TY  - THES
A1  - Slaby, Beate Magdalena
T1  - Exploring the microbiome of the Mediterranean sponge \(Aplysina\) \(aerophoba\) by single-cell and metagenomics
T1  - Untersuchungen am Mikrobiom des Mittelmeerschwamms \(Aplysina\) \(aerophoba\) mittels Einzelzell- und Metagenomik
N2  - Sponges (phylum Porifera) are evolutionary ancient, sessile filter-feeders that harbor a largely diverse microbial community within their internal mesohyl matrix. Throughout this thesis project, I aimed at exploring the adaptations of these symbionts to life within their sponge host by sequencing and analyzing the genomes of a variety of bacteria from the microbiome of the Mediterranean sponge Aplysina aerophoba. Employed methods were fluorescence-activated cell sorting with subsequent multiple displacement amplification and single-cell / ‘mini-metagenome’ sequencing, and metagenomic sequencing followed by differential coverage binning. These two main approaches both aimed at obtaining genome sequences of bacterial symbionts of A. aerophoba, that were then compared to each other and to references from other environments, to gain information on adaptations to the host sponge environment and on possible interactions with the host and within the microbial community.
Cyanobacteria are frequent members of the sponge microbial community. My ‘mini-metagenome’ sequencing project delivered three draft genomes of “Candidatus Synechococcus spongiarum,” the cyanobacterial symbiont of A. aerophoba and many more sponges inhabiting the photic zone. The most complete of these genomes was compared to other clades of this symbiont and to closely related free-living cyanobacterial references in a collaborative project published in Burgsdorf I*, Slaby BM* et al. (2015; *shared first authorship). Although the four clades of “Ca. Synechococcus spongiarum” from the four sponge species A. aerophoba, Ircinia variabilis, Theonella swinhoei, and Carteriospongia foliascens were approximately 99% identical on the level of 16S rRNA gene sequences, they greatly differed on the genomic level. Not only the genome sizes were different from clade to clade, but also the gene content and a number of features including proteins containing the eukaryotic-type domains leucine-rich repeats or tetratricopeptide repeats. On the other hand, the four clades shared a number of features such as ankyrin repeat domain-containing proteins that seemed to be conserved also among other microbial phyla in different sponge hosts and from different geographic locations. A possible novel mechanism for host phagocytosis evasion and phage resistance by means of an altered O antigen of the lipopolysaccharide was identified.
To test previous hypotheses on adaptations of sponge-associated bacteria on a broader spectrum of the microbiome of A. aerophoba while also taking a step forward in methodology, I developed a bioinformatic pipeline to combine metagenomic Illumina short-read sequencing data with PacBio long-read data. At the beginning of this project, no pipelines to combine short-read and long-read data for metagenomics were published, and at time of writing, there are still no projects published with a comparable aim of un-targeted assembly, binning and analysis of a metagenome. I tried a variety of assembly programs and settings on a simulated test dataset reflecting the properties of the real metagenomic data. The developed assembly pipeline improved not only the overall assembly statistics, but also the quality of the binned genomes, which was evaluated by comparison to the originally published genome assemblies.
The microbiome of A. aerophoba was studied from various angles in the recent years, but only genomes of the candidate phylum Poribacteria and the cyanobacterial sequences from my above-described project have been published to date. By applying my newly developed assembly pipeline to a metagenomic dataset of A. aerophoba consisting of a PacBio long-read dataset and six Illumina short-read datasets optimized for subsequent differential coverage binning, I aimed at sequencing a larger number and greater diversity of symbionts. The results of this project are currently in review by The ISME Journal. The complementation of Illumina short-read with PacBio long-read sequencing data for binning of this highly complex metagenome greatly improved the overall assembly statistics and improved the quality of the binned genomes. Thirty-seven genomes from 13 bacterial phyla and candidate phyla were binned representing the most prominent members of the microbiome of A. aerophoba. A statistical comparison revealed an enrichment of genes involved in restriction modification and toxin-antitoxin systems in most symbiont genomes over selected reference genomes. Both are defense features against incoming foreign DNA, which may be important for sponge symbionts due to the sponge’s filtration and phagocytosis activity that exposes the symbionts to high levels of free DNA. Also host colonization and matrix utilization features were significantly enriched. Due to the diversity of the binned symbiont genomes, a within-symbionts genome comparison was possible, that revealed three guilds of symbionts characterized by i) nutritional specialization on the metabolization of carnitine, ii) specialization on sulfated polysaccharides, and iii) apparent nutritional generalism. Both carnitine and sulfated polysaccharides are abundant in the sponge extracellular matrix and therefore available to the sponge symbionts as substrates. In summary, the genomes of the diverse community of symbionts in A. aerophoba were united in their defense features, but specialized regarding their nutritional preferences.
