Die Geschichte Potsdams begann im 8. Jh. mit der Gründung einer großen Siedlung an der Havel im Bereich der östlichen Altstadt. Die Ersterwähnung eines Ortes Poztupimi in einer Urkunde des Jahres 993 bezog sich auf den slawischen Burgwall, der sich zu dieser Zeit auf einer künstlichen Insel an Stelle der späteren Heiligengeistkirche befunden hatte. Bis in das 14. Jh. hinein sind keine weiteren Nennungen des Ortsnamens und keine quellenkundlich fixierten Ereignisse überliefert. Aus diesem Grund muss die Erforschung des Gründungsvorganges der Stadt durch deutsche Siedler in der zweiten Hälfte des 12. Jh. schwerpunktmäßig auf den archäologische Befunden basieren. Seit den fünfziger Jahren des 20. Jh. hatte es ernst zu nehmende Versuche gegeben, eine Stadtkernarchäologie in Potsdam zu begründen. Richard Hoffmann, Mitarbeiter des Potsdam Museums, versuchte, in und unter den Fundamenten des kriegszerstörten Stadtschlosses die Reste einer mittelalterlichen Burg zu finden. 1960 wurden die Ruinen des Schlosses abgetragen. Erst nach 1990 nahm man die Neugestaltung des Grundstücks konsequent in Angriff. Als eine Folges des Beschlusses, dort ein Landtagsgebäude in Gestalt des Potsdamer Stadtschlosses zu errichten, erfolgte die archäologische Ausgrabung großer Teile des historischen Stadtkerns. Die Untersuchungsflächen von 1997 bis 2016 beinhalteten den vollständigen Grundriss des Stadtschlosses, eineinhalb mittelalterliche Stadtquartiere mit Resten der bürgerlichen Bebauung, einige Straßenzüge, sowie mehr als 150 m des Havelufers mit angrenzenden Grundstücken, Uferbefestigungen und versunkenen Bootsfragmenten. Diese Untersuchung hat zum Ziel, die archäologischen Befunde des 12. bis 15. Jh. dieser Untersuchungsfläche vorzulegen, um auf dieser Grundlage Entwicklung und Struktur der mittelalterlichen Siedlung nachzuvollziehen. Durch zahlreiche dendrochronologisch datierte Hölzer aus mittelalterlichen Brunnen, Kellern und Uferbefestigungen gelang es, ein chronologisches Gerüst zusammenzufügen, das unverzichtbar war bei der Datierung des Gründungsvorganges und anderer wichtiger Ereignisse der Potsdamer Stadtgeschichte. Siedler aus den westlichen Teilen des Heiligen Römischen Reiches erreichten die Gegend um Poztupimi um 1180. Dort beanspruchten sie das Gelände westlich der slawischen Siedlung. Einige Gruben und ein kleiner Fassbrunnen konnten den ersten Neusiedlern zugeordnet werden. Der systematische Aufbau der Stadt erfolgte um 1200 mit der Absteckung rechteckiger Grundstücke für die zukünftigen Bürger. Die archäologische Untersuchung zeigte, das es je Parzelle einen Holzkeller und einen hölzernen Brunnen gegeben hatte. Fast von Beginn an war das Töpferhandwerk ein großer Faktor in der städtischen Wirtschaft. Zahlreiche Töpferöfen in der Stadt und am Stadtrand zeugten davon. Um 1265 legte ein erster Brand die Stadt komplett nieder. Den Bürgen gelang der schnelle Wiederaufbau des Städtchens Postamp, wie sie es in Adaption des slawischen Ortsnamens bezeichneten. Vom ausgehenden 13. Jh. bis um das Jahr 1370 herum erlangte die Stadt einen Zustand von moderatem Wohlstand. Mehr als 30 Kellerräume aus dieser Zeit führten den Variantenreichtum der Bauweisen vor Augen – erste Räume wurden mit Feldsteinen und aus Lehm gestaltet. Ein weiterer Stadtbrand zerstörte um das Jahr 1370 erneut die ganze Stadt. Potsdam benötigte anscheinend dieses Mal eine längere Zeit, um sich von den Verlusten zu erholen. Töpfer- und Backöfen, die vorher auf zahlreichen Grundstücken in der Stadt zu finden waren, verschwanden nach dem Brand komplett aus dem Stadtbild. Der Neubau von Kellerräumen nahm sehr stark ab. Um die Mitte des 15. Jh. traf Potsdam ein dritter Stadtbrand. Obwohl sich diese Untersuchung auf die Befunde der zusammenhängenden Ausgrabungsfläche im Stadtzentrum fokussierte, wurden auch relevante Befunde von anderen, weiter außerhalb liegenden Grabungsstellen einbezogen, um das mittelalterliche Erscheinungsbild der Stadt umfangreicher darstellen zu können. Die Stadtbefestigung, die Stadtpfarrkirche, Rathaus und Marktplatz, auch diese wichtigen Komponenten städtischer Funktionalität waren Gegenstand der Untersuchung. Es erschien zwingend notwendig, sich erneut mit dem Standort der mittelalterlichen Burg auseinanderzusetzen, wenn man sich in dieser Ausführlichkeit der Gründungszeit Potsdams widmet. Bei der Freilegung der Fundamente der Burg Kurfürst Joachims I. aus dem frühen 16. Jh. konnte von archäologischer Seite endlich nachgewiesen warden, dass in dem Bauensemble kein mittelalterlicher Kernbau verborgen war. Rezente mediävistische Forschungen nehmen die Existenz der mittelalterlichen Burg am westlichen Stadtrand an. Da jedoch keine archäologischen Befunde zur Untermauerung dieser These vorliegen, wurde hier die Position bevorzugt, dass sich die mittelalterliche Burg an der Stelle des slawischen Burgwalls befunden hatte. Zahlreiche Hinweise historischer und archäologischer Art deuten auf die Existenz eines großen mittelalterlichen Gebäudes als Vorläufer der Heiligengeistkirche. Die Ausübung von Konrolle über die Havel und die Überwachung eines Flussübergangs nahe der Nuthemündung waren die Aufgaben des Burgwalles Poztupimi gewesen. Mit der Gründung der deutschen Stadt westlich des Standortes war die Lage des Flussübergangs ungünstig. Der Wunsch, einen neuen Havelübergang in der Stadt anzulegen, erfüllte sich im frühen 14. Jh. mit der Erlaubnis zum Brückenbau. Eine Turmhügelburg wurde neu errichtet, um die Brücke sichern zu können, da die Burg zur Ausübung dieser Funktion zu weit abseits gelegen war. Die Turmhügelburg bestand aus einem hölzernen Turm auf einem künstlich angefüllten Hügel. Befestigt war sie durch eine Palisade und einen rechteckigen wasserführenden Graben. Sie wurde im 15. Jh. durch den dritten Stadtbrand zerstört und nicht wiedererrichtet. Nachdem Kurfürst Joachim I. die Burg Potsdam und seine angegliederten Liegenschaften aus der Verpfändung ausgelöst hatte, entschloss er sich um 1510 dann auf dem wüst gefallenen Gelände der Turmhügelburg eine neue Burg zu errichten. Potsdam soll auf Grundlage dieser Untersuchung als Beispiel genommen werden, um das Vorgehen bei der Stadtgründung während des hochmittelalterlichen Landesausbaus der ostelbischen Gebiete nachzuvollziehen. Die archäologische Forschung konzentrierte sich bislang auf die Entwicklung des ländlichen Raumes in dieser Umbruchphase, da zahlreiche, archäologisch gut erschlossene Beispiele zur Auswertung vorliegen. Während der letzten 30 Jahren vergrößerte sich die Anzahl der archäologischen Dokumentationsmaßnahmen in den brandenburgischen Städten enorm, sodass viel Quellenmaterial zur Verfügung steht, um in Zukunft die Gründungsvorgänge weiterer Städte der Mark Brandenburg analysieren zu können.

