This thesis describes an optimized synthesis of the binuclear compound (NBu4)[Tc2(µ-Cl)3(CO)6] and expounds its potential as an readily accessible starting material for the synthesis of techneti-um(I) tricarbonyl complexes. For this purpose, established complexes with a {Tc(CO)3}+ core were synthesized from (NBu4)[Tc2(µ-Cl)3(CO)6]. Four compounds with mono- and tridentate li-gand systems (Bpz3-, 9-ane-S3, CN-But, CN-) were representatively chosen. In all four cases, the reactions starting from (NBu4)¬[Tc2(µ-Cl)3(CO)6] lead to the cleavage of the dimeric structure and to the formation of the same monomeric compounds, which are obtained starting from (NEt4)2[Tc(CO)3Cl3]. A study with donor solvents shows that the substitution of the chlorido ligands strongly depends on the particular solvent. In H2O, CH2Cl2 and THF, one single compound is formed, which is the same one, which is obtained using the monomeric starting ma-terial [Tc(CO)3Cl3]2- in the respective solvent. Dissolution of (NBu4)[Tc2(µ-Cl)3(CO)6] in ethanol with subsequent addition of an excess of (NEt4)Cl leads to the selective precipitation of (NEt4)2[Tc(CO)3Cl3]. This new approach to the monomeric Tc(I) carbonyl compound is clearly favored over the established synthesis of (NEt4)2[Tc(CO)3Cl3] with respect to yield, purity of the product and the time required for the synthesis. Furthermore, ligand exchange reactions of (NBu4)[Tc2(µ-Cl)3(CO)6] with tridentate ligands were performed using Schiff bases with P,N,O-, O,N,P- and P,N,P donor systems and tris(triazol)phosphine oxides. Reactions starting from (NEt4)2[Tc(CO)3Cl3] result in the same products. The chelating ligands always coordinate tridentate to the technetium atom. Modifications in the donor atom constellation have no influence to the coordination modes of the ligands. Furthermore reactions of (NBu4)[Tc2(µ-Cl)3(CO)6], and in some cases also with (NEt4)2[Tc(CO)3Cl3], with monodentate ligands were done. For the ligand exchange reactions with Me3SiBr, Me3SiI or Me3SiNCS, the formation of one unique product independently of the Tc(I) starting material was verified by 99Tc-NMR spectroscopy. The monomeric [Tc(CO)3X3]2- complexes (X = Br, I, NCS) are formed. The reaction of (NBu4)[Tc2(µ-Cl)3(CO)6] with an excess of NH4SCN and (NBu4)Cl results in the formation of (NBu4)2[Tc(CO)3(NCS)3]. Reactions of (NBu4)[Tc2(µ-Cl)3(CO)6] or (NEt4)2[Tc(CO)3Cl3] with Me3SiCN surprisingly do not yield [Tc(CO)3(CN)3]2- like corresponding reactions with KCN. The tetrameric cluster compound (NBu4)2[{Tc(CO)3}4(CN)6] is formed instead. Reactions of (NBu4)[Tc2(µ-Cl)3(CO)6] with triphenylphosphine or dime-thylphenyl¬phos¬phine result in cationic species of the composition [Tc(CO)3(PPh3)3]Cl and [Tc(CO)3(PMe2Ph)3]Cl, respectively. A neutral complex of the composition [Tc(CO)3(py)2Cl] was isolated from a corres¬ponding reaction with pyridine. All these examples show that the dimeric technetium(I) carbonyl species (NBu4)[Tc2(µ-Cl)3(CO)6] is an readily accessible starting material for the synthesis of complexes with a {Tc(CO)3}+ core. It is a good basis for the extension of the chemistry of technetium(I) carbonyl compounds.

Paroxysmale und Medikamenten-induzierte Dyskinesien sind schwerwiegende zentral bedingte Bewegungsstörungen mit häufig unbefriedigenden therapeutischen Optionen. Gut charakterisierte Tiermodelle für klar definierte Dyskinesieformen sind wertvolle Werkzeuge präklinischer Forschung und ermöglichen durch die Aufklärung pathologischer Mechanismen die Entwicklung rationaler und gezielter Therapien. Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit verwendeten Tiermodelle weisen eine robuste Face Validity und eine gute Predictive Validity auf. Auch unsere Studien zur Wirkung des GABAB-Agonisten Baclofen bei der Hamstermutante konnten dies bestätigen. Sowohl bei der PNKD des dtsz-Hamsters als auch im Rattenmodell für die LID spielt eine erhöhte Aktivität striataler Projektionsneurone eine zentrale pathophysiologische Rolle. Ionenkanäle, welche die Erregbarkeit von Zellen modulieren, stellen daher interessante Zielstrukturen für die Therapie dieser Erkrankungen dar. Die Aktivierung von Ionenkanal-gekoppelten GluR führt zu einer Erregung der Zellmembran, weshalb GluR-Antagonisten prinzipiell für die Therapie hyperkinetischer Bewegungsstörungen in Frage kommen. Für einige GluR-Antagonisten ist ein antidyskinetisches Potenzial bereits bekannt, ihr therapeutischer Einsatz wird jedoch durch das Auftreten unerwünschter Arzneimittelwirkungen oder eines Wirkungsverlusts nach chronischer Gabe beschränkt. Von Substanzen mit einer hohen Selektivität für spezifische GluR-Untereinheiten erhofft man sich eine bessere Verträglichkeit bei mindestens gleicher Effektivität. Interessanterweise zeigten die von uns untersuchten NMDA-Rezeptor- Antagonisten mit Präferenz für die NR2A- bzw. NR2B-Untereinheiten in den Tiermodellen unterschiedliche Wirkungen: NR2A-Antagonisten wiesen im Hamstermodell für die PNKD eine gute antidystone Wirksamkeit auf, wohingegen ein positiver Effekt im Rattenmodell für die LID ausblieb. Hier scheinen NR2B-Antagonisten geeigneter, klinische Studien deuten jedoch auf ein unerwartet ungünstiges Nebenwirkungsprofil der zurzeit verfügbaren Substanzen hin. Aktuell liegt der Fokus der präklinischen und klinischen Forschung auf den vielversprechenden Modulatoren metabotroper GluR. Auch Kynurensäure-Inhibitoren, die einen Anstieg des endogenen NMDA-Rezeptor-Antagonisten Kynurensäure erzeugen und beim dtsz-Hamster eine gute antidystone Wirkung erzielten, scheinen für die Behandlung der LID geeignet. Für die Therapie der PNKD sind NR2A-Antagonisten weiterhin interessante Kandidaten, deren Nutzen-Risiko-Verhältnis in weiterführenden Untersuchungen validiert werden sollte. Aufgrund der bedeutenden Rolle des dopaminergen Systems in der Pathophysiologie der untersuchten Erkrankungen stellt die Modulation von Dopamin-Rezeptoren einen naheliegenden Therapieansatz dar. Die klassischerweise verwendeten D1- und D2-Rezeptor-Antagonisten werden häufig von unerwünschten Arzneimittelwirkungen begleitet und reduzieren die Wirksamkeit des Levodopas zur Behandlung der PD, weshalb bei der Suche neuer Zielstrukturen die in geringerer Anzahl exprimierten D3-Rezeptoren als mögliche Kandidaten in Frage kamen. In unseren Untersuchungen reduzierte der D3-Rezeptorantagonist U 99194 weder den Schweregrad der PNKD beim dtsz-Hamster noch den Schweregrad der AIMs im Rattenmodell für die LID. Neuere Studien weisen jedoch darauf hin, dass Substanzen mit einer höheren Selektivität für den D3-Rezeptor als das von uns untersuchte U 99194 durchaus ein antidyskinetisches Potenzial besitzen. Im Hinblick auf veränderte D3-Rezeptorbindungen bei dyskinetischen Tieren und Patienten stellen D3-Rezeptorantagonisten weiterhin potenzielle neue Therapeutika für eine rationale Behandlung der LID dar. Für die Therapie der PNKD lieferten auch die von uns durchgeführten rezeptorautoradiographischen Untersuchungen beim dtsz-Hamster hierfür keine Hinweise. Der KV7.2-5-Kanalöffner Retigabin zeigte sowohl im Hamstermodell für die PNKD als auch im Rattenmodell für die LID eine gute antidyskinetische Wirkung. Auch bei chronischer Gabe war der Wirkstoff ohne Einschränkung der therapeutischen Wirkung von Levodopa gut verträglich, und es war kein Wirkungsverlust des Retigabins zu beobachten. Im Gegensatz zum KV7.2-5-Kanalöffner Flupirtin, welcher bereits als Analgetikum auf dem Markt verfügbar ist, sind für Retigabin keine lebertoxischen Wirkungen bei Langzeitbehandlung bekannt. Es wird seit einigen Jahren als zugelassenes Antiepileptikum beim Patienten eingesetzt, sodass über eine Indikationserweiterung des Medikamentes ein relativ schneller Einsatz bei Patienten mit LID oder PNKD möglich wäre. Weitere Untersuchungen zeigten, dass die antidyskinetische Wirkung im Rattenmodell für die LID insbesondere durch die Modulation von KV7.2/3 vermittelt wird. Spezifische Öffner dieser Kanäle, wie z. B. ICA 24273, sollten auch in anderen Tiermodellen auf ihre mögliche Eignung zur Behandlung der LID validiert werden. Im Hamstermodell für die PNKD wird der antidystone Effekt von Retigabin hingegen vermutlich maßgeblich durch KV7.5-Kanäle erzeugt. Da die Entwicklung neuer selektiver Wirkstoffe für spezifische KV7-Kanäle rasant voranschreitet, kann diese Hypothese hoffentlich in naher Zukunft auf ihre Richtigkeit überprüft werden. Aufgrund der analgetischen Eigenschaften von Retigabin, welche wahrscheinlich KV7.2/3-vermittelt sind, wäre ein selektiver KV7.5-Öffner zur Behandlung der häufig schmerzhaften Muskel-Kokontraktionen von PNKD-Patienten jedoch vermutlich weniger geeignet. Die unterschiedliche Wirksamkeit einiger getesteter Substanzen weist auf interessante Differenzen in der Pathophysiologie der PNKD des dtsz-Hamsters und der LID der 6-OHDA-lädierten Ratte hin und unterstreicht zugleich die große Bedeutung einer detaillierten Aufklärung der Krankheitsmechanismen für die erfolgreiche Therapie von Erkrankungen. Wie auch in anderen Forschungsgebieten unterliegt die Suche nach geeigneten Therapeutika aktuellen Trends, die nicht immer die in sie gesetzten Hoffnungen erfüllen können. Die Wiederentdeckung bereits für andere Indikationen zugelassener Wirkstoffe verkürzt sowohl Zeit als auch die Kosten für die Entwicklung neuer Therapeutika und sollte daher nicht aus den Augen gelassen werden. Zeitlos bleibt die Erkenntnis, dass das Aufklären der pathologischen Mechanismen die Grundlage aller rationalen Therapieansätze bildet, ob nun pharmakologischer oder anderweitiger Natur. Tiermodelle leisten hierzu einen zurzeit noch unersetzlichen Beitrag.