N2  - Schwämme (Phylum Porifera) sind evolutionär alte, sessile Filtrierer, die eine äußerst vielfältige mikrobielle Gemeinschaft in ihrer internen Mesohylmatrix beherbergen. Das Ziel meiner Doktorarbeit war es, die Anpassungen dieser Symbionten an das Leben in ihrem Schwammwirt zu erforschen. Dazu habe ich die Genome einer Vielzahl von Bakterien aus dem Mikrobiom des Mittelmeer-Schwammes Aplysina aerophoba sequenziert und analysiert. Meine angewandten Methoden waren die fluoreszenzaktivierte Zellsortierung mit anschließender so genannter „multiple displacement amplification“ und Einzelzell- / „Mini-Metagenom“-Sequenzierung und metagenomischer Sequenzierung gefolgt von „differential coverage binning“. Diese beiden Ansätze zielten darauf ab, Genomsequenzen von bakteriellen Symbionten von A. aerophoba zu erhalten, die dann sowohl miteinander, als auch mit Referenzen aus anderen Habitaten verglichen wurden. So sollten Informationen gewonnen werden über Anpassungen an ein Leben im Wirtsschwamm und über mögliche Interaktionen mit dem Wirt und innerhalb der mikrobiellen Gemeinschaft.
Cyanobakterien sind häufig Mitglieder der bakteriellen Gemeinschaft in Schwämmen. Mein "Mini-Metagenom"-Sequenzierprojekt lieferte drei Genom-Entwürfe von „Candidatus Synechococcus spongiarum,“ dem cyanobakteriellen Symbionten von A. aerophoba und vieler weiterer Schwämme, die die photische Zone bewohnen. Das vollständigste dieser Genome wurden mit anderen Kladen dieses Symbionten verglichen und mit nah verwandten, freien lebenden Cyanobakterien-Referenzen in Burgsdorf I *, Slaby BM * et al. (2015; * geteilte Erstautorenschaft). Obwohl die vier Kladen von „Ca. Synechococcus spongiarum“ aus den vier Schwammarten A. aerophoba, Ircinia variabilis, Theonella swinhoei und Carteriospongia foliascens auf der Ebene der 16S-rRNA-Gensequenzen zu etwa 99% identisch waren, unterschieden sie sich deutlich auf Genom-Ebene. Nicht nur die Genomgrößen waren von Klade zu Klade verschieden, sondern auch der Gengehalt und eine Reihe von Merkmalen, einschließlich Proteinen mit genannten „eukaryotic-like domains,“ leucinreiche „repeats“ oder Tetratricopeptid-„repeats“. Auf der anderen Seite teilten die vier Kladen eine Reihe von Merkmalen wie Ankyrin-„repeat“-Domänen-haltige Proteine, die auch in anderen Phyla von Schwammsymbionten in verschiedenen Wirtsschwämmen und aus verschiedenen geografischen Orten konserviert zu sein schienen. Ein möglicher neuartiger Mechanismus zur Phagozytose-Vermeidung und zur Phagenresistenz mittels eines veränderten O-Antigens des Lipopolysaccharids wurde identifiziert.
