TY  - THES
A1  - Nürnberg, Sebastian
T1  - Invasive \(Haemophilus\) \(influenzae\)-Isolate in Deutschland: Methodenvalidierung des VITEK MS IVD MALDI-TOF-MS und Untersuchung von Resistenzen gegen Imipenem und Cefotaxim
T1  - Invasive \(Haemophilus\) \(influenzae\) Isolates in Germany: Method Validation of the VITEK MS IVD MALDI-TOF-MS and Investigation of Imipenem and Cefotaxime Resistance
N2  - Die Inzidenz invasiver H. influenzae-Infektionen in Deutschland steigt seit Jahren an. Die akkurate Identifizierung und Resistenztestung dieses Erregers sind von großer klinischer und epidemiologischer Bedeutung. Daher wurden im Rahmen der vorliegenden Promotionsarbeit umfangreiche Untersuchungen zur Diagnostik und zur Epidemiologie von Antibiotikaresistenzen bei H. influenzae durchgeführt.
Es konnte gezeigt werden, dass die in der Routinediagnostik mittlerweile weit verbreitete MALDI-TOF-MS-Diagnostik durch das VITEK MS IVD nur eingeschränkt zur sicheren Unterscheidung von H. influenzae und H. haemolyticus einsetzbar ist. H. influenzae-Isolate erkannte das System mit einer Genauigkeit von 100 %. Bei H. haemolyticus-Isolaten wurden dagegen 42 % der untersuchten Stämme fälschlicherweise als H. influenzae erkannt. Dieser Fragestellung wurde mit der bisher umfangreichsten molekularbiologisch charakterisierten Studienpopulation beider Bakterienspezies nachgegangen.
Die kalkulierte antibiotische Therapie einer Sepsis oder Meningitis erfolgt häufig mit Carbapenemen, die leitliniengerechte Therapie invasiver H. influenzae-Infektionen mit Drittgenerations-Cephalosporinen. Imipenem und Cefotaxim gehören zu den Hauptvertretern dieser Gruppen. Bezüglich der Antibiotikaresistenztestung wurde erstmalig für H. influenzae herausgefunden, dass die routinemäßig verwendete Gradientenagardiffusion (GAD) bei der Testung von Cefotaxim im Vergleich zum Goldstandard Bouillon-Mikrodilution gleichwertig und bei Imipenem sogar sensitiver in der Detektion von Heteroresistenzen ist.
Die Epidemiologie dieser Resistenzen wurde in dieser Arbeit erstmalig für Deutschland systematisch erfasst, indem alle verfügbaren invasiven Isolate gemeldeter H. influenzae-Infektionen der Jahre 2016 (Imipenem) beziehungsweise 2016-2019 (Cefotaxim) untersucht wurden. Es wurde eine hohe Prävalenz einer Imipenem-Resistenz von 13,5 % festgestellt. Die Prävalenz einer Cefotaxim-Resistenz lag bei 0,9 %.
Zur molekularen Typisierung wurde bei den Imipenem-resistenten Isolaten eine Multilocus-Sequenztypisierung, bei den Cefotaxim-resistenten Stämmen eine Sequenzierung des vollständigen Genoms durchgeführt. Hierbei wurde eine hohe genetische Diversität der Stämme festgestellt, was die Schlussfolgerung zulässt, dass resistente Mutanten sporadisch entstehen. Die Untersuchung möglicher spatio-temporaler Cluster führte zum Nachweis einer sehr selten vorkommenden Übertragung eines Imipenem-resistenten Stamms. Durch die Sequenzierung von Resistenzgenen wurde die Epidemiologie und Relevanz bekannter Aminosäuresubstitutionen beleuchtet. Unter anderem wurde für die PBP3-Substitutionen L389F und Y557H eine hochsignifikante Korrelation mit dem Auftreten von Cefotaxim-Resistenzen nachgewiesen. Die gewonnenen Genomdaten bieten die Grundlage für die Forschung an weiteren Antibiotikaresistenzdeterminanten von H. influenzae.
