Protein assemblies adopt both transient and permanent complex structures that can vary strongly in overall architecture. Complexes that adopt open helical symmetries often switch dynamically between assembly and disassembly and thus require factors that regulate complex formation. Structural studies on such systems benefit from an integrated methodological approach to gain insights into the relevant mechanistic and physiological features of the complex. This thesis focuses on two proteins: one directly modulates and regulates the assembly of microtubules in plant cells, while the other assembles to functional filaments that are involved in a signalosome pathway of the human innate immune response. Microtubules are protein assemblies that are essential for cell proliferation, growth and transport of cargo in eukaryotic cells. In plants, the cortical microtubule network directs the synthesis of cellulose, a fundamental component of the cell wall, which provides the bulk of plant biomass. Microtubule-associated proteins (MAPs) play an important role in maintaining the organization, structure and dynamics of the microtubule array. The MAP companion of cellulose synthase (CC) supports cellulose synthesis during salt stress by promoting the formation of a microtubule array with increased stress tolerance and by regulating cellulose synthase localization in Arabidopsis thaliana. Strikingly, the cytosolic N-terminus of CC1 (CC1∆C223) is sufficient to facilitate both microtubule reassembly and cellulose synthesis during salt stress. This thesis outlines the molecular mechanism for how CC1∆C223 binds to and bundles microtubules to sustain cellulose synthesis under conditions of high salinity. Solution-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy was employed to characerize the structural features of CC1∆C223 and its interaction with microtubules. Chemical shifts of backbone carbon, nitrogen and protons were assigned by combining 3D and 4D triple-resonance NMR experiments with non-uniform sampling (NUS). Free CC1∆C223 in solution is intrinsically disordered but the carbon chemical shifts hint at several regions with enhanced propensity for β -strand secondary structure. The addition of microtubules to isotopically-enriched CC1∆C223 resulted in reversible and residue-specific line broadening effects, stemming from the reversible association of CC1∆C223 to the microtubule surface, where it experiences fast transverse relaxation due to the long rotational correlation time of the complex. Interestingly, the results showed that CC1∆C223 binds with four hydrophobic and conserved linear motifs that are connected by flexible linker regions. Peptides that each contained one microtubule-binding motif retained microtubule-binding activity and STD-NMR experiments indicated strong contributions of aromatic side chains to the overall binding. The mutation of two key tyrosine residues in the N-terminal binding region reduced the binding affinity in vitro and resulted in a salt-sensitive phenotype in vivo. Electron microscopy analysis showed that CC1∆C223 induces bundling of microtubules in a concentration-dependent manner, and fluorescence microscopy revealed that CC1∆C223 can diffuse on microtubules bidirectionally. Cross-linking of CC1∆C223 and tubulin dimers combined with mass spectrometry analysis suggested binding of the protein at the protomer interfaces along the microtubule lattice and the hydrophobic pocket longitudinally between tubulin dimers. The microtubule-binding behaviour of CC1∆C223 is reminiscent of that of the neuropathology- related and non-homologous protein Tau, which also bundles and diffuses on microtubules in a highly dynamic manner. The microtubule-binding motifs of CC1∆C223 share some remarkable similarities in hydrophobicity, size, sequence and spacing with the microtubule- binding regions of Tau. Hence, CC1 sustains microtubule organization and cellulose synthase localization during salt stress via a Tau-like mechanism that may have evolved independently. Signalosomes are higher-order intracellular protein assemblies that play important roles in several signalling cascades of the innate immune system. The filamentous core of signalosomes typically consists of proteins containing death domains like CARD, PYD or DD that, through assembly of the filament, link the upstream danger signal to the downstream enzyme-driven pathway. The second part of the thesis focuses on assemblies formed by the CARD domain of the adaptor protein RIP2 that are initiated by the cytosolic receptor NOD2. Since RIP2 forms insoluble filaments via its CARD domain, solid-state NMR spectroscopy was employed to study the structure of the RIP2CARD assembly. To obtain the backbone resonance assignments, proton-detected experiments on 2H, 13C, 15N-labelled and 100 % back-exchanged RIP2CARD samples were acquired at 60 kHz magic angle spinning (MAS). These data were evaluated together with carbon-detected 13C-13C DARR correlations on protonated samples that were either uniformly 13C-labelled or selectively [2-13C]- or [1,3- 13C]-glycerol labelled, yielding the assignment of backbone and side-chain resonances. The chemical shifts of the assigned residues of filamentous RIP2CARD closely matched the chemical shifts of monomeric RIP2CARD in solution, showing that the overall conformation is maintained upon filament formation. The solid-state MAS NMR data yielded no signals from the C-terminal segment of the protein, which typically contains a helix in the CARD fold. This result corroborates the lack of ordered structure in this region reported already by the structure of the monomeric RIP2CARD domain and indicates that the local disorder is retained in filamentous RIP2CARD. The structure of the RIP2CARD filament, solved by cryogenic electron microscopy (cryo- EM), has a helical configuration that is similar to other CARD filaments of the innate immune system. The most significant chemical shift differences between RIP2CARD in solution and within the filament map to the subunit interfaces of the assembly structure. These chemical shift differences report on local conformational changes due to packing effects in the filament and therefore independently confirm the overall architecture of the assembly structure. The results give important structural insights into the NOD2-RIP2 pathway and highlight the importance of RIP2 polymerization for the signalling mechanism. Moreover, the work paves the way for future research on the structural aspects of the NOD2CARDs-RIP2CARD interface and the regulation of filament formation.

Die vorliegende publikationsbasierte Promotion untersucht die neurobiologischen Grundlagen motivationaler und emotionaler Verarbeitungsprozesse bei Patienten mit Panikstörung (PS) mit und ohne Agoraphobie. Es soll eine Aussage darüber getroffen werden, ob Patienten mit PS Dysfunktionen in der Belohnungsverarbeitung aufweisen, die im Zusammenhang mit bestimmten Temperamentsmerkmalen stehen. Zum anderen soll untersucht werden, ob sich ihre Aktivierungsmuster bei emotionalen visuellen Reizen von Gesunden und anderen Diagnosegruppen unterscheiden. Außerdem ist es Ziel, für Patienten mit PS charakteristische funktionelle Aktivierungsmuster bei der Ankündigung Angstspezifischer Reize zu identifizieren. Es wurden Patienten mit Panikstörung sowie Kontrollgruppen mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT), während der Darbietung affektiver Bilder und während der Durchführung eines Belohnungsparadigmas (Monetary Incentive Delay Task) untersucht. Bei dem Belohnungsparadigma wird den Teilnehmern in Aussicht gestellt, dass sie im nächsten Moment Geld gewinnen oder verlieren können. Währenddessen kann die Aktivierung im ventralen Striatum (VS) untersucht werden, einer Region des mesolimbischen Systems, welches eine zentrale Rolle im Belohnungssystem spielt. Zusätzlich wurde der Einfluss von den Temperamentdimensionen Schadensvermeidung und Neugierde-Verhalten (Das Temperament- und Charakter-Inventar, TCI) geprüft. Bei dem Experiment zur Emotionsinduktion wurden den Teilnehmern im Scanner positive und aversive Bilder dargeboten. Um Einblicke in die für Panikstörung mit und ohne Agoraphobie spezifische funktionelle Neuroanatomie zu gewinnen, wurde ein Experiment (Westphal-Paradigma) mit Agoraphobie-spezifischen Bildszenen durchgeführt, welche entweder angekündigt oder unangekündigt dargeboten wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass Patienten mit PS, während der Erwartung eines Gewinns im Vergleich zu Gesunden eine verminderte Aktivität im ventralen VS aufweisen, während sie bei der Erwartung eines Verlusts stärkere Aktivierungen als die gesunden Kontrollprobanden zeigen. Dabei hatte auch eine spezifische Temperamentkomponente einen Einfluss: Patienten mit PS, die hohe Punktwerte in Schadensvermeidung aufweisen, hatten stärkere Aktivierungen im VS bei Verlust-Antizipation und niedrigere Aktivierungen bei Gewinn-Antizipation. Patienten mit PS unterschieden sich in ihrer Emotionsverarbeitung bei positiven oder aversiven Bildern nicht signifikant von gesunden Kontrollen oder Patienten mit anderen psychiatrischen Erkrankungen. Für die Angstbezogenen Bildinhalte zeigten sich Aktivierungen in rechter Insula, Precuneus (bilateral) und parahippocampalen Kortex. Die Aktivierung unterschied sich dabei in Abhängigkeit, ob eine agoraphobische Bildszene vorher angekündigt wurde oder nicht. Angekündigte Angst- Bilder evozierten eine verstärkte Amygdala-Aktivierung. Darüber hinaus zeigte sich während 3 der Antizipation eines folgenden Angstbildes eine signifikante Aktivierung in Insula und Amygdala. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Diagnosebezogene neuronale Dysfunktionen bei Patienten mit Panikstörungen die Antizipationsverarbeitung betreffen. Eine mögliche Implikation für die psychotherapeutische Behandlung könnte eine stärkere Fokussierung auf die Erwartungsprozesse der Patienten sein.

