The tissue specific expression of developmental genes is encoded in enhancer elements often located hundreds of kb away from their cognate promoters. Physical chromatin interactions between these enhancers and target promoters are associated with active transcription and conventionally thought to be confined to topologically associating domains (TADs). However, little is known about the underlying nature and dynamics of this 3D-architecture during development and its perturbation in disease. In this work, the mouse embryonic limb bud was used as a paradigm to investigate the dynamics of gene regulation underlying the development of either arms or legs. Pitx1 is the one of few transcription factors shown to be expressed exclusively in hindlimbs and not in forelimbs. Yet, its regulation in mammals continues to be largely unknown. Here, we identified an unexpectedly complex regulatory basis of hindlimb- specific Pitx1 expression that expands the current model of enhancer sequences as the sole determinants of tissue specificity. We demonstrate that Pitx1 is regulated by the active fore- and hindlimb enhancer, Pen, that is required for normal expression of Pitx1 in hindlimbs, but does not activate Pitx1 expression in forelimbs. Investigation of the chromatin architecture of the Pitx1 locus in both fore-and hindlimb buds using cHi-C and derived 3D-models, revealed a modular regulatory landscape that is not confined to a TAD structure. Instead, Pitx1 is controlled by a Multi-Anchor Domain (MAD), which can assume distinct tissue-specific conformations. In the hindlimb, the locus forms an active MAD that enable Pen and Pitx1 interactions, producing a transcriptionally active pocket. Intriguingly, an alternate forelimb-specific MAD conformation prevents the promiscuous activity of Pen by physically separating it from Pitx1. Disruption of this segregated forelimb chromatin conformation in engineered mice, as well as in human Liebenberg syndrome patients, results in forelimb Pitx1 misexpression, and a partial transformation of forelimb morphology into a hindlimb-like. This work provides further understanding of gene regulation whereby unspecific enhancer activity is actively regulated by the dynamics in 3D-chromatin architecture, independent of TADs, to confer a tissue specific transcriptional output. Together our findings help build the groundwork for the interpretation of structural variants disrupting genome organisation, not only resulting in human disease, but also in the evolution of phenotypes in natural populations.

This dissertation aimed at designing biodegradable CMS nanocarriers which could efficiently deliver bioactive molecules into skin. Fundamental studies of the interactions between CMS nanocarriers and therapeutics, or CMS with skin layers were carried out. Specifically, drug loading, release and skin penetration behaviors of CMS with hydrophobicity were first investigated. Derived from this basic CMS structure, cationic CMS which could delivery both hydrophobic drugs and biomacromolecules were further developed. This dissertation contains three parts. In the first part, in order to find the optimal CMS carrier for topical application, a series of degradable CMS (CMS 1-3) with different hydrophobicity were synthesized. The influence of hydrophobicity on single-/multi-molecular aggregation behaviors were studied. CMS 1 and 2 were mainly unimolecular micelles in aqueous solution. By further increasing hydrophobicity, CMS 3 started forming some small clusters. Whereas, the corresponding linear shells assembled into small micelles by intermolecular interactions. The multi-molecular micelles were broken down immediately in THF (less polar environment than water), while unimolecular systems showed good stability. The model drug Dexamethasone was encapsulated by CMS and shells via film uptake method. With increased hydrophobicity, drug loading capacity was increased. CMS showed significantly increased drug loading capacity compared to the corresponding shell counterparts. All the three CMS encapsulate dexamethasone in an unimolecular way, confirmed by DLS, while large aggregates formed by the shells upon drug loading. The release profiles of CMS 1-3 were also compared. CMS 1 displayed only burst release, while the other two showed biphasic release profiles. The release of dexamethasone from CMS was decelerated by increased hydrophobicity. The in vitro skin penetration experiment showed all the three CMS could successfully deliver Nile red to deep skin layers and could significantly enhance the deposition of Nile red in each skin layer, compared to conventional cream formulation. Among the three candidates, CMS 2 showed the best performance. The penetration pathway of CMS nanocarriers were most likely occurred in intercellular lipids, because of the amphiphile nature of CMS and also the low affinity between CMS nanocarriers and corneocytes (terminally differentiated keratinocytes ), proved by cellular uptake study towards keratinocytes. The cytotoxicity test showed CMS were non-toxic towards HaCat cells and the BCOP test showed CMS didn’t cause any irritation to bovine eyes. In addition, CMS nanocarriers were proved SC impermeable. Therefore, we could conclude that CMS can be used as safe and efficient carriers for topical drug delivery. In the second part, we focused on in vitro skin penetration of tacrolimus loaded CMS formulation. Tacrolimus were efficiently loaded into CMS nanocarriers by miniemulsion method. Stabled CMS formulation containing comparable Tacrolimus amount as the commercial product Protopic ointment were successfully prepared. Tacrolimus was released from CMS nanocarriers in a sustainable manner without initial burst release (ca. 30% drug released within 7 days ). In vitro skin penetration showed that CMS could significantly increase the deposition amount of tacrolimus in each skin layer and the enhancement effect was more significant with increased treatment time. In the third part, cationic CMS bearing lipophilic tertiary amino groups (CMS-DEA) was designed for topical multi-payloads delivery. For comparison, CMS without charge groups (CMS-PCL) was also synthesized. Due to the protonation and deprotonation process of the tertiary amine, size and zeta-potential of CMS-DEA was significantly influenced by pH value, while negligible changes were observed in the case of CMS-PCL. To demonstrate the universality of CMS nanocarriers, both hydrophobic drug tacrolimus and hydrophilic biomacromolecule BSA were selected as models to test the loading capacity. CMS-DEA displayed more superiority in both payloads loading. Tacrolimus release from CMS-DEA was responsible to the change of pH value. Accelerated drug release was observed at acidic pH than at neutral pH, which enables it a smart carrier for on-demand drug release. On the other hand, the release from CMS-PCL is independent on pH. Interactions between CMS carriers and SC lipids were assessed via QCM. A faster and stronger interactions between skin and CMS-DEA were observed due to electrostatic force. At the same time, CMS-DEA also displayed stronger fluidization effect on intercellular lipids than CMS-PCL, determined by ATR- FTIR. In the end, to prove the concept, both nile red and FITC-BSA were selected as probes to test skin penetration. CMS-DEA facilitated comparable skin deposition of nile red as CMS-PCL, both of which were much better than the conventional cream. However, CMS-DEA displayed much higher efficiency than CMS-PCL or blank control without carrier on FITC-BSA delivery. Both CMS carriers were proved mainly staying at the SC layer without further penetration even in damaged SC, demonstrating less probability to cause skin irritation. Introducing of the DEA groups slightly increased the cytotoxicity, which can be expected from cationic material. However, compared to the other reported cationic carriers such as PEI, the biocompatibility of CMS-DEA was much improved and can be further improved by tuning the functional degree of DEA groups or using other tertiary amines with pka value lower than 7.4.

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.