Experimental studies have reported that nutrition plays a crucial role in regulating reproductive hormones and follicular development in cattle. In lactating cows, a negative energy balance at the onset of milk production after calving has been as- sociated with similar problems. Here, elongated periods of anovulation have been observed resulting from an attenuation of the pulse frequency of the luteinizing hormone caused by lower concentrations of blood glucose and insulin. In this thesis, differential equation models are used to simulate the glucose-insulin dynamics and the bovine estrous cycle. Combined, these models describe how the amount and the composition of food, in particular its glucose content, affect the reproductive hormones and the follicular development. Simulation results for different nutritional regimes in lactating and non-lactating dairy cows are examined and compared with experimental studies. For example, we study acute and chronic dietary restrictions; this is done for non-lactating cows. For lactating cows, which postpartum suffer from energetic deficiencies, we vary the amount of food and its glucose content. The resulting versions of the estrous cycle differ distinctly depend- ing on the nutritional glucose and the body weight. The computations show that an improved food management that reduces incidences of metabolic disorder can increase the fertility of dairy cows. Regarding the applicability of the resulting mathematical model, we simulate the effect of one single dose of dexamethasone on the physiological behaviour of the system, especially glucose metabolism. This is realized by linking the mathematical model to a pharmacokinetic model which describes the fate of dexamethasone in the system. Another application is the use of the mathematical model in designing experiments. In particular, we make use of the model, together with Bayesian in- ference and information theory to select the optimal design. The latter is expected to inform us about when to measure, i.e. select the optimal sampling times of measurement, and what to measure, i.e. specify observed species. These information allow us to reduce the uncertainty in the model parameters for non-lactating cows and the uncertainty in predicting the ovulation time during postpartum for lactating cows. In summary, this work represents an important step towards the development of nutritional strategies and treatment options in silico and thus contributes to the reduction of animal testing.

Grünem und schwarzem Tee werden zahlreiche gesundheitsfördernde Wirkungen auf das Herz-Kreislauf-System zugeschrieben. Insbesondere wird der Schutz vor Arteriosklerose, Bluthochdruck und die positive Wirkung auf die Gefäßfunktion diskutiert. Darüber hinaus wurden auch antioxidative Effekte der Teepolyphenole beschrieben. In vitro wurden aber auch prooxidative Effekte von Teepolyphenolen beobachtet. Diese können selbst oxidiert werden und dadurch reaktive Sauerstoffspezies (ROS) wie Wasserstoffperoxid (H2O2) und Hyperoxidanionen (O2.-) bilden. Einige Arbeitsgruppen gehen von einer Autooxidation mit Bildung von Dimeren/Chinonen der Teepolyphenole aus, was bislang nur in vitro gezeigt werden konnte. In diesem Zusammenhang ist bislang nur teilweise verstanden, wie die beschriebenen vasodilatorischen Effekte der Polyphenole vermittelt werden. Es ist unklar, ob rezeptorvermittelte Signalwege involviert sind oder ob Autooxidation mit Bildung von ROS eine Rolle spielt. Bisher ist bekannt, dass Epigallocatechin-3-gallat (EGCG) in den Endothelzellen über Proteinkinasen die endotheliale Stickstoffmonoxid-Synthase (eNOS) durch Phosphorylierungen aktiviert und dadurch zu steigender Stickstoffmonoxid (NO.)- Produktion und nachfolgender Vasodilatation führt. Als involvierte Proteinkinasen konnten die Phosphatidylinositol-3-OH-Kinase (PI3-Kinase), cAMP-abhängige Proteinkinase (PKA) und Proteinkinase B (AKT) identifiziert werden. Es wird diskutiert, ob die NO-vermittelte Relaxation der Gefäße eine redoxempfindliche Reaktion ist, die die Anwesenheit von H2O2 und O2.- benötigt. Diese könnten als frühes Signal die PI3-Kinase/AKT-abhängige eNOS-Phosphorylierung auslösen. In der vorliegenden Arbeit sollte eine mögliche Autooxidation unter Bildung von ROS als übergeordneten Auslöser des PI3/AKT-Kinase-Signalweges untersucht werden. Studienergebnisse zur Autooxidation von EGCG wurden in der vorliegenden Arbeit auf grünen und schwarzen Tee, sowie Theaflavin-3,3´-digallat (TF3) als Bestandteil des schwarzen Tees, erweitert und somit auf verschiedene Teepolyphenole übertragen. Die Untersuchungen erfolgten in mehreren Schritten, um die Ergebnisse mit verschiedenen Methoden zu verifizieren. Basis aller Untersuchungen bildete das Aortenringmodell aus der Ratte, welches als ex vivo Versuchsmodell die in vivo Situation im Blutgefäß nachstellt. Um die Beteiligung der ROS H2O2 und O2.- an der Vasodilatation durch Teepolyphenole zu untersuchen, wurde zu Beginn eines jeden Experimentes als Einmalgabe Superoxiddismutase (SOD, 500 U/ml), Katalase (200 U/ml) oder Mangan(III)tetrakis(1-methyl-)porphyrin (MnTMPyP, 10 μM) dem Organbad zugegeben. Mitgeführt wurden Kontrollringe, die nur mit Wasser behandelt wurden. Zur Messung der Vasodilatation erfolgte alle 30 Minuten die Gabe von EGCG (0,1 - 10 μM), TF3 (0,02 - 2 μM), sowie grünem oder schwarzem Tee (5 -50 μl, was bei 50 μl ca. 5 μM EGCG bzw. 0,06 μM TF3 entsprach) in die Organbäder. Die Teepolyphenol-induzierte Vasodilatation wurde bei allen Interventionen durch Katalase vollständig verhindert, bei schwarzem Tee durch SOD hingegen signifikant verstärkt. Eine nicht signifikante Verstärkung der Vasodilatation durch SOD war auch bei EGCG, TF3 und grünem Tee zu beobachten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass H2O2 maßgeblich die Vasodilatation auslöst. Die Stabilitätsmessungen von EGCG und TF3 gaben Aufschluss über eine mögliche Autooxidation der Teepolyphenole. EGCG (1 und 10 μM) und TF3 (0,5 und 2 μM) wurden als Einmalgabe dem Organbad zugegeben und nach 1, 15 und 30 Minuten Proben entnommen. Die Messungen von EGCG und TF3 mittels Ultrahochdruckflüssigkeitschromatographie zeigten einen raschen Konzentrationsabfall im zeitlichen Verlauf und unterstützen damit die These der Autooxidation. Dies kann auch für die Teepolyphenole im grünen und schwarzen Tee vermutet werden. Katalase und SOD hatten einen stabilisierenden Effekt auf EGCG und TF3, so dass beide Polyphenole zum Teil in höheren Konzentrationen nachweisbar waren als ohne Antioxidantien. Des Weiteren wurde mit dem Amplex Red Wasserstoffperoxid Test die durch EGCG und TF3, sowie grünen und schwarzen Tee generierte Menge an H2O2 gemessen. EGCG (1 und 10 μM), TF3 (0,5 und 2 μM), sowie grüner und schwarzer Tee (50 μl) wurden als Einmalgabe dem Organbad zugegeben und nach 1, 15 und 30 Minuten Proben entnommen. Bei grünem und schwarzem Tee sowie EGCG und TF3 war nach kurzer Zeit H2O2 nachweisbar, dessen Entstehung nach Vorbehandlung mit Katalase und SOD stark vermindert wurde. Es gibt darüber hinaus auch die Möglichkeit der Beteiligung weiterer ROS an der Vasodilatation. Aus den vorhandenen Ergebnissen kann auf einen extrazellulären Zerfall/Autooxidation der Teepolyphenole unter H2O2-Bildung geschlossen werden. Das extrazellulär gebildete H2O2 kann in die Zellen diffundieren und intrazellulär den PI3/AKT-Signalweg mit nachfolgender Phosphorylierung der eNOS und Vasodilatation auslösen. Die hier vorliegende Arbeit stützt damit die Vermutung, dass Teepolyphenole auch prooxidativ wirken können und trägt zum Verständnis der Mechanismen der Vasodilatation durch Teepolyphenole bei. Aufgrund der widersprüchlichen Ergebnisse bezüglich prooxidativer und antioxidativer Effekte von Teepolyphenolen bedarf es jedoch weiterführender Untersuchungen. Zudem muss der Frage nachgegangen werden, ob andere Inhaltsstoffe oder Metaboliten im grünen und schwarzen Tee die Vasodilatation vermitteln.