N2  - Haemophilus influenzae is a fastidious, facultative anaerobic, Gram-negative bacillus that colonizes the respiratory tract and can cause respiratory and invasive infection such as meningitis and sepsis.
Invasive H. influenzae infections are potentially life-threatening and incidence rates have been increasing for years. Therefore, fast and accurate diagnostics, reliable testing of antibiotic resistance and a successful antibiotic treatment is of great importance.
Therefore, the objective of the first part of this thesis was to evaluate the diagnostic and discriminative potential of the MALDI-TOF-MS system VITEK® MS regarding H. influenzae and H. haemolyticus. H. influenzae can cause invasive infections, whereas H. haemolyticus is mostly apathogenic. The system showed excellent accuracy for the identification of H. influenzae isolates, as 100 % of the 236 isolates were correctly identified. When testing 50 H. haemolyticus strains, however, the system showed significant limitations, since 42 % of these strains were misidentified as H. influenzae.
According to the current German guidelines for the treatment of sepsis and meningitis, treatment of invasive H. influenzae infections is carried out using carbapenems, such as imipenem, or third-generation cephalosporins, such as cefotaxime. Therefore, the prevalence of antibiotic resistances to these substances was investigated and possible resistance mechanisms were examined. The two antibiotic susceptibility testing methods Gradient agar diffusion (GAD) and broth microdilution (BMD) were compared. As a result, for the determination of the cefotaxime MIC, the two methods showed an excellent correlation, whereas for imipenem there were significant differences in the measured MIC values. Since strains tested by GAD often showed double or fuzzy inhibition zones, heteroresistances may be more apparent using this method and GAD may be more sensitive at detecting imipenem resistance.
The prevalence of imipenem resistance was determined for the year 2016. The analysis of 474 different invasive isolates showed a high prevalence of 5.5 %. If including all resistant isolates according to GAD, the prevalence would be even as high as 13.5 %. MLST was performed on all isolates to investigate the genetic relationship. As a result, however, some sequence types were observed more frequently, it revealed a significant diversity. Both the analysis of ftsI and acrR showed previously described amino acid substitutions.
Cefotaxime resistance was investigated for all 2432 invasive H. influenzae for the years 2016-2019. The low prevalence of 0.9 % shows that cefotaxime is still well suited for the treatment of invasive H. influenzae infections. For the investigation of the genetic relationship and possible causes of cefotaxime resistance whole genome sequencing (WGS) was performed on all resistant isolates. The strains showed high genetic diversity and the geographic analysis also showed that the resistant strains were evenly spread throughout the population in Germany. This led to the conclusion that cefotaxime resistance is more likely caused by sporadic mutation events rather than by specific clones spreading in certain areas. The analysis of the ftsI gene showed that the amino acid substitutions L389F and Y557H are significantly associated with elevated cefotaxime MICs.
This dissertation provides comprehensive data regarding diagnostics, antimicrobial susceptibility testing and the epidemiology of antibiotic resistances of invasive H. influenzae.
It could be shown that the VITEK MS IVD, although established in the routine diagnostics, can only be used to a limited extent for reliably differentiating H. influenzae and H. haemolyticus isolates.
Regarding antibiotic susceptibility testing, it was found that GAD showed similar results compared to the gold standard BMD when testing cefotaxime. When testing imipenem, this method was even more sensitive in detecting heteroresistances compared to the gold standard.
For the first time, the epidemiology of antibiotic resistance against cefotaxime and imipenem was carried out using a large set of precisely defined invasive H. influenzae isolates to obtain representative data for the prevalence of imipenem and cefotaxime resistance in Germany. By investigating amino acid substitutions in the ftsI and acrR gene the epidemiology and relevance of these substitutions could be shown.
A well-founded statement on the relationship of the resistant strains could be made using the state-of-the-art typing methods MLST and whole genome sequencing. The genome data also offers the possibility of examining other genes of these strains in more detail.