Um vorherige Hypothesen über die Anpassung von Schwamm-assoziierten Bakterien auf ein breiteres Spektrum des Mikrobioms von A. aerophoba zu testen und gleichzeitig in der Methodik voran zu schreiten, entwickelte ich einen bioinformatischen Arbeitsablauf, um metagenomische Illumina-„short-read“-Sequenzdaten mit PacBio-„long-reads“ zu kombinieren. Zu Beginn dieses Projektes gab es keine veröffentlichte Methodik zur Verknüpfung von „short-reads“ und „long-reads“ für die Metagenomik, und auch jetzt gibt es keine veröffentlichten Projekte mit einem vergleichbaren Ziel von nicht-gezieltem „Assembly“, „Binning“ und Analyse eines Metagenoms. Ich habe eine Auswahl von „Assembly“-Programmen und Einstellungen auf einem simulierten Testdatensatz getestet, der die Eigenschaften der realen metagenomischen Daten widerspiegelt. Die entwickelte „Assembly“-Methode verbesserte nicht nur die Gesamtstatistik, sondern auch die Qualität der einzelnen, „gebinnten“ Genome, die durch Vergleich zu den ursprünglich veröffentlichten Genom-Sequenzen evaluiert wurde.
Das Mikrobiom von A. aerophoba wurde in den letzten Jahren aus verschiedenen Blickwinkeln untersucht, aber nur Genome des Candidatus-Phylum Poribakterien und die Cyanobakteriensequenzen aus meinem oben beschriebenen Projekt wurden bisher veröffentlicht. Durch die Anwendung meiner neu entwickelten „Assembly“-Methodik auf einen metagenomischen Datensatz von A. aerophoba bestehend aus einem PacBio-„long-read“-Datensatz und sechs Illumina-„short-read“-Datensätzen, die für das anschließende „differential coverage binning“ optimiert waren, zielte ich darauf ab, eine größere Anzahl und Vielfalt von Symbionten zu sequenzieren. Die Ergebnisse dieses Projektes sind derzeit bei The ISME Journal in Review. Die Komplementierung von Illumina „short-read“ mit PacBio „long-read“-Sequenzdaten für das „binning“ dieses hochkomplexen Metagenoms hat die Gesamt-„assembly“-Statistik sowie die Qualität der „gebinnten“ Genome deutlich verbessert. Siebenunddreißig Genome aus 13 Bakterienphyla und Candidatus-Phyla wurden „gebinnt“, die die prominentesten Mitglieder des Mikrobioms von A. aerophoba darstellten. Ein statistischer Vergleich zeigte eine Anreicherung von Genen, die mit Restriktionsmodifikationen und Toxin-Antitoxin-Systemen zusammenhängen, in den meisten Symbionten-Genomen im Vergleich zu ausgewählten Referenzgenomen. Beides sind Mechanismen zur Verteidigung gegen eindringende Fremd-DNA, die für Schwamm-Symbionten aufgrund der Schwamm-Filtration und Phagozytose-Aktivität wichtig sein können, die die Symbionten hohen Konzentrationen von freier DNA aussetzen. Auch mögliche Wirtskolonisations- und Matrixnutzungsmechanismen waren signifikant angereichert. Wegen der Vielfalt der „gebinnten“ Symbionten-Genome war ein Genom-Vergleich innerhalb der Symbionten möglich, der drei Gilden von Symbionten zum Vorschein brachte, die gekennzeichnet waren durch i) Ernährungsspezialisierung auf die Metabolisierung von Carnitin, ii) Spezialisierung auf sulfatierte Polysaccharide und iii) scheinbaren Nahrungs-Generalismus. Sowohl Carnitin als auch sulfatierte Polysaccharide sind in der extrazellulären Schwammmatrix reichlich vorhanden und stehen so den Schwammsymbionten als Substrat zur Verfügung. Die Genome der diversen Symbionten-Gemeinschaft in A. aerophoba waren in ihren Verteidigungsmechanismen vereint, aber spezialisiert hinsichtlich ihrer Ernährung.