Hintergrund: Darmbakterien produzieren eine Vielzahl von Metaboliten, die durch den Wirt resorbiert werden und Auswirkungen auf dessen Physiologie haben. Kurzkettige Fettsäuren (engl. short-chain fatty acids, SCFA) wie z. B. Propionat (C3) sind Metabolite, die durch bakterielle Fermentierung aus nicht verdaulichen Polysacchariden (sogenannte Ballaststoffe oder Fasern) produziert werden. C3 ist durch seine Wirkung auf T-Zellen, insbesondere auf anti-inflammatorisch wirkende regulatorische T-Zellen (TREG), gekennzeichnet. Die essentielle Hypertonie (HTN) und der damit assoziierte kardiale Organschaden sind durch eine pro-inflammatorische Auslenkung der T-Zell-Homöostase charakterisiert. Experimentelle Strategien, welche die Funktion von TREG verbessern, vermindern bekanntermaßen den durch die HTN verursachten Endorganschaden. Die zugrundeliegende Hypothese ist somit, dass die SCFA C3 den hypertensiven kardialen Schaden positiv beeinflussen kann.

Methodik: Zur Induktion der HTN in 12 Wochen alten männlichen NMRI Mäusen erfolgte die Implantation einer subkutanen osmotischen Minipumpe, die über 14 Tage 1,44mg/kg/d Angiotensin (Ang) II freisetzt. Um die intestinale bakteriellen Produktion von SCFA zu supprimieren, erhielten die Mäuse ein faserarmes Futter. Um die Effekte von C3 spezifisch zu untersuchen, wurden die Tiere entweder mit Natriumpropionat oder Natriumchlorid als Kontrolle im Trinkwasser behandelt. Die Inflammation wurde mittels Durchflusszytometrie, die kardiale Schädigung, mittels Echokardiographie, Immunfluoreszenz, Genexpressionsanalyse und in vivo elektrophysiologischer Untersuchung quantifiziert. Eine Blutdruckmessung erfolgte kontinuierlich mittels Telemetrie. TREG wurden durch anti-CD25 Antikörper (PC61) in mit Ang II infundierten C3-behandelten Mäusen depletiert, um den Wirkmechanismus von C3 aufzuklären.

Ergebnisse: Die Behandlung mit C3 führte zu einem signifikant verbesserten Überleben nach 14 Tagen. C3 reduzierte sowohl die systemische inflammatorische Antwort auf Ang II, als auch die kardiale Hypertrophie und Fibrose. Begleitend kam es zu einer Reduktion der ins kardiale Gewebe infiltrierenden T-Helferzellen, zytotoxische T-Zellen und Makrophagen. Die Behandlung mit C3 bewirkte zudem einen reduzierten Anteil an Typ17-T-Helferzellen (TH17) in Herz und Milz. Dies führte zu einer reduzierten Anfälligkeit für ventrikuläre Tachyarrhythmien in C3-behandelten Mäusen. Die Verbesserung des kardialen Schadens und der Inflammation waren in TREG-depletierten Mäusen abgeschwächt. C3 führte außerdem unabhängig von der Wirkung auf TREG zu einer verzögert eintretenden, moderaten Reduktion des Blutdruckes.

Schlussfolgerung: Die Daten unterstreichen die Bedeutung von aus unverdaulichen Polysacchariden gewonnenen bakteriellen Metaboliten für die kardiale Gesundheit. Die Wirkung dieser Metabolite auf TREG spielt beim kardioprotektiven Effekt von C3 eine zentrale Rolle. Die orale Gabe von C3 sowie die Förderung der intestinalen Produktion von C3 könnten eine vielversprechende Option in der Behandlung der hypertensiven Herzkrankheit darstellen.

Hintergrund: Die Anforderungen an eine qualitativ hochwertige zukunftsfähige und für Berufseinsteiger attraktive Pflege(aus)bildung steigen seit Jahren sukzessive an und damit auch die Notwendigkeit einer qualitätssichernden Weiterentwicklung dieser. Um die Qualitätsentwicklung und -sicherung der Pflege(aus)bildung voranzutreiben erscheint es sinnvoll, einheitliche Qualitätskriterien und -niveaus zu schaffen. Methode: Die vorliegende Dissertation befasste sich anhand von drei Teilprojekten mit Aspekten der Pflegebildung. Mittels einer Befragung von Auszubildenden der Pflege wurde untersucht, welche Ausbildungsform Auszubildende der Pflege favorisieren und in welcher Form Fort- und Weiterbildungsbestrebungen vorliegen. Ziel der zweiten Untersuchung war der Vergleich der Ergebnisse der mündlichen, schriftlichen sowie praktischen Prüfungsergebnisse der Auszubildenden aller Gesundheits- und Krankenpflegeschulen im Land Berlin bezogen auf unterschiedliche Einrichtungen und Ausbildungsformen. Die dritte Studie untersuchte bei ambulanten Pflegediensten, ob es Zusammenhänge zwischen der Trägerschaft, der Größe eines ambulanten Dienstes und dessen regionaler Lage auf die Personalstruktur, den Stellenschlüssel, den Fortbildungsbedarf und das Auftreten von Pflegeproblemen gibt. Ergebnisse: Die Ergebnisse der ersten Untersuchung zeigten, dass sich 59% der Auszubildenden sicher waren, nach Abschluss der Ausbildung eine berufliche Weiterqualifikation anzustreben. Von den nicht-akademischen Weiterbildungsmöglichkeiten waren für die Lernenden die Fachweiterbildungen in der Anästhesie- und Intensivmedizin sowie die Weiterbildungen im OP-Bereich und zum Praxisanleiter am interessantesten. Die zweite Untersuchung zeigte, dass der Anteil der nichtbestandenen Abschlussprüfungen im Zeitraum von 2008-2013 bei 10,3% lag. Beim ersten „Versuch“ erreichten 89,7% der Auszubildenden einen erfolgreichen Abschluss aller Prüfungsteile, wobei in den Einrichtungen mit traditioneller Ausbildungsform 10,7% der Prüfungen nicht bestanden wurden. Im Vergleich dazu bestanden bei der generalistischen Ausbildungsform 7,4%, bei der akademischen Ausbildungsform 5,5% der Prüfungsteilnehmer die Prüfungen nicht. Im Rahmen der dritten Untersuchung fiel auf, dass je höher der Bedarf in Bezug auf das entsprechende Fortbildungsthemas eingeschätzt worden ist, desto höher wurde auch die Wichtigkeit eingeschätzt. In Bezug auf das eingesetzte Pflegefachpersonal zeigte sich, dass der Anteil von examinierten Pflegekräften mit einem Anteil von über 60% in ambulanten Diensten nicht-privater Trägerschaft höher war als in privaten Einrichtungen. Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass bei Auszubildenden in der Pflege großes Interesse an beruflicher Weiterqualifikation besteht. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass die Prüfungsergebnisse in Einrichtungen die modellhaft ausbildeten deutlich homogenere Ergebnisse erzielt wurden, was die Einführung zentraler Prüfverfahren für alle Prüfungsbereiche unterstützen könnte. Mit Blick auf eine gesicherte Patientenversorgung sollte unabhängig von Trägerschaft und Setting Pflegefachpersonal eingesetzt werden, welches eine Ausbildung mit vergleichbarem Inhalt und Niveau vorhalten kann, und deren Absolventen befähigt, Pflegeempfänger altersunabhängig und sektorenübergreifend zu versorgen.