KW  - Haemophilus influenzae
KW  - MALDI-MS
KW  - Antibiotikum
KW  - Cefotaxim
KW  - Imipenem
KW  - Haemophilus haemolyticus
KW  - MALDI-TOF-MS
KW  - Antibiotikaresistenzen
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-345067
ER  - 
TY  - THES
A1  - Menzer, Alexander
T1  - Massenspektrometrische Differenzierung bakterieller Infektionserreger mit dem Vitek MS-Routinetest-System (IVD)
T1  - Mass spectrimetric identification of bacteria by Vitek MS Routine lab System (IVD)
N2  - Untersucht wurde die Performance des Vitek MS-Systems anhand eines Keimspektrums von 1357 Isolaten im Zeitraum von Oktober 2011 bis April 2014. Das untersuchte Kollektiv bestand aus Isolaten der mikrobiologischen Routinediagnostik (n=1173), aus Stammsammlungen des Nationalen Referenzzentrum für Meningokokken und Haemophilus influenzae (n=128), sowie offizieller Stammsammlungen wie ATCC, DSMZ, LSM und anderen (n=56).

Die Ergebnisse wurden entweder mit einer bereits vorhandenen Stammbezeichnung oder durch eine bzw. Kombinationen mehrerer molekularbiologischer (PCR der Teilabschnitte von  Haushaltsgenen: 16S-rRNA-Untereinheit, sodA, recA) oder biochemischen Differenzierungsmethoden (Vitek 2, API-Systeme) verglichen.

Mangels Referenzergebnisses wurden 25 Isolate (etwa 1,8%) aus der weiteren Betrachtung ausgeschlossen. Die verbliebenen 1332 Isolate wurden in 28 Bakterienordnungen, 109 Genera und 269 Spezies unterteilt.

Auf Speziesebene konnten 1180 (etwa 88,6%) zum Vergleich herangezogen werden, da durch die Referenzmethoden nicht immer eine zuverlässige Speziesdifferenzierung gelang.

Diese Referenzergebnisse wurden mit den Ergebnissen des Vitek MS-Systems verglichen. Eine Übereinstimmung zeigte sich auf Genusebene bei 86% (1157 von 1332 Isolaten) und auf Speziesebene bei 80%  (944 von 1180 speziesdifferenzierten Keimen) der ausgewählten Stämme.

Im Vergleich der Korrelationen der Vitek MS-Identifikationen und den Referenzergebnissen zeigte sich eine durchgehend gute Korrelation innerhalb der unterteilten Bakterienordnungen. Davon abweichend war die Speziesdifferenzierung von Keimen der Ordnung Enterobacteriales. Die beste Korrelation erreichte die Ordnung Clostridiales.

Stämme ohne entsprechendes, dokumentiertes Korrelat in der Vitek MS-Datenbank (n=62) wurden ebenfalls in die Betrachtung mit eingeschlossen. Bei 31 Isolaten konnte kein Ergebnis ermittelt werden, 21 wurden massenspektrometrisch dem gleichen Genus zugeordnet, 10 Genusdifferenzierungen wichen ab.

315 Stämme wurden sowohl im Standardverfahren durch Konjugation von 1µl Ready-to-use Matrix als auch mit einem zweistufigen Säureextraktions- und Matrixkonjugationsverfahren gemessen und mit der solitären Konjugation der doppelten Matrixmenge verglichen. Die Abweichungen auf Genus- wie Speziesebene zwischen dem angewandten Standardprotokoll und den beiden anderen Verfahren waren deutlich signifikant. Im Vergleich der zweifachen Matrixmenge und dem zweistufigen Verfahren zeigte sich kein signifikanter Unterschied.

Aufgrund der Ergebnisse scheint jedoch die Säureextraktion Gram-positiver Kokken in der Genusdifferenzierung von Vorteil zu sein, sie erreichte jedoch kein ausreichendes Signifikanzniveau. Die Daten sprechen eher dafür, eine Optimierung des Probe-Matrix-Verhältnisses anzustreben, zum Beispiel im Rahmen eines ausgedehnten Anwendertrainings.
