average global life expectancy of meanwhile 71.4 years is assumed which increased by around 8% in the last decade [1]. In accordance with enhanced life expectancy, however, age-related health problems continuously rise. In this regard, the gap between patients awaiting transplantation and appropriate donors consequently will get larger in the future [2]. To this end, there is a need for new strategies in regenerative medicine [3]. Biomaterial matrices were developed to foster tissue regeneration by mimicking the key characteristics of the extracellular matrix (ECM) [4]. Modern biomaterial research focuses on 3D scaffolds, which can be adequately adapted toward specific requirements of the target tissue [5]. In this regard, flexible material platforms are wanted, whose properties can be adjusted over a wide range and independently of each other [6].
In this context, the macromer-based material concept is promising due to the high flexibility of macromers in chemical design and processability [7]. Macromers are reactive oligo- or polymeric molecules which act as monomers and can therefore be polymerized/cross-linked into a polymeric network [8]. The key principle of this approach is the synthesis of chemically well-defined structures which allows for a more precise control over the resulting properties of the cross-linked polymeric network when compared to conventional polymers. For example, macromer chemistry can be adjusted in terms of chemical macromer composition, valence, content of cross-linkable functionalities and molecular weight. The versatility of macromer-derived materials greatly increases when different macromer types are combined which potentially enables precise material tunability on multiple levels. The design flexibility of macromer-based networks motivated the investigation of two different macromer-based material concepts with regard to macromer processability and material adjustability.
The following objectives were proposed:
1) To synthesize two sets of biodegradable, multi-valent macromers by using free-radical polymerization and ring-opening polymerization combined with established activation strategies. The synthesis setups will be tuned toward high macromer yields which will be required for processing into biomaterials with relevant sizes.
2) To physico-chemically characterize oligomeric macromers with regard to chemical composition, molecular weight and reactivity in order to yield well-defined macromer structures. NMR spectroscopy, gel permeation chromatography (GPC) and wet chemistry will be applied.
3) To characterize macromer processability into covalently cross-linked hybrid matrices. This work will focus on a soft macromer-cross-linked gelatin-derived hydrogel system for versatile biomedical applications as well as a rigid macromer/sol-gel glass hybrid material for hard tissue regeneration. Sets of different formulations will be investigated in order to characterize the range of macromer processability and to establish structure-property relationships.
4) To investigate strategies for the adjustment of material porosity. Besides the adaption via cross-linking density, porogen-leaching and 3D-printing approaches will be followed in order to introduce macroporosity and to enable a decoupling of porosity and chemical (nano)structure of the cross-linked network.
5) To determine key material properties relevant for regenerative applications, including mechanical properties by compression tests and oscillation rheology, in vitro matrix degradability, as well as material cytocompatibility in indirect and direct contact experiments.
6) To identify strategies for covalent functionalization of the hybrid materials. Post-fabrication functionalization via specifically introduced chemical functionalities is favored as it enables effective material decoration (almost) independent of the physico-chemical matrix properties.
SUMMARY OF DISSERTATION
The first material concept was based on anhydride-containing macromers which can be processed into hydrogel matrices by covalent cross-linking of amine-bearing macromolecules, such as gelatin [9–11]. The innovative aspect of this work was to decouple material functionalization from the physico-chemical properties of the cross-linked hydrogel network. To this end, a second chemical functionality was introduced which remained reactive in the hydrogel state and was therefore available for covalent post-fabrication functionalization strategies. Specifically, dual-functional macromers were synthesized by free-radical polymerization of maleic anhydride (MA) with diacetone acrylamide (DAAm) and pentaerythritol diacrylate monostearate (PEDAS) to yield oligo(PEDAS-co-DAAm-co-MA) (oPDMA) [12]. Amphiphilic oligomers (molecular weight (Mn) < 7.5 kDa) with anhydride contents of 7-20% were obtained. Fractions of chemically intact anhydrides of around 70% enables effective cross-linking with low molecular-weight gelatinous peptides (Collagel® type B, 11 kDa). Rigid two-component hydrogels (elastic modulus (E) = 4-13 kPa) with adjustable composition and physicochemical properties were formed. Reactivity of the incorporated methyl ketone functionality toward hydrazides and hydrazines was shown on the macromer level and in the cross-linked hydrogel by different strategies. Firstly, pre-fabricated hydrogels were successfully reinforced by secondary cross-linking with adipic acid dihydrazide (ADH). Secondly, pH-dependent immobilization of 2,4-dinitrophenylhydrazine (DNPH) to acid-soluble macromer derivatives as well as cross-linked oPDMA/COL matrices was demonstrated. Thirdly, reversible immobilization of a fluorescent hydrazide (AFH) was shown which was controlled by hydrogel ketone content, hydrazide ligand concentration and medium pH. This triple-tunability of hydrazide immobilization holds promise for adjustable and cost-effective hydrogel modification. Lastly, proof-of-concept experiments with hydrazido-functionalized hyaluronan (ATTO-hyHA) demonstrated the potential for covalent post-fabrication hydrogel decoration with ECM components. Hydrogel cytocompatibility was demonstrated and the introduction of DAAm into the hydrogel system resulted in superior cell material interactions when compared with previously established analogous ketone-free gels [13].
Limited ability of cells to migrate into deeper regions of these macromer-cross-linked gelatin-based gels further motivated the investigation of two different strategies to enhance hydrogel porosity [10,14]. On the one hand, the introduction of macropores was attempted by hydrogel fabrication in presence of poly(ethylene glycol) (Mn = 8000 Da, P8k). This polymer acted as porogen by phase separation during hydrogel formation. It was found that P8k was effectively extracted from the cross-linked matrix, while physico-chemical hydrogel properties remained unchanged. The second approach aimed at increasing mesh size of the cross-linked network by using hydrogel building blocks with increased molecular weights. In particular, high molecular-weight gelatin (160 Bloom, G160) was cross-linked by macromers with low MA content. Homogeneous and mechanically stable hydrogels were obtained and physico-chemical properties were determined. Successful optimization of hydrogel porosity was functionally shown by enhanced cell migration and improved release profile of incorporated nanoparticles [15].
In the second macromer-based material, hydrolytically degradable multi-armed macromers were covalently introduced into a tetraethoxysilane(TEOS)-derived silica sol in order to address the insufficient degradability of glass-based materials [16]. In detail, oligo(D,L-lactide) units were introduced into three- (TMPEO, Tx) and four-armed (PETEO, Px) ethoxylated alcohols by ring-opening polymerization, followed by activation with 3-isocyanatopropyltriethoxysilane (ICPTES) to yield TxLAy-Si and PxLAy-Si macromers [17,18]. A series of 18 oligomers (Mn: 1100-3200 Da) with different degrees of ethoxylation and varying length of oligoester units was synthesized. Applicability of a previously established indirect rapid prototyping method enabled fabrication of macromer/sol-gel-glass-derived class II hybrid scaffolds with controlled porosity [19]. Successful processability of a total of 85 different hybrid scaffold formulations allowed for identification of relevant structure-property relationships. In vitro degradation was analyzed over 12 months and a continuous linear weight loss (0.2-0.5 wt%/d) was detected which was controlled by oligo(lactide) content and matrix hydrophilicity. Compressive strength (2-30 MPa) and compressive modulus (44-716 MPa) were determined and total content, oligo(ethylene oxide) content, oligo(lactide) content and molecular weight of the oligomeric cross-linkers as well as material porosity were identified as the main factors determining hybrid mechanics by multiple linear regression. Cell migration into the entire scaffold pore network was indicated in cell culture experiments with human adipose tissue-derived stem cells (hASC) and continuous proliferation over 14 days was found.
Overall, two macromer-based material platforms were established in which material versatility was realized by three main principles: I) synthesis of macromers with different chemical composition, II) combination of macromers with a second oligomeric building block, and III) flexible processability of these dual-component hybrid formulations into porous scaffold materials. Precise adjustability of material properties as demonstrated in both concepts offers potential for application of these hybrid materials for a wide range of regenerative purposes.
REFERENCES
(1) World Health Statistics of the WHO. http://www.who.int/gho/publications/world_health_statistics/en/ 2017.
(2) OPTN/UNOS Public Comment. https://optn.transplant.hrsa.gov/ 2017.
(3) Puppi, D.; Chiellini, F.; Piras, a. M. M.; Chiellini, E. Prog. Polym. Sci. 2010, 35 (4), 403–440.
(4) Patterson, J.; Martino, M. M.; Hubbell, J. A. Mater. Today 2010, 13 (1–2), 14–22.