Weyl semimetals, named after the physicist Hermann Weyl, were predicted theoretically about ten years ago and were found experimentally only in 2015. The topological properties of Weyl semimetals and their analogy to massless elementary particles make them a field of great interest in condensed matter physics. The key feature of Weyl semimetals is the crossing of two linearly dispersing bands, forming a Weyl cone. Here we study the effects of breaking the rotational symmetry of the Weyl cone by a tilt, which refers in this context to an additive linear term proportional to the unit matrix in the Weyl equation, leaving the topological invariants unaffected. This thesis is built on a work originally published in Physical Review B, which is one of the first works to discuss the generic but previously overlooked tilt in Weyl semimetals and the very first to point out the tilt’s relevance for the transport properties. Based on our theoretical results we can conclude which properties are useful to demonstrate the tilt in Weyl semimetals experimentally. We distinguish between type-I Weyl semimetals, which have moderate tilts and a point-like Fermi surface, and type-II Weyl semimetals, characterized by large tilts leading to finite electron and hole pockets. This thesis begins with a general introduction to transport properties, Weyl semimetals and the methods we use. The following main content consists of two parts. The first part (chapters 2 and 3) addresses the electronic quantum transport properties of type-I Weyl semimetals, including the conductivity and the Fano factor. We discuss the symmetry-breaking tilt in detail and consider the influence of the tilt on the transport properties. We show that the Fano factor is a useful indicator to detect the tilt of a Weyl semimetal, as it is independent of other parameters. Further, we study the phase transition induced by disorder from a quasi-ballistic to a diffusive phase and we determine how the critical disorder strength depends on the tilt. In doing so, we show that the transition from type-I to type-II Weyl semimetals is always preceded by the disorder-induced transition. To find these results, we apply a variety of methods, including scattering matrix theory and the self-consistent Born approximation, and show exemplary lattice models. The second part (chapters 4 and 5) considers type-II Weyl semimetals in a magnetic field including electron-electron interactions. By developing a general mean field approach for type- II Weyl semimetals, we show that the interaction induces a charge density wave (CDW). We compute the critical temperature of the transition to the CDW phase and find a cascade of successive transitions for different Landau levels. We determine the resistivity ρ using the quan- tum mechanic linear response theory and confirm the semi-classical picture of a ρ ∝ B 2 scaling. The semi-classical picture is valid below the quantum limit reached at high magnetic fields. We further quantify the transition to a different scaling above the quantum limit. While the semi- classical picture only considers the non-interacting case, we are able to extend the analysis to the interacting case and show in which regime the ρ ∝ B2 scaling is still present. Additionally, we study the oscillations of ρ(B), finding that the CDW increases their amplitude and leads to an unusual temperature dependence. Altogether this thesis demonstrates the importance of the tilt in Weyl semimetals on the basis of quantum mechanical transport properties.

Der Sec61-Translokon-Pathway ist für die meisten Proteine der erste Schritt des intrazellulären Proteintransports. Mit Hilfe von Signalsequenzen der Proteine und des Sec61-Komplexes der ER-Membran werden sekretorische Proteine über die ER-Membran transloziert und integrale Membranproteine in diese integriert. Die kontrollierte Beeinflussung der Translokation von Proteinen am Sec61-Komplex hat ein hohes pharmakologisches Potential, das zur Zeit noch nicht genutzt wird. Inhibitoren des Sec61-Komplexes könnten z.B. zu neuen Zytostatika entwickelt werden. Um dieses Ziel in erreichbare Nähe zu rücken, muss die Funktionsweise des Sec61-Komplexes und insbesondere der Öffnungsmechanismus des proteinleitenden Kanals durch die Signalsequenzen der Proteine weiter aufgeklärt werden. Auch für diesen Zweck wären Inhibitoren des Sec61-Komplexes gute Werkzeuge. Ein Beispiel für einen solchen Inhibitor stellt das Zyklodepsipeptid Cotransin (CT) dar. Bisher wurde beschrieben, dass CT und einige andere Zyklodepsipeptide wahrscheinlich direkt an den Sec61-Komplex binden, dort aber nur die Biosynthese einer kleinen Anzahl von Proteinen blockieren. Für diese Selektivität sind die Signalsequenzen der sensitiven Proteine verantwortlich. Die Zahl der Proteine, deren Biosynthese tatsächlich CT-sensitiv ist, war ebenso unklar wie die Eigenschaften der Signalsequenzen, die diese Sensitivität vermitteln. Im Vorfeld dieser Arbeit wurde die tatsächliche Selektivität von CT mit Hilfe einer Proteomics-Analyse untersucht und festgestellt, dass bei einer sättigenden CT-Konzentration von 30 μM die Biosynthese fast aller sekretorischer Proteine CT-sensitiv war. Die Biosynthese der Mehrzahl der integralen Membranproteine war dagegen CT-resistent. Die Substanz ist damit weitaus weniger selektiv als bisher angenommen. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde eine breit angelegte, bioinformatische Analyse der Signalsequenzen der CT-sensitiven Proteine durchgeführt, die in dieser Proteomics-Studie identifiziert wurden. Ziel war es, ein mögliches Konsensusmotiv in den Signalsequenzen (Signalankersequenzen oder Signalpeptide) zu identifizieren, das die CT-Sensitivität vermittelt, und dieses dann experimentell zu charakterisieren. In allen CT-sensitiven Signalankersequenzen konnte auf Ebene der α-helikalen Sekundärstruktur ein entsprechendes Konsensusmotiv gefunden werden. Das Konsensusmotiv bildet auf der Helixoberfläche zwei Vertiefungen durch kleine Aminosäurereste aus (Gly, Ala, Ser, Thr, Cys), die durch größere, raumfüllende Aminosäurereste voneinander getrennt sind. Flankierend zu dieser Gruppe von Aminosäuren finden sich große geladene, polare oder aromatischen Aminosäurereste. In der Folge wurde mit Hilfe von gerichteten Mutagenesen experimentell bestätigt, dass dieses Motiv die CT-Sensitivität einer Signalankersequenz vermitteln kann. Im Gegensatz zu den CT-sensitiven Signalankersequenzen, bilden die meisten CT-sensitiven Signalpeptide dieses Motiv nicht aus und es bleibt unklar, worauf deren CT-Sensitivität beruht. In den seltenen Fällen, in denen das Motiv in einem Signalpeptid vorhanden ist, scheint es auch hier die CTSensitivität zu vermitteln. Dies konnte ebenfalls durch gerichtete Mutagenesen experimentell gezeigt werden. Die oben beschriebenen Zyklodepsipeptide weisen einen Signalsequenz-selektiven Wirkungsmechanismus am Sec61-Komplex auf und sind daher, auch aufgrund ihrer peptidischen Struktur, für die Wirkstoffentwicklung wenig geeignet. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde ein zellbasierter Hochdurchsatz-Screen entwickelt und etabliert, mit dem Ziel, neue Inhibitoren für den Sec61-Komplex zu identifizieren, die den proteinleitenden Kanal auch unabhängig von Signalsequenzen blockieren. Bei diesem sequenziellen Screening-Verfahren mit 37312 Substanzen wurden im Primärscreen zunächst alle Verbindungen aus der Bibliothek identifiziert, die einen Einfluss auf Transkription, Translation und den Sec61-Translokon-Pathway haben. Im Sekundärscreen wurden dann die Substanzen identifiziert, die eine Selektivität für den Sec61-Translocon-Pathway aufweisen sollten. Nach Bestimmung der IC50-Werte und Berücksichtigung der Parameter der Medizinalchemie wurden fünf Substanzen für die weitere Analyse ausgewählt. Die Selektivität der Substanzen wurde mit Hilfe eines zellulären Biosyntheseassays mit verschiedenen Membranproteinen bestimmt. Die Aktivität gegen den Sec61-Translokon-Pathway konnte mit einem zellfreien Transkriptions-/ Translations-/ Translokationsassay bewiesen werden. Dabei zeigte sich, dass zwei Substanzen (FMP-214534 und FMP-401319) den Sec61-Translokon-Pathway unabhängig von Signalsequenzen mit einer IC50 im niedrigen mikromolaren Bereich (zelluläres Assay) blockieren. Für die Substanz FMP-401319 wurde eine Vielzahl kommerziell erhältlicher Analoga analysiert und eine Substanz mit leicht verbesserten Eigenschaften gefunden. Mit dieser Substanz (FMP-401319-3) wurde abschließend mit Hilfe des zellfreien Transkriptions-/ Translations-/ Translokationsassays und Proteaseprotektion bestimmt, auf welcher Stufe des Sec61-Translokon-Pathways die Verbindung angreift. Es konnte gezeigt werden, dass die Substanz die cotranslationale Translokation eines Proteins auf der Ebene des Sec61-Komplexes blockiert, und zwar nachdem das Ribosom an den Sec61-Komplex gebunden hat, aber bevor die naszierende Proteinkette das ER-Lumen erreicht und das Signalpeptid abgespalten werden kann. Zukünftige Studien müssen zeigen, wo genau die Substanz FM-401319-3 bindet und den Sec61-Komplex beeinflusst.