N2  - Mass spectrimetric identification of bacteria by Vitek MS Routine lab System (IVD)
KW  - Bakterien / Taxonomie
KW  - MALDI-MS
KW  - Pathogener Mikroorganismus
KW  - Automatische Identifikation
KW  - Mikrobiologische Diagnostik
KW  - Vitek MS
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-147355
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TY  - THES
A1  - Memmel, Elisabeth
T1  - Vom Glycochip zur lebenden Zelle - Studien zu Infektions- und Tumor-relevanten Kohlenhydrat-Erkennungsprozessen
T1  - From Glycochips to Living Cells - investigating carbohydrate recognition processes relevant for infections and tumor diseases
N2  - Kohlenhydrat-Protein-Wechselwirkungen sind häufig entscheidend beteiligt an verschiedenen einer Infektion oder malignen Erkrankung zugrunde liegenden molekularen Erkennungs-prozessen, die zu Adhäsion, Zell-Zell-Interaktion sowie Immunreaktion und -toleranz führen. Trotz der hohen Relevanz für Diagnostik und Therapie dieser Erkrankungen sind die betreffenden Strukturen und Mechanismen bisher nur ungenügend untersucht und verstanden. Ziel dieser stark interdisziplinär angelegten Arbeit war es daher, Methoden der Fachbereiche Chemie und Pharmazie, Biologie und Medizin, aber auch Physik zu kombinieren, um Kohlenhydraterkennungsprozesse im Detail zu untersuchen und auf dieser Basis strukturell neuartige diagnostische und therapeutische Anwendungen zu entwerfen.
Die hochkomplexe Zusammensetzung einer Zelloberfläche wurde zunächst auf ihren Glycan-anteil reduziert und stark vereinfacht auf der Oberfläche sogenannter Glycochips imitiert. Die verwendeten Systeme auf Basis einer Gold- bzw. Glasoberfläche ergänzen sich optimal in ihrer Eignung für komplementäre analytische Methoden wie Massenspektrometrie sowie quantifizierbare Fluoreszenzspektroskopie.
Der Übergang auf die lebende Zelloberfläche gelang mit Hilfe des Metabolic Glyco-engineering, das die kovalente Präsentation definierter Motive durch eine Cycloaddition zwischen zwei bioorthogonalen Reaktionspartnern (z.B. Azid und Alkin) ermöglicht.
Auf diese Weise wurden in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Sauer (Universität Würzburg) zunächst die Dichte und Verteilung verschiedener Oberflächenglycane auf humanen Zellen mittels hochauflösender Fluoreszenzmikroskopie (dSTORM) bestimmt. Diese Parameter zeigten im Modell des Glycochips einen entscheidenden Einfluss auf Bindungsereignisse und multivalente Erkennung und zählen auch auf natürlichen Zelloberflächen – in engem Zusammenhang mit der lateralen und temporalen Dynamik der Motive – zu den wichtigen Faktoren molekularer Erkennungsprozesse.
Die gezielte Modifikation zellulärer Oberflächenglycane eignet sich aber auch selbst als Methode zur Beeinflussung molekularer Wechselwirkungsprozesse. Dies wurde anhand des humanpathogenen Bakteriums S. aureus gezeigt, dessen Adhäsion auf Epithelzellen der Blasenwand durch Metabolic Glycoengineering partiell unterdrückt werden konnte.
In einem ergänzenden Projekt wurden zwei potentielle Metabolite eines konventionellen Antibiotikums – des Nitroxolins – mit bakteriostatischer sowie antiadhäsiver Wirksamkeit dargestellt. Diese dienten als Referenzsubstanzen zur Verifizierung der postulierten Struktur der Derivate, werden aber auch selbst auf ihr Wirkprofil hin untersucht. Gleichzeitig stehen sie zusammen mit der Grundverbindung zudem als Referenz für die Wirkstärke potentieller neu entwickelter Antiadhäsiva zur Verfügung.