Einleitung: Primäre intrazerebrale Blutungen (ICBs) verursachen 10-17% aller Schlaganfälle insgesamt und stellen eine Erkrankung mit einer sehr schlechten Prognose dar. Sowohl das Volumen der Blutung als auch das Ausmaß einer Hämatomexpansion sind Prädiktoren für eine erhöhte Mortalität und stehen im direkten Zusammenhang mit einer klinischen Verschlechterung des Patienten. Während die Bedeutung einer Therapie mit oralen Antikoagulantien gut untersucht ist, wird noch sehr kontrovers diskutiert, welchen Einfluss eine Therapie mit Thrombozytenaggregationshemmern (TAHs) auf das Volumen einer ICB hat. Methodik: Die Fragestellung wurde anhand einer retrospektiven Analyse untersucht. Diese umfasst alle Patienten, die zwischen 2005-2014 mit der Diagnose „ICB“ in der Klinik für Neurologie der Charité-Universitätsmedizin Berlin behandelt wurden. Ausgeschlossen wurden Patienten mit einer ICB sekundärer Ursache (Tumor, Trauma, antikoagulative Medikamente) oder einer fehlenden Bildgebung. Die Studienpopulation wurde anhand demografischer und klinischer Parameter, den Risikofaktoren und TAH-Einnahme untersucht. Des Weiteren erfolgte eine Volumenmessung mithilfe des initialen CT-Bildes und einer Verlaufsbildgebung (<72 Stunden) durch die ABC/2-Methode. Ergebnisse: Es wurden 343 Patienten mit ICB untersucht. Zum Zeitpunkt der Diagnose nahmen 29% TAHs ein. Das mediane Initialvolumen betrug 16 ml, 11% verstarben bereits während des Krankenhausaufenthaltes. 160 Patienten verfügten über eine Initial- und Verlaufsbildgebung. In 64% der Fälle kam es im Verlauf zu einer Hämatomexpansion. Patienten unter TAH-Therapie waren älter (p<0,001), verfügten seltener über einen prämorbide modifizierte Rankin- Skala (premRS) 2 (p<0,001), einen mRS2 nach Entlassung (p=0,017) und hatten ein häufigeres Auftreten zahlreicher Risikofaktoren. Eine Assoziation zwischen TAH-Einnahme und Blutungsvolumen fand sich nicht. Allerdings konnte festgestellt werden, dass Patienten mit TAH-Einnahme häufiger verstorben sind (p=0,001). Die TAH-Therapie stellt allerdings nach multivariater Analyse keinen Prädiktor für das Versterben dar. Das Alter und der NIHSS (National Institutes of Health Stroke Scale) sind hingegen Faktoren, die auf das Versterben Einfluss haben. Ein weiterer Prädiktor ist das Initialvolumen. Patienten mit einer Hämatomexpansion unterschieden sich durch ein größeres initiales Volumen (p=0,005). Auch hier konnte kein Einfluss einer TAH-Therapie identifiziert werden. Schlussfolgerung: In der Gegenüberstellung der Patientengruppen mit und ohne TAH-Therapie, stellen sich die Patienten unter Therapie als älter und prämorbider heraus. Unter Beachtung dieser Faktoren hat die TAH-Einnahme keinen Einfluss mehr auf die Mortalität. Auch in Bezug auf das initiale Blutungsvolumen sowie die Hämatomexpansion konnte kein Einfluss einer TAH-Therapie nachgewiesen werden.

Ziel: Während einer Langzeitbeobachtung des Stoffwechsel-Centrums der Charité wurden einheimische Patienten und Patienten mit Migrationshintergrund mit DM2 in einer Verlaufsstudie bezüglich des Auftretens von kardiovaskulären Folgeerkrankungen am Beispiel des zerebralen Schlaganfalls verglichen, um Ursachen eines möglichen Unterschieds der Inzidenz zu erklären. Methoden: Analysiert wurden die Daten von insgesamt 1916 Patienten mit DM2 über eine Dauer von elf Jahren. Nur Patienten mit einem Behandlungszeitraum von mindestens zwölf Monaten wurden in die Auswertung einbezogen, sodass die Daten von 943 Patienten ohne und 268 Patienten mit Migrationshintergrund verblieben. Beide Kollektive wurden unter Einbeziehung von Alter und HbA1c verknüpft. Einen Unterschied im Nikotinabusus gab es nicht. Ergebnisse: Die einheimischen Patienten waren fünf Jahre älter und hatten eine kürzere DM2-Erkrankungsdauer. Das Kollektiv der Migranten hatte zum Ende der Beobachtungsdauer einen höheren HbA1c-Wert (p < 0,01). In der Gruppe der einheimischen Patienten lag der diastolische Blutdruck bei Beobachtungsende höher (p = 0,01). Die Häufigkeit eines Schlaganfalls war in der Gruppe des deutschen Kollektivs erhöht (p < 0,05). Zusammenfassung: Das häufigere Auftreten eines Schlaganfalls in der Gruppe der einheimischen Patienten kann durch einen höheren diastolischen Blutdruck und ein höheres Alter erklärt werden. Andere Risikofaktoren wie sozioökonomische und psychosoziale Einflussgrößen sollten für eine Ausbildung einer Folgeerkrankung ebenfalls in Betracht gezogen werden.

Einführung Beckenbodenfunktionsstörungen wie Harninkontinenz sind häufig und können die Lebensqualität der Frauen stark beeinträchtigen. Die konservative Therapie gehört zu den ersten therapeutischen Maßnahmen. In den drei Studien dieser kumulativen Publikationspromotion bestand die Frage, welche abdominalen Muskeln bei maximalen und submaximalen Beckenbodenmuskelkontraktionen aktiv sind (Co-Kontraktion) und wie intraabdomineller Druck (IAD) und Blasenhalsposition beeinflusst werden. Im Interesse der zweiten Studie war die Auswirkung maximaler und submaximaler Beckenbodenmuskelkontraktion auf Ausdauerleistung und Atmung. In einer Interventionsstudie mit Fokus auf motorischer Kontrolle, unter Einsatz des perinealen Ultraschalls als Untersuchungs- (individuelle Dysfunktion) und visuelles Biofeedbackmedium wurden zuvor evaluierte Teilaspekte integriert und Symptome prä- und posttherapeutisch an 55 Frauen untersucht. Submaximale Beckenboden-muskelkontraktionen und deren Integration in Alltagssituationen waren Hauptbe-standteile der Therapie. Methoden: Gemessen wurde bei gesunden Frauen während der Durchführung verschiedener willentlicher Muskelkontraktionen (Beckenbodenmuskeln und M. transversus abdominis) und Manöver (Brace- und Valsalvamanöver, Kopfanheben) die Aktivität der Beckenboden- und Bauchmuskeln (intramuskuläre EMG-Messung), der IAD (Rektalkatheter) und die Blasenhalsposition (PUS). Die Ausführung der Muskelkontraktionen und Manöver erfolgte mit unterschiedlichen (gentle, moderat, maximal) Kontraktionsstärken (Studie 1). Mittels Urodynamikerweiterung um perinealen US, Atembewegungsmessung und Bauchmuskelaktivitäts-EMG wurden maximale und submaximale Beckenbodenkontraktionen bei gesunden und harninkontinenten Frauen gemessen. Fokus waren Dauer der Beckenboden-muskelkontraktion und adäquate Elevation des Blasenhalses (Studie 2). In einer Inter-ventionsstudie (Studie 3) kam bei harninkontinenten 55 Frauen die sog. „Blasenhals-effektive, kontrollierte, integrative Beckenbodenrehabilitation“ zum Einsatz. Ergebnisse wurden mit dem validierten Deutschen Beckenbodenfragebogen prä- und posttherapeutisch untersucht. Ergebnis: Bereits bei submaximalen Kontraktionen eleviert der Blasenhals adäquat und die Ausdauerleistung der Beckenbodenmuskeln ist signifikant besser als bei maximalen (33 vs. 10 Sekunden) und die Co-Kontraktion des M. transversus abdominis ist vorhanden. Der Einsatz von maximalen Beckenbodenmuskelkontraktionen erhöht den intraabdominellen Druck stark (ca. 50 cmH2O wie ein moderater Hustenstoß), was die Elevation des Blasenhalses limitiert (bei ca. 30 % der gesunden und inkontinenten Frauen kam es zu einer BH-Depression). V.a. die unter dem Rippenbogen liegenden Bauchmuskeln sind bei maximalen Beckenbodenmuskelkontraktionen aktiv, die Beckenbodenmuskeln müssen dem intraabdominellen Druck entgegenwirken. 67 % und 78 % der Frauen mit Belastungs- und Dranginkontinenz gaben Verbesserungen nach der Durchführung der „Blasenhals-effektiven, kontrollierten, integrativen Beckenbodenrehabilitation“ an, wobei im Schnitt 2 (1-6) Behandlungstermine notwendig waren. Subjektive Verbesserungen der Blasen-symptome wurden von 91 % der Frauen angegeben ebenso wie Lebensqualitäts-verbesserungen. Diskussion: Submaximale Kontraktionen der Beckenbodenmuskeln in Verbindung mit einer Co-Kontraktion des M. transversus abdominis haben einen positiven Einfluss auf die Position des Blasenhalses, die Ausdauer der Beckenbodenmuskelkontraktion, die Integration in den Alltag und auf die Symptomverbesserung bei Frauen mit Harn-inkontinenz.