This dissertation consists of three self-contained research articles, each making an independent contribution to the higher education literature. Chapter 2 focuses on the persistent dependence of students' post-secondary educational choices on their socio-economic background. Despite increasing access to university education, students from disadvantaged or non-academic family backgrounds are still underrepresented in universities. In this regard, the economic literature mainly studies the effect of financial constraints on post-secondary educational decisions. Another explanation for the differing decisions to enroll in college based on socio-economic background is a potential lack of information. Students from non-academic family backgrounds may be less informed about university education than their peers from academic family backgrounds because they have more difficulties in acquiring this type of information in their environment. Thus, Chapter 2 investigates the causal relationship between information and enrollment intentions based on a randomized field experiment. One year prior to their high school graduation exams, students in randomly selected high schools were provided with information about the benefits and funding possibilities of university education. During this in-class information intervention, labor market benefits of university education were compared to vocational education. Students were surveyed prior the information intervention, two to three months, and one year after the intervention (Berliner Studienberechtigten Panel). Hence, it is possible to investigate short- and medium-term effects of the information intervention. The results of Chapter 2 show that the provision of information increases intended college enrollment for students from a non- academic family background, both two to three months and one year after the intervention. In contrast, it leads students from academic backgrounds to lower their enrollment intentions in the short run. However, this effect does not persist as no statistically significant treatment effect can be detected on their enrollment intentions one year later. The results of this chapter suggest that educational inequality can be reduced by providing students with relevant information. Chapter 3 examines the consequences of compressing secondary schooling on students' university enrollment. An education reform in Germany reduced the length of academic high school while simultaneously increasing the instruction hours in the remaining years (G8 reform). Accordingly, students receive the same amount of schooling but over a shorter period of time, constituting an efficiency gain from an individual's perspective. This chapter exploits the differential timing of the reform implementation across states in a difference-in-differences setting. Relying on administrative data on the universe of students in Germany, the results of this analysis show that, due to the G8 reform, the share of students who enroll in university within one year after high school graduation decreases substantially. Further, as a consequence of the reform, students are more likely to delay their enrollment and less likely to make expected progress during their first year at university. The latter is explained by a higher probability to drop out of university and a higher probability to change majors. The main mechanism driving the results is not the age difference of students as the results do not change substantially when the analysis is focused – before and after the reform – on similar-aged graduates; this suggests that the higher workload experienced during high school is more likely to explain the results. Moreover, the negative reform effects seem to be general consequences of the reform as this chapter finds little evidence for effect heterogeneity between states, cohorts, or gender. This chapter includes a comprehensive set of robustness checks and falsification exercises that support the identifying assumption of common trends in the outcome variables in treatment and control states. Overall, the findings in this chapter suggest that due to unintended consequences of the reform, the achievement of the reform's main goal in bringing university graduates earlier to the labor market will not be fully realized. Chapter 4 investigates gender differences in earnings expectations. Several studies show that females start with lower earnings expectations than males, even before entering the labor market and that this partly translates into the actual gender wage gap through effects on educational choice and the formation of reservation wages. This chapter examines the gender gap in expected earnings and provides evidence for a novel explanation. Building on the theoretical reasoning of compensating differentials proposing that the labor market compensates higher earnings risk with higher average earnings, this chapter investigates whether the gender gap in expected earnings can be explained by individuals anticipating this form of risk compensation. Earnings risk is measured by a higher dispersion in earnings. Relying on the same data set used in Chapter 2 (Berliner Studienberechtigten Panel) in which we elicited information on the entire distribution of expected earnings, Chapter 4 documents that already at high school graduation females expect to earn considerably less than their male counterparts. At the same time, females expect lower earnings risk. In a decomposition exercise including a rich set of covariates capturing alternative explanations, this chapter shows that over three-quarters of the gender gap in expected earnings is attributable to differences in expected earnings risk. This suggests that females have lower earnings expectations because they expect to trade off higher earnings for lower earnings risk. The results of this study shed light on why women make different choices regarding education and careers, thereby enhancing our understanding of the observed gender wage gap.

In the cell, cofactor proteins take on a wide range of tasks. Photosystem II, for example, generates oxygen during photosynthesis and channelrhodopsin from the alga Chlamydomonas reinhardtii makes the organism move in response to light. For these proteins to function properly, the presence of their cofactor molecules is indispensable. Theoretical attempts to studying cofactor- containing systems like photosystem II might struggle with the lack of reliable force field parameters. For a retinal cofactor, on the other hand, quantum mechanical description of its electrostatic interactions is necessary to correctly characterize its behaviour inside of the protein. Here, we used two different theoretical approaches to study cofactors of two proteins: classical mechanics and force field optimization to describe the iron- containing cofactors of photosystem II, and combined quantum and classical mechanics to analyse the environmental effects on proton transfer energetics in channelrhodopsin. We successfully derived new CHARMM force field parameters for the hæm and non-hæm iron complexes of photosystem II. By comparing to quantum mechanical data and by using test simulations, we showed that these new parameters provide a greatly improved description of intramolecular and non-bonded interactions. The parameters presented here will facilitate reliable all-atom simulations of proteins that contain hæm and non-hæm iron complexes. In channelrhodopsin, deprotonation of the Schiff base only occurs after the light-induced isomerization of the retinal. We used the Weighted Histogram Approach Method to generate proton transfer pathways to understand what prevents retinal deprotonation in the dark state of the protein and identified three important determinants that ensure the chromophore’s continued protonation. These determinants were the presence of a positively charged lysine (K132), water molecules in the active site and the protonation state of the Schiff base counterion glutamate-162. Ultimately, we demonstrated that a combined quantum and classical mechanical approach can be applied to proteins embedded in a hydrated lipid membrane, and we created a protocol that can be transferred to other proteins to study their proton transfer pathways and energetics while taking the protein and lipid environment into account.

This dissertation analyses two persistent and pervasive labour market phenomena: the gender wage gap and the part-time pay penalty. It provides empirical evidence on the evolution of these over time and across the wage distribution. All analyses focus on Germany and results are based on the German Socio-Economic Panel (GSOEP). The main findings can be summarized in the following three points. First, my results show that the observed convergence in male and female (full-time) wages from mid 1980s until recently can be mostly explained by increasing positive selection of women into full- time employment. Once selection into employment is controlled for, the median gender wage gap by the end of the 2000s was almost as high as twenty-five years before. Second, the sample of men working full-time is also slightly positively selected, but less so than its female counterpart. However, the magnitude of selection at the lower bound of the distribution has increased steeply from the beginning of the 1990s onwards. Third, my findings suggest that the raw female part-time wage gap - which has been increasing over the last decades - can be best explained by opposite patterns of selection into employment in the full- and part-time sectors. However, the wage structures of full- and part-time employment have become more equal over time. From a methodological perspective, my dissertation contributes to extend an existing econometric procedure in order to examine the part-time wage gap across the distribution and over time, while controlling for selection into full- and part-time employment. Two major policy recommendations can be derived from this dissertation. If the goal is to reduce the gender- and part-time wage gap, then policies need to (1) reduce barriers that hinder female full-time employment and (2) further facilitate the transition between full- and part- time employment in both directions and for all individuals, regardless of skill level and gender.