N2  - Interactions between carbohydrates and proteins often are crucial factors in the molecular recognition processes of infectious diseases or cancer, leading to adhesion and cell cell interaction, as well as immune response and immune tolerance. Despite of their high pertinence for diagnostics and successful therapeutic treatment of those diseases, the structures and mechanisms involved are still insufficiently studied and poorly understood. So it was the aim of this strongly interdisciplinary oriented dissertation, to study carbohydrate recognition processes on molecular basis and in detail by combining methods from different scientific schools like chemistry and pharmacy, biology and medicine, as well as physics. Based on the achieved results innovative diagnostic and therapeutic applications should be proposed.
Initially the highly complex structural composition of a living cells’ surface was reduced to its’ glycan fraction and mimicked on the surface of so-called glycochips in a very simplified manner. Two systems, based on gold and glass surfaces respectively, were used due to their complementary applicability for different analytical methods like mass spectrometry and quantitative fluorescence spectroscopy.
The step forward towards living cell surfaces was achieved by metabolic glycoengineering, a method that enables the covalent installation of defined binding motifs by performing a cycloaddition between two bioorthogonal reaction partners (e.g. azide and alkyne).
In cooperation with the group of Prof. Dr. Markus Sauer (Universität Würzburg) this technique was used to determine the density and spatial distribution of different cell surface glycans on human cell lines with high resolution fluorescence microscopy (dSTORM). In the glycochip model these parameters exhibited a key value for binding processes and multivalent recognition. Even on native cell surfaces they are crucial factors of molecular recognition processes – closely related to the lateral and temporal dynamics of the structural motifs.
In addition the specific modification of cell surface glycans itself can be used to manipulate molecular interaction processes. This could be shown for the human pathogenic bacterium Staphylococcus aureus by significant reduction of its adhesion potential towards epithelial cells derived from the human bladder after metabolic glycoengineering.
Finally a supplementary project aimed to synthesize two prior postulated metabolites of the conventional antibiotic agent nitroxoline that shows bacteriostatic as well as antiadhesive effects. They were used as reference compounds to verify the postulated structure of the two derivatives and currently undergo further studies concerning their intrinsic mode of action. In addition to the parent molecule they also serve as reference compounds to estimate the potential of novel antiadhesives.
KW  - Microarray
KW  - Fluoreszenz
KW  - Adhäsion
KW  - MALDI-MS
KW  - Bioorganische Chemie
KW  - Kohlenhydrate
KW  - Glycochip
KW  - Galabiose
KW  - dSTORM
KW  - Nitroxolin
KW  - Metabolic Glycoengineering
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-115825
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bank, Stephanie
T1  - LC-ESI und MALDI-Massenspektrometrische Analyse nativer und derivatisierter Zucker und Glykane
T1  - LC-ESI and MALDI mass spectrometric analysis of native and derivatised carbohydrates and glycans
N2  - Glykane sind weitverbreitete Biomoleküle, die meist in Form von Glykokonjugaten, wie beispielsweise als Glykoproteine oder Glykolipide, vorliegen. Durch die Interaktion von Glykanen mit Glykan-bindenden Proteinen wird eine Vielzahl an biochemischen Prozessen ausgelöst, sowohl physiologischer, als auch pathologischer Art. Die Aufklärung der beteiligten Glykanstrukturen ist daher nicht nur wichtig für das Verständnis dieser Prozesse, sondern kann auch Hinweise auf verschiedene Erkrankungen geben. 