Diese Arbeit ist im Rahmen der zweiten Phase des Projekts Stratospheric Change and its Role for Climate Prediction (SHARP II) entstanden und beschäftigt sich mit der Strahlungskopplung zwischen der mittleren Atmosphäre und der Troposphäre. Dazu wird das Klima-Chemiemodell ECHAM/MESSy Atmosphere Chemistry (EMAC) mit einem kurz zuvor entwickelten Submodell RAD verwendet. Berechnet werden 2-Jahres-Zeitscheiben-Simulationen ohne interaktive Chemie. Initialisiert mit den atmosphärischen Bedingungen von 1960 und den gemittelten Treibhausgasen von 1960- 1969 können mit dem Submodell RAD parallel 8 weitere Strahlungsaufrufe mit geänderter Atmosphärenzusammensetzung ausgeführt werden. Diese berechnen diagnostisch den instantanen und/oder adjustierten Strahlungsantrieb und die Heizraten, sowie den stratosphärischen Temperaturausgleich unter Berücksichtigung des fixed dynamical heating (FDH)-Konzepts. Dieses Submodell erlaubt Änderungen im Strahlungsantrieb aufgrund von Änderungen der chemischen Zusammensetzung der gesamten Atmosphäre, sowie der Teilbereiche (Troposphäre, Stratosphäre-Mesosphäre) einzeln zu bestimmen. Untersucht wurden damit die verschiedenen Einflüsse der einzelnen strahlungsaktiven Gase (O3, CO2, CH4, N2O, CFC-11, CFC-12-eq), unter anderem in Bezug auf die Temperatur am Boden und in der mittleren Atmosphäre für die Vergangenheit und die Zukunft.Weiterhin wurden die Beiträge des Strahlungsantriebs für die individuellen Änderungen der Treibhausgase bestimmt. So zeigt sich, dass CO2 in allen Zukunftsszenarien (RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5) den größten Einfluss hat, gefolgt von O3, CH4, N2O und CFC-12-eq, welche je nach betrachteter Dekade und Szenario überwiegen. Auch wenn CO2 alle Änderungen dominiert, sollten die anderen strahlungsaktiven Gase nicht vernachlässigt werden, denn sie zeigen sehr unterschiedliche Charakteristika. Es stellte sich heraus, dass sich ihre jeweilig stärksten Einflussgebiete in verschiedenen Atmosphärenhöhen befinden und auch deutlich von der geographischen Breite abhängen. Vor allem bei der Betrachtung von Ozon ist dies zu beachten, da sich die Mischungsverhältnisse deutlich mit der Zeit, der geographischen Breite und Atmosphärenschicht unterscheiden. Weiterhin wurden die zukünftigen Temperaturänderungen in der mittleren Atmosphäre berechnet und in einen dynamisch induzierten und einen durch Strahlungsänderungen hervorgerufenen Anteil separiert. Der durch Strahlungsänderungen hervorgerufene Anteil zeigt in der gesamten mittleren Atmosphäre eine zukünftige Abkühlung, welche vor allem durch CO2 hervorgerufen wird. Der dynamisch induzierte Anteil zeigt im zonalen Mittel sowohl Gebiete mit Erwärmungen, als auch welche mit Abkühlungen. Diese ändern sich je nach Saison, Szenario und betrachteter Atmosphärenschicht bzw. geographischer Breite. Im Zusammenspiel all dieser Faktoren zeigen sich eine zukünftige Verstärkung der mittleren Meridionalzirkulation in der Stratosphäre und eine Abschwächung in der Mesosphäre. Insgesamt bilden die Ergebnisse dieser Arbeit die Grundlage zukünftiger Änderungen in der mittleren Atmosphäre besser zu verstehen und den Einfluss anthropogener Emissionen auf das Klima besser einschätzen zu können.

The bleeding tendency of uraemic patients, which was first described by MORGAGNI in 1764, is nowadays essentially being considered as a thrombocytopathy conditioned by multiple factors, even if other causes such as renal anemia further increase this bleeding tendency . This is based on numerous studies involving animal and in-vitro testing that have been conducted since the 1950s. Only a very few studies have examined the structure of the fibrin clots which are formed in the plasma of uraemic patients and suggested that their structure might also be changed pathologically. On the basis of the results of their studies which compared the fibrin clot structure of patients with hepatic and renal failure and which was published in 1980, KLINGEMANN, EGBRING and HAVEMANN proposed that possibly urea has the effect of a wrong substrate for Factor XIII and in this way might disturb the fibrin crosslinking. In this study this idea was picked up, testing the coagulation of whole-blood in vitro with an artificially increased concentration of urea using ROTEM, a routinely well-established procedure to analyse the dynamic of coagulation and clot stability. Also Guanidinosuccinic Acid (GSA), creatinine and glucose were tested as control substances, applying EXTEM, FIBTEM, NATEM and a modified NATEM with thrombin additives as well as the class global tests (Quick, aPTT). In addition, the platelet function using the PFA-100-Epinephrine-test was examined. In diagnostic routine the PFA-100 is used amongst others to identify platelet-derived bleeding tendencies. The addition of the testing substances did not significantly influence the coagulation times either in ROTEM or in the global coagulation tests. In ROTEM, the fibrin polymerisation and clot stability was not significantly influenced by adding urea, GBS or the control substances creatinine and glucose. This study therefore could not confirm the hypothesis that urea has the effect of a wrong substrate for Factor XIII and hence disturbs the fibrin cross-linking. However more studies would be necessary to conclusively refute this hypothesis. During the PFA-100-epinephrine-test no changes to the closure time occurred after the above-mentioned substances were added. Possibly the PFA-100-ADP-Test would have been more sensitive. Finally, different causes of the uraemic bleeding tendency are being discussed, including the link between increased concentration of urea in the case of uremia and increased formation of GSA. The multiplied endothelial NO-production in the blood of uraemic patients due to the increased concentration of GSA seems to be one of the main reasons for the uraemic thrombocytopathy. In conclusion urea is possibly at least partially and indirectly responsible for the uraemic coagulopathy.