(5) Picke, A.-K.; Salbach-Hirsch, J.; Hintze, V.; Rother, S.; Rauner, M.; Kascholke, C.; Möller, S.; Bernhardt, R.; Rammelt, S.; Pisabarro, M. T.; Ruiz-Gómez, G.; Schnabelrauch, M.; Schulz-Siegmund, M.; Hacker, M. C.; Scharnweber, D.; Hofbauer, C.; Hofbauer, L. C. Biomaterials 2016, 96, 11–23.
(6) Loth, R.; Loth, T.; Schwabe, K.; Bernhardt, R.; Schulz-Siegmund, M.; Hacker, M. C. Acta Biomater. 2015, 26, 82–96.
(7) DeForest, C. A.; Anseth, K. S. Nat. Chem. 2011, 3 (12), 925–931.
(8) Nic, M.; Jirát, J.; Košata, B.; Jenkins, A.; McNaught, A.; Wilkinson, A. IUPAC, Research Triangle Park, NC 2014.
(9) Loth, T.; Hennig, R.; Kascholke, C.; Hötzel, R.; Hacker, M. C. React. Funct. Polym. 2013, 73 (11), 1480–1492.
(10) Loth, T.; Hötzel, R.; Kascholke, C.; Anderegg, U.; Schulz-Siegmund, M.; Hacker, M. C. Biomacromolecules 2014, 15 (6), 2104–2118.
(11) Kohn, C.; Klemens, J. M.; Kascholke, C.; Murthy, N. S.; Kohn, J.; Brandenburger, M.; Hacker, M. C. Biomater. Sci. 2016, 4, 1605–1621.
(12) Kascholke, C.; Loth, T.; Kohn-Polster, C.; Möller, S.; Bellstedt, P.; Schulz-Siegmund, M.; Schnabelrauch, M.; Hacker, M. C. Biomacromolecules 2017, 18 (3), 683–694.
(13) Sülflow, K.; Schneider, M.; Loth, T.; Kascholke, C.; Schulz-Siegmund, M.; Hacker, M. C.; Simon, J.-C.; Savkovic, V. J. Biomed. Mater. Res. A 2016, 104 (12), 3115–3126.
(14) Loth, T. Diss. Univ. Leipzig, Fak. für Biowissenschaften, Pharm. und Psychol. 2016.
(15) Schwabe, K.; Ewe, A.; Kohn, C.; Loth, T.; Aigner, A.; Hacker, M. C.; Schulz-Siegmund, M. Int. J. Pharm. 2017, 526 (1–2), 178–187.
(16) Rahaman, M. N.; Day, D. E.; Sonny Bal, B.; Fu, Q.; Jung, S. B.; Bonewald, L. F.; Tomsia, A. P. Acta Biomater. 2011, 7 (6), 2355–2373.
(17) Schulze, P.; Flath, T.; Dörfler, H.-M.; Schulz-Siegmund, M.; Hacker, M.; Hendrikx, S.; Kascholke, C.; Gressenbuch, M.; Schumann, D. Ger. Pat. No. DE102014224654A1 2016.
(18) Kascholke, C.; Hendrikx, S.; Flath, T.; Kuzmenka, D.; Dörfler, H.-M.; Schumann, D.; Gressenbuch, M.; Schulze, F. P.; Schulz-Siegmund, M.; Hacker, M. C. Acta Biomater. 2017, 63, 336–349.
(19) Hendrikx, S.; Kascholke, C.; Flath, T.; Schumann, D.; Gressenbuch, M.; Schulze, P.; Hacker, M. C.; Schulz-Siegmund, M. Acta Biomater. 2016, 35, 318–329.
Macromer, Biomaterial, Hydrogel, Sol-Gel Glass Hybrid
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Kascholke, Christian
Hacker, Michael C.
Schulz-Siegmund, Michaela
Mäder, Karsten
Universität Leipzig
2017-11-13
2018-06-01
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2018-06-20
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2021-03-29T10:35:53Z
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ddc:570
openaire
Kalorimetrische Bestimmung der katalytischen Aktivität immobilisierter Enzyme
urn:nbn:de:swb:105-8874852
ger
In der Arbeit wird der Einsatz kalorimetrischer Methoden zur Bestimmung der katalytischen Aktivität von Enzymimmobilisaten gezeigt. Für die Untersuchung sphärischer Immobilisate wurde ein Strömungskalorimeter eingesetzt. Es wurde ein mathematisches Modell entwickelt, mit dem die kinetischen Parameter des immobilisierten Enzyms aus der gemessenen Temperaturdifferenz berechnet werden können. Durch Untersuchungen an Modellimmobilisaten wurde gezeigt, dass das Strömungskalorimeter im Impulsbetrieb zum schnellen Screening der Aktivität geeignet ist. Am Beispiel der Enzymimmobilisierung in Sol-Gel-Schichten wurde der Einsatz der Impulsmethode für die Optimierung von Immobilisierungsvorschriften gezeigt. Zur Untersuchung flächiger Immobilisate wurde ein IC-Kalorimeter eingesetzt. Um kinetische Aussagen zu erzielen, wurde das IC-Kalorimeter hinsichtlich Empfindlichkeit und dynamischen Verhaltens charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass die kalorimetrisch und photometrisch bestimmten Geschwindigkeitskonstanten für die Immobilisate übereinstimmen.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Kalorimetrie, Immobilisierte Enzyme, Aktivitätsbestimmung
Graebner, Hagen
Wolf, Gert
Roewer, Gerhard
Kaden, Heiner
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-08
2000-09-04
2001-01-08
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2021-03-29T10:37:31Z
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ddc:570
openaire
Entwicklung von PCR-Primern zum Nachweis von Genen des Chloraromaten-Abbaus in mikrobiellen Lebensgemeinschaften
urn:nbn:de:swb:105-3164695
ger
In dieser Arbeit wurden PCR-Primer für den Nachweis von Genen des bakteriellen Chloraromaten-Abbaus entwickelt. Als Zielgene wurden hierfür die Gene der Chlorcatechol-1,2-Dioxygenasen und Chlormuconat-Cycloisomerasen des modifizierten ortho-Weges ausgesucht. Die entwickelten Primer wurden an verschiedenen Chloraromaten abbauenden Bakterien getestet. Es gelang dabei erstmals, Fragmente von Chlormuconat-Cycloisomerase-Genen aus alpha-Proteobakterien zu erhalten. Mit den neu entwickelten Primern zum Nachweis der Chlorcatechol-1,2-Dioxygenase-Gene wurden aus den Stämmen Burkholderia sp. 3CB-1 und Rhodococcus opacus 1CP auch Fragmente amplifiziert, die nur relativ geringe Ähnlichkeiten zu bereits bekannten Genen aufwiesen. Um die Sequenzdatenbasis für das Primerdesign zu erweitern, wurden außerdem Chlorcatechol-Gencluster aus zwei Vertretern der alpha-Proteobakterien kloniert und sequenziert. Aus dem Stamm Sphingomonas sp. TFD44 konnten dabei zwei verschiedene Gencluster charakterisiert werden, von denen nur eines einen kompletten Satz der Chlorcatechol-Gene enthielt. Die beiden Gencluster aus dem anderen Stamm, Sphingomonas sp. EML146, wiesen Homologien zu diesem Gencluster auf. Die Konstruktion einer Knockout-Mutante und Proteinanreicherungen ergaben Hinweise auf weitere Chlorcatechol-Abbaugene in Sphingomonas sp. TFD44.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Chloraromaten, Mikrobieller Abbau, Chlorbrenzcatechine, Polymerase-Kettenreaktion, Catechol-Dioxygenase , Chloromuconat-Cycloisomerase, Sphingomonas, Gencluster
Thiel, Monika
Schlömann, Michael
Röske, Isolde
Pieper, Dietmar
TU Bergakademie Freiberg
2009-11-25
2004-05-10
2004-10-15
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2021-03-29T10:37:36Z
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ddc:570
openaire
Anreicherung, Isolierung und taxonomische Zuordnung ungewöhnlicher Chloraromaten-Verwerter und ihre Nutzung zum Test von PCR-Primern für den Nachweis von Genen des Chlorbrenzcatechin-Weges
urn:nbn:de:swb:105-1501974
ger
In dieser Arbeit wurden über 100 Pseudomonas-ähnliche Bakterienstämme, einige Bradyrhizobium-ähnliche und ein Ralstonia-ähnlicher Bakterienstamm mit der Fähigkeit zum aeroben Abbau chlorierter Aromaten isoliert. Die Bradyrhizobium-ähnlichen Isolate können vermutlich einer neuen Art zugeordnet werden. Die Pseudomonas- und Ralstonia-ähnlichen Isolate stammen aus einer Umweltprobe und zeigen die sehr geringe Diversität an Schadstoff-Verwertern in einem stark belasteten Standort. Spezifische PCR-Primer für die Gensequenzen der Chlorbrenzcatechin-1,2-Dioxygenase und Chlormuconat-Cycloisomerasen wurden anhand dieser Isolate überpüft. Diese Ergebnisse bestätigten die Aussagekraft der Primer in Bezug auf die Abbaugene des modifizierten ortho-Brenzcatechin-Weges für diesen Taxa. Diese kultivierungsunabhängige Methode ermöglicht die Überwachung des mikrobiellen Schadstoffabbaus in der Umwelt.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Chlorbrenzcatechine