Die Identifizierung von Glykanstrukturen kann über verschiedene Wege erfolgen. In der instrumentellen Analytik spielt dabei vor allem die ESI- und MALDI Massenspektrometrie eine wichtige Rolle, da diese sowohl für Detektion, als auch Fragmentierung großer Biomoleküle geeignet sind. Um die Analyse von Zuckern mittels chromatographischer und massenspektrometrischer Methoden zu erleichtern, werden häufig Derivatisierungsreagenzien eingesetzt. Diese verringern die Polarität der Zucker und erleichtern die Detektion durch das Einbringen von Chromo- oder Fluorophoren. Zur Derivatisierung am reduzierenden Terminus von Glykanen und Zuckern eignen sich vor allem Aminierungsreagenzien oder Hydrazide. Hydrazide haben gegenüber anderen Derivatisierungsreagenzien den Vorteil einer einfachen, salzfreien Umsetzung, aus der ein stabiles Derivat mit geschlossenem terminalen Zuckerring hervorgeht.   
Für die vorliegende Arbeit wurde die Derivatisierung mit den neuen Hydrazid Reagenzien INH und BINH, sowie dem bereits von Dr. P. Kapková bearbeiteten BACH untersucht. Als Vergleich dienten die underivatisierten Kohlenhydrate, wie auch das standardmäßig eingesetzte Aminierungsreagenz 2-AB. Dabei sollte das Ver-halten verschiedener Zucker und Glykane in Bezug auf chromatographische Trennung, Signalintensität und Fragmentierung analysiert werden. 
Zunächst wurde die Umsetzung von Mono-, Di- und Trisacchariden mit den neuen Derivatisierungsreagenzien INH und BINH optimiert. Dadurch konnte bei beiden Substanzen die komplette Umsetzung der Zucker in ihre Derivate gewährleistet werden. Auch die Derivatisierung mit Hilfe der Mikrowelle konnte bei INH erfolgreich durchgeführt werden. Auf diese Weise ließ sich die Reaktionszeit, im Vergleich zu den im Thermo-mixer® benötigten 90 Minuten, auf 20 Minuten verkürzen. Aufgrund der großen Men-gen an Zucker und Derivatisierungsreagenz, die für die Umsetzung in der Mikrowelle nötig sind, war der Versuch jedoch nur für INH geeignet.
Im nächsten Schritt wurde das Trennverhalten der verschiedenen Mono-, Di- und Tri-saccharid-Derivate auf RP-C18- und HILIC-Phasen untersucht. Bei den Monosaccha-riden konnte durch keines der Derivate eine vollständige Trennung auf einer der Pha-sen erreicht werden. Das beste Ergebnis wurde durch INH auf der HILIC-Säule erzielt, doch auch dort konnten die Epimere Glucose, Mannose und Galactose nicht vollstän-dig separiert werden. Die Trennung der Disaccharide Maltose, Cellobiose und Lactose konnte auf der HILIC-Phase mit allen Derivaten außer BACH erfolgreich durchgeführt werden, auf der RP-C18 erwies sich dagegen nur 2-AB als geeignet. Bei den Trisac-chariden 3'SLN und 6'SLN konnten sowohl underivatisierte Zucker, als auch sämtliche Derivate mittels HILIC getrennt werden. Auch auf der C18-Phase war eine Trennung der BINH, BACH und 2-AB-Derivate möglich. Des Weiteren konnte durch die Derivati-sierungen die Signalintensität gegenüber den underivatisierten Zuckern deutlich gesteigert werden. 
Nach ihrer Trennung lassen sich massegleiche Di- und Trisaccharide anhand des Fragmentierungsmusters unterscheiden. Während bei den underivatisierten Disaccha-riden Maltose, Cellobiose und Lactose die charakteristischen Fragmente nur schwach sichtbar waren, konnte mit Hilfe der Hydrazide INH, BINH und BACH die Differenzie-rung deutlich erleichtert werden. Die 2-AB-Derivatisierung zeigte dagegen keine Ver-besserung der Fragmentierungseigenschaften. Bei der Unterscheidung der Trisaccharide 3’SLN und 6’SLN waren ebenfalls sowohl underivatisierte, als auch Hydrazid-derivatisierte Zucker im Vorteil gegenüber den 2-AB-Derivaten. 