KW  - Metagenom
KW  - metagenomics
KW  - single-cell genomics
KW  - sponge microbiome
KW  - differential coverage binning
KW  - PacBio sequencing
KW  - Illumina HiSeq
KW  - hybrid assembly
KW  - Aplysina aerophoba
KW  - Mikroorganismus
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-151869
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TY  - THES
A1  - Hörr, Verena
T1  - Methoden zur Evaluation von Zytotoxizität und Struktur-Wirkungs-Beziehungen an Trypanosoma brucei brucei
T1  - Methods to Evaluate Cytotoxiticity and Structure-Activity-Relationships for Trypanosoma brucei brucei
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit wurden potenzielle Wirksubstanzen zur Behandlung trypanosomaler und bakterieller Infektionen gesucht. Während auf dem Gebiet der Trypanosomiasis das Ziel in der Testung großer Substanzbibliotheken auf antitrypanosomale Wirkung und in der Erstellung von Struktur-Wirkungs-Beziehungen bestand, lag im Bereich der bakteriellen Infektion der Schwerpunkt in der Entwicklung neuer Testmethoden. Die Untersuchungen erfolgten mittels Kapillarelektrophorese und magnetischer Kernresonanz.
N2  - The purpose of this investigation was the search for new potential drugs for treatment of trypanosomal and bacterial infections. According to trypanosomiasis, this study aimed at screening large compound libraries for their antitrypanosomal activity and analyzing structure activity relationships. In the field of bacterial infections the development of new screening methods was of main interest. The investigations were performed using capillary electrophoresis and magnetic resonance imaging.
KW  - Trypanosomiase
KW  - Cytotoxizität
KW  - Kapillarelektrophorese
KW  - Magnetische Kernresonanz
KW  - Mikroorganismus
KW  - -
KW  - Trypanosoma brucei brucei
KW  - Cytotoxiticity-Assay
KW  - NMR
KW  - Capillary Electrophoresis
KW  - Bacteria
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-27543
ER  - 
TY  - THES
A1  - Scheuermayer, Matthias
T1  - Phylogenie, Sekundärmetabolismus und biotechnologisches Potential mariner, Schwamm-assoziierter Mikroorganismen
T1  - Phylogeny, Secondary Metabolism and Biotechnological Potential of Marine, Sponge-Associated Microorganisms
N2  - Marine Schwämme (Porifera) stellen eine reichhaltige Quelle für bioaktive Substanzen dar. Oft kommen diese jedoch nur in sehr geringen Mengen im Ausgangsmaterial vor, sodass eine nachhaltige Nutzung für z. B. medizinische Anwendungen nur selten möglich ist. Viele Schwämme sind darüber hinaus mit einer ernormen Biomasse hochgradig Schwamm-spezifischer Mikroorganismen assoziiert, die extrazellulär in der Mesohylmatrix vorliegen. In der vorliegenden Dissertationsarbeit wurden ausgewählte Schwamm-assoziierte Mikroorganismen taxonomisch charakterisiert und auf die Produktion von bioaktiven Sekundärmetaboliten sowie ihr weiteres biotechnologisches Potential hin überprüft. Im Verlauf der vorliegenden Arbeit gelang die Isolierung und taxonomische Charakterisierung eines neuen, obligat marinen Bakteriums des Phylums Verrucomicrobia. Das Isolat Pol012 repräsentiert aufgrund der niedrigen 16S-rRNA Sequenzhomologie von <83% zu kultivierten Verrucomicrobia den ersten Vertreter einer neuen Gattung dieses Phylums. Die Wachstumsbedingungen sowie zelluläre und biochemische Merkmale des Stammes wurden charakterisiert. Es zeigte sich, dass das Isolat Pol012 wahrscheinlich