Wettstein, Felipe
Schlömann, Michael
Harms, Hauke
Pieper, Dietmar
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-14
2004-10-12
2004-12-10
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
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https://tubaf.qucosa.de/id/qucosa%3A22486
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oai:qucosa:de:qucosa:22545
2021-03-29T10:38:23Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
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open_access
ddc:570
openaire
Tiefenverteilung von Radionukliden in Fichtenwald- und Hochmoorböden
urn:nbn:de:swb:105-0161590
ger
In der Umwelt vorkommende Radionuklide wurden als Tracer für Migrationsverhalten verwendet. Low-level-γ-Spektrometrie und zusätzliche Plutoniumanalysen ermöglichten den Nachweis sehr geringer Konzentrationen radioaktiver Nuklide. Der atmosphärische Eintrag wurde über Regenwasser- und Staubfilterproben gemessen. Untersuchungen an Filterstäuben ermöglichten eine nachträgliche Charakterisierung der Eintragssituation vor und nach dem Tschernobyl-Unfall im Freiberger Raum. Die Radionuklidtiefenverteilungen in Fichtenwald- und Hochmoorböden und deren weiterführende Analyse erlaubten Aussagen zum Stofftransport und zu bodenbildenden Prozessen. Die Migrationsdynamik in weitgehend ungestörten Hochmooren unterscheidet sich von der anthropogen überprägter Moore. Die Eignung verschiedener Radionuklide zur Datierung bzw. zeitlichen Markierung von Moorbodenschichten und damit zur Verwendung in der Moorstratigraphie wurde geprüft. Eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse verschiedener Datierungs- und Markierungsmethoden zeigte sich v. a. für die Profile der ungestörten, rezent wachsenden ombrogenen Hochmoore.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Americium-241, Antimon, Beryllium-7, Blei-210, Boden, Bodenhorizont, Bodenökologie, Cäsium-134, Cäsium-137, Wald, Geoökosystem, Hochmoor, Isotopendatierung, Isotopengeochemie, Kalium-40, Kernwaffentest, Migration <Geologie>, Deutschland, Tschernobyl
Schleich, Nanette
Matschullat, Jörg
Unterricker, Sepp
Zibold, Gregor
Zöller, Ludwig
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-20
2006-04-10
2006-07-28
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
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oai:qucosa:de:qucosa:22596
2021-03-29T10:39:04Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Anwendung kalorimetrischer Methoden zur Untersuchung des Alkanabbaus durch den Mikroorganismus Rhodococcus opacus 1CP
urn:nbn:de:bsz:105-8893471
ger
Ziel der vorliegenden Arbeit war die Charakterisierung des Wachstumsverhaltens von Mikroorganismen auf Alkanen am Beispiel des Bodenbakteriums Rhodococcus opacus 1CP. Unter Einsatz kalorimetrischer Methoden konnte das Wachstumsverhalten von 1CP auf Glucose und Alkanen mit sehr guter Reproduzierbarkeit aufgezeichnet werden. In Abhängigkeit der Substrateigenschaften wurden Änderungen der Wachstumskinetik registriert, welche auf die Aggregation der Zellkultur zurückgeführt werden konnten. Die kalorimetrischen Befunde zum Aggregationsverhalten wurden mittels Gaschromatographie und Partikelgrößenbestimmung bestätigt. Durch Biotensidquantifizierung in kalorimetrisch aufgezeichneten Kultivierungen von 1CP auf Alkanen konnte eine wachstumsassoziierte Biotensidbildung nachgewiesen werden. Elementaranalytische Untersuchungen ergaben eine Variation der Biomassezusammensetzung von 1CP in Abhängigkeit der C-Quelle. Unter Berücksichtigung von Biomasse- und Biotensidbildung wurden Summenreaktionen für die Wachstumsprozesse formuliert und durch Verifikation mit kalorimetrisch ermittelten Enthalpien des Substratumsatzes bestätigt.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Kalorimetrie, Alkanabbau, Rhodococcus opacus, Paracoccus pantotrophus, Biotensidbildung, mikrobielles Wachstum, mikrobielle Aktivität, Ertragskoeffizienten, Wachstumslimitierung, Alkane, Mikrobieller Abbau, Biotensid
Winkelmann, Mario
Wolf, Gert
Schlömann, Michael
Lamprecht, Ingolf
TU Bergakademie Freiberg
2009-07-23
2007-05-31
2007-11-22
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
doc-type:Text
https://tubaf.qucosa.de/id/qucosa%3A22596
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oai:qucosa:de:qucosa:22784
2021-03-29T10:41:27Z
qucosa:tubaf
doc-type:masterThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Etablierung und Optimierung der Error-Prone-PCR und eines Aktivitätsscreenings für Styrol-Monooxygenasen
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-77143
ger
Styrol-Monooxygenasen (SMOs) spielen im bakteriellen Abbau von Styrol eine wichtige Rolle. Sie epoxidieren den Kohlenwasserstoff zu (S)-Styroloxid und waren bis vor kurzem vor allem aus Gram-negativen Vertretern wie Pseudomonaden bekannt. Das Grampositive nocardioforme Bodenbakterium Rhodococcus opacus 1CP kann Styrol als Energie- und Kohlenstoffquelle nutzen und verfügt über zwei Typen von SMOs. Neben StyA2B, einer fusionierten FAD:NADH-Oxidoreduktase (StyB) und Monooxygenase (StyA2) findet sich eine weitere Monooxygenase StyA1, deren Gen direkt stromaufwärts zu styA2B lokalisiert ist. Zusätzlich zum natürlichen Fusionsprotein StyA2B gelang kürzlich die Konstruktion künstlicher Fusionen StyAL1B und StyAL2B aus Pseudomonas fluorescens ST.
Um sowohl StyA1/StyA2B als auch die künstlichen Fusionen StyAL1B und StyAL2B für eine biotechnologische Anwendung nutzen zu können, wurde im Rahmen dieser Arbeit angestrebt, ihre spezifische Oxygenierungsaktivität (StyA1/StyA2B: 0,24 U/mg) mit Hilfe der error prone PCR zu erhöhen. Um Veränderungen der katalytischen Aktivität in
einer großen Zahl von Mutanten schnell zu erkennen, ist ein einfacher Screeningtest erforderlich. Die Fähigkeit von SMOs zur Oxidation von Indol zu blauem Indigo bietet diese Möglichkeit. Allerdings ist hierfür die Expression löslicher Proteine eine wesentliche Voraussetzung. Versuche zur Veränderung der Gene styA2B und styA1A2B mit Hilfe eines kommerziellen error prone PCR Kits lieferten ca. 300 bis 1.200 mutmaßlich veränderte Klone, welche jedoch keinerlei Aktivität für den Indolumsatz zeigten. Als Ursache wurde eine Expression der Proteine in Form inaktiver Inclusion Bodies vermutet.
Die Fusionsproteine StyAL1B und StyAL2B bilden lösliches Protein, welche Indol zum blauen Farbstoff Indigo umsetzen. Verschiedene Kultivierungsbedingungen wurden auf den Umsatz von Indol untersucht. Dabei wurde erkannt, dass die Klone sich nicht identisch bezüglich ihrer Proteinlöslichkeit verhalten. Mit Hilfe dieser Ergebnisse wurde ein Test für das Aktivitätsscreening von Styrol-Monooxygenasen auf Platte entwickelt. Die Erhöhung der NaCl-Konzentration im Medium steigerte die Indoloxidation, welche sich jedoch durch zusätzliche physiologisch Faktoren schwer beeinflussen lassen.