Die Derivatisierung der N-Glykane von Ribonuclease B und Ovalbumin führte bei der Analyse mittels MALDI-TOF zu einer deutlichen Steigerung der Sensitivität. Beispiels-weise ließen sich bei den Glykanen des Ovalbumins durch die Derivatisierungen drei zusätzliche Strukturen im Vergleich zu den nativen Glykanen detektieren. Auch das Fragmentierungsverhalten der Glykane am MALDI-TOF/TOF konnte mit Hilfe der Derivatisierungen erheblich verbessert werden. Besonders die Umsetzung mit BINH führte zu einer Vielzahl charakteristischer Ringfragmente, wodurch die Aufklärung der verschiedenen Glykanstrukturen deutlich vereinfacht wurde. Auch im Vergleich zu 2 AB zeigten die Hydrazid-Derivate sowohl bessere Fragmentierungseigenschaften, als auch eine einfachere Handhabung für die Messung mittels MALDI-MS.
Eine weitere Möglichkeit zur Identifikation von Glykanstrukturen liegt in der spezifischen Bindung durch Lektine. Diese Untersuchung gibt des Weiteren auch einen Hinweis auf funktionelle Eigenschaften der Glykane. Dafür wird die hohe Affinität von Biotin-haltigen Derivatisierungsreagenzien zu Avidin und Streptavidin genutzt. Nach der auf diese Weise erfolgten Immobilisierung der Glykane können diese mittels spezifischer Lektine nachgewiesen werden. Die Eignung des neuen Derivatisierungsreagen-zes BINH für diese Zwecke wurde anhand eines Glykan-Arrays getestet. Dadurch ließ sich bestätigen, dass BINH-derivatisierte Glykane und Zucker sowohl in der Lage sind an Streptavidin zu binden, als auch durch Lektine nachgewiesen werden können. Daher kann davon ausgegangen werden, dass BINH grundsätzlich für den Einsatz in bio-chemischen Methoden geeignet ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Derivatisierung von Kohlenhydraten mit INH, BINH und BACH zu einer deutlichen Verbesserung der Trenn- und Fragmentierungseigenschaften führten. Dadurch konnten Identifizierung und Strukturanalyse sowohl von kleinen Zuckern, als auch von Glykanen erleichtert werden. Im Vergleich zu dem Standard-Derivatisierungsreagenz 2-AB zeigten die Hydrazide nicht nur im Bereich der Fragmentierungen, sondern auch durch die einfachere Derivatisierungsreaktion wesentliche Vorteile.
N2  - Glycans are widely spreaded biomolecules, which are commonly presented as gly-coconjugates, e.g. glycoproteins or glycolipids. The interaction of glycans with glycan-binding proteins triggers numerous physiological and pathological processes in bio-chemistry. Therefore the determination of the participating glycanstructures is of immens interest for the understanding of such processes. The structures of the involved glycans may even provide evidence on several diseases.
Identification of glycan structures can be performed by means of various techniques. Favorable techniques in analytical chemistry are ESI- and MALDI- mass spectrometry, since they can be used for the detection, as well as for the fragmentation of large bio-molecules. To simplify the analysis of carbohydrates by means of chromatographic and mass spectrometric methods, different derivatization reagents are available. The chemical modification of the sugars leads to a decrease in polarity and to an enhanced detection by coupling to chromo- or fluorophores. Derivatization at the reducing end of saccharides and glycans can be performed through reductive amination, or coupling to hydrazide reagents. The advantage of hydrazides in comparison to other derivatization reagents lies in a simple, salt-free reaction and results in a stable derivative with closed terminal sugar ring, as the reduction step is not necessary.
The present work concentrates on the derivatization of sugars and glycans using the newly developed hydrazides INH and BINH, in addition to BACH, which was already used by Dr. P. Kapková [99]. The derivatives of those reagents were compared to the underivatized carbohydrates, as well as to the commonly used derivatization reagent 2 AB, in order to observe the characteristics related to liquid chromatography, signal intensity and fragmentation behavior. 