Trakehner nehmen auch heute noch eine Sonderstellung in der deutschen Pferdezucht ein, denn diese Rasse ist die älteste Reitpferderasse Deutschlands. Seit Beginn ihrer Zuchtgeschichte wurden Trakehner als edle Reit- und Fahrpferde gezogen; Englische und Arabische Vollblüter prägten Typ, Härte und Leistungsvermögen. Eine Umzüchtung vom schweren Warmblüter, der in der Landwirtschaft eingesetzt wurde, zum edleren, leichten Reitpferd hat nie stattgefunden, da Trakehner immer schon als leichte Reit- und Fahrpferde für die Kavallerie gezogen wurden. Durch den starken Vollbluteinsatz wurden die Pferde eher zu leicht und durchliefen mehrere Verstärkungsperioden. Nach dem Zweiten Weltkrieg waren nur noch wenige Zuchtpferde für den Wiederaufbau der Zucht vorhanden. Durch die Ostblockbildung konnten sich Subpopulationen entwickeln, die auch in der ehemaligen Sowjetunion nach Reinzuchtkriterien weitergezüchtet wurden. Zur Bewahrung ihrer besonderen Genetik wurde die Zuchtmethode der Reinzucht bis heute beibehalten. Alle weiteren Warmblutzuchtverbände züchten mit mehr oder weniger geöffneten Stutbüchern. Durch die Reinzucht kann die besondere Genetik erhalten bleiben, die kleine Population erfordert aber eine gute Organisation, um die Inzuchtrate auf einem möglichst niedrigen Niveau zu halten. Die besonderen Reinzuchtbestimmungen ermöglichen eine Hereinnahme von Genen aus Englischen und Arabischen Vollblütern sowie Shagya- und Anglo-Arabern und reingezogenen Trakehnern aus dem Ausland. Diese Vergrößerung des Genpools hat eine traditionelle Grundlage, vergrößert die Varianz und verkleinert die Inzuchtrate. Trakehner werden heute weltweit gezüchtet. Zur Betreuung der ausländischen Züchter haben sich mehrere Tochterverbände gebildet. Für die vorliegende Untersuchung wurden die Leistungsmerkmale der aktiven Zuchtstutenpopulation aus dem Jahr 2014 in Korrelation zu dem Spezialblutanteil der Stuten untersucht. Mithilfe einer Pedigreeanalyse wurden die Stuten bezüglich ihres Spezialblutanteils in den ersten beiden Generationen in 5 Gruppen nach aufsteigendem Spezialblutanteil eingeteilt. Als Spezialblut bezeichnet werden Ahnen der Rassen Englisches Vollblut, Arabisches Vollblut, Shagya-Araber, Anglo-Araber und Pferde aus ausländischer Subpopulation. Insgesamt wurden die zentral vom Trakehner Zuchtverband und der FN erfassten Daten von 9915 Pferden ausgewertet. Im ersten Teil der Auswertung konnte gezeigt werden, dass mehr als ein Drittel der zuchtaktiv gemeldeten Stuten einen Spezialblutanteil ≥25 % aufweisen. Ein hoher Spezialblutanteil ist also auch in den vorderen Generationen etabliert. Im zweiten Teil wurden die leistungsbezogenen Daten der Stuten und ihrer Nachkommen analysiert. Die untersuchten Leistungsdaten sind Selektionskriterien im Zuchtprogramm. Untersucht wurden Daten aus Fohlenregistrierung, Stutbucheintragung, SLP und Turniersport. Die HLP- und Körergebnisse standen zur Verfügung, konnten aber nicht ausgewertet werden, da die Datenmenge zu klein oder die Daten nicht vergleichbar waren. Als Vergleichsgruppe wurden jeweils Stuten ohne Spezialbluteinfluss in den ersten beiden Generationen herangezogen. Diese Vergleichsgruppe wurde dann jeweils mit den Pferden der unterschiedlichen Spezialblutgruppen verglichen. Die Leistungsdaten der Stuten wurden über eine Varianzanalyse oder mithilfe der logistischen Regression verglichen. Für die Daten der Nachkommen wurde ein gemischtes Modell entwickelt. Die deutschen Reitpferdezuchtverbände verfolgen alle das Zuchtziel einer Leistungszucht auf Reitpferdemerkmale. Die Selektion verläuft über mehrere Selektionsstufen vom Fohlen bis zum Reit- oder Zuchtpferd. Die Selektionskriterien, die auf Zuchtleistungsschauen beurteilt werden, lassen sich in die Hauptblöcke Grundgangarten, Springveranlagung und Exterieur gliedern. Interieur- und Gesundheitsmerkmale werden nur in geringem Umfang erfasst. Die untersuchten Merkmale, die bei der Selektion berücksichtigt werden, konnten durch Einkreuzung von Spezialblutpferden nicht verbessert werden. Die Nachkommen wurden jeweils bezogen auf die Fremdblutgruppe der Mutter nach gleichem Muster analysiert. In der statistischen Auswertung konnte gezeigt werden, dass die Einkreuzung von Spezialblut keinen positiven Einfluss auf die untersuchten Leistungsmerkmale hat. Für viele Merkmale konnte kein signifikanter Effekt auf die Bewertung nachgewiesen werden. Die Leistungsmerkmale, die signifikant negativ beeinflusst werden, weisen eine lineare Beziehung zum Spezialblutanteil auf. Hier wird die Bewertung mit steigendem Spezialblutanteil schlechter. Die Berücksichtigung dieser Ergebnisse erfordert ein kritisches Hinterfragen des Spezialbluteinsatzes. Die untersuchten Leistungsmerkmale stellen allerdings Selektionskriterien für eine gerichtete Reitpferdeselektion dar, die Merkmale, welche durch den Spezialbluteinfluss verbessert und gefestigt werden sollen, nur unzureichend erfassen. Da die Trakehner Zucht durch ihre kleine Populationsgröße auf eine Erweiterung des Genpools angewiesen ist, sollten konkrete, messbare Zuchtziele formuliert werden, um Zweck und Erfolg einer Spezialbluteinkreuzung zu überprüfen. Soll die Zuchtpopulation weiterhin nur über die untersuchten Merkmale selektiert werden, sollte der Spezialbluteintrag zu Gunsten eines größeren Zuchtfortschritts auf ein vertretbares Minimum reduziert werden.