The objective of the study “Occurrence and characterization of Clostridioides difficile in small companion animals and their owners” was to assess the significance of Clostridioides (C.) difficile within the community with regard to its possible zoonotic impact. Therefore, 1,447 faecal samples were collected to determine the occurrence of C. difficile in small companion animals (dogs and cats) and their owners in the first large-scale Germany-wide survey. PCR ribotyping, Multilocus VNTR Analysis (MLVA) and PCR detection of toxin genes were used to characterize isolated C. difficile strains. Thereby, the role of animals carrying human pathogenic strains was to be explained unravelling whether animals serve as an infectious source for human C. difficile infections (CDI). Additionally, a database was defined and logistic regression used to identify putative factors associated with faecal shedding of C. difficile in humans and companion animals to further elucidate epidemiological dynamics of CDI. The isolation rates of C. difficile in German dogs, cats and their owners were quite similar and low (between 2.5 and 3.0%). Isolate pairs from humans and animals sharing the same household could not be detected. However, identical RTs were isolated from partner cats in two independent households; this indicates that intra-species transmission or at least acquisition of C. difficile from the same source is possible. Additionally, well known human RTs like RT 010, the hospital-associated lineage RT 014/0, and the highly virulent RTs 027 and 078 also occur in small companion animals suggesting at least a common source of infection. Furthermore, the canine RT 027 isolate is of particular interest since this is the first report on this RT in a dog outside Canada. The analysis of factors associated with C. difficile-positivity showed that already previously defined risk factors for C. difficile colonization or infection in humans also apply in companion animals. Dogs and cats were at a higher risk for faecal shedding of C. difficile when they were middle-aged or older, suffered from inappetence or acute disease, were regularly treated with proton pump inhibitors or had been medicated with antibiotics within the last three months prior study participation. Moreover, the contact to a person with diarrhoea and sharing the household with an animal owner who is chronically sick significantly increased the chances for small companion animals to be affected by C. difficile. Anyhow, the finding that the consumption of dry feedstuffs had a protective effect on dogs or cats with regard to C. difficile-positivity was surprising. Although the source of infection for CDI could not be defined and intake of certain food was not significantly associated within the study population examined here, single variables indicate an impact of interaction between animals and humans on the C. difficile epidemiology. Interestingly, despite the assumption that animals might serve as an infectious source for human CDI, the results presented here may also suggest the opposite. Even though a definite zoonotic link was not found it cannot be excluded either. Therefore, further studies involving human and animal participants are necessary to define possible sources of C. difficile acquisition and to prove its zoonotic character. In conclusion, the results described in this study were suitable to gain more insights into the epidemiology of the community-associated occurrence of C. difficile in small companion animals and their owners.

Caudophagie bei Schweinen stellt ein großes Problem in schweinehaltenden Betrieben dar. Die betroffenen Schweine erleiden durch die Bissverletzungen erhebliche Schmerzen, Leiden und Schäden. Zudem entstehen in den landwirtschaftlichen Betrieben hohe wirtschaftliche Verluste. Als Präventionsmaßnahme gegen die Caudophagie wird seit Jahren ein routinemäßiges Kupieren der Schwänze durchgeführt. Wissenschaftlich wurde belegt, dass das Auslösen der Caudophagie von vielen unterschiedlichen und komplexen Faktoren abhängt, welche aber noch nicht hinreichend erforscht sind. Daher wurden in der vorliegenden Studie zwanzig Schweinemastbetriebe aus NRW anhand von veterinärmedizinischen Datenerhebungen der amtlichen Tierärzte eines Schlachthofs ausgewählt. Unter Berücksichtigung des Auftretens pathologischer Befunde wie Schwanzspitzennekrosen, Beckenabszessen, Schwanzansatzabszessen und Kotelett-Wirbelsäulenabszessen, die als Folge von Caudophagie gewertet wurden, folgte die Unterteilung der Mastbetriebe in Niedrig-Risiko-Betriebe (NRB) und Hoch-Risiko-Betriebe (HRB). Zehn Mastbetriebe, bei denen in den letzten 1,5 Jahren keine Anzeichen von Schwanzbeißen (0 %) am Schlachtband dokumentiert wurden, wurden als NRB eingestuft. Weitere zehn Mastbetriebe, die aufgrund der Schlachtdaten Schwanzveränderungen zwischen 1 und 5 % bei den gelieferten Schweinen zeigten, wurden als HRB eingestuft. Ziel der Arbeit war es, mögliche Wechselbeziehungen zwischen Auffälligkeiten im Gastrointestinaltrakt und Verletzungen des Schwanzes aufzuarbeiten. Im Fokus der Studie standen daher die Fütterung der Schweine und pathologische Veränderungen des Magen-Darm-Trakts der untersuchten Tiere. Da Caudophagie ein multifaktorielles Geschehen darstellt, wurden anhand eines Evaluationsbogens auch die bekannten prädisponierenden Faktoren für Caudophagie geprüft. Im Vordergrund standen dabei das Futtermanagement, hier insbesondere die Futterzusammensetzung und die möglichen Auswirkungen auf die Magen-Darm-Gesundheit. Die post mortem Untersuchung an den Schlachtkörpern bildete die Grundlage der Untersuchung. Das Ergebnis der Datenerhebung zeigte, dass die Anforderungen an das Platzangebot, das Licht, die Tränken und das Beschäftigungsmaterial grundsätzlich den gesetzlich geforderten Mindestnormen entsprachen und teilweise sogar darüber hinausgingen. Es zeigten sich keine Hinweise als auslösende Faktoren der Caudophagie. Fütterungstechnik und das Tier : Fressplatzverhältnis waren anhand des gesetzlichen Rahmens nicht zu beanstanden. Die betriebliche Therapiehäufigkeit anhand der Angaben aus der Antibiotikadatenbank (erstes Halbjahr 2015) ergab, dass die HRB höhere Therapiehäufigkeiten aufwiesen. Als Ursachen für den Antibiotikaeinsatz wurden Caudophagie, Ohrrandnekrosen, Lungenerkrankungen und Gelenkserkrankungen genannt Von neun NRB und zehn HRB konnten Proben von Endmastfuttermitteln für weitere Analysen gezogen werden. Im Anschluss wurden eine Siebanalyse, eine Weender Futtermittelanalyse und eine Faserbestimmung nach van Soest durchgeführt. Die Siebanalyse der Futtermittel aus den HRB und NRB ergab ein ähnliches Verteilungsmuster der Partikelgrößen. Zu feine Partikel (< 0,1 mm) wurden in keinem Futter festgestellt. Durch eine zu geringe Partikelgröße wird eine Verflüssigung des Mageninhaltes bewirkt. Durch eine daraus resultierende homogene Durchmischung des Mageninhaltes werden in allen Bereichen des Magens ähnliche pH-Werte erzielt. Eine Abstufung der pH-Werte mit einem erhöhten pH-Wert in der Pars nonglandularis und niedrigeren pH-Wert in der Fundusdrüsenzone ist nicht vorhanden. Zu fein vermahlenes Futter kann die Entstehung von Magengeschwüren in der Pars nonglandularis unterstützen (Maxwell, 1970; Kamphues, 1988; Regina et al., 1999; Friendship, 2006). Die Nährstoffgehalte der Futtermittel aus den HRB und NRB zeigen keine Unterschiede. Der Rohfasergehalt im Futter aus den NRB lag tendenziell höher (p = 0,065) als im Futter der HRB. Von vier NRB und acht HRB wurden Futtermittelanalysen bzw. –deklarationen vorgelegt. In den HRB und NRB zeigten die Rohproteingehalte keine Unterschiede (HRB 17,9 ± 1,04 %; NRB 17,9 ± 1,34 %, p = 0,963). Der Rohfaseranteil in HRB (5,05 ± 0,53 %) zeigte niedrigere Werte (p = 0,109) als in den NRB (5,56 ± 0,53 %). Der Rohfaseranteil lag in der durchgeführten Futtermittelanalyse deutlich niedriger als in den Futtermittelanalysen/Futtermitteldeklarationen der Betriebe. Hingegen konnten beim Rohproteingehalt in den Nährstoffanalysen höhere Werte gemessen werden als die Futtermitteldeklaration angab. Bei der Messung der Konzentrationen der kurzkettigen Fettsäuren im Magen- und Caecuminhalt wurden keine Unterschiede festgestellt. Ein weiterer Kernpunkt der Studie stellte die pathologisch-anatomische Untersuchung der Schlachttiere dar. Es wurden insgesamt vierzig Schweine untersucht und beprobt. Aufgrund der Datenerhebungen des Schlachthofs zu den teilnehmenden Betrieben wurden die angelieferten Mastschweine aus den HRB in drei Kategorien (gesunde Schweine ohne Schwanzläsionen, Schweine mit akuten Schwanzläsionen und Schweine mit chronischen Läsionen) eingeteilt. Von jedem NRB wurde ein gesundes Schwein für die Studie untersucht. Es wurden zehn Schweine aus den NRB und dreißig Schweine aus den HRB (pro Betrieb je ein gesundes, ein Schwein mit akuten Läsionen und ein Schwein mit chronischen Läsionen) untersucht und beprobt. Ein Teilaspekt stellte die pathologisch-anatomische Untersuchung des Magens, des Jejunums, des Ileums, des Caecums und des Colon ascendens, sowie des Herzens, der Leber und der Lunge dar. Bei den untersuchten Schweinen der HRB konnte in der pathologisch-anatomischen Untersuchung adspektorisch festgestellt werden, dass sechsundzwanzig Mägen (87 %) pathologische Veränderungen in Form von hochgradig geröteten Schleimhäuten und hochgradigen Fibrinauflagerungen der Magenschleimhaut aufwiesen. Bei zehn Mägen (30 %) konnten Magenulcera in der Pars nonglandularis ermittelt werden. An den insgesamt zehn untersuchten Schweinen der NRB konnte in der pathologisch anatomischen Untersuchung adspektorisch an fünf Mägen (50 %) Veränderungen in Form von hochgradig geröteten Schleimhäuten und Fibrinauflagerungen diagnostiziert werden, davon war bei einem Magen ein Ulcus in der Pars nonglandularis sichtbar. Haptoglobin (Hp) im Serum stellt bei Schweinen einen Entzündungsmarker dar. Deshalb wurden bei achtzehn Schweinen Blut direkt nach dem Entbluteschnitt aufgefangen und mittels Kapillarelektrophorese auf Haptoglobin untersucht. Die Haptoglobinwerte der Schweine ohne Läsionen und mit akuten Läsionen der HRB lagen höher als bei Schweinen ohne Läsionen der NRB. Diese Ergebnisse entsprachen auch den pathologischen Befunden der Geschlinge und des Magen-Darm-Traktes, die makroskopisch auf ein entzündliches Geschehen hinwiesen. Die Bestimmung der relativen Genexpressionsrate der Immunparameter TLR-5, IL-8, IL-10, IL-17 sowie des Natürlichen Killerzellen Rezeptors NKG2D, erfolgte mittels qRT-PCR mit Gesamt-RNA aus jejunalem Gewebe. Als Kontrollgruppe wurden bei dieser Untersuchung alle in dieser Studie beprobten gesunden Schweine (aus NRB und HRB; insgesamt zwanzig Tiere) herangezogen. Es ergaben sich keine deutlichen Tendenzen bezüglich der Genexpression der immunologischen Parameter. Eine leicht erhöhte Expression der entsprechenden Gene wurden in der akut betroffenen Gruppe bei TLR5, NKG2D und IL8 beobachtet, während die Tiere mit chronischen Läsionen eine insgesamt numerisch oder signifikant verringerte Expression aufwiesen. Es kann spekuliert werden, dass Tiere mit akuten Läsionen im Darm eine höhere antimikrobielle Immunantwort zeigen, da TLR5, NKG2D und IL8 insbesondere auf Mikroorganismen reagieren. Währenddessen scheint bei Tieren mit chronischen Läsionen insgesamt eher eine Herabregulierung aller gemessener immunrelevanten Gene vorzuliegen. Für die histologische Untersuchung wurden in jeder Gruppe Abschnitte des distalen Jejunums und des Colon ascendens beprobt und anschließend Hämatoxylin-Eosin- Schnitte gefertigt. Jede Probe des Jejunums wurde auf die Parameter Hyperplasie/ Metaplasie der Becherzellen, degenerative Veränderungen der Darmzotten, Entzündungen in der Lamina propria, kapilläre Stauung, Ödeme, Entzündungen des gesamten Darmgewebes, Entzündungen in der Mukosa und Submukosa, sowie Entzündungen der Kryptendrüsen untersucht. Im Ergebnis wurde deutlich, dass die Gruppe der Schweine mit chronischen Läsionen tendenziell höhere Scores aufwiesen als die Gruppen HRB gesund und NRB gesund. Auch bei den Schweinen mit akuten Läsionen aus HRB konnte man im Gegensatz zu den gesunden Tieren ansteigende Scorewerte feststellen. Jede Probe des Colon ascendens wurde auf die Parameter epitheliale degenerative Veränderungen, Entzündungen in der Lamina propria, kapilläre Stauung, Entzündungen des gesamten Darmgewebes sowie Entzündungen in der Mukosa und Submukosa untersucht. Entzündungen wurden anhand des Aufkommens an mononukleären und granulozytären Zellinfiltraten bewertet. Das Ergebnis veranschaulicht, dass tendenziell höhere Werte bei den chronischen Läsionen und akuten Läsionen festgestellt werden konnten. Die gesunden Schweine der NRB wiesen die niedrigsten Werte auf. Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchungen haben aufgrund einer relativ geringen Zahl von untersuchten Beständen eher einen orientierenden Charakter. Sie bieten interessante Anhaltspunkte, dass es vornehmlich bei akuten und chronischen Läsionen aus HRB zu Veränderungen der Darmschleimhaut kommt, die im Sinne einer Inflammation zu werten sind. Daher könnte ein Zusammenhang zwischen der Veränderung der Darmintegrität mit Verhaltensänderungen bzw. Schwanzbeißen bestehen. Diese Hypothese bedarf jedoch weitere Untersuchungen, insbesondere auch die Einbeziehung von einer größeren Anzahl an Betrieben.