Auch für die Fusionsproteine erfolgte die Durchführung einer error prone PCR. Der Schritt der error prone PCR stellte kein Problem dar, jedoch die Einbindung des veränderten Genfragmentes in den Vektor, beziehungsweise dessen Transformation in E. coli. Alternative Strategien, wie die Nutzung alternativer DNA Polymerasen und eines konventionellen Konzepts, bei dem veränderte Gene in geschnittene Expressionsvektoren ligiert werden, führte zu keinen detektierbaren Klonen.
Die Kultivierung von identischen Klonen auf Festmedium wirkte sich aufgrund nicht näher identifizierter Einflüsse auf das Verhalten bezüglich der Indoloxidation sehr unterschiedlich aus. Um diese Einflüsse zu minimieren, erfolgte die Untersuchung des Systems in einer Flüssigkultur. Im Blickpunkt stand hierbei die Indigoproduktion von E. coli BL21 (pET_StyAL2B) die in Abhängigkeit der optischen Dichte der Kultur untersucht wurde.:Eidesstattliche Erklärung II
Danksagung III
Zusammenfassung IV
Abstract VI
Abbildungsverzeichnis XI
Tabellenverzeichnis XIII
Abkürzungsverzeichnis XIV
1 Einleitung 1
1.1 Styrol - ein Produkt der Industrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Styrol-Monooxygenasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.1 Abbauwege von Styrol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.2 Struktur, Vorkommen und Eigenschaften klassischer Zweikomponenten
Styrol-Monooxygenasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.3 Das neuartige Styrol-Monooxygenase-System StyA1/StyA2B aus
Rhodococcus opacus 1CP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.4 Künstlich verlinkte SMO aus Pseudomonas uorescens ST . . . . . 7
1.2.5 Biotechnologischer Einsatz von Styrol-Monooxygenasen . . . . . . . 8
1.3 Strategien des Protein-Engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.1 Arbeitsmethoden zur Veränderung von DNA . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.2 Error prone PCR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4 Arbeitsziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2 Material und Methoden 13
2.1 Bakterienstämme und Plasmide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 Kultivierungsmedien und -bedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.1 Kultivierungsmedien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.2 Kultivierungstemperaturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3 Polymerase-Kettenreaktion (PCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.1 Primer und Primerdesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.2 Standard-PCR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4 Fehlerbehaftete Polymerase-Kettenreaktion (epPCR) . . . . . . . . . . . . 17
2.4.1 Synthese der mutagenen Megaprimer . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.4.2 EZClone Reaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4.3 Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4.4 Modi zierung des Protokolls des EZClone Reaktion Schrittes . . . . 20
2.5 Aufreinigung von PCR-Produkten aus der Lösung . . . . . . . . . . . . . . 20
2.6 TAE-Agarose-Gelelektrophorese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.7 DNA-Extraktion aus Agarosegelen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.8 Bestimmung der DNA-Konzentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.9 Restriktionsverdau von DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.10 Ligation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.11 Herstellung von kompetenten Zellen (E.coli DH5ff, E. coli BL21) . . . . . 23
2.11.1 Chemisch kompetente Zellen nach der CaCl2-Methode (42) . . . . . 23
2.11.2 TOP10 chemischkompetente Zellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.12 Transformation nach der Hitzeschock-Methode (19) . . . . . . . . . . . . . 24
2.13 Plasmidpräparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.14 Bestimmung der Indigobildung durch Klone mit mutmaÿlicher SMO-Aktivität 24
2.14.1 Abschätzung der Indigobildung durch Augenschein . . . . . . . . . 25
2.14.2 Quanti zierung der Indigobildung mittels UV/Vis-Spektrophotometrie 25
2.14.3 Quanti zierung der Indigobildung aus Flüssigkulturen . . . . . . . . 26
3 Ergebnisse 27
3.1 Versuche der error prone PCR von StyA2B aus Rhodococcus opacus 1CP . 27
3.1.1 Isolation von Templat-DNA und Durchführung der error prone PCR 28
3.1.2 Screening von Transformanden auf Fähigkeit zur Indol-Oxidation . 29
3.1.3 Herstellung und Aktivitätsscreening von E. coli DH5ff pET_StyA2B 30
3.2 Versuche der error prone PCR von styA1/styA2B aus Rhodococcus opacus
1CP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2.1 Durchführung der error prone PCR und Aktivitätsscreening von
StyA1/StyA2B in pBluescript KS(+) . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.2 Durchführung des Aktivitätsscreening von StyA1/StyA2B in pET16bP 32
3.3 Fusionsproteine StyAL1B und StyAL2B aus Pseudomonas uorescens ST . 33
3.3.1 Optimierung der Zusammensetzung des LB-Mediums für das Aktivitätsscreenings
von pET_StyAL2B in E. coli BL21 nach einer Transformation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.3.2 Ein uss der Belüftung auf die Neigung von E. coli BL21 (pET_StyAL2B)
Kolonien zur Oxidation von Indol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.3.3 Bestimmung der Indigobildung mittels UV/Vis-Spektroskopie . . . 40
3.3.4 Zeitliche Entwicklung der Indigokonzentration einer Flüssigkultur
von E. coli BL21 (pET_StyAL2B) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3.5 Error prone PCR von pET_StyAL2B mit Gene Morph II EZ Clone
Kit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.3.6 Error prone PCR nach der klassischen Methode mit pET_StyAL1B
und pET_StyAL2B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4 Diskussion der Ergebnisse 49
4.1 Die error prone PCR als attraktive Methodik zur Optimierung von Styrol-
Monooxygenasen hinsichtlich katalytischer Eigenschaften . . . . . . . . . . 49
4.2 Der Aktivitätsnachweis als mutmaÿlich limitierender Schritt in der Modi-
zierung von StyA2B und StyA1/StyA2B mit Hilfe der error prone PCR . 51
4.3 Die künstlich fusionierten Styrol-Monooxygenasen StyAL2B und StyAL1B
erlauben ein Aktivitätsscreening auf Platte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.4 Die Entwicklung einer Methodik zur Quanti zierung der spezi schen Indigobildung
eines Expressionsklons der Styrol-Monooxygenase StyAL2B . . . 58
4.5 Fehleranalyse zur error prone PCR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.5.1 Fehler in der klassischen error prone PCR für pET_StyAL1B und
pET_StyAL2B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Literaturverzeichnis 65
Styrene monooxygenases (SMOs) play an important role in the bacterial degradation of styrene. They epoxidize the hydrocarbon highly enantioselective to (S)-styrene oxide. Most of the styrene monooxygenases known so far were identified in Gram-negative microorganisms like pseudomonads. Rhodococcus opacus 1CP, a Gram-positive nocardioform actinobacterium, which uses styrene as energy and carbon source was recently found to possess a novel type of SMO, StyA2B. This protein represents a natural fusion between an FAD:NADH oxidoreductase (StyB) and a single monooxygenase subunit (StyA2) and might act in combination with another single oxygenase StyA1 in strain 1CP. Two artificial analogs to StyA2B, designated StyAL1B and StyAL2B, were recently prepared by a fusion of styA and styB of Pseudomonas fluorescens ST and both showed oxygenating
activity.
For StyA1/StyA2B as well as the artificial fusion proteins StyAL1B and StyAL2B, it was tried to enhance the specific oxygenation activity in order to support their biotechnological applicability. The method of error prone PCR was used for that purpose. In order to identify favorable modifications with increased catalytic activity from a high number of mutants, an easy and simple screening test is necessary. Therefore, it is reasonable to use the ability of SMOs to oxidize indole to the blue dye indigo. However, the expression of SMOs as soluble proteins is an important requirement for any activity screening. Attempts to modify the genes styA2B and styA1/styA2B by means of a commercial error prone PCR kit yielded 300 to 1,200 potential mutants. Unfortunately, none of the obtained colonies showed any indole-oxidizing activity and the formation of insoluble inclusion bodies was assumed to be a likely explanation.
In contrast to StyA2B and StyA1, recombinant expression of the artificial fused SMOs StyAL1B und StyAL2B should yield detectable amounts of active proteins. In fact, cultivation of clones expressing both types of proteins showed a blue coloration. Since the coloration of clones from one single solid medium evolved in a non-uniform manner, cultivation
conditions were varied in order to identify factors which promote a more uniform tendency for indole oxidation. Although a high NaCl concentration in the medium was shown to favor indole oxidation, the latter one seems to be influenced by additional physiological factors, hardly to control.