Die vorliegende Arbeit widmet sich einer Diskussion, die in den letzten Jahren vor dem Hintergrund des wachsenden Familien- und Elternbildungsmarktes verstärkt geführt wird: Was bewirken Elternbildungsangebote und wie gut erreichen und unterstützen sie die jeweils gewünschten Adressaten? Überblicke, Bestandsaufnahmen und Vergleiche zu in Deutschland etablierten familienbezogenen Bildungsangeboten sind inzwischen zahlreich zur Verfügung gestellt worden. Der deutschsprachige Raum weist aber dennoch weiterhin einen hohen Erkenntnismangel in Hinblick auf Qualität und Wirksamkeit von Familien- und Elternbildung auf. Insbesondere verfügt er – vor dem Hintergrund des Präventionsdilemmas – über wenig wissenschaftliche Evidenz zu Familien in sozial benachteiligten Lebenslagen als spezielle Adressantengruppe von Elternbildung. Die vorliegende Arbeit widmet sich vor diesem Hintergrund dem primärpräventiven Elternprogramm „ELTERN-AG“, welches sich zur Steigerung der elterlichen Erziehungskompetenz selektiv an diese Zielgruppe wendet. In einem ersten Teil wird das Programmkonzept vor dem Hintergrund des aktuellen Familien- und Elternbildungsmarktes betrachtet und verortet. In einem zweiten Teil werden Evaluationsergebnisse vorgestellt. Die externe Evaluation der ELTERN-AG wurde als quasi-experimentelle Panelstudie mit Kontrollgruppendesign, mehreren Messzeitpunkten und einer Methodentriangulation aus quantitativen und qualitativen Methoden sowie einem Entwicklungstest durchgeführt. Die Hauptfragen lagen in der Untersuchung der Zielgruppenerreichung und der Wirksamkeit der Programmteilnahme auf die Vernetzung und soziale Unterstützung der Eltern, das elterliche Erziehungsverhalten und Kompetenzerleben sowie auf die Entwicklung der Kinder. Die Zielgruppe wird nachweislich zu fast 100 % erreicht. Die Eltern sind mit dem Programm zufrieden und vernetzen sich untereinander. Die überwiegende Mehrheit trifft sich auch ein halbes Jahr nach Programmabschluss noch mit anderen Eltern aus der Gruppe und zieht weiterhin Nutzen aus der Programmteilnahme. Im Vorher-Nachher-Vergleich zeigen sich bei den Eltern der ELTERN-AG im Vergleich zur Kontrollgruppe ein effektiveres Erziehungsverhalten und im Follow-up ein Anstieg der wahrgenommenen sozialen Unterstützung sowie des elterlichen Kompetenzgefühls. Bei den Kindern der teilnehmenden Eltern zeigen sich insbesondere gesteigerte Testwerte im Bereich der emotionalen Entwicklung. Die (marginal) signifikant gegen den Zufall abgesicherten Änderungen bei den Eltern und Kindern der Treatmentgruppe über die drei Messzeitpunkte hinweg sind durchgängig als positive kleine Effekte zu werten und bleiben in der Kontrollgruppe aus. Der dritte Teil widmet sich der Diskussion zentraler Aspekte der Implementation der ELTERN-AG, der Methodik der Evaluation sowie der Wirksamkeitsergebnisse.

Ziel der vorliegenden Studie war es, eine CIP-Methode mit einem auf Peroxyessigsäure basierenden Oberflächendesinfektionsmittel in einem Putenschlachtbetrieb im laufenden Prozess zu untersuchen. Das Desinfektionsmittelgemisch wurde mittels Düsen auf die Geräteoberflächen aufgetragen. Ein Abspülen erfolgte nicht. Als Untersuchungsziele dienten die Gesamtkeimzahl, Enterobacteriaceae, Staphylokokken und Campylobacter. Es wurden Proben von den Bearbeitungseinheiten der Geräteoberflächen (Kloakenbohrer, Bauchschneider, Ausnehmer und Lungensauger) und von Putenkarkassen an diesen Positionen (perikloakale Haut nach dem Kloakenbohrer, nach dem Bauchschneider und nach dem Ausnehmer) genommen. Die Probennahme fand an vier Tagen im Zeitraum von Mai 2014 bis Januar 2015 statt. An je zwei Probennahmetagen erfolgte die Reinigung durch das Besprühen der Geräte mit heißem Wasser, an den zwei anderen Tagen durch das Desinfektionsmittelgemisch. Für die Beprobung wurde jeweils eine Herde männlicher Puten ausgewählt. Genommen wurden die Proben an fünf Zeitpunkten: vor der Schlachtung (Zeitpunkt 0), zu Beginn der Schlachtung (Zeitpunkt 1, erster Teil der Herde), im Verlauf des Morgens (Zeitpunkt 2, erster Teil der Herde), mittags (Zeitpunkt 3, zweiter Teil der Herde), nach Ende der Schlachtung (Zeitpunkt 4). In der Zwischenzeit zwischen Zeitpunkt 2 und 3 wurden nicht in die Untersuchung einbezogene Herden prozessiert. Die Proben wurden im Schlachtbetrieb eingefroren. Die Gesamtkeimzahl, Enterobacteriaceae und Staphylokokken wurden mikrobiologisch, Campylobacter wegen seiner Tiefgefrierempfindlichkeit molekularbiologisch erhoben. Insgesamt wurden 1019 Proben aufgearbeitet und untersucht. Für die Gesamtkeimzahl zeigten sich an den Geräten signifikante Unterschiede zwischen den Proben mit Wasser und den Proben mit dem Desinfektionsmittelgemisch anhand der Mediane. Die Proben mit dem Desinfektionsmittelgemisch zeigten in diesen Fällen eine signifikant niedrigere Keimbelastung: am Bauchschneider (Zeitpunkt 4, p-Wert ˂ 0,001) und am Lungensauger (Zeitpunkt 1, p-Wert 0,004, Zeitpunkt 2, p-Wert ˂0,001, Zeitpunkt 3, p-Wert 0,007), aber am Kloakenbohrer (Zeitpunkt 3, p-Wert 0,027) und am Lungensauger (Zeitpunkt 4, p-Wert 0,001) waren die Medianwerte der Tage mit dem Desinfektionsmittelgemisch höher. Bei der Gesamtkeimzahl der perikloakalen Hautproben waren signifikante Unterschiede an allen drei Lokalisationen (nach dem Kloakenbohrer, nach dem Bauchschneider und nach dem Ausnehmer) erkennbar, aber nicht immer zu allen Zeitpunkten. Die Proben der Tage mit dem Desinfektionsmittelgemisch hatten einen niedrigeren GKZ-Median. Die höchsten Medianwerte lagen aber an Tagen mit Wasser und auch an den Tagen mit dem Desinfektionsmittelgemisch (Tage 3 und 4). Nachgewiesene signifikante Unterschiede zeigen, dass die Methode mit dem Desinfektionsmittelgemisch zu einer Keimreduktion führte, die Medianwerte lagen aber häufig dicht beieinander. 426 von 1019 Proben waren positiv für Enterobacteriaceae. Zwischen den Proben mit Wasser und mit dem Desinfektionsmittelgemisch wurden an den Geräten keine signifikanten Unterschiede nachgewiesen. Bei den perikloakalen Hautproben wurden signifikante Unterschiede nach dem Kloakenbohrer (Zeitpunkte 1 und 2) und nach dem Ausnehmer (Zeipunkt 1) deutlich, es waren aber mehr Proben mit dem Desinfektionsmittelgemisch Enterobacteriaceae-positiv. In den Proben der Tage mit Wasser wurden weniger Enterobacteriaceae nachgewiesen. In 80 Proben wurden Staphylokokken nachgewiesen. Signifikante Unterschiede waren mit einem p-Wert von 0,017 nur am Ausnehmer (Zeitpunkt 0, vor der Schlachtung) berechenbar. Der Median lag hier bei log 1,89. Es wurden zu diesem Zeitpunkt in 5 Proben von den Tagen mit Wasser Staphylokokken nachgewiesen, an den Tagen mit Desinfektionsmittelgemisch in keiner. Der Zeitpunkt 0 gibt allerdings nur Auskunft über den Erfolg der Grundreinigung vor Schlachtbeginn. Bei der Untersuchung auf Campylobacter wurden bei den Proben mit Wasser 14 Proben positiv auf das Genus Campylobacter getestet, in 2 Proben wurde die Spezies C. jejuni und in 8 Proben die Spezies C. coli nachgewiesen. Bei den Proben mit dem Desinfektionsmittelgemisch wurde in nur einer Probe die Spezies C. coli nachgewiesen. Damit lagen signifikante Unterschiede mit einem p-Wert von ˂ 0,001 vor. Unter den gegebenen Praxisbedingungen waren die Ergebnisse wie folgt: die Wirksamkeit der untersuchten CIP-Methodik unter Einsatz eines Oberflächendesinfektionsmittels war einer CIP-Methode unter Einsatz von heißem Wasser vergleichbar. Eine eindeutige Keimreduktion erfolgte nicht, dies kann mit der kurzen Zeit, die das Desinfektionsmittelgemisch einwirken konnte, begründet werden. Der gute Effekt der Wasserbehandlung kann durch die hohen Temperaturen und den reinigungstechnisch glatten Oberflächen begründet werden. Insgesamt scheint CIP jedoch eine sinnvolle und notwendige Ergänzung zu den Hygienebemühungen in schnell laufenden Produktionsbändern zu sein. Das Verfahren bedarf jedoch weiterer Anstrengungen.