Introduction: The positive effect of exercise on general health has been widely known for years. Increasing evidence suggests effectiveness in the treatment of mental disorders as well, some studies even indicating equal effect sizes of exercise when compared to standard treatment. Following these findings, exercise as an additional therapy is recommended by national and international guidelines for the treatment of mental disorders . However, it remains unclear how well exercise is implemented in daily clinical practice of in-patient psychiatric wards. Aim: The aim of this study is to assess the current state of exercise as a treatment in in-patient psychiatric wards in Germany, and to identify groups of patients that are at risk to receive a worse standard of care. Methods: 4 of 13 initially contacted psychiatric hospitals with a known interest in exercise took part in the study. The amount of exercise offered by the participating hospitals was assessed using treatment plans, while retrospective information on the actual amount patients exercised in four given time periods in 2012 was collected using existing data from hospital information systems. As a control group occupational therapy, music therapy and arts therapy were likewise assessed. Results: Data of 2693 patients was analyzed, finding that only 23% of patients actually participated in exercise, compared to 46% in occupational therapy. The mean duration of exercise was 36min, whereas patients who participated in any exercise had a mean value of 161 min exercise per week, fulfilling WHO recommendations of 150min sports weekly. Significant differences in training duration and participation rates were found between clinics, with a significant correlation between the amounts of exercise offered and participated in. Patients with diagnosis schizophrenia, as well as patients with many comorbidities, where significantly less likely to participate in exercise and had lower mean training durations. No significant impact of gender, age or season were found. Contrary to prior hypothesis, high participation rates significantly correlated with a long stay in hospital. Conclusions: The majority of patients of psychiatric wards don&#39;t participate in exercise therapy at all, with a low mean training duration of 36min and a high heterogeneity between clinics. Risk groups for even worse access to exercise are patients with diagnosis schizophrenia and with high comorbidity . These findings are alarming, as exercise therapy already is recommended in guidelines and should be part of standard treatment. Future research should focus on ways to better implement exercise in standard clinical practice.

Introduction Glioblastoma multiforme is the most frequent malignant brain tumor. Despite all medical efforts, the 5 year-survival rate is still only 5%. Antiangiogenic therapies, which primarily target the vascular endothelial growth factor (VEGF), have demonstrated a positive impact on other tumor entities, yet they have not improved the overall survival of patients with glioblastoma multiforme so far. Increased activation of parallel angiogenic pathways, such as the receptor tyrosine kinase EphB4 and its ligand ephrinB2, probably take part in mediating antiangiogenic resistance.

Methods To assess the role of EphB4 in mediating resistance towards antiangiogenic treatment in glioblastoma, we coimplanted EphB4-overexpressing reporter cells (EphB4OE) or control reporter cells without effect (pLXSN) together with glioma cells orthotopically into nude mice. Subsequently, tumor growth was measured by means of small animal MRI on postoperative days 14, 21, 25 and 29. PLXSN and EphB4-overexpressing reporter cells were treated antiangiogenically with the VEGF-receptor 2 inhibitor Sunitinib or a placebo respectively for four days, starting on day 25 postoperatively. Thus, 4 groups emerged: control (pLXSN), treated control (pLXSN+Sun), EphB4-overexpression (EphB4OE) and treated EphB4-overexpression (EphB4OE+Sun). Immediately after the last MRI, the brains of the animals were harvested and immunohistochemically stained to determine vessel density, pericyte-endothelial interaction, tumor cell proliferation and apoptosis. In additional experiments, chronic cranial window operations were performed to subsequently conduct intravital microscopy. Thus vessel network characteristics such as total vessel density, functional vessel density, blood flow, vessel diameter and vessel permeability were examined to detect potential EphB4-mediated resistance mechanisms. Intravital microscopy was performed on days 12, 14 and 16 postoperatively. Again both control and EphB4-overexpressing tumors were either treated with Sunitinib or a placebo for four days, starting on postoperative day 12.

Results EphB4OE- tumors proved to grow significantly slower than the control group. Antiangiogenic treatment did not significantly inhibit tumor growth in EphB4OE-tumors compared to the untreated EphB4OE-tumors. On the contrary, tumor growth was significantly inhibited in treated pLXSN tumors compared to untreated pLXSN ones. While treated pLXSN tumors experienced significant reductions in vessel densities, the amount of proliferating cells and increased apopotic cell numbers, these parameters remained stable in the treated EphB4OE-tumors. Intravital microscopy revealed sustained functioning vessel networks in treated EphB4OE-tumors, while treated pLXSN tumors displayed reduced amounts of functioning vessels.

Conclusion EphB4 takes part in mediating antiangiogenic resistance by maintenance of functioning vascular networks, however it also acts as a tumor suppressive by decelerating tumor growth.

Einleitung: Die Wirksamkeit und Sicherheit des 28 mm Cryoballons der zweiten Generation im Rahmen der Vorhofflimmerablation konnte bei Patienten mit paroxysmalem Vorhofflimmern, bei jungen Patienten <75 Jahre sowie unter Therapie mit Vitamin-K-Antagonisten bereits gezeigt werden. Daten zur Effektivität und Sicherheit des Cryoballons der zweiten Generation bei Patienten mit persistierendem Vorhofflimmern (Analyse 1), bei älteren Patienten ≥75 Jahre (Analyse 2) sowie unter Therapie mit den neuen oralen Antikoagulanzien (Analyse 3) sind nur sehr limitiert. Ziel dieser Studie war es, dies in drei separaten Analysen zu untersuchen. Methoden: Für Analyse 1 wurden n= 50 Patienten mit persistierendem Vorhofflimmern (mittleres Alter 64,6 ± 9,9 Jahre, 38% Frauen) untersucht und über einen Zeitraum von 22 ±11 Monaten nachbeobachtet. Für Analyse 2 wurden n= 80 Patienten in zwei Gruppen (Gruppe 1: n=40 Patienten ≥ 75 Jahre; Gruppe 2: Patienten <75 Jahre) unterteilt und miteinander bezüglich der klinischen Erfolgsrate über einem Zeitraum von 1 Jahr verglichen. Bei allen Patienten in beiden Analysen erfolgte die Nachuntersuchung mittels 24h-Langzeit-EKG oder falls vorhanden mittels Abfragen eines implantierten Loop-Recorders, Herzschrittmachers oder Defibrillators. Für Analyse 3 wurden n= 200 Patienten (mittleres Alter 64,3 ± 10,6 Jahre, 41,5% Frauen) untersucht. Die Patienten wurden in 2 Gruppen je nach Antikoagulanz (Gruppe 1 VKA, Gruppe 2 NOAK) eingeteilt und miteinander bezüglich periprozeduraler Komplikationen verglichen. Ergebnisse: In Analyse 1 trat bei 44% der Patienten ein Rezidiv einer atrialen Tachyarrhythmie über einen Zeitraum von 22±11 Monaten auf. Bei einem Patienten zeigte sich postprozedural ein Aneurysma spurium ohne chirurgischen Interventionsbedarf. In Analyse 2 war das Risiko für ein Rezidiv einer atrialen Tachyarrhythmie in beiden Gruppen vergleichbar, 30% in Gruppe 1 vs. 25% in Gruppe 2; p = 0,62. In Gruppe 2 trat bei einem Patienten eine transitorische ischämische Attacke auf. In Analyse 3 waren n= 47 (23,5%) Patienten mit VKA, n= 55 (27,5%) mit Apixaban, n= 67 (33,5%) mit Rivaroxaban und n= 31 (15,5%) mit Dabigatran antikoaguliert. Insgesamt traten bei n= 7 (3,5%) Patienten schwere Komplikationen auf. Diese waren aber im Vergleich zwischen beiden Gruppen nicht signifikant unterschiedlich. Schlussfolgerung: Aus Analysen 1 und 2 kann geschlussfolgert werden, dass eine Pulmonalvenenisolation bei Patienten mit persistierendem Vorhofflimmern sowie bei älteren Patienten unter Verwendung des Cryoballons der 2. Generation vielversprechend, sicher und effektiv ist. In Analyse 3 zeigten die NOAKs im Vergleich zu einer fortgeführten Antikoagulation mit VKA kein erhöhtes periprozedurales Risiko für schwere Blutungen oder ischämische Insulte.