The Marek’s disease virus (MDV) is an alphaherpesvirus of chickens, causing various clinical symptoms including: immunosuppression, paralysis, neurological disorders and terminal lymphomas. Interestingly, in contrast to most herpesviruses, MDV integrates its genome into the telomeres of latently infected host cells. While it’s known that telomere sequences in the virus genome are essential for this process, the actual mechanism and factors influencing this process remain poorly defined. MDV is relatively closely related to the human virus herpes simplex virus 1 (HSV-1) and they possess genes that are functionally conserved. Both virus genomes contain two genes called UL12 and UL29, which encode for a 5’-3’ exonuclease and a single stranded DNA binding protein (ICP8), respectively. For HSV-1, pUL12 and ICP8 interact with each other and promote DNA recombination, a process likely involved in virus replication. Studies have showed that HSV-1’s UL12 when abrogated leads to a severe virus replication defect of 100-1000 fold, which makes it very important for virus replication. On the other hand, UL29 has been shown to be an essential gene for HSV-1 replication. Moreover, the 5’-3’ exonuclease activity of pUL12 has been shown to enhance single strand annealing during HSV-1 replication, whilst ICP8 is dispensable. Despite so many advances in understanding the HSV-1 UL12 and UL29 genes, little is known about their orthologues in MDV. The first aims of this project were to address the role of UL12 and UL29 in MDV replication, verify if these two genes are involved in DNA recombination, and if the recombination complex formed by UL12 and UL29 could help MDV integration into telomeres. To address the roles of UL12 and UL29 in lytic MDV replication, aa 6 and 7 in UL12 and aa 1 in UL29 were replaced for stop codons, abrogating both proteins’ expression individually. After transfecting these UL12 mutant viruses, we could confirm that the stop mutations in UL12 did not completely abrogate virus replication, although reduced the size and number of plaques formed. Next, we mutated the second methionine in UL12 located at aa 136 to a stop codon. Transfection of this mutant virus showed that it could not replicate, indicating that the c-terminus of UL12 is important for replication. In accordance with the data on HSV-1, mutation of UL29 completely blocked virus replication. After addressing the importance of UL12 and UL29 in MDV replication, we assayed their recombination activity in the four main DNA repair recombination pathways in eukaryotic cells: single strand annealing (SSA), homologous recombination (HR), non-homologous end-joining (NHEJ) and alternative non-homologous end-joining (A-NHEJ). Using a cell-based assay and viral protein expression vectors, we could show that UL12 can aid in SSA DNA repair, whilst UL29 was not active for SSA. As UL12 can aid repair of homologous DNA, we investigated the role of UL12 and UL29 in MDV integration using an integration assay with an immortalized chicken T-cell line. We generated shRNAs to knockdown UL12 and UL29 and tested the effect on virus integration. This analysis showed that the absence of these two genes did not interrupt virus integration into T cells. The second main aim of this work was to address whether MDV DNA replication is important for virus integration in T cells. We focused on the UL30 gene, which encodes the MDV DNA polymerase, and generated a mutant virus containing a destabilization domain-UL30 fusion (vUL30DHFR). This destabilization domain fusion enabled inducible control of the viral DNA polymerase. Our results showed that when the DNA polymerase is blocked and virus DNA replication is abrogated, there was no virus genome maintenance in T cells at 14 days post-infection. Moreover, this defect was of a similar magnitude to MDV mutants lacking the viral telomere repeats, which are essential for integration. This evidence is the first to suggest that virus replication is involved in the establishment of the latent MDV genome. Taken together, the work presented in this thesis has shown that MDV encodes essential viral factors for virus replication and that are active in SSA DNA repair but are not essential for MDV telomere integration. Lastly this work has built a foundation for further studies on the links between virus DNA replication and MDV integration into telomeres.