zur Bildung von Prodigiosinen befähigt ist. Prodigiosine sind als cytotoxische Sekundärmetabolite bereits aus anderen Bakterienarten bekannt. Pol012 wurde unter dem Namen „Rubritalea marina“ als neues Bakterium beschrieben. Durch Anreicherung auf gezielten Agarmedien wurde eine Isolierung von Streptomyceten aus verschiedenen marinen Schwämmen erzielt. Die Bakterien wurden auf die Produktion antimikrobiell wirksamer Substanzen hin untersucht. Es konnten vor allem Wirksamkeiten gegen Gram-positive Bakterien, wie S. aureus, nachgewiesen werden. Die antimikrobiellen Aktivitäten des Stammes Aer003 wurden auf die gesättigten Fettsäuren Palmitinsäure und Docosansäure zurückgeführt (T. Gulder AG Bringmann, Universität Würzburg). Die Auswertung des Sekundärmetabolitspektrums des Stammes Pol001 steht noch aus. Isolat Pol001 ist durch eine niedrige Sequenzhomologie des 16S-rRNA Gens von 97,6% zu bereits beschriebenen Vertretern der Gattung Streptomyces charakterisiert und stellt daher vermutlich eine neue Streptomycetenart dar. Die Erstellung und Durchmusterung einer Genbank aus Pol001 auf Sekundärmetabolitoperons führte zur Beschreibung eines neuen Glycopeptidbiosyntheseclusters. Seine Sequenzierung und in silico Analyse weist auf ein strukturell neues Glycopeptid hin, welches Ähnlichkeiten zum Vancomycin besitzt. Weiterhin wurde der Enzymtyp der FADH2-abhängigen Halogenasen in mikrobiellen Konsortien verschiedener mariner Schwämme nachgewiesen. FADH2-abhängige Halogenasen spielen bei der Biosynthese halogenierter Sekundärmetaboliten aus Bakterien eine große Rolle. Unter Nutzung von degenerierten PCR Primern wurden 34 Halogenasegenfragmente in verschiedenen Schwämmen identifiziert. Ein phylogenetischer Vergleich der abgeleiteten Aminosäuresequenzen mit homologen Bereichen bereits bekannter Enzyme ergab, dass die Mehrzahl der aus Schwämmen gewonnenen Gene ein Schwamm-spezifisches Halogenasecluster bildeten, dessen Funktion jedoch noch unbekannt ist. Bei der Durchmusterung einer aus dem mikrobiellen Konsortium des Mittelmeerschwammes Aplysina aerophoba erstellten Metagenombank konnten vier Fosmide identifiziert werden, die unterschiedliche Halogenasegene trugen. Das Insert eines der betreffenden Fosmide wurde komplett sequenziert. Zusätzlich wurden jeweils 7 kb um die Halogenasegene der drei anderen Fosmide analysiert. In den abgeleiteten kompletten Aminosäuresequenzen der vier Enzyme konnten die für FADH2-abhängige Halogenasen typischen Sequenzmotive GxGxxG und WxWxI nachgewiesen werden. Eine phylogenetische Analyse ergab eine eigene Abstammungslinie für drei der Proteine. Die heterologe Expression einer der vier Halogenasen in E. coli war möglich. Die beschriebenen Halogenasen und die sie umgebenden genomischen Bereiche geben erste Einblicke in das halogenierende Potential mikrobieller Konsortien mariner Schwämme. Weiterführende Analysen können hier zu einer biotechnologisch wertvollen Anwendung führen. Weiterhin ist es möglich, dass verschiedene bakterielle Stamme, die während der vorliegenden Arbeit kultiviert werden konnten, in naher Zukunft als Quelle neuartiger Sekundärmetabolite erkannt werden. Dies trifft sowohl auf das Phylum der Verrucomicrobia, als auch auf das Phylum der Actinobacteria zu. Darüber hinaus stellt die Beschreibung von Rubritalea marina einen Ansatzpunkt für die weitere Analyse von marinen Verrucomicrobien dar.