The inter-Coulombic decay (ICD) is an ultrafast energy transfer process between an electronically excited species that relaxes and a neighboring one that is simultaneously ionized. This Coulomb interaction mediated mechanism has been recently discovered likewise in atomic, molecular, biological, and nanostructured systems, whereas the latter ones require more sophisticated theoretical interpretations as well as an experimental proof. In this thesis, ICD is theoretically studied focusing on the role of the efficient decay of a two-electron resonance excited state in a pair of negatively charged quantum dots (QD). The outcome is an electron in the continuum and the second one in the ground level of the formerly excited QD. To this end, electron dynamics calculations are performed with the antisymmetrized multiconfiguration time-dependent Hartree method. The initiation and control of ICD are carried out by means of a resonant infrared laser pulse of picosecond length. The process is optimized by studying competing excitation processes under a variation of the focus and the intensity of the exciting laser. Those competing processes are direct ionizations and multi-photon excitations, which prevent the QDs from undergoing ICD and shall therefore be avoided. Moreover, the impact of the laser polarization on the electron emission direction is studied. Two types of QDs are examined. In the first type the QDs are embedded inside a nanowire, such that emitted electrons can only move along a single continuum direction. For reasons of experimental feasibility and in view of potential device applications, the second type of QD conformation is considered, which is generally more widely investigated. In this case, the QDs are arranged on a two-dimensional wetting layer and the electrons can escape from the dots into the continuous surface. Consequently, the highest ICD efficiency is achieved for excitations by resonant π-pulses. Moreover, the laser should be focused on the specific dot that shall be brought to an excited level as part of the resonance state. Additional efficiency gain is obtained when allowing for a two-dimensional continuum as in laterally arranged dots. For these QDs the laser polarization has an impact on the decaying state, which is a mixture of resonance states of both directions. The QD-ICD in the presented systems is an efficient and promising process for future QD infrared photodetectors. This is due to its sensitivity to weak and low-frequency light. Besides, the energy conversion into an electric current is enhanced through the intermediate ICD process, in comparison to already existing devices that function via direct QD ionization.

Selective autophagy serves a role in maintaining cellular homeostasis by degradation of aggregated proteins, damaged organelles or pathogens. A double membrane engulfs cargo destined for degradation and thereby forms an enclosed compartment called the autophagosome. Fusion with lysosomes leads to cargo digestion and recycling. In this process, cargo is specifically recognized by dedicated cargo receptors. An unresolved question is how cargo recognition and initiation of autophagy are connected. In yeast, the scaffold protein Atg11 mediates the interaction of cargo receptors with the Atg1 complex required for autophagy initiation. In mammals however, this link has not been established. Interestingly, FIP200, a key player in mammalian autophagy initiation, harbors a C-terminal Atg11 homology domain and has recently been shown to bind to cargo receptor p62. To gain insights into the mechanistic details of this interaction, the crystal structure of the dimeric FIP200 C-terminal region (CTR) was determined in this work. Both the extended N-terminal helix and the compact C-terminal ‘Claw’ domain of the CTR contribute to dimer formation. Structure-based mutagenesis allowed the identification of the p62 binding site as a positively charged pocket in the Claw. A point mutant in this pocket was defective for p62-condensate processing, demonstrating the significance of the FIP200 CTR – p62 interaction for selective autophagy. Surface plasmon resonance experiments showed that p62 phosphorylation enhances the weak interaction with FIP200 CTR, therefore identifying receptor phosphorylation as a key regulatory principle. Strikingly, FIP200 CTR also bound to liposomes, suggesting a direct function in membrane recruitment. Thus, this work describes a missing link between cargo recognition and the initiation of selective autophagy. Further insights into this fundamental process will ultimately help to design therapies against diseases caused by malfunctioning of cellular homeostasis.

A one-pot synthesis of the Lewis acid Al(OTeF5)3 and the Brønsted acid [ArH][Al(OTeF5)4] (Ar = 1,2-difluorobenzene) is described and their properties in terms of acidity strength are analyzed. As a result, both compounds meet the requirements for the classification as superacids. Further work focuses on the utilization of [ArH][Al(OTeF5)4] and the corresponding weakly coordinating anion (WCA) [Al(OTeF5)4]−. Due to the non-oxidizing behavior of [ArH][Al(OTeF5)4] the protonation of white phosphorus succeeded. For the first time, the structure of the [P4H]+ cation in solution is experimentally clarified, confirming the predicted insertion of the proton into an edge of the P4 tetrahedron. Furthermore, the protonation of other arenes than 1,2-difluorobenzene with higher basicity than that is demonstrated and structurally proved by low-temperature single-crystal x-ray diffraction. The arenium ions are best described as cationic 1,4-cyclohexadienyl derivatives. The stabilization of these reactive cations is achieved by the simultaneous formation of the chemically robust and weakly coordinating anion [Al(OTeF5)4]−. For a more universal utilization of this WCA useful starting materials such as the alkali metal, silver, trityl or nitrosonium salts are prepared. Inspired by the interesting results of this aluminum-based pentafluoroorthotellurate chemistry the gallium analogs should also be synthesized. By a modified route salts of the anion [Ga(OTeF5)4]− are finally obtained. Attempts to obtain the gallium analogs of the above mentioned Lewis and Brønsted acids lead to the oxygen-bridged species Ga2(Et)3(OTeF5)3. This reactive dimer was used to form salts of the heteroleptic anion [Ga(Et)(OTeF5)3]−.

Strophasterol A, der erste Vertreter einer bislang beispiellosen Klasse von 15(14→22)-abeo-Steroiden, wurde 2012 aus dem essbaren Pilz Stropharia rugosoannulata isoliert. Es konnte gezeigt werden, dass es den Stress des endoplasmatischen Retikulums reduziert und bietet damit eine Möglichkeit neurodegenerative Krankheiten, wie die Alzheimersche Krankheit, auf molekularer Ebene zu behandeln. Die einzigartige Struktur der Klasse der Strophasterole gepaart mit ihrer vielversprechenden biologischen Aktivität begründete das Interesse zur synthetischen Erschließung dieser Naturstoffe. Beginnend mit kommerziell erhältlichem Ergosterol wurde eine neuartige Synthese eines α-Chlor-γ-hydroxy-δ-ketoenons entwickelt. Die Analyse dieses Intermediats auf dessen inhärente Reaktivität hin ermöglichte die Entdeckung einer vinylogen α-Ketolumlagerung unter einhergehender C14–C15-Bindungsspaltung zu einer δ-Ketocarbonsäure. Anschließende radikalische Cyclisierung, ein Schritt der ebenfalls in der Biosynthese vorgeschlagen wurde, erlaubte den Aufbau der trisubstituierten Cyclopentaneinheit und die Synthese von Strophasterol A konnte durch oxidative Modifikationen des B-Rings abgeschlossen werden. Das zweite Projekt dieser Arbeit strebte die Synthese von Aplysiasecosterol A an, dem ersten Vertreter einer strukturell beispiellosen Klasse von 9,11-Secosteroiden, welches 2015 aus dem japanischen Seehasen Aplysia kurodai isoliert wurde. Kurze Zeit später wurde mit Pinnigorgiol A–D die Isolation weiterer Metaboliten beschrieben, die das gleiche hochoxidierte und umgelagerte Käfigmotiv aufzeigen. All diese Naturstoffe besitzen interessante biologische Eigenschaften, wie cytotoxische und entzündungshemmende Aktivität. Zur Biosynthese des charakteristischen Grundgerüsts dieser Naturstoffe wurde eine Kaskade aus Ketol- und vinyloger Ketolumlagerung ausgehend von einem chinoiden 9,11-Secosteroid vorgeschlagen. Dieser Vorläufer wurde synthetisiert durch eine effiziente radikalische Oxidation unserer 9,11-Secosteroidplattform, einem definierten 1,4-Dien, unter Einführung von drei Sauerstoffatomen in einer Transformation. Die Synthese dieser Plattform erfolgte durch die folgenden drei Schlüsselschritte: a) 9,11-Desaturierung mit 2-Iodoxybenzoesäure; b) stufenweise „Dihydroxylierung“ und c) oxidative C–C-Bindungsspaltung mit Diacetoxyiodbenzol. Dieser neuartige synthetische Zugang zu 9,11-Secosteroiden vermeidet die Verwendung stöchiometrischer Mengen von toxischem Quecksilber(II)-acetat, Osmium(VIII)-oxid und Blei(IV)-acetat, klassischerweise zur Realisierung dieser Transformationen eingesetzt, und kulminiert in der ersten Synthese von Leptosterol A, Ganoderin A und Pinnisterol D, wobei der biomimetische Schlüsselschritt zum Aufbau von Pinnigorgiol A misslang.