Pluripotent stem cells have an enormous potential to self-renew indefinitely and differentiate into ectoderm, mesoderm and endoderm, the three germ layers of the body. This striking ability has turned PSCs throughout the years to be a major driver of regenerative medicine research and applications that utilize such cells for generation of cell types of interest thereby including disease modeling, drug screening and cell replacement-based therapies. However, creating PSC-based differentiation platforms that ensure derivation of homogenous cultures for desired clinically relevant cell types is critical for meaningful understanding and usage of such cells for therapy. Currently, cell heterogeneity is still one of the major hurdles for cell replacement-based therapy even following decades of stem cell research. Therefore one of the major goals of the field is to develop strategies for generating homogenous cell types from PSCs.

Our lab is mainly interested in studying PSC-based central nervous system (CNS) development, with particular focus on the development of the cerebral cortex. The cerebral cortex (or neocortex) is the newly evolved and most complex structure of human brain, which is the site for higher order functions such as sensory perception, cognition and emotions. Methods for deriving cortical progenitors from PSCs are highly diverse and largely lack robust readouts, and hence are prone to yield heterogeneous populations that contain both cortical and non-cortical CNS cell types among other non-neural cell types. Combining knowledge from in vivo cortical developmental studies and previous findings from our lab on in vitro studies of neural differentiation from PSCs, in this study we show a streamlined strategy to generate homogenous cortical progenitors from PSCs by inhibiting WNT pathway on top of routinely used dual SMAD inhibition. We perform a systematic comprehensive comparison, at both molecular and cellular levels, of previously the major known cortical differentiation paradigms side by side with our combined WNT and dual SMAD inhibition (Triple-i) paradigm in both 2D monolayer and 3D organoid culture platforms.

We employ bulk RNA-Sequencing and analysis of 10,000 differentially expressed genes among single organoids and human brain samples to reveal that combined WNT and dual SMAD inhibition exclusively reproduces neocortical fates, dual SMAD inhibition induces diencephalic-mid-hindbrain fates, and inhibition-free conditions promote mixed fates. Further employing Single cell RNA-Sequencing we confirm the brain regional heterogeneity observed in bulk RNA-Seq, highlighting enriched cortical stem cell population in organoids derived under combined WNT and dual SMAD inhibition. On the other hand, we find that dual SMAD-i and inhibitor-free organoids are heterogeneous consisting of both cortical and non-cortical populations. Single cell RNA-Sequencing also confirm the presence of the major cortical cell types including neural stem cells, intermediate progenitors and neurons in organoids derived by both dual SMAD-i and Triple-i.

In this study we also revisit the role of radial organization (rosette formation) – conventionally known to mark general neural fate conversion - and assign it as unique feature of cortical NSCs. We particularly show that enhanced Notch activation (stemness) and efficient radial organization are integral and overlapping hallmarks of homogeneous neocortical specification. We also show that this feature is dramatically streamlined under Triple-i in both 2D (rosettes) and 3D (organoids) systems, thus functionally linking stemness, cell polarity and the robust acquisition of cortical fates under combined inhibition. In support to this finding, inhibitor-free cultures exhibit weak Notch activation not necessarily overlapping radial organization, while SMAD cultures show Notch activation in non-radially organized regions enriched for non-cortical fates. We therefore propose these features – when overlapping – could be used as reliable readouts for efficient cortical differentiation.

As a proof of concept for the utility of our findings for regenerative medical research and applications, we use brain organoid technology as platform to model neurodevelopmental disorders such as microcephaly. Microcephaly is a genetically heterogeneous cortical developmental disorder characterized by abnormalities in the development of the cortex resulting in smaller brain size. We derive microcephaly organoids by generating hESCs harboring defects in the centrosomal protein STIL, and show that such organoids display apoptosis within Notch active and radially organized vesicles, arrest in cell cycle, premature differentiation and loss of cortex specific marker expression only when derived by combined WNT and dual SMAD inhibition, demonstrating cortex-specific etiology. Thus, combined WNT and dual SMAD inhibition is indispensable for standardized modeling of corticogenesis in health and disease.

The present study examines both past as well as present relations between Christians and Jews inhabiting (or visiting) Przysucha, a small town situated in the center of Poland, a former shtetl where Jews constituted a significant number of residents before their extermination. Since Przysucha was a seat to the outstanding Hassidic leaders, such as the Holy Jew and Simcha Bunem, it is still regularly visited by Jewish pilgrims. The past Christian-Jewish relations have been investigated mainly on the basis of in-depth interviews conducted with the last living Christian witnesses, whereas the present relations have been scrutinized with the employment of participant observation method as well as in-depth interviews with prominent figures of the town and Jewish visitors. The analysis of all the interviews, extant and elicited texts has been made using the Grounded Theory technique (Kathy Charmaz’s constructivist version) and Symbolic Interactionism perspective as interpreted by Herbert Blumer. The thesis demonstrates a prevailing ambivalent attitude of Christian residents to their Jewish neighbors, with frequent instances of anti-Semitic acts and a single case of forming an intercultural bond. It also proves a lack of interactions between contemporary inhabitants and incoming pilgrims along with a lack of enthusiasm to preserve common heritage.

This work is focused on human T and B cell immunology in solid and hematopoietic malignancies. Human immunology has been suffering from insufficiencies to experimentally resolve the virtually unlimited richness of phenotypes and functional states within humans. To at least partially overcome technical limitations, this work presents methodologies for high-dimensional high-throughput determination of lymphocyte differentiation and specificities at the single cell level. The methodologies were applied to rectal cancer and multiple myeloma, which are prime examples for the prognostic impact of tumor-infiltrating T cells or in which the immune system (B cell compartment in multiple myeloma) is part of the malignancy. The included publications present the identification of characteristic-phenotype rectal cancer-infiltrating T cells and, with help of individually created TCR-recombinant reporter cell lines, define the spatial distribution of T cell target antigens within the colo-rectum. In multiple myeloma, the developed methodologies lead to the identification of a novel-phenotype non-plasma cell B lineage subset that is polyclonally expanded in active disease. Furthermore, the phenotypic range of malignant B lineage clones in multiple myeloma was not restricted to plasma cells but included rare normal-phenotype (memory) B cells. This work is novel and of high impact for the (human) immunology field as it i) provides the technical basis to study human lymphocyte biology at the single cell level in high-dimensional space, which is relevant beyond the presented studies on regulatory T cells, rectal cancer, and multiple myeloma. ii) determines accessibility of rectal cancer-infiltrating T cells in peripheral blood. iii) determines the spatial distribution of target antigens of rectal cancer-infiltrating T cells. iv) defines the phenotypic range of multiple myeloma at the single cell level providing a potential rationale for the therapeutic effect of CD19-targeting therapies in a presumably CD19- disease. v) determines the default differentiation pathway of the CD45RA- regulatory T cell subset during in vitro expansion, which is relevant for the design and adoptive transfer of functionally defined cell products.