For the artificially fused proteins an error prone PCR was carried out, too. Although the initial step of mutagenic PCR was found to be successful, completing the vector system by a second ll-up PCR reaction failed. Alternative strategies like the usage of alternative DNA polymerases as well as a conventional cloning approach of various genes into a digested expression vector did not lead to detectable clones. The cultivation of identical clones on petri dishes provided no uniform tendency for indole oxidation and thus did not allow the reliable comparison of mutants in respect of their specific SMO activities. Cultivation of mutants in liquid medium should lead to more reproducible conditions and for that purpose a method was successfully established to quantify indigo formation and cell density.:Eidesstattliche Erklärung II
Danksagung III
Zusammenfassung IV
Abstract VI
Abbildungsverzeichnis XI
Tabellenverzeichnis XIII
Abkürzungsverzeichnis XIV
1 Einleitung 1
1.1 Styrol - ein Produkt der Industrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Styrol-Monooxygenasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.1 Abbauwege von Styrol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.2 Struktur, Vorkommen und Eigenschaften klassischer Zweikomponenten
Styrol-Monooxygenasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.3 Das neuartige Styrol-Monooxygenase-System StyA1/StyA2B aus
Rhodococcus opacus 1CP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.4 Künstlich verlinkte SMO aus Pseudomonas uorescens ST . . . . . 7
1.2.5 Biotechnologischer Einsatz von Styrol-Monooxygenasen . . . . . . . 8
1.3 Strategien des Protein-Engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.1 Arbeitsmethoden zur Veränderung von DNA . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.2 Error prone PCR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4 Arbeitsziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2 Material und Methoden 13
2.1 Bakterienstämme und Plasmide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 Kultivierungsmedien und -bedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.1 Kultivierungsmedien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.2 Kultivierungstemperaturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3 Polymerase-Kettenreaktion (PCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.1 Primer und Primerdesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.2 Standard-PCR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4 Fehlerbehaftete Polymerase-Kettenreaktion (epPCR) . . . . . . . . . . . . 17
2.4.1 Synthese der mutagenen Megaprimer . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.4.2 EZClone Reaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4.3 Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4.4 Modi zierung des Protokolls des EZClone Reaktion Schrittes . . . . 20
2.5 Aufreinigung von PCR-Produkten aus der Lösung . . . . . . . . . . . . . . 20
2.6 TAE-Agarose-Gelelektrophorese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.7 DNA-Extraktion aus Agarosegelen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.8 Bestimmung der DNA-Konzentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.9 Restriktionsverdau von DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.10 Ligation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.11 Herstellung von kompetenten Zellen (E.coli DH5ff, E. coli BL21) . . . . . 23
2.11.1 Chemisch kompetente Zellen nach der CaCl2-Methode (42) . . . . . 23
2.11.2 TOP10 chemischkompetente Zellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.12 Transformation nach der Hitzeschock-Methode (19) . . . . . . . . . . . . . 24
2.13 Plasmidpräparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.14 Bestimmung der Indigobildung durch Klone mit mutmaÿlicher SMO-Aktivität 24
2.14.1 Abschätzung der Indigobildung durch Augenschein . . . . . . . . . 25
2.14.2 Quanti zierung der Indigobildung mittels UV/Vis-Spektrophotometrie 25
2.14.3 Quanti zierung der Indigobildung aus Flüssigkulturen . . . . . . . . 26
3 Ergebnisse 27
3.1 Versuche der error prone PCR von StyA2B aus Rhodococcus opacus 1CP . 27
3.1.1 Isolation von Templat-DNA und Durchführung der error prone PCR 28
3.1.2 Screening von Transformanden auf Fähigkeit zur Indol-Oxidation . 29
3.1.3 Herstellung und Aktivitätsscreening von E. coli DH5ff pET_StyA2B 30
3.2 Versuche der error prone PCR von styA1/styA2B aus Rhodococcus opacus
1CP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2.1 Durchführung der error prone PCR und Aktivitätsscreening von
StyA1/StyA2B in pBluescript KS(+) . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.2 Durchführung des Aktivitätsscreening von StyA1/StyA2B in pET16bP 32
3.3 Fusionsproteine StyAL1B und StyAL2B aus Pseudomonas uorescens ST . 33
3.3.1 Optimierung der Zusammensetzung des LB-Mediums für das Aktivitätsscreenings
von pET_StyAL2B in E. coli BL21 nach einer Transformation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.3.2 Ein uss der Belüftung auf die Neigung von E. coli BL21 (pET_StyAL2B)
Kolonien zur Oxidation von Indol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.3.3 Bestimmung der Indigobildung mittels UV/Vis-Spektroskopie . . . 40
3.3.4 Zeitliche Entwicklung der Indigokonzentration einer Flüssigkultur
von E. coli BL21 (pET_StyAL2B) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3.5 Error prone PCR von pET_StyAL2B mit Gene Morph II EZ Clone
Kit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.3.6 Error prone PCR nach der klassischen Methode mit pET_StyAL1B
und pET_StyAL2B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4 Diskussion der Ergebnisse 49
4.1 Die error prone PCR als attraktive Methodik zur Optimierung von Styrol-
Monooxygenasen hinsichtlich katalytischer Eigenschaften . . . . . . . . . . 49
4.2 Der Aktivitätsnachweis als mutmaÿlich limitierender Schritt in der Modi-
zierung von StyA2B und StyA1/StyA2B mit Hilfe der error prone PCR . 51
4.3 Die künstlich fusionierten Styrol-Monooxygenasen StyAL2B und StyAL1B
erlauben ein Aktivitätsscreening auf Platte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.4 Die Entwicklung einer Methodik zur Quanti zierung der spezi schen Indigobildung
eines Expressionsklons der Styrol-Monooxygenase StyAL2B . . . 58
4.5 Fehleranalyse zur error prone PCR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.5.1 Fehler in der klassischen error prone PCR für pET_StyAL1B und
pET_StyAL2B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Literaturverzeichnis 65
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Styrol; Mikrobieller Abbau; Rhodococcus opacus; Polymerase-Kettenreaktion
E. coli, Styrol-Monooxygenase, Monooxygenase, Error Prone PCR, PCR, Pseudomonas fluorescens ST, Rhodococcus opacus 1CP, Styrol, Styroloxid, Fusionsprotein
E. coli, Styrene monooxygenases, monooxygenase, Error Prone PCR, PCR, Pseudomonas fluorescens ST, Rhodococcus opacus 1CP, styrene, styrene oxide, fusion proteins
Born, Ariane
Schlömann, Michael
Kaschabek, Stefan
Tischler, Dirk
Heilmeier, Hermann
TU Bergakademie Freiberg
2011-11-18
2011-06-10
2011-07-01
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:masterThesis
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2021-03-29T10:41:34Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Feldhecken und deren Einfluss auf Hochwasser und Naturschutz unter Berücksichtigung von agrarökonomischen Belangen im Naturraum Erzgebirge
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-81954
ger
Ziel der Arbeit war die Beurteilung der räumlichen Verteilung und Struktur von Feldhecken hinsichtlich ihrer Wirkung für Hochwasser- und Naturschutz, sowie die Analyse von agrarökonomischen Faktoren, welche die Anlage von Hecken fördern beziehungsweise behindern. Folgende Fragen standen bei den Untersuchungen im Mittelpunkt: Wie muss eine Hecke sowohl aus naturschutzfachlicher als auch hydrologischer Sicht aufgebaut sein, um eine optimale Wirkung zu erzielen, und wie müssen die Rahmenbedingungen für Landwirte aussehen, damit Heckenstrukturen nicht nur erhalten, sondern auch neu angelegt werden können? Um diese komplexen Fragen zu beantworten, wurden verschiedene methodische Ansätze zur Analyse ökologischer, hydrologischer und entscheidungsbildender Prozesse gewählt. Um die Ergebnisse der verschiedenen Skalenarten (ordinal / kardinal) zu vergleichen und dabei aus verschiedenen Optionen eine für alle Ziele optimale Vorzugsvariante zu ermitteln, wurde am Ende eine Nutzwertanalyse durchgeführt.
There were two main purposes of the study; the evaluation of the spatial distribution and structural patterns of hedgerows in regard to their impact on flood prevention and nature conservation, and the investigation of factors facilitating or constraining the establishment of hedgerows. On the basis of this assessment, knowledge based recommendations were developed for the facilitation of hedgerows in agricultural landscapes in mountainous areas such as the Erzgebirge. The following questions were the main focus of the investigation: how should a hedgerow be composed to obtain the optimal effect from the nature conservation as well as the flood prevention point of view, and how should the general requirements for farmers be constructed so that hedgerows are not only maintained but also newly established. To answer these complex questions different methodologies were applied for analysing ecological, hydrological and decision-forming processes. In order to compare the results and hedgerow alternatives to determine the optimal choice, a value-benefit analysis was performed.