Die Recurrent airway obstruction (RAO) ist eine chronische Erkrankung der unteren Atemwege bei Pferden mit multifaktorieller Genese. Da es sich um eine sehr weit verbreitete Erkrankung in der Pferde-Population handelt, besteht ein großes Interesse daran, neben den bisher gängigen Therapeutika, die vor allem die Symptome bekämpfen, neue Behandlungsoptionen zu finden. Eine Therapieoption, die die Erkankung auf immunologischer Ebene modulieren kann, bietet die Inhalation von unmethylierten Cytosin-Phosphat-Guanin-Oligodeoxynukleotiden (CpG-ODN, kurz CPG). Das sind kurze DNA-Stränge, die aufgrund der Frequenz der Motive und dem Methylierungsgrad Ähnlichkeit mit der DNA von Bakterien bzw. Viren besitzen und somit vom Körper als fremd erkannt werden. Diese CpG könnten das Immunsystem weg von einer, bei Allergien dominierenden Th2-, hin zu einer spezifischen Th1-geprägten Immunantwort lenken. Um die Aufnahme der CpGs in die Zellen verbessern zu können und vor einem vorzeitigen Abbau der DNA durch Nukleasen zu schützen, werden als Trägersystem Gelatinenanopartikel (GNP) verwendet. In der aktuellen doppelt-verblindeten Studie wurden RAO-Pferde, mittels geschichteter Zufallverteilung randomisert, in drei unterschiedliche Behandlungsgruppen unterteilt. Dabei erhielt eine Gruppe eine einfache CpG-Dosis (CpGsd) von 187,5μg CpG/Inhalation, die zweite Gruppe die doppelte Dosis (CpGdd) mit 375μg CpG/Inhalation und die dritte Gruppe zum Vergleich eine etablierte Therapie mit Beclometason, einem inhalativen Kortikosteroid. Alle Pferde erhielten insgesamt 10 Inhalationen. Ziel der Studie war es den Behandlungserfolg durch die inhalative CpG-Therapie unter Beweis zu stellen sowie den Dosis-Wirkungs-Effekt und die Leistungsfähigkeit der CpG-Therapie im direkten Vergleich mit einer bewährten antiinflammatorischen Inhalationstherapie mit Beclometason zu evaluieren. In der verblindeten klinischen Feldstudie wurden insgesamt 29 RAO-Pferde in ihren Heimatställen behandelt. Bewertet wurde der Therapieeinfluss auf die klinischen Parameter Ruheatemfrequenz, Atemtyp, Nasenausfluss, Auskultation, Sauerstoffpartialdruck, Arterioalveoläre Sauerstoffdifferenz, Interpleuraldruck, Mukusmenge- bzw. –viskosität in der Trachea, Neutrophile in der BAL (Bronchoalveoläre Lavage), klinisches Scoring und HOARSI (Horse Owner Assessed Respiratory Signs Index). Dafür wurden alle Pferde drei Mal untersucht. Die erste Untersuchung erfolgte vor dem Start der Behandlung (US1), die zweite am Tage nach der letzten Behandlung (US2). Die dritte Untersuchung (US3) erfolgte acht Wochen nach der letzten Inhalation, um den Langzeiteffekt beurteilen zu können. Direkt nach der Behandlung bei US2 konnten sowohl die CpGsd Gruppe, die bei 90% der klinischen Parameter eine signifikante Verbesserung erzielen konnte als auch die CpGdd Gruppe, die bei 81% der gemessenen Werte signifikante Verbesserungen bewirken konnte, einen Vorteil gegenüber der Kortisontherapie (72%) aufweisen. Noch eindeutiger fielen die Ergebnisse, die bezüglich der Langzeitevaluierung erhoben wurden, aus. Hier ist mit der positiven signifikanten Beeinflussung von 100% der klinischen Parameter bei der CpGsd und 67% bei der CpGdd, im Vergleich zu 54% bei der Kortisontherapie, ein klarer Vorteil in der therapeutischen Wirksamkeit aufseiten der CpG-Behandlung zu erkennen. Als wichtiger Indikator für die antiinflammatorische Wirkung ist die langfristige signifikante Reduktion der Neutrophilen in der BAL durch die beiden CpG-Gruppen hervorzuheben, wohingegen bei der Beclometason-Inhalation hier keine signifikante Reduktion festgestellt werden konnte. Von besonderer Relevanz ist außerdem die Einschätzung der Pferdebesitzer bezüglich der klinischen Symptomatik mittels standadisiertem HOARSI-Fragebogen. Hier bewerteten die Besitzer beider CpG-Dosis-Gruppen den Zustand ihrer Pferde, 8 Wochen nach der Behandlung als signifikant besser als vor der Therapie, während die Einstufung der Verbesserung nach der Beclometason-Therapie nicht signifikant ausfiel. Da sich das gesamte klinische Bild für die Besitzer merklich verbesserte, konnte somit eines der wichtigsten Ziele der Behandlung erreicht werden. Die Erhöhung der CpG-Dosis auf die doppelte Menge konnte, auf die Gesamtzahl der klinischen Parameter gesehen, keine besseren Ergebnisse bewirken, als die ursprüngliche einfache Dosis. Die CpGsd konnte sogar bei einem breiteren Spektrum an klinischen Parametern eine signifikante Verbesserung erzielen als die CpGdd. Diese Ergebnisse sprechen daher also dafür, dass die einfache Dosierung (187,5μg CpG/Inhalation) zur Behandlung der RAO ausreicht. Hinsichtlich der Therapieverträglichkeit konnten keinerlei negative Auswirkungen auf die Patienten beobachtet werden. Auf immunologischer Ebene konnte nach der Behandlung mit CpGs signifikante Reduktionen des Th2-Zytokins IL-4 sowie des Th17-Zytokins IL-17 festgestellt werden. Beide Zytokine spielen eine Rolle in der Rekruitierung von neutrophilen Granulozyten. Auch wenn die Ergebnisse der mRNA-Auswertungen statistisch nicht signifikant waren, deutete auch hier eine Vielzahl der Ergebnisse auf eine tendenziell antiinflammatorische Wirkung durch die CpG-Therapie hin. Hier konnte u.a. die Tendenz einer Absenkung der IL-8- sowie der GATA-3-mRNA-Expression verzeichnet werden, was sowohl auf einen antiinflammatorischen, als auch einen immunmodulatorischen Effekt, weg von einer Th2-dominierten Immunantwort, hindeutet. In zukünftigen Studien wäre eine Untersuchung an einer größeren Patientengruppe wünschenswert, um ein noch besseres Verständnis der immunonologischen Verhältnisse in den unterschiedlichen Erkrankungsphasen (Remission oder Exazerbation) bei RAO erreichen zu können und damit die Aussagekraft hinsichtlich der therapeutischen Veränderungen noch weiter stärken zu können. Außerdem könnte eine größere Patientenzahl individuelle Schwankungen, v.a. der Zytokinergebnisse besser ausgleichen. Ein direkter Nachweis regulatorischer T-Zellen zur Evaluation des Therapieeinflusses auf die Tregs wäre in weiterführenden Studien wünschenswert. Da den Tregs in der Pathogenese des humanen Asthmas bereits eine wichtige Rolle zugesprochen wird, sollte deren Bedeutung in der RAO-Erkrankung genauer auf den Grund gegangen werden. Da humanes Asthma und die equine RAO hinsichtlich zahlreicher Aspekte, u.a. in der Pathogenese und dem Ansprechen auf Therapie, Parallelen aufweisen, wäre es wünschenswert, dass die Möglichkeit der inhalativen Therapie mit CpGs in zukünftigen Studien über die Behandlung von RAO hinaus, auch bei Asthma-Patienten in großangelegten Studien weiterführend untersucht wird.

In der vorliegenden retrospektiven Studie (01.01.2010–31.08.2015) aus der Klinik für kleine Haustiere der Freien Universität Berlin wurden die Patientenakten der Hunde analysiert, die aufgrund einer arthrosebedingten Lahmheit vorgestellt wurden. Die Ursache der Funktionsstörung musste Karpal-, Ellenbogen-, Schulter-, Tarsal-, Knie- und/oder Hüftgelenk(e) betreffen. Das Ziel war, die häufig verwendeten Antiphlogistika/Analgetika Rimadyl®, Previcox®, Cimalgex® plus Gabapentin®, Phen-Pred®, Metacam®, Novaminsulfon® und Trocoxil® im Hinblick auf Wirksamkeit und Nebenwirkungen miteinander zu vergleichen. Im Ergebnis erwies sich keines der Medikamente weder als signifikant wirkungsvoller noch als signifikant nebenwirkungsbehafteter. Insgesamt konnte mit einem dieser Präparate eine ausgeprägte Optimierung der Funktion um einen Lahmheitsgrad in 48,2 %, um zwei Grade in 18,2 % sowie um drei Grade in 4 % der Fälle erzielt werden. Bei über 85 % der Patienten, die ausschließlich mit dem erstgewählten Präparat behandelt wurden, waren keine Nebenwirkungen zu vermerken. Nach Applikation eines Zweitpräparates konnten mit 28,9 % nahezu doppelt so häufig Nebenwirkungen festgestellt werden. Wurde aufgrund dessen wie zuvor auf ein Drittpräparat umgestiegen, kam es bei nur einem Patienten zu Nebenwirkungen. Die unerwünschten Wirkungen betrafen bis auf eine Ausnahme ausschließlich den Verdauungstrakt. Tendenziell erwies sich Previcox® als am nebenwirkungsärmsten, während Phen-Pred® am häufigsten nebenwirkungsbehaftet war. Auffällig präsentierte sich die signifikante Häufung der Nebenwirkungen bei einer kombinierten Verabreichung der Medikamente mit dem Antazidum Omeprazol®. In Bezug auf die einzelnen Gelenke erwies sich keine der vier Gruppen als signifikant effizienter als eine andere. Eine Behandlung mit Previcox® war bei Hüftgelenksbeschwerden allerdings tendenziell wirkungsvoller (p = 0,054) als mit einem der drei anderen Medikamente bzw. der Medikamentenkombination aus Cimalgex® plus Gabapentin®.