The pandemic spread of HIV started almost 30 years ago and has claimed the lives of several million people since then. The virus attacks the immune system of its host. Untreated, the HIV infection leads to drastic opportunistic diseases, advancing to AIDS after a few years. At this stage, the immune system is severely damaged and causes the decease of the infected person. Fortunately, the number of new infections per year decreases thanks to extensive HIV/AIDS-awareness campaigns and potent treatment regimen. Whilst to date no vaccination or cure for an HIV infection has been found, there exist antiviral treatments, which allow infected people to reach a close to normal life expectancy. Still, the pandemic can not be eradicated, with annually new infections world wide running into millions, especially in developing countries. The reason is, on the one hand, lacking HIV education, hence renouncing of prevention, and on the other hand, unavailable treatment options. Also in developed countries the virus continues to spread, despite of pervasive awareness- and treatment programs. The highest risk of further transmission is early after infection. This can be explained with the elevated virus load in the human body in the early (acute) phase after transmission, in combination with the initial unawareness of the own infection. Usually, medication lowers the risk of viral transmission. However, HIV is a rapidly mutating virus with a fast replication cycle, which allows it to quickly adapt to selective pressure. This entails the development of resistant mutations, leading to reduced or no effect of an antiviral drug. The combination of drugs needs to be changed accordingly, to prevent treatment failure. The situation gets critical, if multi-drug resistances occur and hardly any drug combination is working. Yet, mutational pathways of reaching resistant mutations include bottlenecks and can only be acquired with a certain genomic background. It remains an ongoing challenge to learn more about the constraints for the virus to develop drug resistance. The currently available antiviral drugs target different processes of the HIV life cycle by binding to crucial enzymes, and other involved proteins, or by competing with nucleosides to stop the reverse transcription process. Recently, new therapeutic strategies are advancing: Despite the encoding for essential proteins, RNAs comprise a multitude of regulatory elements and functional structures controlling virtually all biological processes. Hence, regulating motifs in RNAs are promising drug targets, and first achievements in this direction have been attained. Nevertheless, processes of the regulatory mechanisms in the HIV life cycle, as well as detailed structural information of the RNA are still underexplored. In this work, we present methods for the qualitative and quantitative inference of evolutionary constraints, including the Mutational Intereference Mapping Experiment (MIME) and direct coupling analysis (DCA). Based on the former, we provide the software MIMEAnTo to predict functional elements in RNA. Furthermore, results of the adaption of the MIME framework to in cell experiments are presented. We determined regulatory motifs in the 5' UTR of HIV-1, which are essential for viral RNA production in cells, as well as the packaging process of nascent virions, respectively. Lastly, we attempt to improve the prediction of functional regions with MIME by incorporating methods used in DCA. We set up a benchmark with different scenarios of mutational effects (disrupting function) including pairwise epistasis (evolutionary constraints), and could indeed see improvements for a number of cases. Yet, these are preliminary results, which encourage us to further address the approach in more detail.

Thema der vorliegenden Arbeit sind die Kooperationsbeziehungen pädagogischer Fachkräfte zur Förderung benachteiligter Schülerinnen und Schüler am Beispiel des Modellprojekts Praxisklasse in der Berliner Hauptschule, dass von 2006 bis 2011 an sieben Berliner Hauptschulen in Kooperation mit dem Bildungsträger Christliches Jugenddorfwerk Deutschlands Berlin durchgeführt wurde. Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitforschung des Modellprojekts wurden, ausgehend von einer qualitativen Untersuchung, Experteninterviews mit den am Modellprojekt beteiligten pädagogischen Fachkräften, mit Schulleitern, Praxisklassenlehrern, dem sozialpädagogischen Projektleiter, Sozialpädagogen und Ausbildern durchgeführt. Die Interviews wurden in Anlehnung an die qualitative Inhaltsanalyse nach Mayring (Mayring 2000) ausgewertet. Da es sich um anwendungsbasierte Forschung handelte, stand die Praxisorientierung im Vordergrund der Untersuchung. Die Ergebnisse der Untersuchung bilden die Basis einer Diskussion zu Kooperationsbeziehungen und Kommunikationsformen schul- und sozialpädagogischer Fachkräfte am Beispiel des Modellprojekts. Ein zentrales Ergebnis der Dissertation besteht in der Erkenntnis, dass für die Förderung benachteiligter Schüler in kombinierten Schule- Praxisprojekten die Implementierung, Verstetigung und Regelhaftigkeit von Kooperationsbeziehungen pädagogischer Fachkräfte relevant und förderlich sind. Es finden vielschichtige und vielfältige Kooperationen zwischen pädagogischen Fachkräften statt, wobei sich sowohl in der Eigenwahrnehmung als auch in der Beurteilung der jeweils anderen Fachkräfte ein breites Spektrum an Kooperationsbeziehungen zeigt. Kooperationen sind einerseits geprägt von der Bereitschaft zu Kooperationen, basierend auf der Identifikation mit den Aufgaben und Zielen des Modellprojekts, nämlich der Förderung benachteiligter Schüler durch die Verknüpfung von schulischem und Praxislernen, sowie durch Verlässlichkeit und Kreativität. Andererseits gibt es Defizite in der Kommunikation der pädagogischen Fachkräfte, mangelnde Flexibilität und hierarchisches Verhalten, das sich unter anderem auf den beruflichen Status und die fachlichen Kompetenzen der Fachkräfte bezieht. Eine Tendenz zur Zunahme von Verhaltensauffälligkeiten benachteiligter Schüler erfordert Unterstützung, insbesondere für die Ausbilder, durch psychologische Fachkräfte. Auch die Kommunikationsformen wurden dargestellt und diskutiert, da sich hieraus Rückschlüsse auf die Kooperationsbeziehungen der Fachkräfte ziehen lassen. Tragfähige Kommunikationsformen und eine verbindliche Kommunikation sind bestimmend für die Verlässlichkeit und die Regelhaftigkeit der Kooperationen. Die Ergebnisse werden vor dem Hintergrund der Betrachtung geänderter gesellschaftlicher Rahmenbedingungen und vor dem Hintergrund von Perspektiven zur Förderung benachteiligter Schüler am Übergang von Schule zu Ausbildung und in das Erwerbsleben dargestellt und diskutiert. In die Diskussion werden auch Schüler mit Migrationshintergrund und Mehrsprachigkeit einbezogen. Dabei werden Anschlussmöglichkeiten für die Praxis sowie für weitere Forschungen aufgezeigt.

The ability of peptides to self-assemble into defined supramolecular structures has been of interest to scientists for decades. The expansion of our understanding of the relationships between amino acid sequence and assembly has been accompanied by a growing number of supramolecular structures. There are still, however, some challenges that must be overcome for these materials to be suitable for real-world applications. In particular, the development of simple scaffolds that can self-assemble into stable and ordered structures in a controllable and predictable manner must continue to be pursued. In this context, the results presented in this thesis reports on the development of new, simple and robust coiled-coil peptidic scaffolds that can assemble into different micro- and nanoscale structures. The highlight of this work is the development of a simple 29-mer coiled-coil Cy5 dye conjugate that undergoes stimuli-triggered aggregation resulting in the formation of microscale membranes and rods under acidic and neutral pH conditions, respectively. Spectroscopic and electron microscopy analyses revealed that the presence of Cy5 at the N-terminus was crucial for the formation of high aspect ratio assemblies, whereas peptide sequence governed responsiveness towards pH and structural morphology. Subsequently, a series of newly designed sequences were synthesized and tested to further understand the underlying driving forces for assembly, and to manipulate peptide stability and self-assembly. The first redesigned series aimed to study the impact of substitution of Cy5 with analogous but simpler aromatic systems. It was found that only a compromise between hydrophobicity, charge, and size of the aromatic moieties leads to high order assemblies. In the second redesigned series, the substitution of residues within the hydrophobic core with a fluorinated amino acid or a natural analogue were performed in an attempt to improve peptide stability. The findings showed that the nature and the packing of the side-chains in the helical core were critical for peptide stability and for pH-sensitive aggregation. The final redesign aimed to study the influence of residues placed in solvent exposed positions of the coiled-coil motif on peptide conformation and stability. The results demonstrated that the nature of substitution does not affect the secondary conformation. However, peptides possessing an overall positive net charge exhibit higher thermal stability. The peptides presented here enable the development of pH-sensitive supramolecular structures, which have potential applications in biomedicine or material sciences.

Interatomic coulombic electron capture is a non-local process involving the environment-assisted attachment of a free electron with implied consequences for various systems. Starting from the established numerical model of quantum confinements in a nanowire, this dissertation sets out to deduce model-independent hypotheses for future investigations of theoretical or experimental nature and develops a generalised adaptation of the model to test whether the effective-two-electron treatment suffices to successfully capture a free electron in the experimentally motivated system of a barium (II) cation engulfed in a Bose-Einstein condensate of neutral rubidium atoms. Appearing associated to differing electronic states of the confinement region, two subprocesses can contrast in spatial preferences and resonant energies. For the investigated range of parameters, the energy levels of these associated states suggest to provide a starting point for a more comprehensive description beyond the particular parameters of an individual model. A rather simple electric dipole-dipole coupled adaptation of the model is then able to successfully show environment assisted electron attachment to a barium (II) cation aided by a surrounding cloud of ultracold rubidium atoms in typical experimental conditions.