Streptococcus suis is a Gram-positive bacterium and a commensal colonizing the porcine respiratory tract. However, some serotypes have a higher virulence and can cause pneumonia, meningitis, septicaemia, arthritis, endocarditis, polyserositis or abortion in pigs. Bordetella bronchiseptica and Pasteurella multocida are Gram-negative bacteria that can cause bronchopneumonia or atrophic rhinitis. Bacterial infections of the porcine respiratory tract are commonly treated with antimicrobials. In this thesis, bronchoalveolar lavage fluid samples (BALFs) of weaners of four to ten weeks of age and originating from 30 farrow-to-finish farms were investigated for the aforementioned pathogens. Furthermore, the influence of antimicrobial treatment during respiratory tract infection on such pathogens within a one-year period was monitored. The genetic relatedness of selected S. suis, B. bronchiseptica and P. multocida isolates on farm level and between different farms was investigated by macrorestriction with subsequent pulsed-field gel electrophoresis (PFGE). In addition, the antimicrobial susceptibility and resistance mechanisms of the pathogens were determined. However, a valid recommendation to the susceptibility of the pathogens to all examined antibiotics is sometimes difficult, since CLSI approved breakpoints are not available for all tested antimicrobial agents. This study revealed a great diversity of PFGE patterns among S. suis isolates. Single pigs can harbor S. suis isolates with completely different macrorestriction patterns, which also differ in their antimicrobial susceptibilities. B. bronchiseptica showed a greater homogeneity in their PFGE patterns and P. multocida displayed related and different PFGE patterns. One or two closely related B. bronchiseptica isolates with quite similar minimal inhibitory concentrations (MICs) existed over a one-year period within one farm. One or two P. multocida isolates with different PFGE patterns can exist on one farm at a certain time point, nevertheless most P. multocida isolates had similar MICs. Antimicrobial agents were prescribed 24 times for five to seven days in the farms of this project. Doxycycline was most frequently prescribed (n=14 times) in this study, followed by amoxicillin (n=8), amoxicillin/clavulanic acid (n=1) and tiamulin/florfenicol (n=1). S. suis isolates were frequently tetracycline-resistant, since they harbored resistance genes such as tet(O), tet(M), tet(L) or tet(W). S. suis exhibited higher MICs to tiamulin, was susceptible to florfenicol and to aminopenicillins alone and in combination with clavulanic acid. However, individual S. suis isolates showed distinctly higher MICs to penicillin. Therefore, three S. suis isolates, which were susceptible, intermediate or resistant to penicillin were subjected to whole genome sequencing. The analyses of the whole genome sequences revealed genes encoding five penicillin-binding proteins (PBPs) for all three isolates. The penicillin-resistant isolate had the most amino acid alterations in PBP2x, PBP2b and PBP2a, whereas the penicillin-intermediate isolate had the most amino acid substitutions only in PBP2x and PBP2b compared to the penicillin-susceptible isolate. However, none of the isolates exhibited amino acid alterations in the conserved motifs, which form the catalytic centre of the PBPs and interact with penicillin. Tetracyclines may have bacteriostatic effects on B. bronchiseptica, since these bacteria exhibit low doxycycline and tetracycline MIC90 values of 0.25 mg/L and 0.5 mg/L, respectively. The B. bronchiseptica isolates showed an overall reduced susceptibility to β-lactams except for amoxicillin/clavulanic acid. B. bronchiseptica isolates had a tiamulin MIC90 of ≥128 mg/L and were either susceptible or intermediate towards florfenicol. The P. multocida isolates were overall β-lactam- and florfenicol-susceptible. Some isolates showed tetracycline MICs of 1 mg/L (n=9) and 2 mg/L (n=3) that classified the respective isolates as intermediate and resistant, respectively. The tiamulin MIC90 was 32 mg/L. Regardless of the antimicrobial treatment on the farms, trimethoprim/sulfamethoxazole (SXT)-resistant P. multocida isolates were detected on three different farrow-to-finish farms. A closer examination of these isolates revealed their close genetic relatedness and the existence of a dfrA14-carrying, 6 kb plasmid. The dfrA14 gene mediates trimethoprim resistance and was detected in P. multocida for the first time. However, a similar plasmid with a nucleotide sequence identity of 99.9 % to that of P. multocida was already identified in Actinobacillus pleuropneumoniae. Hence, we suspect that a plasmid exchange of the pathogens within the common habitat of the porcine respiratory tract has taken place in the past. The MIC testing revealed a broad susceptibility of S. suis and P. multocida to florfenicol as well as an intermediate susceptibility of B. bronchiseptica, which might identify florfenicol as an effective therapeutic alternative to tetracyclines or β-lactams. Besides, the frequent use of β-lactams, tetracyclines and sulfonamides in veterinary medicine increases the selection pressure on certain pathogens as shown in this thesis. Tetracycline resistance genes seems to become conserved in the streptococcal genome due to the frequent use of doxycycline. Former fully β-lactam susceptible isolates, such as S. suis, accumulate amino acid alterations in their PBPs, which mediate a lower affinity to penicillin. The development of a SXT resistance plasmid and its presence in already two members of the family Pasteurellaceae, demonstrates the dissemination of such plasmids within this family.

Einleitung: Aufgrund der steigenden Prävalenz von arteriellen Gefäßerkrankungen, nimmt der Bedarf an Gefäßprothesen stetig zu. Da die Verfügbarkeit von allogenen und autologen Transplantaten stark limitiert ist und alloplastische Prothesen keine zufriedenstellenden Langzeitergebnisse liefern, ist die Entwicklung neuartiger, biologischer Gefäßprothesen erforderlich. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer azellulären, xenogenen Gefäßprothese aus der bovinen Arteria carotis (BAC), die biokompatibel und mechanisch belastbar ist. Methodik: Zur Entfernung aller tierischen Zellen aus der BAC wurden verschiedene chemische Dezellularisierungsverfahren systematisch untersucht und anhand des verbliebenen DNA-, RNA- sowie Protein-Gehalts in behandelten BACs verglichen. Zellfreie BACs wurden zur Beurteilung der Biokompatibilität auf Toxizität sowie Immunkompatibilität untersucht. Letztere erfolgte anhand von Immunfärbungen auf bekannte Xenoantigene, wie das αGal-Epitop (Galα1-3Galβ1-4GlcNAc-R) und das MHC-I (Haupthistokompatibilitätskomplex-I), sowie mittels Humanserum auf unbekannte Immunogene. Ferner wurde die mechanische Belastbarkeit in Zugbelastungstests analysiert. Zur Senkung des thrombogenen Potenzials wurden Gefäßfragmente Heparin-beschichtet und im subkutanen Rattenmodell auf Biokompatibilität geprüft. Ergebnisse: Von den vier angewendeten Detergenzien konnten BACs nur mit 1 % 3-[(3-Cholamidopropyl)dimethylammonio]-1-propanesulfonate vollständig dezellularisiert werden. Der DNA-Gehalt wurde auf 0,2 ± 0,2 % (p<0,001) und der Protein-Gehalt auf 0,6 ± 0,3 % (p<0,001) im Vergleich zu nativen BACs reduziert. RNA- sowie toxische Rückstände konnten nicht nachgewiesen werden. Das immunogene Potenzial dezellularisierter BAC konnte, bezogen auf die native Kontrolle, um 99,9 % (p<0,01) gesenkt werden. Bekannte Immunogene wie αGal und MHC-I waren nach der Dezellularisierung nicht mehr nachzuweisen. Eine Beeinträchtigung der mechanischen Stabilität dezellularisierter BACs konnte ebenfalls nicht festgestellt werden. Durch die Heparin-Beschichtung wurde die Wiederbesiedlungsfähigkeit der Gefäße signifikant reduziert (p<0,05). Toxische Effekte konnten nicht nachgewiesen werden. Schlussfolgerung: Die mit dem neu entwickelten Protokoll hergestellte, azelluläre Gefäßprothese aus BAC ist biokompatibel (nicht-toxisch, nicht-immunogen) und mechanisch (zugfest) belastbar. Jedoch sind weitere Untersuchungen zur Thrombogenität und zur mechanischen Belastbarkeit sowie die Überprüfung der Prothese im Tiermodell ausstehend. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind vielversprechend, sodass die dezellularisierte BAC möglicherweise zukünftig in der Gefäßersatztherapie Anwendung finden kann.