The aim of conformation dynamics is the identification of metastable sets in the molecular conformation space, and the computation of their statistical weights. Because of the high dimensionality of the state space, coarse graining methods attempt to improve the computational performance by reducing the representation of a molecule’s dynamics without losing relevant details. In this doctoral thesis, a coarse graining method in time, by clustering motions of particles according to a certain criterion, and a coarse graining strategy in space, by revealing a hierarchy in the descriptors of a protein, are developed. To find the global statistical weights of the metastable sets, reweighting strategies are necessary. We present two novel techniques that permit a direct calculation of statistical weights, both based on the estimation of free energy differences. The first method requires an inverse balance condition that leads to a direct calculation of the statistical weights as eigenvalues of a transition matrix. The second approach approximates entropy differences between metastable sets to derive according free energy differences. The performance of the novel strategies is tested on several small examples before applying them to the µ-opioid receptor. The µ-opioid receptor is a transmembrane protein, especially important for the perception and the alleviation of pain. A medication with analgesics like morphine can lead to serious side effects. Therefore, it is desirable to find an opioid that activates the µ-opioid receptor in the inflamed tissue only. The intent of this doctoral thesis is to analyze the µ-opioid receptor in order to find possible reasons for the known better effect of analgesics in inflamed tissue. We model the receptor in a simulation box, embedded in a membrane and solvated with water, both in healthy and inflamed tissue, propose different hypotheses that may cause the better effect of the receptor in inflamed tissue, and investigate electrostatic potentials, Coulomb interactions, and conformational changes for the analysis of the receptor’s behavior.

Unter dem Gesichtspunkt eines wachsenden Bedarfs an agrarischen Produkten sind die Erhaltung und Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit essentiell. Nach dem Vorbild der Terra Preta do Indio (Glaser und Birk, 2012) ist eine Aufwertung von ertragsschwa-chen, sandigen Böden mit neuentwickelten Biokohlesubstraten (BKS) hinsichtlich ihrer Bodenfruchtbarkeit und Ertragsfähigkeit denkbar. Die Auswirkungen des Einsatzes von BKS auf die Bodenfruchtbarkeit wurden in er-tragsschwachen sandigen Acker- und Kippböden der Niederlausitz (Nordostdeutsch-land) mit mehrjährigen Gefäß-, Bodensäulen- und Lysimeterversuchen geprüft. In den Gefäßversuchen wurden BKS mit Biokohleanteilen von 15 Vol.-% und 30 Vol.-% und Aufwandmengen von 30 t/ha bis 240 t/ha untersucht. Zudem erfolgte die pflanzenbauli-che Prüfung von BKS, die mit verschiedenen Rezepturen aus regionalen Inputstoffen hergestellt wurden. In den Bodensäulen- und Lysimeterversuchen wurden BKS mit 15 Vol.-% Biokohle hinsichtlich ihres Einflusses auf die Sickerwassermenge und -qualität über drei Vegetationsperioden geprüft. Diese wurden im Zusammenhang mit den Erträgen und Entzügen der angebauten Kulturen Knaulgras (Dactylis glomerata L.), Senf (Sinapis alba L.), Sommergerste (Hordeum distichum L.), Mais (Zea mays L.) und Winterroggen (Secale cereale L.) sowie einer umfangreichen Bodenanalytik ausgewer-tet. Die Ergebnisse zeigen eine positive Beeinflussung der Bodenparameter in Abhängigkeit vom Ausgangszustand der Böden. Neben der Erhöhung des Gesamtporenvolumens auf 116 % (Kippboden) bzw. 124 % (Ackerboden) wird in dem Kippboden auch die nutzbare Feldkapazität auf 172 % angehoben. Die BKS-Düngung führt zu einer Verbes-serung des Humushaushaltes einhergehend mit der Erhöhung der KAKpot, der Nähr-stoffvorräte und der P-, K- und Mg-Verfügbarkeit. Die BKS weisen ein geringes N-Mineraldüngeräquivalent von < 10 % auf. Die Nmin-Austräge mit dem Sickerwasser können um 40 % (Kippboden) bzw. 69 % (Ackerboden) mit einer Gabe von 30 t/ha BKS (15 Vol.-% Biokohle) signifikant reduziert werden. Gestaffelte BKS-Gaben (3x30 t/ha) reduzieren den Nmin-Austrag des Kippbodens stärker als eine einmalige hohe Gabe von 90 t/ha. In einem sandigen Braunerde-Podsol bewirkt die Düngung mit den BKS erhöhte Nmin-Austräge auf bis zu 157 % (90 t/ha). Die K- und P-Austräge sind in allen geprüften Böden gering bzw. sehr gering. Die Anwendung von Biokohlesubstraten verbessert die ökologischen Bodenfunktionen sowie die Flächenproduktivität auf ertragsschwachen sandigen Böden und stellt eine vielversprechende Option für Grenzertragsstandorte und für die landwirtschaftliche Re-kultivierung von Kippböden dar.

Protein Tyrosine Phosphatase 1B (PTP1B) is a validated drug target for the treatment of diabetes type 2 and obesity. Until now, development of suitable modulators has been hampered by the polarity of the binding site and related bioavailability issues of the molecules. The design of selective inhibitors of PTP1B against the closely related T-Cell protein tyrosine phosphatase (TC-PTP), which was associated to severe side effects in animal studies, proved even more challenging. Over the years progress wasmade, but known PTP1B inhibitors only achieved atmaximummoderate selectivity over TC-PTP. This study aims to break the traditional boundaries of PTP1B selectivity by deliberately exploiting structural differences of both proteins. Due to their high similarity this requires thorough analysis of their static structures as well as their flexible behavior. The goal was therefore pursued with two different approaches: In Part I of the study a detailed analysis of protein complexes with selective ligands was performed including their flexible behavior as determined frommolecular dynamics simulations. Since common analysismethods were not able to explain the selectivity of the investigated ligands, a newmethod was developed which is able to assess parameters of ligand affinity that are not covered by currently available methods: steric complementarity of the ligand to the protein together with ligand strain. The developed tool allows to assess those properties on high numbers of molecular dynamics frames to calculate ligand shape fit in a flexible context. It further enables to trace back the ligand atoms or parts responsible for good or bad shape fit. In Part II of this study the flexible behavior of the apoproteins was studied. Since surface properties are highly similar in both proteins, the analysis focused on binding site shapes. For this, a novel approach was chosen that translates binding site shapes from molecular dynamics simulations into point maps and subsequently uses clustering and difference calculations to find a PTP1B conformationmost unlike to all discovered TC-PTP conformations. Theworkflowincludes calculation of a selectivity map consisting of points in the binding site where highest and most relevant differences in PTP1B and TC-PTP conformations occur. This map can be visualized and used for screening of selective PTP1B frames, which can then be used for protein structure based virtual screening for potentially selective PTP1B inhibitors. Results of Part I indicate shape fit as the previously undiscovered reason for selectivity of some known PTP1B inhibitors. They further suggest that selectivity can be achieved by interactions in the catalytic cavity as well as in previously suggested areas (the B and C site) of the binding site. Additionally, the discovered reduced ligand strain in PTP1B for one of the analyzed ligands, while almost maintaining same occurences of protein-ligand interaction features, lead to the assumption that PTP1B possesses a higher ability to conformationally adapt to the ligand than TC-PTP. This assumption is corroborated by the results of Part II: The selectivitymap indicates the catalytic cavity and the YRD-loop (C site) as areas of different flexible behavior. Especially the YRD-loop shows increased flexibility in PTP1B compared to TC-PTP. Additionally, ligands that have a high likelihood of exploiting the discovered conformational differences while still showing sufficient activity in PTP1B could be found in databases of commercially available molecules. Overall, the two innovative approaches to discover key factors of PTP1B selectivity did not only lead to interesting findings, but could also be adapted to promote other drug design projects where selectivity is crucial but hard to achieve.

Bone forming cells of mesenchymal origin and hematopoietic cells of the immune system interact in the bone marrow. Both cell types show high plasticity under homeostatic conditions as well as during bone healing after an injury. Bone marrow is also the central organ for hematopoiesis and harbors the immunological memory. Above all, regeneration and formation of an immunological memory are processes that take place over a period of weeks to months. Since the underlying mechanisms are controlled on the cellular level, in vivo multiphoton fluorescence microscopy is the most appropriate and common method to gain insight into the dynamics of these interactions in living tissue under physiological and pathological conditions. However, already established methods for intravital microscopy in the bone marrow of mice are, either designed for imaging a few hours and thus not for repeated, i.e. longitudinal observations, or not designed for long bones, but only for flat bones, i.e. calvarium. In addition, they are physically limited to penetration depths of approx. 100 - 150 µm below the bone cortex. In the present work, in order to fulfil the needs in understanding bone biology a new microendoscopic technique based on gradient index (GRIN) lenses was developed and applied to analyze cellular dynamics in vivo. An internal fixation system ensured the precise positioning of a GRIN endoscope in the femoral bone marrow tissue over months. The optical performance of the endoscope system was comparable to other methods for intravital microscopy in the bone marrow. Via a chronic window, which can be introduced into the bone marrow cavity both centrally and pericortically, we were able for the first time to observe and quantify changes in the vascular structure in one and the same individual over month. The observed plasticity of the blood vessels seems to be unique compared to other tissues. Using histological and flow cytometric methods, we could exclude the possibility that this is a process driven by regeneration processes caused by implantation procedure. Additionally, to account for the complex dynamic interactions between various cellular and extra-cellular compartments, a method for non-linear asymmetric two-photon excitation (ATPE) and digital unmixing of the recorded fluorescence signals was established, which can be used for the multiplexed recording of eight different tissue components. The novel endoscope system enables longitudinal intravital microscopy in the murine bone marrow (LIMB) to analyze the osteoimmune system in vivo under homeostatic and pathological conditions. With LIMB we expect to gain a deeper insight into the role of the immune system in bone healing, as well as into the establishment and maintenance of immunological memory cells, such as long-lived plasma cells in their special survival niches.