This thesis presents a specto-microscopical study on the preparation of ultra-thin germania and germania-silica films on a Ru(0001) single crystal support and the discussion of their chemical reaction with molecular hydrogen. The two-dimensional GeO2 and GeO2-SiO2 films were investigated by synchrotron based spectro-microscopy applying microscopy, diffraction and spectroscopy. For a calibration of the deposited germanium amount, the growth of germanium on bare Ru(0001) was studied in-situ by LEEM, LEED, XPEEM and XPS. The germanium films were grown at 540 K in UHV. This demonstrated that, at first, a (2x2) germanium layer is formed and further germanium growth leads to the formation of a coexisting (3x3) germanium structure. Afterwards a second layer is formed, however before the (3x3) phase is completely closed. Further germanium growth leads to the formation of three-dimensional germanium islands. Germanium grows at 540 K in UHV on bare Ru(0001) in a Stranski-Krastanov growth mode. The germanium film oxidation was studied in real-time and in-situ. The formation of a partially closed GeO2 layer on top of a closed GeO2 monolayer was found. Furthermore the oxidation of a 0.6 nm thick germanium film is presented. As a result, it was found that a closed GeO2 monolayer on Ru(0001) is formed and that excess GeOx desorbs at temperature above 770 K. Another part of this work is the preparation of ultra-thin mixed GeO2-SiO2 films on Ru(0001). Different preparation recipes are presented showing that the crystallinity of the initially deposited film has a significant influence on the final film. The addition of germania or silica to a crystalline film leads to the coexistence of two separated oxides. The non-connected germania desorbs at temperatures above 970 K. Different silica to germania ratios were prepared. An amount of nominal 0.5 ML germanium was dispersed in 1.5 ML silica matrix. Only crystalline germania-silica films could be prepared. Germania containing silica leads to lower crystallization temperatures compared to pure silica. Finally the effect of hydrogen treatments on the GeO2 and GeO2-SiO2 films were studied in real-time LEEM. Whereas hydrogen completely reduces the GeO2 film. The reduced germanium segregates on the bare Ru(0001) surface. The hydrogen treatment on the mixed GeO2-SiO2 films shows two steps. In the first step the hydrogen removes oxygen with a binding energy of 529 eV. This step is not visible in LEEM. In a second step the hydrogen treatment leads to a partial reduction of the germanium in the silica matrix, the silica is not reduced. However, the Si2p core level shifts by 0.2 eV. The GeO2-SiO2 films can be reoxidized. The reoxidized films are similar to the initial films. Furthermore, the low energy electron beam influences the chemical reaction and enhances locally the reduction of GeO2 by hydrogen.

The pathogenesis of two important inflammatory rheumatic diseases, RA and AS, is not clear. In both diseases an immune response against an unknown putative antigen could play a crucial role. T cell responses to antigens derived from bacteria such as klebsiella or to autoantigens derived from the cartilage such as proteoglycan have been tested, but no convincing evidence for their involvement in the pathogenesis has been obtained so far. In this study, I applied the more sensitive and more specific technique of antigen-specific cytometry to investigate the T cell response to h-hsp60 and y-19kd as well as various cartilage-derived autoantigens. Taking IFNg-secretion of CD4+ T cell as primary outcome parameter, I set out to quantify the antigen specific T cell response in peripheral blood and synovial fluid of patients with AS or RA, and controls to answer the questions which antigen-specific T cells are detectable in AS patients and compare this to RA patients and controls. The results indicate that a similar T cell response to h-hsp60 and y-19kd is present in patients with AS and RA compared to healthy controls, which suggests that these two antigens are not primarily involved in the pathogenesis of AS and RA. For cartilage-derived autoantigens, on the basis of the relative frequency of IFNg+ cells among CD4+ T cells, the results showed that the G1 domain of the proteoglycan aggrecan is recognized by almost two thirds of patients with AS (61.7%) and half of the investigated patients with RA (54.5%). In contrast, normal healthy individuals showed a reactivity only in a few cases (10%). No T cell responses to HC gp39 and collagen II was observed in AS-patients in the present study. Importantly, the response of synovial fluid CD4+ T cells to the G1-domain was shown to be significantly higher compared to PB. Further analysis indicated that two T cell epitopes of G1 domain were identified to be immunodominant in AS: AA residues 292 to 309 and 252 to 269. These data suggest that the G1 domain of aggrecan could be a target of the immune response in AS. A further aim of this study was to assess the possible effect of anti-TNFa treatment on the capacity of T cells and macrophages to produce cytokines. Treatment of active ankylosing spondylitis with the monclonal anti-TNFa antibody infliximab is clinically highly effective. The precise mechanism of action, however, is not known. I investigated the cytokine response in 20 active AS patients during infliximab therapy. The results indicated that infliximab could downregulate the T cell (but not macrophage) production of the proinflammatory cytokines IFNg and TNFa at week 6 and 12, but no effect on IL4- and IL10-production was seen. This downregulation of the proinflammatory cytokines is probably a relevant mechanism for the clinical efficacy.

Bitterstoffe sind ubiquitar in der Natur und unserer taglichen Umwelt verbreitet und zeichnen sich durch eine ausgesprochen hohe chemische Diversitat aus (Barratt-Fornell et al., 2002; Belitz und Wieser, 1985; Biere et al.; 2004; DuBois et al., 2008; Edreva et al., 2008). Es wird angenommen, dass sich die Bittergeschmackswahrnehmung als eine Warnfunktion vor sich in der Nahrung befindlichen gesundheitsschadlichen Stoffen entwickelt hat (Lindemann, 1996). Die Wahrnehmung der Bitterstoffe erfolgt uber 25 G-Protein gekoppelte Rezeptoren, von denen sich die bis dato 21 deorphanisierten TAS2Rs (taste 2 receptor) durch ein individuelles Agonistenspektrum auszeichnen (Meyerhof et al., 2010a). Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass fast die Halfte der Testverbindungen mehr als einen TAS2R aktvierten (Meyerhof et al., 2010). In einer Studie von Brockhoff und Kollegen (2011) wurden zwei Substanzen gefunden, welche sowohl als Agonisten sowie auch als Antagonisten verschiedener Bittergeschmacksrezeptoren identifiziert wurden (Brockhoff et al., 2011). In Anknupfung an diese Resultate sollte untersucht werden, ob bei Bitterstoffen das gleichzeitige fungieren als Antagonist und Agonist unterschiedlicher Teilmengen von Bittergeschmacksrezeptoren ein haufiges Phanomen darstellt. Dazu wurden 52 Substanzen als Antagonisten auf acht Rezeptoren (TAS2R9, -R10, -R14, -R16, -R38, -R43, -R46, -R50), welche aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften ausgewahlt wurden, untersucht. Mittels heterologer Expression der TAS2Rs in HEK 293T-Zellen, welche stabil mit der GProtein Gα16gust44-Unterheit transfiziert waren, wurden funktionelle Calciumanalysen durchgefuhrt. Dabei wurde die Hohe der relativen Fluoreszenzsignale zwischen der alleinigen Applikation des Agonisten und der simultanen Zugabe des Agonisten und der Testsubstanzen verglichen. In der vorliegenden Arbeit konnten 20 bisher unbekannte Antagonisten von humanen Bittergeschmacksrezeptoren identifiziert werden. Diese zeigten zumeist eine individuelle Auspragung der inhibitorischen Potenz und Effizienz auf die Rezeptoren, wobei acht Substanzen auf mehr als einen TAS2R als Antagonisten wirkten. Drei Substanzen (Chloroquin, Allylisothiocyanat, Phenanthrolin) konnten als breitbandig wirkende Inhibitoren identifiziert werden, welche das Agonisten-induzierte Calciumsignal von sechs bis acht Bittergeschmacksrezeptoren reduzierten. Dosis-Wirkungs-Experimente zeigten, dass Chloroquin (auf TAS2R16 und -R38) und Phenanthrolin (auf TAS2R10 und -R46) als insurmountable Antagonisten fungierten. Auf TAS2R50, fur den nur zwei Agonisten bekannt sind (Meyerhof et al., 2010), zeigten 14 der Testsubstanzen ein antagonistisches Potential. Die Substanz Hardwickische Saure (FL101237) wurde auf alle 21 deorphanisierten TAS2Rs als Antagonist getestet. Auf 19 Rezeptoren zeigte FL101237 eine inhibitorische Wirkung, wobei das relative Fluoreszenzsignal von elf TAS2Rs durch die simultane Applikation des Agonisten und FL101237 vollstandig inhibiert wurde. Fur TAS2R1 stellte sich FL101237 als Agonist, fur TAS2R46 als partieller Agonist, heraus. Erstmalig konnte in der vorliegenden Arbeit in diesem Umfang gezeigt werden, dass Bittersubstanzen gleichzeitig als Agonisten und Antagonisten verschiedener teils uberlappender Teilmengen von Bittergeschmacksrezeptoren fungieren konnen. Das Ligandenspektrum der TAS2Rs ist vermutlich groser als bisher angenommen und die Ergebnisse dieser Arbeit zeichnen ein neues Bild der Komplexitat der Bittergeschmacksstoffwahrnehmung. Es scheint, dass der evolutionare Druck Bittersubstanzen zu erkennen zu der Ausbildung der Vielzahl an Rezeptoren mit uberlappenden Agonistenspektren gefuhrt hat, um sicher zu stellen, dass toxische Substanzen auch vermengt mit Bitterinhibitoren erkannt werden (Behrens und Meyerhof, 2013). Antagonisten des Bittergeschmacks konnten nicht nur dazu beitragen die Verbraucherakzeptanz von gesunden Lebensmitteln und Medikamenten zu erhohen, sondern auch als mechanistische Werkzeuge zum gezielten Ausschalten einzelner oder Teilgruppen von TAS2Rs zur weiterer Aufklarung der Bittergeschmackswahrnehmung eingesetzt werden.