Hecken, Hochwasserschutz, Naturschutz, hydrologische Modellierung, WaSiM-ETH, Landnutzung, Nutzwertanalyse, Erzgebirge
hedge rows, flood prevention, nature protection, hydrological modelling, WaSiM-ETH, land use, value-benefit analysis, Erzgebirge
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Erzgebirge; Hecke; Hochwasserschutz; Naturschutz; Nutzwertanalyse
Bianchin, Sylvi
Heilmeier, Hermann
Matschullat, Jörg
Dunger, Volkmar
TU Bergakademie Freiberg
2011-09-20
2011-12-09
2012-01-24
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doc-type:doctoralThesis
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doc-type:Text
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2021-03-29T10:41:35Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
U(VI) bioaccumulation by Paenibacillus sp. JG-TB8 and
Sulfolobus acidocaldarius: U(VI) bioaccumulation by Paenibacillus sp. JG-TB8 and Sulfolobus acidocaldarius: Au(0) nanoclusters formation on the S-layer of S. acidocaldarius
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-83242
eng
In this thesis, the interactions of U(VI) with one representative each of the domains Bacteria (Paenibacillus sp. JG TB8) and Archaea (Sulfolobus acidocaldarius) are compared. We demonstrate that at highly acidic conditions (pH ≤ 3), U(VI) is bound to cells of the both strains exclusively via organic phosphate groups. In contrast to this, the U(VI) complexation modes differ between the studied strains at moderate acidic conditions. These differences are assigned to the different cell wall structures of both strains as well as to their different physiological characteristics. We also demonstrate that the aeration conditions can strongly influence the uranium accumulation of facultative anaerobic microorganisms at moderate acidic pH conditions. This finding could clearly be assigned to the dependency of the intrinsic phosphatase activity on the aeration conditions.
The second part of this thesis deals with the outermost surface layer (SlaA-layer) of S. acidocaldarius. It was shown that this surface protein is not involved in the U(VI) complexation at highly acidic conditions, covering the physiological pH optimum of S. acidocaldarius. Hence the SlaA layer does not provide a protective function against U(VI) to the cells of this acidophilic archaeon. However, we demonstrated that purified SlaA-layer ghosts (i.e. empty cell sacculi) efficiently interact with gold ions and are a good macromolecular template for the formation of magnetic gold nanoparticles.
In dieser Doktorarbeit werden die Wechselwirkungen von U(VI) mit je einem Vertreter der Bakterien (Paenibacillus sp. JG TB8) und Archeen (Sulfolobus acidocaldarius) verglichen. Wir konnten zeigen, dass U(VI) im sehr sauren Milieu (pH ≤ 3) ausschließlich durch organische Phosphatgruppen an die Zellen beider Stämme gebunden ist. Im Gegensatz dazu unterscheiden sich die Mechanismen der U(VI)-Komplexierung beider untersuchter Stämme bei mäßig sauren Bedingungen voneinander. Diese Unterschiede basieren auf den unterschiedlichen Zellwandstrukturen und physiologischen Eigenschaften beider Stämme. Wir konnten außerdem zeigen, dass die atmosphärischen Bedingungen die Urankomplexierung durch fakultativ anaerobe Mikroorganismen bei mäßig sauren Bedingungen stark beeinflussen kann. Dieses Ergebnis konnte eindeutig auf die von den atmosphärischen Bedingungen-abhängige, enzymatische Aktivität der zelleigenen Phosphatase zurückgeführt werden.
Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der äußeren Oberflächenschicht (SlaA-layer) von S. acidocaldarius. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Oberflächenprotein nicht an der U(VI)-Komplexierung bei stark sauren pH, welcher dem physiologischen pH Optimum von S. acidocaldarius entspricht, beteiligt ist. Damit stellt der SlaA-layer keinen Schutz gegen Uran für die Zellen dieses azidothermophilen Archaeons dar. Allerdings konnten wir zeigen, dass isolierte „SlaA-layer ghosts“ (d.h. leere Zellhüllen) mit Goldionen interagieren und sich daher als makromolekulares Template für die Herstellung magnetischer Gold Nanopartikel eignen.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Uran; Sulfolobus acidocaldarius; Komplexbildungsreaktion; Mikroorganismus
Uran, Sulfolobus, Wechselwirkungen, Mikroorganismen, S-layer, Paenibacillus, Biomineralisierung, Biosorption, Gold Nanocluster
Uranium, Sulfolobus, Interactions, Microorganisms, S-layer, Paenibacillus, Biomineralization, Biosorption, Gold nanocluster
Reitz, Thomas
Selenska-Pobell, Sonja
Schlömann, Michael
Bernhard, Gert
TU Bergakademie Freiberg
2012-02-01
2011-04-29
2011-12-13
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T10:41:50Z
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open_access
ddc:570
openaire
Vergleichende kalorimetrische Untersuchungen zur Ermittlung der mikrobiellen Aktivitäten von Pseudomonas putida
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-89885
ger
In der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen zur mikrobiellen Aktivität von Pseudomonas putida DSM12735 durchgeführt. Als Messgröße diente die mikrobielle Wärmeleistung, basierend auf dem Stoffumsatz durch die Mikroorganismen. Ziel war es, die Vor- und Nachteile der verwendeten Kalorimeter herauszuarbeiten. Dafür wurden klassische Batch-Wachstumskurven aufgenommen.
Ein weiteres Ziel bestand darin, eine Methode zur schnellen kalorimetrischen Detektion der mikrobiellen Aktivität insbesondere für die stationäre Phase zu entwickeln. In dieser Phase findet kein signifikanter Stoffumsatz statt. Durch das gezielte Auslösen einer zweiten Wachstumsphase und damit einem Stoffumsatz wird die mikrobielle Aktivität kalorimetrisch wieder messbar.
Eingesetzt wurden folgende Kalorimeter: der Thermal Activity Monitor 2277 (TAM) mit den Kalorimetern Micro Reaction System 2250-4 ml und 2250-20 ml (kurz: TAM-4ml, TAM-20ml), das IC-Chip-Kalorimeter FCC22 (Institut für Physikalische Chemie, TU Freiberg) und das Kalorimeter Micro-DSC II (MDSC).
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Pseudomonas putida; Kalorimetrie; Biologische Aktivität
Kalorimetrie, Mikrobielle Aktivität, Pseudomonas putida
Calorimetry, Microbial Activity, Pseudomonas putida
Lißner, Andreas
Mertens, Florian
Büchs, Jochen
TU Bergakademie Freiberg
2012-07-04
2011-05-06
2011-12-16
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2021-03-29T10:42:30Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
doc-type:Text
open_access
ddc:570
openaire
Phytotoxicity of triclosan in systems of different biological complexity: causal analysis of sensitivity differences of microalgae
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-120316
eng
Triclosan (TCS) is a personal care product with many fields of application and is of public interest for several years now. Monitoring studies showed that TCS is a ubiquitous chemical in the aquatic environment. Aquatic organisms are exposed to TCS in a broad range of concentrations, from ng L-1 up to lower μg L-1. TCS has a bactericidal effect for various types of gram-positive and gram negative bacteria. TCS targets a specific bacterial fatty acid biosynthetic enzyme, enoyl-[acyl-carrier protein] reductase (Schweizer, 2001). Therefore the terminal reaction in the fatty acid elongation cycle is inhibited (Levy et al., 1999). Although effects on non-target organisms are reported, the Mode of Action (MoA) of TCS is not well examined for those organisms.