Ein kontrollierter Ionen- und Wassertransport ist essentiell für die Funktionsfähigkeit von Strukturen des Auges, von denen die Sehfähigkeit direkt abhängt: die Linse und das retinale Pigmentepithel (RPE). In der Linse bewirkt ein Ungleichgewicht des Ionenhaushalts einen Verlust der Transparenz. Verantwortlich ist eine erhöhte Kationenpermeabilität der Epithelzellmembranen, der die Aktivierung Ca2+-aktivierter Kationenkanäle zugrunde liegen könnte. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde deshalb die funktionelle Expression und molekulare Identität solcher Kanäle im humanen Linsenepithel untersucht. Sowohl in primären Linsenepithelzellen als auch in HLE B 3 Zellen aktivierte das Ca2+-Ionophor Ionomycin einen nicht-selektiven Kationenkanal. Durch Analyse des Kationenkanalexpressionsmusters, der biophysikalischen Eigenschaften und des pharmakologischen Profils konnte dieser Kanal als TRPM2 identifiziert werden. Kataraktogene Faktoren steigerten die Aktivität des in der Zytoplasmamembran der Linsenepithelzellen lokalisierten TRPM2: H2O2 aktivierte es, transforming growth factor (TGF)-β2 verstärkte die Expression und den Strom von TRPM2. TRPM2 wird demnach funktionell in humanen Linsenepithelzellen exprimiert, wo es maßgeblich an der Leitfähigkeit und dem Potential der Zellmembran beteiligt ist und aufgrund seiner Aktivierung durch kataraktogene Faktoren in Linsentrübungen involviert sein kann. Der zweite Teil der Arbeit befasste sich mit dem elektrophysiologischen Verhalten des RPE. Es stellt durch einen streng kontrollierten Ionen- und Wassertransport die Integrität der Retina als neuronale Einheit des Auges sicher. Eine wichtige Rolle spielt der basolateral lokalisierte Ca2+-aktivierte Cl--Kanal (CaCC). Dieser Teil der Arbeit widmete sich der Frage, ob es sich bei dem CaCC im RPE um Anoctamin-2 (Ano2) handelt, dem er in seinen Eigenschaften ähnlich ist. In Ganzzellableitungen wurde durch verschiedene Cl--Kanal-Blocker die funktionelle Expression eines CaCC in ARPE 19 Zellen und primären murinen RPE-Zellen bestätigt, wobei ATP als physiologisches Stimulanz zur Erhöhung des intrazellulären Ca2+ diente. Eine siRNA-Herunterregulierung der Ano2-Expression führte zu einer Reduzierung des Cl--Stroms. Die Studie zeigt, dass Ano2 an der Cl--Leitfähigkeit des RPE maßgeblich beteiligt ist. Zusammen mit Frederik Fried und Dr. Nadine Reichhart wurde die Regulierung des Ca2+-leitenden Ionenkanals TRPV2 in ARPE 19 Zellen untersucht. TRPV2-Ströme wurden durch Erhitzen der Badlösung auf 45 °C induziert. Einen deutlich stärkeren Stromanstieg bewirkten Cannabidiol und insulin-like growth factor (IGF) 1 durch eine Phosphatidylinositol-3-Kinase (PI3K)-abhängige Erhöhung der Oberflächenexpression. Somit kann eine Steigerung der TRPV2-Aktivität durch exogene Agonisten zur Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration führen und möglicherweise Ano2 aktivieren. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass in der Linse ein Ca2+-aktivierter TRP-Kanal und im RPE Ano2 funktionell exprimiert und ihre Aktivitäten durch verschiedene, mitunter pathologische, Faktoren modifiziert werden. Dies legt den Grundstein für weitere Untersuchungen, inwieweit die beiden Kanäle in den physiologischen Ionen- und Wassertransport sowie in assoziierte pathologische Ereignisse involviert sind.

En el estudio del crecimiento sin precedentes de la población carcelaria a nivel global y la propuesta teórica de la emergencia de un estado penal como causa y efecto de este fenómeno existen preguntas acerca de la forma que éste adopta en distintas regiones y cómo el género articula las relaciones de los sujetos con él. En estos debates se identifican dos vacíos: el primero tiene que ver con las particularidades del caso Latinoamericano y cómo estás influyen la manifestación del estado penal en diferentes países de la región desde una perspectiva empírica. El segundo es el estudio de las experiencias de las mujeres con la cara punitiva del estado penal, con la cárcel como principal institución de gobernanza. A partir de estos vacíos, el trabajo formula la siguiente pregunta como punto de partida: ¿Cómo opera el estado penal en la prisión de mujeres mexicana y que sujetos (re)produce a través del ejercicio del poder disciplinario? Se argumenta que el estudio de las interacciones cotidianas de las mujeres en reclusión con el poder disciplinario estatal puede contribuir al desarrollo de una etnografía del estado desde los márgenes. La investigación utiliza el caso del Centro de Reinserción Femenil (CRF) de Puente Grande, en Jalisco, México, el segundo mayor centro de confinamiento femenino en el país. El trabajo postula la hipótesis de que las técnicas punitivas y disciplinarias que se utilizan en la prisión de mujeres están altamente influenciadas por nociones generizadas para la (re)producción de sujetos ‘rehabilitados’. El trabajo se apoya en el método etnográfico de investigación con observación participante y entrevistas y se enfoca en las relaciones cotidianas de las mujeres en prisión con el poder disciplinario del Estado. La investigación concluye así que el estado penal mexicano opera en la prisión femenina a través de técnicas punitivas que se apoyan en la informalidad y los significados de género para lograr una disciplina que solidifica el poder estatal sobre los cuerpos que se encuentran en la institución. A través de las interacciones mundanas de las mujeres reclusas con ese poder disciplinario estatal, la cárcel femenina no sólo gobierna y maneja a este sector poblacional ubicado a priori en la marginalidad avanzada, sino que construye esa marginalidad de manera sistemática. Esto sucede a partir de la (re)producción de las mujeres en reclusión como sujetos subordinados en cuanto al género y las categorías con que éste se combina para crear nuevos ejes de desigualdad (entre las que se cuentan la clase, la etnicidad, el nivel educativo, la preferencia sexual y el gentilicio, entre otros). Tal subordinación permea todas sus interacciones con el estado y sus representantes y las ubica en una posición de vulnerabilidad y desventaja incluso frente a sus contrapartes masculinas en reclusión.