Photoperiod stress is a novel type of abiotic stress in plants caused by a prolongation of the light period. It has been reported that plants require a functional circadian clock as well as a functional cytokinin synthesis, metabolism and signaling to cope with photoperiod stress. Within this thesis, additional factors influencing the sensitivity to photoperiod stress have been investigated. In the first chapter of this work, plants that are either unable to synthesize tZ-type cytokinins (cypDM) or transport them from the root to the shoot (abcg14) were exposed to photoperiod stress. As indicated by an increased lesion formation, a reduced photosynthetic capacity, an altered expression of marker genes and an accumulation of H2O2, these plants were more sensitive to a prolongation of the light period. Further experimental evidence for the importance of these type of cytokinins was provided by watering of cypDM plants with tZ-type cytokinins which rescued the photoperiod stress phenotype. Moreover, cytokinin levels were monitored throughout photoperiod stress treatment and development of stress symptoms in wild-type plants and indicated that the treatment leads to a general cytokinin accumulation. Apart from cytokinin synthesis and transport, mutant analysis led to the identification of AHP2, AHP3 and AHP5 as key components of cytokinin signaling during photoperiod stress. In addition, indications for a complex regulatory mechanism of ARR2, ARR10 and ARR12 transcription factors during photoperiod stress have been collected and based on these, a model in which ARRs either interact with each other or with unknown factors has been proposed. In the second chapter, the photoperiod stress sensitivity of young and mature plants and leaves and the contribution of different tissues to the photoperiod stress response has been investigated. The photoperiod stress sensitivity of wild-type and ahk2ahk3 plants and leaves of different age and the photoperiod stress response of leaves on a single rosette was determined. Results indicated that with an increasing leaf and plant age the ability to cope with prolongations of the light period decreased. Furthermore, analysis of MIR156B and MIM172 overexpressors demonstrated that there is no influence of the leaf identity (juvenile vs. adult leaves) on the photoperiod stress response. Moreover, the exposure of plants tissue-specifically expressing CKX1 to photoperiod stress indicated that the vasculature and epidermis are crucial to regulate the sensitivity to photoperiod stress. Lastly, the molecular response to photoperiod stress in leaves and roots of wild type and ahk2ahk3 was compared and indicates that roots differ substantially in their response from leaves. In the third chapter, the importance of the phytohormones auxin, ethylene and GA in coping with photoperiod stress was investigated. Auxin and GA measurements in wild-type leaves, transcriptome analysis of wild-type and ahk2ahk3 leaves as well as mutant analysis hints at a protective function of ethylene and a photoperiod stress inducing the role of auxin. Strikingly, a partial loss of auxin perception in ahk2ahk3 caused a partial rescue of the photoperiod stress phenotype and thus indicates that an imbalance in auxin homeostasis might be causative for the increased photoperiod stress sensitivity of plants with a lowered cytokinin status.

CD4+ T cells differentiate into diverse cell lineages with distinct effector functions, based on their produced signature cytokines. Previous studies have reported that T helper (Th) cell subsets can adopt characteristics of two opposing T cell differentiation programs, resulting in a mixed so-called “hybrid” phenotype. It was shown that mice develop Th2/1 hybrid cells, co-expressing the Th2 and Th1 lineage-specifying transcription factors GATA-3+ and T-bet+ and Th2 cytokines together with IFN-γ+ in response to Th2-polarizing worm infections. This Th2/1 phenotype was stably maintained for months and caused lower immunopathology in murine models of type-1 and type-2 inflammation compared to conventional Th1 and Th2 cells. Type-2 immune responses are essential for protective immunity against parasitic worm infections, but also play a pathologic role in promoting acute and chronic inflammation. Based on these data, the first aim of this work was to detect and phenotypically characterize Th2 and Th2/1 cells in threadworm infections. Therefore, organs of mice and peripheral blood samples of Indian patients infected with threadworms were analyzed using flow cytometry. The second aim was to prove the existence of the hybrid phenotype in the non-parasitic, Th2-mediated inflammatory skin disorder atopic dermatitis (AD). Blood samples of European patients with AD were analyzed for the occurrence of Th2/1 cells alongside pro-inflammatory Th2 and Th22 cell subsets and regulatory Foxp3+ T cells, surveying whether the proportions of Th2/1 hybrid cells were linked to distinct manifestations of the disease. Furthermore, the effector function of human hybrid cells was examined in 3D skin equivalents mimicking the hallmarks of AD. This work demonstrates that the induction of Th2/1 cells in parasitic worm infections can be generalized to murine threadworm infections. While neither the time point of infection nor the parasite burden had a significant impact on hybrid frequencies, Th2/1 cell levels differed depending on the examined organ. This work shows for the first time that also the human peripheral CD4+ T cell pool comprises Th2/1 hybrid cells co-expressing Th2 and Th1 markers. A comparative analysis between the murine and human Th2/1 phenotype revealed similar (e.g. the lower Th2 cytokine production by Th2/1 compared to Th2 cells) but also species-specific differences (such as the stronger IFN-γ production by human Th2/1 cells). Moreover, the analysis of patients with AD demonstrated that the majority of circulating Th2/1 cells lacked the skin-homing marker CLA. In contrast, especially in severe AD patients, pro-inflammatory Th2 and Th22 subsets were enriched in the skin-homing CLA+ subpopulation. Finally, co-cultures of in vitro generated Th2 or Th2/1 cells with skin models mimicking the hallmarks of AD suggest that the Th2/1 hybrid phenotype is a poor inducer of skin inflammation. In conclusion, the CD4+ T cell pool of mice and humans comprises Th2/1 cells displaying species-specific features, but most likely sharing a poor capacity for supporting Th2-associated inflammatory reactions. Future investigations will show whether Th2/1 cells ‘passively’ regulate Th2 responses due to their lower Th2 cytokine expression or actively cross-regulate an overt Th2 bias by e.g. the expression of IFN-γ and thus, whether Th2/1 cells can be used as a therapeutic tool in Th2 driven diseases.

Surface-enhanced Raman scattering (SERS) is a powerful technique to enhance the Raman intensity by several orders of magnitude. In SERS, the plasmonic near field of metal nanoparticles or rough metal surfaces enhances the incoming and scattered light of the Raman process. The first presented experimental results investigate the interaction of graphene suspended over gold nanodimers. Graphene has a constant Raman cross section in the visible spectrum and is therefore an excellent candidate to investigate the plasmonic resonance of gold dimers by Raman scattering. With wavelength-dependent Raman spectroscopy I was able to determine the plasmonic near-field resonance and compare it with the far-field resonance measured by dark-field measurements. In the second part I changed the Raman reporter to a resonant system, carbon nanotubes. I chose chirality enriched (7,5) nanotubes because their intrinsic resonance matches the resonance of the localized surface plasmon of the dimer. Polarizationdependent Raman measurements showed two maxima, one along the nanotube axis, and one along the dimer axis. Wavelength-dependent Raman measurements showed a narrower resonance if the nanotubes were plasmonically enhanced. The third part presents SERS measurements on sexithiophene molecules encapsulated in a CNT. The encapsulation has the major advantage that the molecules are protected from the environment. For SERS that means that no chemical enhancement is expected. I investigated the encapsulated molecules inside of a gold nanodimer gap and a reference without plasmonic enhancement. I was able to determine the intrinsic resonance of the encapsulated molecules and investigate the influence of the plasmonic near field. The last part gives an example for an application of SERS. I used a commercially available SERS substrate to perform Raman scattering experiments with an LED as excitation source. It was possible to unambiguously distinguish four different Raman reporters. The application of SERS substrates with LED excitation opens new possibilities for handheld Raman devices.