The aim of this PhD thesis was to investigate effects of TCS on non-target autotrophic organisms at different levels of biological complexity in the aquatic environment. In this thesis microalgae have been found to be very sensitive to TCS. In some cases even higher sensitivities than in bacteria were observed, which is in accordance with published effect data (Harada et al., 2008; Orvos et al., 2002). Similarly to bacteria, high species sensitivity differences were observed for algae (Franz et al., 2008). In bacteria these sensitivity differences can be ascribed to several resistance mechanisms reported in Schweizer (2001). These findings lead to the question about the reasons for species sensitivity differences in algae. A mesocosm study was performed to detect effects of TCS across levels of biological organization and to investigate the impact of sensitivity differences on complex aquatic communities. For that purpose, structural and functional effects parameters were observed.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Triclosan; Algen; Umwelttoxikologie; Sensitivität
Triclosan, Algen, Ökotoxikologie, Sensitivitätsunterschiede
triclosan, algae, ecotoxicology, sensitivity differences, Mode of Action, Mesocosm
Franz, Stephanie
Schmitt-Jansen, Mechthild
Heilmeier, Hermann
Sabater, Sergi
TU Bergakademie Freiberg
2013-08-23
2013-03-28
2013-07-10
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T10:42:54Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
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ddc:570
openaire
Reaktive Toxizität in vitro: Bioassay-Analyse organischer Elektrophile und Proelektrophile mit den Ciliaten Tetrahymena pyriformis
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-132574
ger
Es wird eine Bioassay-Analyse von 168 Testsubstanzen gegenüber Tetrahymena pyriformis beschrieben. Mithilfe dieses In-vitro-Ansatzes konnte eine erste prognostische Aussage über die toxische Wirkung unbekannter Stoffe getroffen werden. Aus den Konzentrations-Wirkungs-Beziehungen erfolgte eine Bestimmung der Toxizitätserhöhung gegenüber der Narkoselevel-Toxizität. Dadurch war eine mechanistische Interpretation der Wirkstärke der Fremdstoffe möglich. Die Wirkung der Fremdstoffe basiert auf direkten toxikologisch relevanten Reaktionsmechanismen mit nukleophilen Biomolekülen oder nach entsprechender enzymatischer Aktivierung und ermöglichte die Aufstellung von Strukturalarmen. Aus jeder Stoffklasse waren Vertreter direkt oder nach enzymatischer Biotransformation erhöht toxisch. Somit ist mithilfe der Ciliaten eine Vorhersage der direkten reaktiven Toxizität möglich. Zudem enthält es für eine metabolische Aktivierung bedeutsame Enzymsysteme. Damit ist es für eine prognostische Vorhersage der Toxizität unbekannter Stoffe anwendbar.
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Bioassay; Tetrahymena pyriformis; In-vitro-Kultur; Wimpertierchen; Toxizität
Tetrahymena pyriformis GL, log Te, Elektrophile
Tetrahymena pyriformis GL, log Te, elektrophiles
Laqua, Anja
Schüürmann, Gerrit
Braunbeck, Thomas
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2014-02-07
2013-09-19
2013-12-19
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doc-type:doctoralThesis
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2021-03-29T10:44:44Z
qucosa:tubaf
doc-type:doctoralThesis
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ddc:570
openaire
Genomic and transcriptomic characterization of novel iron oxidizing bacteria of the genus “Ferrovum“
urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-205981
eng
Acidophilic iron oxidizing bacteria of the betaproteobacterial genus “Ferrovum” are ubiquitously distributed in acid mine drainage (AMD) habitats worldwide. Since their isolation and maintenance in the laboratory has proved to be extremely difficult, members of this genus are not accessible to a “classical” microbiological characterization with exception of the designated type strain “Ferrovum myxofaciens” P3G.
The present study reports the characterization of “Ferrovum” strains at genome and transcriptome level. “Ferrovum” sp. JA12, “Ferrovum” sp. PN-J185 and “F. myxofaciens” Z-31 represent the iron oxidizers of the mixed cultures JA12, PN-J185 and Z-31. The mixed cultures were derived from the mine water treatment plant Tzschelln close to the lignite mining site in Nochten (Lusatia, Germany). The mixed cultures also contain a heterotrophic strain of the genus Acidiphilium. The genome analysis of Acidiphilium sp. JA12-A1, the heterotrophic contamination of the mixed culture JA12, indicates an interspecies carbon and phosphate transfer between Acidiphilium and “Ferrovum” in the mixed culture, and possibly also in their natural habitat. The comparison of the inferred metabolic potentials of four “Ferrovum” strains and the analysis of their phylogenetic relationships suggest the existence of two subgroups within the genus “Ferrovum” (i.e. the operational taxonomic units OTU-1 and OUT-2) harboring characteristic metabolic profiles. OTU-1 includes the “F. myxofaciens” strains P3G and Z-31, which are predicted to be motile and diazotrophic, and to have a higher acid tolerance than OTU-2. The latter includes two closely related proposed species represented by the strains JA12 and PN-J185, which appear to lack the abilities of motility, chemotaxis and molecular nitrogen fixation. Instead, both OTU-2 strains harbor the potential to use urea as alternative nitrogen source to ammonium, and even nitrate in case of the JA12-like species. The analysis of the genome architectures of the four “Ferrovum” strains suggests that horizontal gene transfer and loss of metabolic genes, accompanied by genome reduction, have contributed to the evolution of the OTUs.
A trial transcriptome study of “Ferrovum” sp. JA12 supports the ferrous iron oxidation model inferred from its genome sequence, and reveals the potential relevance of several hypothetical proteins in ferrous iron oxidation. Although the inferred models in “Ferrovum” spp. share common features with the acidophilic iron oxidizers of the Acidithiobacillia, it appears to be more similar to the neutrophilic iron oxidizers Mariprofundus ferrooxydans (“Zetaproteobacteria”) and Sideroxydans lithotrophicus (Betaproteobacteria). These findings suggest a common origin of ferrous iron oxidation in the Beta- and “Zetaproteobacteria”, while the acidophilic lifestyle of “Ferrovum” spp. may have been acquired later, allowing them to also colonize acid mine drainage habitats.:EIDESSTATTLICHE ERKLÄRUNG ... 2
CONTENT ... 4
SUMMARY ... 9
CHAPTER I ... 11
ORIGIN AND MICROBIOLOGY OF ACID MINE DRAINAGE ... 11
ACIDOPHILIC IRON OXIDIZING BACTERIA OF THE GENUS “FERROVUM” ... 12
APPLICATION OF OMICS-BASED APPROACHES TO CHARACTERIZE ACIDOPHILES ... 14
AIMS OF THE PRESENT WORK ... 15
CHAPTER II ... 17
ABSTRACT ... 18
INTRODUCTION ... 18
METHODS ... 19
GENOME PROJECT HISTORY ... 19
GROWTH CONDITIONS AND GENOMIC DNA PREPARATION ... 20
GENOME SEQUENCING AND ASSEMBLY ... 20
GENOME ANNOTATION ... 21
RESULTS ... 21
CLASSIFICATION AND FEATURES ... 21
GENOME PROPERTIES ... 24
INSIGHTS FROM THE GENOME SEQUENCE ... 24
COMPARATIVE GENOMICS ... 28
CONCLUSIONS ... 30
ACKNOWLEDGMENTS ... 32
AUTHOR CONTRIBUTIONS ... 32
CHAPTER III ... 33
ABSTRACT ... 34
INTRODUCTION ... 34
METHODS ... 36
ORIGIN AND CULTIVATION OF “FERROVUM” STRAIN JA12 ... 36
GENOME SEQUENCING, ASSEMBLY AND ANNOTATION ... 37
VISUALIZATION OF THE NEARLY COMPLETE GENOME ... 38
PHYLOGENETIC ANALYSIS ... 39
PREDICTION OF MOBILE GENETIC ELEMENTS ... 39
NUCLEOTIDE SEQUENCE ACCESSION NUMBER ... 39