The ability of specific triterpenoid saponins to act as a novel mediator of the endosomal release was investigated thoroughly in the past. By interacting with the endosomal membrane, these sec-ondary plant metabolites from Saponaria- or Gypsophila-specimen are able to release the endo-somal or lysosomal content before being degraded by lysosomal enzymes. Special attention hereby was paid to the use of ribosome-inactivating proteins, which can induce the apoptotic cell death by cleaving an adenine out of the 28S-Subunit of the ribosomes. A synergy between triterpenoid saponins and RIPs achieved an amplified cell toxicity in several studies, which was even tested successfully in many in-vivo-studies. Resulting out of a less specific release from the endosomes, a logic consequence was to test the ability of the triterpenoid saponins in other scien-tific fields. Therefore, the quest of this work happened to be the investigation of the saponin me-diated enhanced gene delivery (transfection). For this purpose, a number of different nanocarriers were formulated and analyzed for their suitability as stable nanoplexes in terms of size, zetapotential, uniformity, stability and DNA-complexation efficiency. After the establishment of a robust transfection method with peptide-based nanoplexes, a number of different saponins could be tested on their transfection enhancing properties, among them SO1861, isolated from Saponaria officinalis L., and GE1741, isolated from Gypsophila elegans M.Bieb. In addition, a further breakdown of the structure-activity relationship regarding the endosomal release could be achieved. After the identification of the highly active saponins SO1861 and GE1741, not only the transfection efficiency, but also the universal applicability was investigated. A flexible as-signment could be demonstrated in different cell lines, transfection methods as well as with dif-ferent nucleic acids. The fact of a not elucidated mechanism of the modulated endosomal escape was a further topic of this work. By applying microscopic and fluorescence-based methods, val-uable insights regarding the intracellular uptake and release could be gathered. With the transfec-tion of a RIP-gene the opportunity of a concrete therapeutic application was investigated. Initial in-vitro-tests confirmed a non-toxic reporter gene delivery as well as an effective and highly toxic suicide gene delivery. On neuroblastoma bearing NMRI nu/nu mice, finally an in-vivo-efficacy was demonstrated, after the combined application of SO1861 and targeted YD-nanocarrier (suicide gene) led to a 50% decrease of tumor growth. In this work, for the first time the big potential of specific triterpenoid saponins as potent trans-fection enhancer could be described. Despite detailed investigations and connected with that, an establishment of a sound basis, a further breakdown of the mechanistic actions and precise opti-mizations are highly necessary in order to manifest a big value of saponins in future gene and cancer therapies.

Bakterien der Familie Vibrionaceae sind in aquatischen Habitaten ubiquitär verbreitet. Das Genus Vibrio beinhaltet Spezies mit humanpathogenem oder fischpathogenem Potential. Eine Zunahme von Infektionen, die zum Teil mit dem Auftreten neuer pandemischer Stämme assoziiert ist, kann bei humanpathogenen und fischpathogenen Erregern beobachtet werden. Infektionen durch humanpathogene Erreger stehen häufig mit dem Konsum von Meeresfrüchten in Zusammenhang. Aktuelle Untersuchungen zum Vorkommen verschiedener humanpathogener Vibrio spp. in Meeresfrüchten sowie zu Antibiotikaresistenzen von Vibrio spp. aus Ecuador fehlen. Ziel dieser Arbeit war es, über Probennahmen aus Aquakulturen und dem Einzelhandel in Ecuador die Verbreitung von fünf humanpathogenen Vibrio spp. (V. alginolyticus, V. cholerae, V. mimicus, V. parahaemolyticus, V. vulnificus) in Shrimps (Litopenaeus vannamei) zu untersuchen. In 95,6 % der Proben konnte das Vorkommen mindestens einer Vibrio sp. nachgewiesen werden. Die am häufigsten nachgewiesene Spezies war V. parahaemolyticus mit einem Anteil von 80,8 %. V. alginolyticus (50,2 %) wurde ebenfalls in einem großen Teil der Proben detektiert. V. cholerae (11,4 %) und V. vulnificus (3,5 %) zeigten hingegen ein geringeres Vorkommen. Multiple Vibrio spp. fanden sich in 45,9 % der Proben. Für V. cholerae und V. parahaemolyticus, die beiden Spezies, für die pandemische Ausbrüche beschrieben wurden, konnten keine Serogruppen oder Virulenzfaktoren nachgewiesen werden, die mit pathogenen Stämmen assoziiert sind. Alle V. cholerae-Isolate wurden den Serogruppen non-O1/non-O139 zugeordnet. Wie für Umwelt-Isolate der Serogruppen non-O1/non-O139 typisch war keines der Isolate Träger von Choleratoxin-codierenden Genen. Die untersuchten V. parahaemolyticus-Isolate wurden zu 39,9 % der Serogruppe O11 zugeordnet. Die übrigen Isolate gehörten den Serogruppen O1 bis O10 an. Die Hämolysin-Gene tdh und trh wurden in keinem der V. parahaemolyticus-Stämme detektiert. Des Weiteren wurden ausgewählte V. parahaemolyticus-Isolate auf das Vorkommen von Toxin-codierenden Genen hin untersucht, die für das Auslösen einer neuartigen Erkrankung von Shrimps verantwortlich gemacht werden. Diese als Akutes Hepatopankreatisches Nekrose-Syndrom (AHPNS) oder auch Early Mortality Syndrome (EMS) bekannte Erkrankung von Litopenaeus vannamei und Penaeus monodon hat zu massiven Verlusten in Shrimps-Aquakulturen in Mexiko und verschiedenen südostasiatischen Ländern geführt. Die Analyse der erhaltenen Isolate zeigte eine Abwesenheit des mit AHPNS assoziierten Plasmids. Die Untersuchungen zur Sensibilität gegenüber 22 Antibiotika aus sechs Stoffgruppen zeigten ein hohes Maß an resistenten Isolaten (95,9 %). Resistenzen gegenüber zwei oder mehr der untersuchten Antibiotika wurden bei 75,9 % der untersuchten Isolate detektiert, darunter fand sich ein Isolat, das Resistenzen gegenüber 18 der 22 getesteten Antibiotika aufwies. Für alle getesteten Substanzen wurde mindestens ein resistentes Isolat detektiert. Gegenüber Ampicillin (87,3 %) wurden die meisten Resistenzen detektiert, gefolgt von Tetracyclin (42,4 %), Piperacillin (33,1 %) und Amikacin (22,9 %). Unter den untersuchten Vibrio spp. zeigte V. parahaemolyticus (98,7 %) den größten Anteil resistenter Isolate. V. alginolyticus (83,6 %) wies einen hohen Anteil multiresistenter Isolate auf. V. cholerae (75 %) und V. vulnificus (87,5 %) zeigten ebenfalls zu einem großen Anteil Resistenzen, jedoch wies kein Isolat Resistenzen gegenüber mehr als drei der untersuchten Antibiotika auf.

Als ‘Importe’ gelten archäologische Phänomene, wenn sie fern ihres vermuteten Herstellungsortes gefunden werden. Diese Charakterisierung beruht auf einem starren Objektbegriff und wird der Vielschichtigkeit von Dingen und ihren Beziehungsgefügen nicht gerecht. Daher werden in diesem Buch Dinge als Assemblagen verstanden und nicht als Objekte. Solche Assemblagen sind heterogen, symbolhaft und materiell zugleich. Ausgehend von dieser Konzeption wird der Charakter von ‘Importen‘ als spezifische Assemblagen neu untersucht. Am Beispiel ‘römischer Importe‘, die im ’mitteldeutschen Barbaricum‘ gefunden wurden, wird den jeweiligen Beziehungsgefügen nachgegangen. Diese sind nicht fix, sondern verändern sich beständig, sowohl durch vergangene Praktiken, als auch wissenschaftliche Untersuchungen. Zur Beschreibung jener Veränderungen wird eine erkenntnistheoretische Figuration der Wanderin entworfen. Sie macht nicht nur ‘römischen Import’ als Assemblage beschreibbar; sie weist auch über ihn hinaus und ist für die Charakterisierung anderer wandernder Dinge anschlussfähig.