Identification of marker genes associated with a specific tissue or cell type, and discrimination between different classes of samples such as different cell types or tissues using gene expression profiles are important problems in cell research. Comparing the gene expression profiles of different types of samples is of major importance for understanding differentiation, development and disease. In this thesis, I present new bioinformatics tools to detect marker genes and classify samples using gene expression profiles. These contributions can be divided into three sub-projects: First, I optimized and extended the marker tool MGFM (Marker Gene Finder in Microarray gene expression data) to support the detection of marker genes from RNA-seq data. For this purpose, I implemented an R package called MGFR (Marker Gene Finder in RNA-seq data). Furthermore, I present a comparison study between microarrays and RNA-seq. I identify robust marker genes (predicted by both MGFM and MGFR) for a set of 16 human tissues, and suggest novel candidate marker genes for each of the examined tissues. Next, I compare the set of predicted marker genes to a gold- standard list of marker genes obtained from the Tissue-specific Gene Expression and Regulation (TiGER) database. In addition, I validated the expression of top ranked marker genes by reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR) for a set of five tissues. Second, I developed sampleClassifier, a novel computational method, which uses a simple algorithm called "Shared Marker Genes" (SMG) to classify samples based on their gene expression profiles. As the name suggests, the number of shared marker genes between a reference and a query sample is used as a similarity measure. I demonstrate the utility and effectiveness of the proposed approach by the classification of different tissues using public microarray and RNA-seq datasets. Furthermore, I compared my tool to a Support Vector Machines (SVMs) classifier. My approach performed comparably or better than SVMs. The SMG algorithm is implemented as an R package, which is available from the Bioconductor repository (http://www.bioconductor.org). Finally, I apply MGFM and sampleClassifier to publicly available biopsy-based microarray gene expression data from eight diverse kidney diseases. I identify marker genes for each of the examined diseases, and demonstrate the performance of the classification tool in distinguishing between normal and disease samples, as well as between different types of renal diseases.

Fascinated by the versatility of 2,2’-bipyridine and its successful application in a wide range of fields such as catalysis, molecular materials or polymers, the idea of substituting one pyridine moiety with the higher homologue, a phosphinine ring, was captivating. While pyridines are known for more than 150 years, phosphinines were considered as laboratory curiosities for a long time and are significantly less-well researched. P,N hybrid ligands analogous to 2,2’-bipyridine are 2-pyridylphosphinines. A few derivatives were reported in literature but a stable 2-pyridylphosphinine with a synthetic route able to easily provide larger amounts of substance was only developed recently by the group of Müller. With 2-(2-pyridyl)-4,6-diphenylphosphinine now easily accessible, a detailed study of the properties and reactivity of 2-pyridylphosphinines especially in comparison to the respective 2,2’-bipyridine derivative became possible. For this work, a special interest was put on the investigation of substituent effects on 2-pyridylphosphinine and 2,2’-bipyridines. With the introduction of small groups in the backbone of these molecules, the steric characteristics of a two-dimensional framework stay untouched but the electronic properties can be tuned to meet requirements for targeted applications. The scope of the modular synthetic route towards 2-(2-pyridyl)-4,6-diphenylphosphinine was successfully broadened to include a range of different substituents from electron with-drawing to electron donating. For a direct, in-depth comparison the respective substituted 2,2’-bipyridines were synthesised as well. Both set of compounds were used for the coordination to tungsten(0) hexacarbonyl. The impact of the substituents on the electronic properties was evaluated using a variety of different methods such as DFT calculations, X-ray diffraction and NMR, IR, UV-Vis and fluorescence spectroscopy. The presented results show a significant effect of these substituting groups on the experimental and theoretical characteristics of the 2-pyridylphosphinine and 2,2’-bipyridine compounds. Systematic tuning of the electronic properties was shown to be possible. Most interestingly, the introduction of substituents able to donate electrons to the aromatic system lead to a significant destabilisation of the π-shaped HOMO in 2-pyridylphosphinines. This gives the molecules noticeable π-donor properties which have never been taken into account in the consideration of phosphinines so far. Additionally, the shape and orientation of HOMO and LUMO makes phosphinines unique in comparison with con-ventional π-donor ligands with observable consequences for their ligand properties. While a similar effect has been observed for 2,2’-bipyridines, it is less pronounced. In a second part of the presented work, the synthesised 2-pyridylphosphinines and 2,2’-bipyridines have been used to complex rhenium(I) carbonyl precursors. Derived complexes have been characterised and their reactivity has been studied. Interestingly, an unselective but reversible water addition reaction to the external P=C double bond of pyridylphosphinine rhenium(I) compounds has been observed while bipyridine-based complexes are unreactive towards nucleophiles. First steps towards the application of synthesised 2-pyridylphosphinine- and 2,2’-bipyridine-rhenium(I) carbonyl complexes as catalysts in the photocatalytic reduction of carbon dioxide to carbon monoxide are presented. In cyclic voltammetry experiments P,N- and N,N-based complexes of rhenium(I) as well as tungsten(0) showed a significant current enhancement under CO2 atmosphere which indicates a catalytic reaction taking place. For 2 -pyridylphosphinine-based complexes this could not yet be translated into a running catalysis setup at laboratory scale but several possible adjustments were presented. Bipyridine-rhenium(I) compounds on the other hand were active and selective catalysts for the photocatalytic production of CO from CO2.