RESULTS AND DISCUSSION ... 39
PHYLOGENETIC CLASSIFICATION OF “FERROVUM” STRAIN JA12 ... 39
GENOME PROPERTIES ... 40
NUTRIENT ASSIMILATION AND BIOMASS PRODUCTION ... 44
Carbon dioxide fixation ... 44
Central carbon metabolism ... 45
Nitrogen ... 47
Phosphate ... 49
Sulfate ... 50
ENERGY METABOLISM ... 50
Ferrous iron oxidation ... 50
Other redox reactions connected to the quinol pool ... 54
Predicted formate dehydrogenase ... 55
STRATEGIES TO ADAPT TO ACIDIC ENVIRONMENTS, HIGH METAL LOADS AND OXIDATIVE STRESS ... 55
Acidic environment ... 55
Strategies to cope with high metal and metalloid loads ... 58
Oxidative stress ... 59
HORIZONTAL GENE TRANSFER ... 60
CONCLUSIONS ... 61
ACKNOWLEDGMENTS ... 62
AUTHORS\' CONTRIBUTIONS ... 62
CHAPTER IV ... 63
ABSTRACT ... 64
INTRODUCTION ... 64
METHODS ... 66
ORIGIN AND CULTIVATION OF “FERROVUM” STRAINS PN-J185 AND Z-31 ... 66
GENOME SEQUENCING, ASSEMBLY AND ANNOTATION ... 66
PREDICTION OF MOBILE GENETIC ELEMENTS ... 67
COMPARATIVE GENOMICS ... 68
Phylogenomic analysis ... 68
Assignment of protein-coding genes to the COG classification ... 68
Identification of orthologous proteins ... 68
Comparison and analysis of genome architectures ... 69
RESULTS ... 69
GENERAL GENOME FEATURES AND PHYLOGENETIC RELATIONSHIP OF THE FOUR “FERROVUM” STRAINS ... 69
COMPARISON OF INFERRED METABOLIC TRAITS ... 71
Identification of core genes and flexible genes ... 71
Comparison of the central metabolism ... 74
Central carbon metabolism ... 74
Nitrogen metabolism ... 77
Energy metabolism ... 78
Cell mobility and chemotaxis ... 78
Diversity of predicted stress tolerance mechanisms ... 78
Maintaining the intracellular pH homeostasis ... 78
Coping with high metal loads ... 79
Oxidative stress management ... 79
IDENTIFICATION OF POTENTIAL DRIVING FORCES OF GENOME EVOLUTION ... 80
Prediction of mobile genetic elements ... 81
Linking the differences in the predicted metabolic profiles to the genome architectures ... 82
Gene cluster associated with flagella formation and chemotaxis in “F. myxofaciens” ... 84
Gene clusters associated with the utilization of alternative nitrogen sources ... 86
Gene cluster associated with carboxysome formation in “F. myxofaciens” and OTU-2 strain JA12 ... 87
Putative genomic islands in the OTU-strain JA12 ... 89
CRISPR/Cas in “F. myxofaciens” Z-31: a defense mechanism against foreign DNA ... 91
DISCUSSION ... 92
THE COMPARISON OF THEIR METABOLIC PROFILES INDICATES THE EXISTENCE OF OTU- AND STRAIN-SPECIFIC FEATURES ... 92
GENOME EVOLUTION OF THE “FERROVUM” STRAINS APPEARS TO BE DRIVEN BY HORIZONTAL GENE TRANSFER AND GENOME REDUCTION ... 94
Horizontal gene transfer ... 94
Mechanisms of genome reduction ... 95
CONCLUDING REMARKS ... 98
ACKNOWLEDGMENTS ... 98
AUTHOR CONTRIBUTIONS ... 98
CHAPTER V ... 99
ABSTRACT ... 100
INTRODUCTION ... 100
METHODS ... 102
CULTIVATION OF THE “FERROVUM”-CONTAINING MIXED CULTURE JA12 ... 102
Up-scaling of pre-cultures for the transcriptome study ... 103
Experimental setup of the transcriptome study ... 103
Cell harvest from large culture volumes ... 106
EXTRACTION OF TOTAL RNA ... 106
LIBRARY CONSTRUCTION AND SEQUENCING ... 107
DATA ANALYSIS ... 107
Processing of raw data ... 107
Quantification of gene expression levels ... 108
Functional analysis ... 108
RESULTS ... 108
CULTIVATION OF THE MIXED CULTURE JA12 IN THE MULTIPLE BIOREACTOR SYSTEM ... 108
Growth monitoring ... 108
Microbial composition ... 111
RNA SEQUENCING (RNA-SEQ) ... 112
FUNCTIONAL CATEGORIZATION OF EXPRESSED GENES ... 113
Functional assignment of highly expressed genes ... 117
Functional assignment of poorly expressed genes ... 121
COMPARISON OF EXPRESSION LEVELS OF GENES PREDICTED TO BE INVOLVED IN OXIDATIVE STRESS MANAGEMENT ... 122
DISCUSSION ... 124
METABOLIC PATHWAYS RELEVANT UNDER CULTURE CONDITIONS MIMICKING THE NATURAL CONDITIONS IN THE MINE WATER TREATMENT PLANT ... 125
Novel insights into the energy metabolism of “Ferrovum” sp. JA12 ... 125
Insights from poorly expressed genes ... 126
VARIATION OF GENE EXPRESSION PATTERNS UNDER THE DIFFERENT CONDITIONS ... 128
EVALUATION OF THE EXPERIMENTAL SET-UP INVOLVING THE MULTIPLE BIOREACTOR SYSTEM ... 129
CONCLUDING REMARKS: SIGNIFICANCE OF THE PRESENT TRANSCRIPTOME STUDY ... 130
ACKNOWLEDGMENTS ... 131
AUTHOR CONTRIBUTIONS ... 131
CHAPTER VI ... 133
ABSTRACT ... 133
EXTENDED INSIGHTS INTO THE FERROUS IRON OXIDATION IN BETAPROTEOBACTERIA ... 133
MECHANISMS OF PHYLOGENETIC AND METABOLIC DIVERSIFICATION WITHIN THE GENUS “FERROVUM” ... 136
INFERRED ROLES OF “FERROVUM” SPP. IN THE MICROBIAL NETWORK OF THE MINE WATER TREATMENT PLANT ... 138
PERSPECTIVES ... 143
REFERENCES ... 145
SUPPLEMENTARY MATERIAL ... 170
DATA DVD ... 170
SUPPLEMENTARY MATERIAL FOR CHAPTER III ... 171
NUCLEOTIDE ACCESSION NUMBERS ... 171
PHYLOGENETIC ANALYSIS ... 171
GENOME PROPERTIES ... 173
NUTRIENT ASSIMILATION ... 174
Carbon metabolism ... 174
FERROUS IRON OXIDATION ... 176
HORIZONTAL GENE TRANSFER ... 179
SUPPLEMENTARY MATERIAL FOR CHAPTER IV ... 180
PHYLOGENETIC ANALYSIS ... 180
ASSIGNMENT OF PROTEIN-CODING GENES TO THE COG CLASSIFICATION ... 180
COMPARISON OF THE CENTRAL METABOLISM ... 181
Predicted metabolic potential of the four “Ferrovum” strains ... 181
Genes predicted to be involved in the central metabolism, energy metabolism, cell motility and stress management in the four “Ferrovum” strains ... 183
PREDICTED MOBILE GENETIC ELEMENTS IN THE GENOMES OF THE FOUR “FERROVUM” STRAINS ... 184
THE FLAGELLA AND CHEMOTAXIS GENE CLUSTER ... 184
THE UREASE GENE CLUSTER ... 185
THE CARBOXYSOME GENE CLUSTER ... 186
PUTATIVE GENOMIC ISLANDS IN “FERROVUM” SP. JA12 ... 187
Gene content of the genomic islands ... 187
Flanking sites of the putative genomic islands 1 and 2 ... 188
SUPPLEMENTARY MATERIAL FOR CHAPTER V ... 189
ORGANIZATION AND OPERATION OF THE LABFORS 5 MULTIPLE BIOREACTOR SYSTEM ... 189
INVESTIGATION OF THE MICROBIAL COMPOSITION IN THE IRON OXIDIZING MIXED CULTURE JA12 ... 192
SUPPLEMENTARY DATA OF THE TRANSCRIPTOME DATA ANALYSIS ... 193
RNA-Seq statistics ... 193
Expression strength of protein-coding genes ... 194
Expression of genes involved in carboxysome formation ... 197
Expression of a ribosomal proteins-encoding gene cluster ... 199
Expression of a gene cluster presumably involved in ferrous iron oxidation ... 202
Lowest expressed genes ... 205
Expression of genes predicted to be involved in oxidative stress response ... 206
ACKNOWLEDGMENTS ... 208
COLLEAGUES ... 208
ERFOLGSTEAM “JUNGE FRAUEN AN DIE SPITZE” (“YOUNG WOMEN TO THE TOP“) ... 208
FAMILY AND FRIENDS ... 209
FUNDING ... 209
CURRICULUM VITAE ... 210
LIST OF PUBLICATIONS ... 212
RESEARCH ARTICLES ... 212
CONFERENCE PROCEEDINGS ... 212
ORAL PRESENTATIONS AND POSTERS ... 213
info:eu-repo/classification/ddc/570
ddc:570
Eisenbakterien; Grubenwasser; Transkriptomanalyse; Genanalyse
Säure-liebende Eisenoxidierer, saure Grubenwässer, Genomanalyse, vergleichende Genomanalyse, “Ferrovum“, Geobiotechnologie, Transkriptomanalyse, Genomsequenzierung
acidophilic iron oxidizers, acid mine drainage, geobiotechnology, genomics, transcriptomics, genome analysis, comparative genome analysis, genome evolution, horizontal gene transfer, metabolism, comparative genomics, genome architecture
Ullrich, Sophie
Schlömann, Michael
Küsel, Kirsten
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2016-06-30
2016-02-29
2016-05-30
info:eu-repo/semantics/openAccess
doc-type:doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
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2021-03-29T10:44:59Z
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