Das Mumpsvirus kodiert für ein SH-Protein, dessen Einfluss auf die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-κB in dieser Arbeit untersucht wurde. Da NF-κB ein Hauptregulator der angeborenen Immunantwort ist, haben Viren Strategien entwickelt, um die Aktivierung dieses Transkriptionsfaktors zu behindern und damit die Zeit für die Replikation im Wirtsorganismus zu verlängern. Mit Hilfe rekombinanter Viren kann die Auswirkung eines einzelnen Proteins im Kontext einer Infektion analysiert werden. Bisher sind alle Studien, die die Funktion des SH-Proteins beschreiben, auf Grundlage von Viren durchgeführt worden, bei denen das komplette SH-Gen deletiert wurde. Da die effiziente Replikation von Paramyxoviren vom Gradienten der viralen mRNAs abhängt, ist eine Auswirkung auf die Virulenz und Pathogenität durch die Deletion eines Gens nicht auszuschließen. In dieser Arbeit wurden daher rMuV untersucht, bei denen die Expression des SH-Proteins durch das Einfügen von drei Stoppkodons in das SH- Gen unterdrückt ist oder das SH-Protein durch ein eingefügtes FLAG-Epitop nachgewiesen werden kann. Diese rekombinanten Viren zeigen unabhängig von der Expression des SH-Proteins eine vergleichbare Replikation sowie einen ähnlichen CPE in der Zellkultur. Zum ersten Mal konnte für das SH-Protein die Orientierung in der Plasmamembran infizierter Zellen als die eines Typ-I-Membranproteins bestimmt werden. Die durch das SH-Protein reduzierte Phosphorylierung von IKKβ, IκBα und p65 in rMuV-infizierten Zellen zeigt, dass für die Hochregulation der NF-κB-Aktivierung nicht die Veränderung der Genomstruktur, sondern die verhinderte Expression des SH-Proteins verantwortlich ist. Die Analyse der Phosphorylierung dieser Komponenten dient als Indikator für die Aktivierung von NF-κB, wie auch die Translokation der NF-κB-Untereinheit p65 in den Zellkern, die ebenso in der Gegenwart des SH- Proteins reduziert ist. Ein entscheidender Schritt für die Aufklärung des Mechanismus dieser Reduktion ist der Befund, dass nicht nur die bereits bekannte TNFα-, sondern auch die poly(I:C)- und IL-1β-vermittelte NF-κB- Aktivierung durch die Expression des SH-Proteins um den gleichen Faktor reduziert sind und daher die NF-κB-Aktivierung durch das SH-Protein nicht nur mittels der Signalübertragung eines einzigen zellulären Rezeptors inhibiert wird. Die Ebene, auf der die Beeinflussung vermittelt wird, wurde in weiteren Experimenten auf die der Rezeptorkomplexe eingeschränkt. Die Interaktion des SH-Proteins wurde mit den Rezeptoren TNFR1 und TLR3 sowie den früh rekrutierten Adapterproteinen RIP1 und IRAK1 gezeigt. Zusammen führen diese Ergebnisse zu der Vermutung, dass das SH-Protein mit den TNFR1-, TLR3- und IL- 1R1-Rezeptorkomplexen in der Plasmamembran infizierter Zellen interagiert und diese Interaktion in der Reduktion der NF-κB-Aktivierung resultiert. Eine direkte Auswirkung der reduzierten Aktivierung von NF-κB auf die Induktion der Immunantwort wurde durch die Reduktion der Genexpression sowie der Freisetzung der pro-inflammatorischen Zytokine TNFα und IL-1β durch das Vorhandensein des SH-Proteins in rMuV-infizierten Makrophagen gezeigt. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass dem SH-Protein von MuV die Funktion eines Virulenzfaktors zugesprochen werden kann, der durch die Inhibition der NF-κB- Aktivierung für eine verzögerte Immunantwort und damit für eine ausreichende Zeitspanne zur Vervielfältigung der MuV Partikel sorgt.

The advancement of nanofabrication leads to the realization of machines on ever smaller scales, which utilize the coupling between mechanical degrees of freedom and electrons to perform a specific task. Upon this miniaturization, two fundamental properties of the participant electrons become increasingly important: First, they are charged particles that repel each other via Coulomb interactions, and second, they are fermionic quantum particles properly described by wavefunctions whose time-evolution is governed by the Schr\"odinger equation. In this thesis we investigate how these two fundamental features of the electrons modify the working principle of electronic nanomachines. In the first part we examine an adiabatic quantum motor in which coupling to a one-dimensional electron system generates directed motion. Due to their confinement to a single dimension, the interactions between the electrons become important in this system. The motor is based on an electron pump, which is operated in reverse. We show that on the one hand the interactions enhance the robustness of the motor against 'leakages' through the electron pump, which would reduce the output power of the motor. On the other hand, the interactions also increase the friction of the motor. We show, however, that putting the one-dimensional electron system into contact with macroscopic electronic reservoirs, such as a battery to drive the motor, reduces the dissipation at steady velocity to the non- interacting value. In the second part, we investigate how the thermodynamic laws, being extremely successful in describing the operation of macroscopic machines, can be applied to tiny electronic machines which are strongly coupled to their surrounding. We show for the simplest possible model, a single slowly driven electronic level coupled to a metallic bath, how to properly take the coupling energy and hybridization between system and bath into account. Thereby we derive the full thermodynamic description of this simple electronic nanomachine beyond the quasistatic equilibrium. Subsequently, we show the strong limitations of developed approach, which necessitates a splitting of the coupling Hamiltonian between effective system and bath to derive the thermodynamics of finite velocity transformations. We demonstrate that this splitting does not capture the fluctuations of the internal energy correctly and breaks down beyond the wide band limit. This motivates a new thermodynamic formulation on the basis of the Landauer-B\" uttiker theory of electronic transport to describe more complex nanoelectronic machines. Instead of calculating the thermodynamic functions of the strongly coupled subsystem directly, which are complicated by the strong hybridization and the proper placement of the coupling energy, we look at the thermodynamic evolution from an outside perspective, i.e. considering the associated currents in the attached leads. With this approach we provide a clear understanding of the general connection between heat and entropy currents generated when operating an electronic nanomachine, and show their connection to the occurring dissipation. The developed formalism is applicable to arbitrary non-interacting electron systems which are slowly driven. Finally, we show the validity of the Jarzynski equality in these systems, which characterizes work fluctuations.

Refinement strategies in breeding and keeping of laboratory mice play a pivotal role in assuring the best possible solution as long as animal based research is indispensable. Furthermore, Refinement is one of the three Rs proclaimed by Russel and Burch in 1959 that found their way into the current European legislative on the protection of animals used for scientific purposes. In Germany a majority of 72,83 percent of all vertebrates used in experiments are mice, totaling over two million individuals. Almost all used laboratory mice are descendants of the house mouse (Mus musculus). The domestication of mice started at the beginning of the 17th century, when mice were kept and bred for different intentions and led to its proceeding domestication. In Great Britain mice were already in the focus as objects of study, but they were as well popular within amateur breeders that created the so-called “fancy mice”. Subsequent and more and more professional breeding led to the emerging of the first inbred mouse strains in 1909. This launched a cascade that enables researchers today to draw on a reservoir of over 450 inbred strains of mice. The necessity of mouse models becomes visible when keeping in mind that almost 90% of the 106 Nobel Prizes awarded for Physiology or Medicine included research relying on them. To understand the basic needs of laboratory mice it is essential to have a closer look at their ancestors. They are still living among us as wild mice with either a feral, non-commensal way of life or they live as commensals associated with humans. The domestication did not change much in the behavior of mice as they still are nocturnal animals with a strong basic need for living in a group. But some of the basic changes coming along with domestication are applicable for laboratory mice as well, as they are usually less aggressive and more easily to tame than their wild relatives. The experimental aspect of the thesis consists of two parts that both contribute to gain knowledge about minimizing the lifelong experience of pain, suffering, distress or long-lasting harm for laboratory mice. The first part aims to refine the breeding methods and the second part is a new approach to create a mouse-human relationship as well as to add a new form of enrichment - cognitive enrichment. The evaluation of different breeding conditions is consistent with data found in literature that in not profitable conditions postnatal litter loss reaches numbers up to 50 percent. In detail, the present study evaluated the impact of an impoverished, a super-enriched and a standard-enriched condition from the prenatal period until weaning of the offspring. A solid and constant breeding success was discovered in the standard enriched cage. The superenriched condition did provide more unpalatable results concerning litter loss and pup growth. The most prominent finding was the detrimental high litter losses and the delayed pup development in the impoverished condition. The result that the highest prevalence of pup mortality occurred during the first four days after birth, leads to the conclusion, that if the usually counting of pups at weaning is going on, a huge amount of infant death is not recorded. To get a hint of how much influence the prenatal condition has on the maternal quality and thus on the offspring’s development, we tested a group with a change of the condition from impoverished and super-enriched to standard enrichment on P1. The swapping did not result in a prevention of perinatal litter loss. But one can estimate, that there was a certain effect of the variation in enrichment as the neonatal weight gap between the groups was closed until weaning. But not just a tribute to Refinement is approached but due to a better knowledge of the prevention of litter loss, a reduction of the animal number can be realized. We successfully overcame the challenge to create a positively connoted mouse-human relationship and to introduce a PRT into the keeping of laboratory mice. Previous research provided the information that gentle handling protocols contribute to more relaxed mice. Enrichment is one major factor enabling mice to interact with their surroundings, and by manipulating things, they gain control over their environment. Control and the possibility to predict what is likely to happen next have a deep impact on the stress level. This study concentrated on clicker-training with one intention of an escalated handling protocol and with another intention of providing a new form of enrichment- cognitive enrichment. In clickertraining positive reinforcement consists of a chain of two reinforcers. The primary reinforcer is the food reward and a second reinforcer- a click is added to build up a time bridge between the strengthened behavior and an upcoming reward. Our little fellow creatures differ in their personality, even though they have an equal genetic background and born and raised under the same conditions. The food reward must address the motivation of each mouse, because motivation is the underlying reason why mice are participating in training. Further the cognitive abilities of mice turned out to be more than enough to perform the assigned tasks. The clicker-training of mice turned out to be quite simple. The evaluation of different behavioral experiments stress that trained mice are more confident in the interaction with humans and show less stress related and less depression like behaviors. In addition, stress reduction leads to a lower variability among experimental mice which results in a reduction of the amount of needed subjects and leads to data with a higher quality. This study proposes that clicker-training improves Refinement as well as reduction and thereby contributes in the implementation of the 3R-principle of Russel and Burch.