Einleitung: Lipoxygenasen (LOXn) sind Lipid-peroxidierende Enzyme, die bisher in zwei (Bakterien, Eukaryonten) der drei Domänen des irdischen Lebens nachgewiesen wurden. Diese Enzyme kommen bei höheren Pflanzen und Säugetieren weit verbreitet vor und sind dort an der Regulation von Reifungs- und Differenzierungsprozessen sowie an der Biosynthese verschiedener Lipidmediatoren beteiligt. In niederen Organismen kommen LOXn weniger weit verbreitet vor, und in Bakterien gibt es nur vereinzelt funktionelle LOXn. Echte virale LOXn wurden in der Literatur bislang noch nicht beschrieben. Da Viren die am weitesten verbreitete biologische Erscheinungsform auf der Erde darstellen und da sie als Vektoren für den horizontalen Gentransfer bedeutsam sind, sollte in der vorliegenden Arbeit geklärt werden, ob und in welcher Häufigkeit LOX-ähnliche Sequenzen in Viren vorkommen und ob virale LOX-ähnliche Sequenzen für funktionelle LOX-Isoformen kodieren. Methoden: Um diese Fragen zu beantworten, durchsuchten wir mit einer mehrstufigen sequenzbasierten Screeningstrategie die NCBI Datenbank viraler Genomsequenzen auf das Vorkommen potentieller LOX-Gene. Dabei wurde eine potentielle LOX-Sequenz im Genom eines Mimivirus entdeckt, das die Amöbe Acanthamoeba polyphaga infiziert. Diese Sequenz zeigt zwar nur eine ca. 15 %-ige Aminosäureidentität mit verschiedenen pro- und eukaryontischen LOXn, enthält aber wie alle anderen bisher identifizierten LOXn zwei potentielle Eisenbindungskluster. Ergebnisse: Diese potentielle virale LOX wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit rekombinant exprimiert, gereinigt und hinsichtlich ihrer protein-chemischen und enzymatischen Eigenschaften charakterisiert. Immunoblotanalysen und LC-MS-Daten der tryptischen Verdauungspeptide bestätigten die chemische Indentität des rekombinanten Proteins, doch LOX-Aktivitätsassays mit verschiedenen Substratfettsäuren lieferten keinen Hinweis auf eine LOX-Aktivität. Weiterhin deuten die Ergebnisse der Metallanalyse (Eisen, Mangan) der gereinigten Enzympräparation darauf hin, dass es sich bei dem rekombinant exprimierten Protein nicht um eine katalytisch aktive LOX handelt. Bei der affinitätschromatographischen Reinigung der potentiellen Mimivirus-LOX fiel auf, dass das rekombinante His-tag Fusionsprotein einen heterodimeren Komplex mit einem E. coli-Protein bildet, welches als das bifunctionelle Polymyxinresistenzprotein ArnA identifiziert werden konnte. Dieses Protein spielt eine wichtige Rolle bei der Biosynthese des Lipids A, das ein wichtiger Strukturbestandteil des bakteriellen Lipopolysaccharids LPS ist. Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse unserer Suchstrategie nach LOX-ähnlichen Sequenzen in den Genomen der bisher sequenzierten Viren deuten darauf hin, dass funktionelle LOX-Gene bei Viren nicht bzw. nur wenig verbreitet vorkommen. Die einzige virale LOX-ähnliche Sequenz, die mit Hilfe der von uns entwickelten Screeningstrategie identifiziert werden konnte, kodiert nicht für eine funktionelle LOX. Diese Daten unterstützen die früher gezogene Schlussfolgerung, dass funktionelle LOXn in humanpathogenen Viren nicht vorkommen, sodass kein Zusammenhang zwischen viralen LOXn und Virus-induzierten Infektionskrankheiten hergestellt werden kann.

Ziel: Gegenstand dieser Arbeit ist es, den Zusammenhang zwischen Adipositas und kardiovaskulären Risikofaktoren bzw. Risikoprofilen (KVRP) darzustellen und eine gemeinsame Auswirkung auf die kognitive Funktion zu belegen. Hintergrund: Adipositas kann zu erhöhter Morbidität und Mortalität führen. Auch das Risiko für neurokognitive Funktionseinschränkungen und dementielle Erkrankungen ist erhöht, woran insbesondere Adipositas-assoziierte kardiovaskuläre Risikofaktoren und die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen maßgeblich beteiligt sein könnten. Deshalb ist es wichtig, den Zusammenhang zwischen Adipositas und kardiovaskulären Risikofaktoren sowie ihre gemeinsame Auswirkung auf die Kognition zu untersuchen. Methoden: Bei dieser Studie handelt es sich um eine prospektive klinische Beobachtungsstudie bei 82 Männern und Frauen mit Adipositas (BMI > 35kg/m²) im Alter von 21-68 Jahren (durchschnittlich 44,5 Jahre), die in zwei Gruppen eingeteilt wurden. Die eine Gruppe (Interventionsgruppe) unterzog sich einer bariatrischen Operation und durchlief prä- sowie sechs und zwölf Monate postoperativ eine medizinische und neurokognitive Testbatterie. Die andere Gruppe (Kontrollgruppe) wurde ebenfalls dreimal im Abstand von je sechs Monaten untersucht, wurde jedoch nicht operiert und erzielte keine größere Gewichtsabnahme. Teil der Testbatterie waren umfangreiche neuropsychologische Tests, aus welchen Composite Scores gebildet wurden. Zur statistischen Auswertung wurden ANOVAS mit Messwiederholung zu den drei Untersuchungszeitpunkten gerechnet, um die Unterschiede über die Zeit und zwischen den Gruppen darzustellen. Um Zusammenhänge zwischen KVRP und den kognitiven Testergebnissen herzustellen wurden Korrelationen berechnet. Ergebnisse: Die Querschnittanalyse der Probanden zeigte ein mittleres kardiovaskuläres Risiko (FRS 12%) bei noch geringem Herzinfarktrisiko (PROCAM ca. 26 Punkte). Ein erhöhter FRS stand mit einer schlechteren Gedächtnisleistung sowie reduzierten Exekutivfunktionen in Zusammenhang. Für den PROCAM konnten vergleichbare, aber schwächere Korrelationen beobachtet werden. In der Längsschnittanalyse konnte das kardiovaskuläre Risiko (FRS) um 40% und das Herzinfarktrisiko (PROCAM) um 45% nach zwölf Monate in der Interventionsgruppe gesenkt werden. Bezüglich kognitiver Leistungen konnte noch keine Verbesserung der Composite Scores erzielt werden. Allerdings zeigte sich eine signifikante Verbesserung der Lernleistung nach sechs Monaten und der exekutiven Funktionen (operationalisiert mittels Stroop Test) nach zwölf Monaten. Ein Zusammenhang der kognitiven Verbesserungen mit der Abnahme des KVRP konnte entgegen der Erwartungen nicht gefunden werden. Schlussfolgerung: Da sowohl eine Adipositas als auch die assoziierten kardiovaskulären Risikofaktoren modifizierbare Risiken für kognitive Einschränkungen darstellen, bietet ihre signifikante Verbesserung bzw. Therapie mittels bariatrischer Chirurgie einen guten Ansatz zur Prävention kardiovaskulärer Ereignisse und dementieller Erkrankungen