Transfusion medicine has greatly improved our ability to treat anaemia in human and veterinary medicine. The safety and efficacy of transfusion medicine has advanced as both our understanding of the relevant biological systems has improved and as our tools and procedures for carrying out transfusions have become more sophisticated. This dissertation reports on two prospective clinical studies examining specific aspects of feline pre-transfusion testing methods with the potential to improve the safety and efficacy of the subsequent transfusions. In the first study, the novel immunochromatographic point-of-care blood typing device (RapidVet-H IC Feline, DMS Laboratories) for the feline AB blood group system was assessed for reliability by comparing it to two other tests as reference methods, the Pennsylvania tube agglutination and a gel column test. Blood samples from 105 sick and healthy cats were included. The samples were between 0 and 10 days old (median 3 days) and were tested for haemolysis and agglutination; the haematocrit ranged from 0.07 to 0.57 l/l (median 40 l/l). The reference methods showed a 100% agreement with each other. 85 samples were determined blood type A by the two reference methods, 80 of which were correctly identified by the immunochromatographic test. Four were misidentified as AB and one was rated inconclusive. All B samples were correctly typed. Two of the three AB samples were correctly identified by the immunochromatographic test and one was rated inconclusive. The sample quality had no influence on test performance. Of 30 repeats, 28 were readable and showed agreement in 27 cases. The agreement of the immunochromatographic test with the control methods was 96.1% for the 103 conclusive tests, and it showed high sensitivity and specificity for A and B antigen detection, of note being the 100% sensitivity for B antigen detection. Based on the data, it is still suggested that AB results be reconfirmed with a laboratory method and that a 'back-typing' be performed with plasma from B-typed samples, ensuring that cats with blood type B not be given A-type blood. The novel immunochromatographic test device showed very good performance and ease of use, as well as convenient storage requirements. The second study was designed to detect a positive cross-match in cats after receiving an AB-compatible blood transfusion, potentially indicating that alloimmunisation had taken place in those patients. Twenty-one hospitalised anaemic recipients (blood type A: n = 20; blood type B: n = 1) received 1-4 (median 2) whole-blood transfusions over 1-6 days (median 2 days) in 33 transfusion instances. The manual laboratory tube cross-matching method, including major, minor and recipient control, was used to serially test transfusion patients for macroscopic and microscopic agglutination reactions. No clinical signs of an acute transfusion reaction were observed. A total of 63 cross-matches were performed. The minor cross-match was negative in all cases. A positive major cross-match was observed in five cases after 2-10 days (median 5 days) after an initial blood transfusion. These five cats had received a total of 1-4 (median 2) blood transfusions. In 51.5% (17/33) of transfusion instances, the cat's haematocrit increased as expected, with cats with a positive major cross-match at 40% (4/10) vs 56.5% (13/23) if the major crossmatch was negative. The five positive major cross-match results likely represent feline recipients which developed alloantibodies as early as two days after the initial blood transfusion. Cross-matching is currently only recommended as part of pre-transfusion testing for repeat transfusions in cats four days after having received an initial transfusion. The second study adds data to an evidentiary basis for recommendations to include cross-matching in routine pre-transfusion screening tests. Both studies contribute to an increased awareness of ways to improve patient safety for cats receiving allogeneic blood and blood products.

Parents are key players in the development of children’s eating habits. As nutritional gatekeepers, they plan and prepare the food and design their children’s eating environment. Despite this crucial role, most research on parental influences has concentrated on feeding practices and thus has overlooked the role of many other potent parental influences. The research reported herein was undertaken to advance the current literature on social influences on obesity by identifying and specifying how parents as nutritional gatekeepers influence dietary intake and weight status in children. More specifically, three different types of parental influences were examined: (1) family meals, (2) health literacy skills of nutritional gatekeepers, and (3) the role of nutritional gatekeeping in food insecurity. Section 2 consists of two manuscripts and deals with quantitative and qualitative aspects of family meals. The first manuscript is a meta-analysis showing that the frequency of family meals is significantly associated with better diet quality and lower BMI in children. The second manuscript is a meta-analysis that identifies the following mealtime practices that are positively associated with children’s nutritional health: TV off during meals, higher food quality, parental modeling, positive atmosphere, longer meal duration, and children’s involvement in meal preparation. Section 3 consists of two manuscripts that deal with the role of parental health literacy skills in their children’s body weight. The first study suggests that lower parental numeracy is a potential risk factor for underweight as well as overweight in children; the second study shows that parental sugar underestimation is associated with a higher risk of the child being overweight. Section 4 consists of one manuscript: In a commentary, we suggest that the missing link between food insecurity and obesity in children can be explained by nutritional gatekeeping buffering against the effect of nutrition poverty. Each section elaborates on implications for future research and practice that aim at targeting parents in early obesity prevention.

Diese Dissertation setzt sich mit der Beziehung zwischen der Automobilindustrie und der Politik auseinander. Der Fokus liegt auf den Techniken der Einflussnahme und wie sie sich transparenter gestalten oder besser regulieren lassen. Die Automobilindustrie ist der größte Industriesektor und einer der wichtigsten Wirtschaftszweige für Deutschland. Daraus ergibt sich eine natürliche Verbindung in die Politik und zu Amtsträgern, da die Industrie wichtig für die wirtschaftliche Entwicklung vieler Regionen und für die Sicherung vieler Arbeitsplätze verantwortlich ist. Trotzdem nut-zen die Automobilhersteller die typischen Lobbyinstrumente, um ihre Interessen zu vertreten. Dazu gehört die Mitgliedschaft in Industrieverbänden oder die Beschäf-tigung von ehemaligen Politikern, deren Netzwerke genutzt werden, um Interessen und Meinungen in Entscheidungsprozessen zu platzieren. Das hat die Folge, dass die Öffentlichkeit mittunter Entscheidungsprozesse nicht mehr nachvollziehen kann. Vertreter der Industrie sind in Expertengruppen meist sehr präsent und der VW- Abgas-Skandal zeigt, dass die Regierung nicht immer gewillt ist, die Verfehlungen wichtiger Unternehmen vollständig aufzuklären bzw. die Existenz durch harte Strafen zu gefährden. Aus diesen Gründen ist an der Stelle mehr Transparenz notwen-dig. Die Regelungen zum Umgang mit Lobbyismus in der EU oder in den USA sind gute Beispiele, dass es für Deutschland in dem Bereich noch Verbesserungspotenzial gibt. Effektive Maßnahmen könnten die Einführung eines umfassenden Trans-parenz- oder Lobbyregisters und strengere Regularien zur Parteienfinanzierung sein. Speziell das Sponsoring von Parteien (z.B. Veranstaltungen) ist kritisch hervorzuheben, da diese Zahlungen – im Gegensatz zu Parteispenden – nicht direkt ausgewiesen werden. Die Einführung einer Karenzzeit nach der politischen Karriere war dagegen sicherlich ein erster (und notwendiger) Schritt, Interessenkonflikte während der Ausübung eines politischen Amtes zu minimieren.