In the first step, the derivatization reaction of mono, di- and trisaccharides with INH and BINH was optimized, in order to ensure a complete transformation of the carbohy-drates into their derivatized equivalents. The derivatization with INH was also per-formed via microwave. In this way, the reaction time was reduced from 90 minutes us-ing the thermomixer®, to 20 minutes. Since this method required a high amount of sample, it was only performed with INH. 
Next, the chromatographic behaviour of the different saccharide derivatives was ana-lyzed by reversed phase and HILIC high performance liquid chromatography. In case of the monosaccharides, none of the mixtures of derivatives could be separated com-pletely on either of these columns. For HILIC the best effect was achieved with INH, even though glucose and its epimers, mannose and galactose could not be separated completely. On reversed phase, derivatization with BACH and 2-AB showed the best results for the separation of the monomers, but here as well the epimers were not dis-solved. The separation of the INH, BINH and 2-AB derivatives of the disaccharides maltose, cellobiose and lactose was performed successfully on HILIC, with RP-C18 only 2-AB was proved to be suitable. For the trisaccharides 3’SLN and 6’SLN the na-tive forms, as well as all of the derivatives were separated using HILIC. Even by using reversed-phase, the separation of the BINH, BACH and 2-AB derivatives was possible. Furthermore the signal intensity of the derivatized carbohydrates was considerably en-hanced compared to the native saccharides. The chromatography of sugars on HILIC phase showed presence of isomers (very probably the anomers) of the analyzed sug-ars. If the appearance of these isomers is not desirable, separation on reversed-phase can be applied.
After separation, di- and trisaccharides of the same mass can be distinguished, based on their fragmentation pattern. Whereas the native disaccharides maltose, cellobiose and lactose showed only slight differences in fragmentation, the derivatization with INH, BINH and BACH increased the number of characteristic fragments. In contrast, with 2-AB no improvement was achieved. The discrimination between 3’SLN and 6’SLN was also simplified by derivatization with the different hydrazides. In contrast to the 2-AB derivatives, the native trisaccharides showed a high content of characteristic fragments as well. 
For the glycans of ribonuclease B and ovalbumin, the sensitivity was clearly improved through derivatization. In the case of ovalbumin, three additional structures were detected, compared to the native glycans. Regarding the fragmentation by means of MALDI TOF/TOF, the fragmentation behaviour of the glycans was considerably better after derivatization. Especially the BINH derivatives generated a high amount of characteristic cross-ring fragmentations. This way, the elucidation of different isomeric glycan structures was enhanced. Again, 2-AB had worse characteristics in terms of fragmentation behaviour and application properties, compared to the hydrazide derivatives.
Another option for the investigation of glycan structures is the specific recognition by lectins. This kind of study also provides information on the functional properties of gly-cans. Biotinylated derivatives possess a high affinity to avidin and streptavidin. This feature is used to immobilise glycans on (strept-)avidin coated surfaces, so they can be further analyzed by specific lectins. Due to this, the suitability of BINH for functional studies was tested. In initial studies BINH derivatized glycans and sugars were con-firmed to bind to streptavidin and were recognized by lectins as well. Hence, it can be assumed that BINH derivatives are suitable for this kind of biochemical analysis.
In summary, the derivatization of carbohydrates using INH, BINH and BACH improved the behaviour of the analytes during liquid chromatography and mass spectrometric fragmentation. Hence, identification and structural analysis of small saccharides, as well as glycans were considerably simplified. Compared to common derivatization reagents like 2-AB, the hydrazides showed significant advantages, not only in terms of mass spectrometric fragmentation, but also because of their simple derivatization reaction.
KW  - MALDI-MS
KW  - Glykane <N->
KW  - Zucker
KW  - Elektronensprayionisations-Massenspektrometrie
KW  - N-Glykane
KW  - Massenspektrometrie
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-106085
ER  -