In the last decade, the sources of carrier envelope phase-stable few-cycle, high energy laser pulses have become the backbone of attosecond science. To date, energetic, few-cycle pulses are mostly generated via either nonlinear pulse compression of Ti:Sa amplifiers or noncollinear optical parametric chirped-pulse amplifiers (OPCPAs). Both approaches demand high energy, ultrafast laser amplifiers. In contrast to the nonlinear compression of Ti:Sa amplifiers that are limited in average power and pulse repetition rates (< 10 kHz), OPCPAs offer high repetition rate that is only limited by pump lasers. Few-cycle pulses at high repetition rates (> 100 kHz) are desirable for electron-ion coincidence detector to increase data acquisition speed and signal-to-noise ratio. In this respect, this thesis focuses on generation of energetic, few-cycle pulses at high repetition rates based on noncollinear OPCPAs, emphasizing on high energy and high peak power ultrafast pump laser, and on spatiotemporal quality of the amplified pulses. The first part of the thesis presents a mJ-level, sub-ps laser based on thin-disk technology. The chirped pulse amplification technique is utilized to amplify ultrashort pulses from a fiber oscillator using an Yb:YAG thin-disk regenerative amplifier, along with a chirped-fiber Bragg grating stretcher and a grating compressor. After compression, ~1 ps pulses with an average power of 35 W at 100 kHz, and pulse energy of 1.6 mJ at 10 kHz or 1.1 mJ at 25 kHz are achieved. The long term power stability, pulse-to-pulse stability and close to diffraction- limited beam quality, in combination with the highly efficient second and third harmonic generation have been demonstrated, showing the suitability of the laser system for pumping optical parametric amplifiers. In addition, the pulses are compressed down to 130 fs using an air-filled hollow core Kagome fiber. In the second part, spatiotemporal distortions in noncollinear OPCPAs are numerically studied. A modeling of BBO-based amplifiers reveal that high pump-to-signal energy conversion efficiency comes at a cost of degraded spatiotemporal quality of few-cycle pulses, which reduces the peak power when the pulses are focused. The numerical results suggest to limit the conversion efficiency below 20% if the degradation of peak power due to spatiotemporal distortions is to be avoided. The last part concentrates on application of few-cycle pulses in strong field atomic physics. A proof-of-principle IR pump- IR probe electron interferometry experiment is presented, where Argon is used as a target and a velocity map imaging spectrometer is used to detect electrons after photoionization. The aim is to characterize the bound states of strong-field excited Argon. The complete characterization of the excited states is hindered by low signal-to-noise ratio of the experimentally measured photoelectron spectra, which is discussed with the help of numerical results that are obtained by solving time-dependent Schrödinger equation in the single active electron approximation.

This dissertation investigates in how far modality preferential motoric regions of the brain contribute to and are necessary for the processing of word semantics. Whereas classical models on the neural substrates of language processing attribute semantics to be handled in encapsulated modules in an entirely amodal format in perisylvian regions, recent theoretical approaches assume the meaning of words to be represented in a distributed fashion, extending over classical perisylvian areas but also involving sensory and action systems of the brain, depending on exact word semantics. While in recent years plenty of evidence could be collected in favor of the latter perspective, criticism has been raised that much of these supporting data is merely of correlative nature, leaving the possibility that modality- preferential systems’ involvement in semantic processing occurs entirely in an epiphenomenal fashion. Furthermore, it has been questioned whether grounded approaches can also be applied for abstract words, which lack transparent sensory or motor referents, as the majority of previous evidence has been collected for words referring to concrete entities or actions exclusively. To tackle both issues, two studies are presented in which neurological patients with focal brain lesions were tested on recognition of words with concrete action related semantics (like ‘hammer’) or abstract emotion semantics (like ‘love’) via a speeded lexical decision task. Here, results indicate modality preferential action systems in the brain to indeed hold a causal and necessary role in processing of word semantics of concrete hand action related tool and abstract emotion nouns. Using functional magnetic imaging it was investigated in a passive reading paradigm, whether contributions of the motor system to processing of abstract semantics is found exclusively for concrete and abstract emotion words or whether they can also be observed for abstract “mental” words like ‘thought’ or ‘logic’ which do not hold emotional content. Here, results show that activation patterns of hand and face motor systems dissociate between and are informative for concrete, as well as for abstract emotional and abstract mental semantic classes. Given the results of all three studies it can be concluded that a role of motor systems in semantic processing is not restricted to concrete words but extends to at least some abstract mental symbols previously thought to be entirely “disembodied” and divorced from semantically related sensorimotor processing. Motor systems were shown to hold a necessary role for undisturbed processing of semantics of concrete action related-, but also for abstract emotion words. Results can therefore not be reconciled with the idea that sensorimotor systems are somehow peripheral or “epiphenomenal” to meaning and concept processing. In contrast, the current observations are in line with models that assume the neural substrates of word semantics to resemble cell assemblies distributed over multi-modal perisylvian and also extrasylvian modality preferential systems, with their exact structure being shaped by correlational, Hebbian learning mechanisms, according to specific word semantics.

Within this thesis we correlated surface parameters of thermoresponsive poly(glycidyl ether) (PGE) coatings with the respective biological response and derived structural design guidelines for functional coatings suitable for cell sheet fabrication. Copolymers of GME and EGE with different molecular weights and comonomer ratios were synthesized by monomer-activated and non- activated anionic ring-opening polymerization, resulting in random and gradient copolymers, respectively. The comonomer distribution within the polymer, comonomer ratios and molecular weight of poly(GME-ran-EGE) as well as concentration and salt content in solution were investigated for their impact on the thermal behavior of the polymer in aqueous solution. The copolymers’ phase transition temperature decreased with increasing EGE comonomer content, molecular weight, and polymer as well as salt concentration. The sharpness of the phase transition increased with increasingly equal distribution of the two comonomer within the copolymer, increasing molecular weight and concentration. To investigate the impact of surface parameters of thermoresponsive PGE coatings on the protein adsorption, cell adhesion and cell sheet detachment, we equipped polymers with different sulfur-containing anchor groups and assembled these polymers on gold surfaces. Layer thickness and grafting density were adjusted by the molecular weight of the polymer, the particular sulfur-containing anchor moiety as well as by the coating procedure, grafting under full solubility conditions from an ethanol solution or grafting under cloud point condition from PBS buffer at 32 °C. The respective coatings were investigated for their surface morphology by AFM measurements as well as their "wet" and "dry" layer thickness by QCM-D and ellipsometry measuremts, respectively. Surface characterizing parameters such as grafting density, interchain anchor distance (l) and degrees of chain overlap (2 R l-1) were calculated from the layer thicknesses, the polymers' molecular weights, density, degree of hydration and the polymer coils' radii (R = Rg, Rf,bad, Rf,θ). The surface coverage and the polymers' conformation within the monolayer coating were assessed by the degrees of chain overlap (brush regime: 2 R l-1>1.4; mushroom-like regime: 2 R l-1<1). We obtained PGE coatings in the mushroom-like and the brush regime with both laterally homogeneous and inhomogeneous morphologies depending on the coating procedure and molecular weight. Correlations of surface parameters with cell response revealed successful cell adhesion and cell sheet detachment only for PGE coatings on gold with homogeneous morphology and full surface coverage under cell detaching conditions, thus for 2 Rf,θ l-1>1. These two prerequesits for functional glycidyl ether-based coatings were considered for a sophisticated transfer of these coatings from the model substrate gold to the more application-relevant substrates glass. A block copolymer consisting of a thermoresponsive poly(GME-ran-EGE) block and an amine-containing anchor block was assembled on glass substrates and proved suitable for cell adhesion as well as for reliable and fast cell sheet deachment.