Antimicrobial resistance in bacteria is an ancient phenomenon that emerged as a serious threat to humans and animals within only the last few decades. Nowadays, multi-drug resistant bacteria cause severe diseases in humans as well as animals worldwide, leaving few therapeutic options. Among these, Acinetobacter (A.) baumannii is of increasing importance, especially with regard to the epidemic clonal lineages IC I-III, which are particularly associated with carbapenem and multi-drug resistance. Moreover, these clonal lineages could already be detected among A. baumannii of animal origin, indicating a zoonotic potential of this pathogen. The current work contributes to two aspects of current A. baumannii research: i) the occurrence of A. baumannii in animal clinical specimens, especially concerning the occurrence of antimicrobial resistance and ii) the identification of factors, e.g. specific antimicrobial compounds, which contribute to the enrichment of the resistome and clinical success of A. baumannii. A total of 642 clinical human and animal Acb-complex isolates were collected for a one-year time-period starting in February 2013. Identification to species level was performed using restriction fragment length polymorphism (RFLP) of the 16S-23S IGS, as introduced in the present study and was verified by means of partial rpoB and 16S-23S IGS sequencing. A. baumannii was the predominant species among animal Acb-complex isolates, accounting for a proportion of 44.41% and originating from various host species, with a considerably high proportion of 50.92% of isolates being multi-drug resistant (compared to 15.52% of human A. baumannii isolates). This clearly points towards a role of animals in the reinforcement and dissemination of antimicrobial resistances in A. baumannii. Subsequently, 27 clinical human and animal A. baumannii isolates were chosen for whole genome sequencing in order to gain insight in their genomic diversity and relatedness. Additionally, ten published complete genome sequences of human A. baumannii isolates were included in the analysis. Based on SNP analysis of the maximum common genome, a maximum likelihood tree and a distance matrix were generated, revealing a clear separation into a closely related cluster of human multi-drug resistant ST2 isolates and a heterogeneous group of human and animal antimicrobial susceptible non-ST2 isolates. In accordance with previous studies we therefore hypothesize that an ancestral ST2 isolate split from the heterogeneous group in the recent past followed by subsequent adaption to the hospital environment. Moreover, we hypothesized that DNA damaging antimicrobials like fluoroquinolones may play a crucial role in adaption of A. baumannii to antimicrobial selective pressure and new ecological niches. Thus, spontaneous enrofloxacin (ENR) resistant mutant isolates were generated using sublethal ENR concentrations. Comparative genomic analysis of the whole genome sequences of the mutant and their respective wild-type isolates revealed novel mutations in the DNA gyrase encoding genes causing ENR resistance. Furthermore, an association of ENR selective pressure and mutations in the AdeFGH and AdeIJK efflux pump regulator genes adeL and adeN could be demonstrated. Although the present work provides evidence that fluoroquinolone selective pressure can cause a multi-drug resistant phenotype in A. baumannii, no direct association of the resistance phenotype and genomic mutations could be proven. Future research should investigate the role of altered regulatory processes under antimicrobial stress conditions, e.g. due to ROS and sRNAs, in order to understand the mechanisms underlying the rapid evolution and clinical success of specific antimicrobial resistant A. baumannii lineages. Moreover, comprehensive epidemiological studies are urgently needed to assess the potential role of animals as reservoir for antimicrobial resistant A. baumannii and infection source for humans.

Background: Our clinical understanding of acute kidney injury (AKI) has dramatically increased over the last decades, but an effective intervention for AKI is still missing. An early intervention would be desirable, since preclinical models could show a massive delay or even prevention of AKI when treated early enough, which would improve recovery and decrease mortality. New potent biomarker candidates have been identified recently: Altered plasma concentrations of pro-Enkephalin (pENK) were shown in patients with restricted renal function. Relaxin 2 (RLX2) is known to alter renal hemodynamics in pregnant women and recently the recombinant RLX2 was suggested as therapeutic intervention in several diseases involving renal dysfunction. Methods: 3 new assay systems were developed and termed pENKrat, pENKurine and pro-RLX2. Paraphinated slices of healthy human renal tissue were examined for pENK expression using immunohistochemical procedures. pENK_{plasma} concentrations were determined with the pENKrat assay in rat models of gentamycin-induced nephrotoxicity and CLP-induced sepsis. pENK_{plasma} and pENK_{urine} concentrations were determined in healthy kidney donors and corresponding recipients with sphingotest® penKid and the pENK_{urine} assay. pENK_{plasma} and pro-RLX2 plasma concentrations were determined in healthy individuals using the sphingotest® penKid and pro-RLX2. pro-RLX2 plasma concentrations were determined in pregnant women with uncomplicated and preeclamptic pregnancy as well as in non-pregnant individuals with acute and chronic heart failure with pro-RLX2. Results: PENK expression was localized throughout the renal tubules even though results were not reproducible. In different rat studies the association of pENK_{plasma} concentration with renal dysfunction was shown by specific increase of pENK_{plasma} concentration by induction of selective renal injury. pENK_{urine} concentrations were associated with renal injury, too. In pregnancy, pENK_{plasma} was shown to vary with gestational age. Even though measurability of pro-RLX2 in non-pregnant adults was restricted, a weak connection of pro-RLX2 plasma concentration with renal dysfunction could be shown in patients with heart failure. In pregnancy, pro- RLX2 decreased with increasing gestational age, but was shown to be a poor marker of preeclampsia. Conclusion: A combination of pENK_{plasma} and pENK_{urine} measurement could be a promising approach to achieve an earlier recognition of AKI. Nevertheless, the function pENK exhibits within the kidney remains unclear. pro-RLX2 was shown to be less useful as biomarker, despite being directly involved in pathology of cardiorenal injury. Exogenous RLX2 (Serelaxin) is a promising approach for new therapeutic action, but monitoring of endogenous pro-RLX2 is difficult.

This work deals with the developments of novel bio-inspired surface coatings with extreme wetting properties such as superhydrophobicity, superamphiphobicity, or superhydrophilicity. Surfaces with such extreme wetting properties exhibit a variety of interesting properties that makes them promising candidates for functional coatings, such as self-cleaning, antireflective, non-sticking or icing-resistant coatings. A technical implementation of surfaces with such properties into our daily life, would not only mean an increase in our standard of living, but also contribute to the sustainability and environmental protection. In the last decade, there was a tremendous amount of interest for coatings with extreme wetting properties. Although, numerous examples for different preparation methods, a wide distribution of such coatings in our society has not yet been found. Reason for this is that most coatings are limited to a certain substrates, show relatively poor durability, and involve a complex multistep fabrication protocol. In contrast, mussels in nature developed an outstanding adhesion mechanism that could solve all the above-mentioned problems. Thanks to extremely adhesive proteins mussel can adhere to nearly every kind of surface under extremely harsh conditions. The aim of this work was to mimic mussel adhesion with the purpose to use it for surface coatings with extreme wetting properties. By combining two separate biomimetic concepts, the mussel-inspired adhesion and that of the lotus-like hierarchical structures, a substrate- independent method for the preparation of stable coatings with extreme wetting properties on any kind of surface was developed. To achieve this goal, a catechol- and amine-functionalized dendritic polyglycerol (MI-dPG) was used that effectively mimics the most adhesive proteins of the mussel with regard to its chemical functionality, structure and molecular weight. By dipping any object into an alkaline-buffered solution of MI-dPG, a polymeric film can be coated on any substrate, regardless of the material. In the first part of this thesis, mussel-inspired dendritic polyglycerol (MI-dPG) was successfully applied as a universal hierarchical coating for various surfaces with superwettability. To achieve this goal, the first project (see Section 4.1) focused on the quantification of the MI-dPG process in order to gain control over the aggregate size and the resulting surface roughness and morphology. Based on this control over surface roughness, a two-layer approach for the fabrication of highly hierarchical structures was introduced. Additionally, the MI-dPG coating was combined with in-situ generated silver or gold nanoparticles to construct hierarchical structures by using the reducing effect of the remaining catechol groups inside the coating. The generated hMI- dPG coatings showed universal applicability with moderate mechanical robustness on various rigid and flexible solid substrates including plastic, ceramic, metal, and metal oxide materials. Perfluoralkylation of these hMI-dPG coatings resulted in a superamphiphobic coatings with impressive repellency to water, surfactant-containing solutions, and biological liquids, such as human serum. In the second project (see Section 4.2), the problem of non- degradability and bioaccumulation of fluorinated buildings was addressed. Based on alkylation of the hMI-dPG coatings, an entirely fluorine-free approach was investigated for constructing more environmentally friendly coatings with superhydrophobic/superoleophilic properties. The fluorine-free superhydrophobic/ superoleophilic coating was applied to commercially available sponges to transfer them into an adsorbent material for the oil- water separation. Furthermore, the alkylated hMI-dPG structures could be infused with sunflower oil, and fluorine-free slippery surfaces were obtained. Both the fluorine-free superhydrophobic/superoleophilic and the slippery surfaces showed similar anti-wetting properties as their fluorinated analog regarding water. In conclusion, the biomimetic concepts of mussel-inspired adhesion and lotus-like hierarchical structures were successfully combined. Therefore, hMI-dPG represents a universal superwettability platform that can be used as a highly efficient strategy to construct coatings with extreme wetting properties on any material. In the third project area (see Section 4.3) of this thesis, MI-dPG was successfully applied as a universal spray- coating strategy for substrate-independent surface modification using a gas driven spray coater. The MI-dPG spray-coated substrates (sMI-dPG) were further functionalized with various functional nanoparticles via spray coating. Post- modification with an aqueous AgNO3 solution via spray coating resulted in an AgNP-embedded sMI-dPG surface with excellent, long-term antimicrobial properties. Additionally, a universal superhydrophobic spray was developed by combining sMI-dPG with hydrophobic SiO2 nanoparticles. Finally, the sMI-dPG spray coating approach provided an easy-to-use strategy for multifunctional surface modification for large surfaces, which opens the door for industrial applications of mussel-inspired coatings. The fourth project (4.4) was focused on developing a novel, simple, surfactant-free method for preparing macrogel beads. This method utilized the super-repellent properties of superamphiphobic and slippery surfaces to force a droplet of a gel precursor solution into a specific shape. A droplet on a superamphiphobic surface and slipper surface showed a spherical and hemispherical shape, respectively. Both shapes were maintained during the gelation process. The final gel particles could be removed easily from the super-repellent layer without any surfactant. This makes this method simple to use for gel bead preparation and compatible for cell encapsulation. Because of the perfect antifouling properties of superamphiphobic surfaces, living cells and proteins hardly interacted with the coated substrate. Therefore, the cell encapsulation of MC3T3 cells was possible in situ. In conclusion, the results from this project proved the applicability of super-repellent surfaces for microgel preparation and cell encapsulation. The fifth project focused on application of supramolecular polymers as an easy and efficient method to fabricate superhydrophobic and slippery surfaces. Based on the cooperative and hierarchical polymerization of fluorinated bis-amide LMWGs and their ability to self-assemble and self- organize into a highly entangled fibrous network, the construction of a lotus- like hierarchical structure was possible. The synergistic effect of hydrogen- bonding-mediated polymerization into long fibers and the fluorinated side chains resulted in the construction of a self-cleaning, superhydrophobic surface. Furthermore, it was shown that the fibrous network could be infused by a fluorinated lubricant yielding a slippery surface with enhanced liquid repellency. Both surfaces, the superhydrophobic and the slippery surface, showed self-healing properties, because of the dynamic properties on supramolecular scaffold. In conclusion, it was demonstrated that supramolecular polymers and LMWGs have an excellent potential for a simple and rapid fabrication of functional surfaces.

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.

Ein großes Problem der bakteriellen Atemwegserkrankungen von Geflügel sind die Anforderungen an eine wirksame Behandlung der Herde, um die Gesundheit und den Tierschutz zu gewährleisten und wirtschaftliche Verluste zu verhindern. Die Verwendung und der Missbrauch von antimikrobiellen Substanzen ist derzeit ein großes Problem, da dies meist zu einer erhöhten Inzidenz von Antibiotika- resistenten Bakterien führt. Ziel dieser Arbeit war es daher, geeignete Testmethoden zur Bestimmung der antibiotischen Sensitivität von R. anatipestifer und O. rhinotracheale gegenüber derzeit verwendeten Wirkstoffen zu entwickeln und zu etablieren. Im ersten Teil der Arbeit wurden zur Identifizierung und Charakterisierung von R. anatipestifer- und O. rhinotracheale-Isolaten, die in den Jahren 2007 bis 2012 aus verschiedenen Geflügelarten isoliert wurden, biochemische und molekularbiologische Methoden angewandt. Insgesamt konnten 108 Feldisolate eindeutig als R. anatipestifer identifiziert werden, ebenso wie 100 Feldisolate als O. rhinotracheale. Das Ergebnis der Makro-Restriktionsanalyse zeigte eine große Vielfalt von DNA- Fingerabdrücken sowohl bei R. anatipestifer als auch bei O. rhinotracheale. Im Falle von R. anatipestifer konnte eine große Vielfalt von Fragmentmustern innerhalb der Entenisolate nachgewiesen werden. Während Isolate von Puten 100% genetische Ähnlichkeit innerhalb der Untergruppe zeigten. Im Falle von O. rhinotracheale wurden die Isolate der Serotypen A, B und E in gemeinsamen Subclustern gefunden. Die Bestimmung der antibiotischen Sensitivität von R. anatipestifer und O. rhinotracheale ist aufgrund der komplexen Kultivierungsansprüche und des ungewöhnlich häufigen Auftretens von Resistenz schwierig. Daher wurde im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit die Wirkung verschiedener Parameter untersucht (Testmedium, Inokulationsdichte, Inkubationszeit und Inkubationsatmosphäre). Ziel war es die Bouillon- Mikrodilution als Standard-Prüfmethode für R. anatipestifer zu etablieren und validieren. Die erhaltenen Ergebnisse zeigten, dass Müller-Hinton-Bouillon II (MHB II) suppelentiert mit 2% lysiertem Pferdeblut (lPb) ein geeignetes Kulturmedium ist. Die Inkubation bei 37 ° C für 24 Stunden unter aeroben Bedingungen ergab visuell gut ablesbare Ergebnisse in den kommerziellen Sensititre-Mikrotiterplatten. Aufgrund fehlender Breakpoints wurden die epidemiologischen Cut-off-Werte sowie die minimale Hemmkonzentration MHK50 und MHK90-Werte mit Hilfe eines statistischen Programms bestimmt. Tiamulin und alle Substanzen, die zu den Klassen der Cephalosporine und Carbapeneme gehören, haben sich als wirksam erwiesen. Die multimodale Verteilung der R. anatipestifer-Isolate gegenüber den Fluorchinolonen zeigt die Aufteilung in eine empfindliche und eine unempfindliche Population und zeigt die Notwendigkeit quantitativer Empfindlichkeitstests. Bezüglich der Aminoglycoside und Tetracycline wurde der Großteil der MHK-Werte in den hohen Konzentrationsbereichen bestimmt. Für O. rhinotracheale konnte keine Kombination von Testparametern ermittelt werden, die zu visuell gut ablesbaren Ergebnissen in den Mikrotiterplatten führte. Stattdessen konnte Mueller- Hinton-Agar mit 5% lysiertem Pferdeblut (lPb) als Medium für den E-Test sowie für den Agar-Dilutionstest hergestellt werden. Nach 24 Stunden Inkubation bei 37 ° C war ein visuell gutes Ablesen der Platten möglich. Bei beiden Methoden können O. rhinotracheale-Isolate nur für wenige antimikrobielle Substanzen getestet werden. Die Verfügbarkeit von E-Teststreifen mit tiermedizinisch relevanten Wirkstoffen ist begrenzt und mit hohen Kosten verbunden. Das Agar- Dilutionsverfahren hingegen führt zu einem hohen Arbeitsaufwand und wird nur in speziellen Labors durchgeführt. Jedoch können beide Verfahren eine Alternative zu herkömmlichen Diffusionstests mit der Möglichkeit einer quantitativen MHK-Bestimmung bieten.