N2  - Marine sponges (Porifera) represent a rich source for bioactive compounds. Frequently these substances are only present in low amounts in the animal which makes sustainable production, for instance for medical uses, impossible. Moreover, several sponges are associated with a huge biomass of highly sponge specific microorganisms, which are present extracellularly in the mesohyl. In the course of this study, selected sponge-associated microoganisms were characterized taxonomically and analysed in respect to their ability to produce bioactive secondary metabolites and their biotechnological potential. During the course of the presented PhD thesis it has been possible to isolate a novel, obligate marine bacterium of the phylum Verrucomicrobia and to characterise it taxonomically. Due to the low homology of its 16S-rRNA gene of <83% to other cultivated Verrucomicrobia, the isolate Pol012 represents the first member of a new genus of this phylum. The growth conditions and its cellular and biochemical properties were characterized. The bacterium probably is able to produce prodigiosins. Prodigiosins are already known as cytotoxic secondary metabolites from other bacteria. The isolate Pol012 was described as a taxonomically new species with the name “Rubritalea marina”. By using specific agar media streptomycete strains were cultivated from various marine sponges. The cultivated bacteria were tested for the production of antimicrobial substances. Mainly activities against gram-positive bacteria, like S. aureus, were detected. The antimicrobial activities of strain Aer003 were ascribed to saturated fatty acids, namly palmitic acid and docosanoic acid (T. Gulder AG Bringmann, University of Wuerzburg). The bioactive compounds of strain Pol001 are currently under investigation. Because of a low 16S rRNA gene sequence homology of 97.6% to any other member of the genus Streptomyces, strain Pol001 probably represents a novel streptomycete species. Construction and screening of a genomic library of this streptomycete for secondary metabolite gene clusters lead to the detection of a biosynthetic gene cluster encoding for a glycopeptide. Sequencing and in silico analysis of this gene cluster suggests the encoding of a structural novel glycopeptide with similarities to vancomycin. Furthermore, FADH2-dependent halogenases were detected within the microbial communities of various marine sponges. FADH2-dependent halogenases play a major role during the biosynthesis of halogenated secondary metabolites in bacteria. By using degenerate PCR primers, gene fragments of 34 different halogenases were identified in various sponges. Phylogenetic analyses in comparison to the homologous region of known enzymes revealed that most of the sequences from marine sponges formed a specific halogenase cluster, of which the function is not known yet. Screening of a metagenomic library of the microbial consortium of the meditteranean sponge Aplysina aerophoba lead to the identification of four fosmid clones bearing different halogenase genes. The insert of one of the fosmids was sequenced completely. Additionally, 7 kb of the sequence, surrounding the halogenases from the other three fosmids, were analyzed. The deduced amino acid sequences of the four enzymes revealed the presence of the two sequence motifs GxGxxG and WxWxI, which are essential for halogenase activity. A phylogenetic comparison revealed that three of the new sequences formed a separate line of descent. The heterologous expression of one of the four halogenases was possible in E. coli. The described halogenases and the surrounding genomic areas give first insights into the halogenating potential of microbial consortia of marine sponges. Further analyses can lead to biotechnologically relevant applications. Furthermore it is possible that various bacterial strains, that have been cultivated during the presented study, will be identified as the producers of novel secondary metabolites. This is true for the phylum Verrucomicrobia as well as for the phylum Actinobacteria. Additionally, the description of Rubritalea marina is starting point for the further analysis of marine Verrucomicrobia.
KW  - Schwämme
KW  - Mikroorganismus
KW  - Sekundärmetabolit
KW  - Schwämme
KW  - Verrucomicrobia
KW  - Rubritalea
KW  - Halogenase
KW  - Streptomyceten
KW  - Sponges
KW  - Verrucomicrobia
KW  - Rubritalea
KW  - Halogenase
KW  - Streptomycetes
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-18543
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TY  - THES
A1  - Rösch, Petra
T1  - Raman-spektroskopische Untersuchungen an Pflanzen und Mikroorganismen
T1  - Raman spectroscopic investigations on plants and microorganisms
N2  - In dieser Arbeit werden Pflanzen, Pflanzengewebe, Pflanzenzellen und Mikro-organismen spektroskopisch untersucht und ihre Inhaltsstoffe unter minimaler Probenpräparation im biologischen Gewebe direkt lokalisiert und identifiziert. Unter den verfügbaren Schwingungs-spektroskopischen Methoden ist die Mikro-Raman-Spektroskopie für diese Fragestellungen besonders gut geeignet, da Wasser Raman-Spektren nur wenig beeinflusst. Daher kann mit Raman-spektroskopischen Methoden auch in stark wasserhaltigem Gewebe gemessen werden. Weiterhin erhält man mit der Mikro-Raman-Spektroskopie eine gute räumliche Auflösung im sub-µm-Bereich, wodurch es möglich ist, heterogene Proben zu untersuchen. Darüber hinaus kann die Mikro-Raman-Spektroskopie mit anderen Methoden, wie z. B. der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie (SERS), kombiniert werden. In pflanzlichen Zellen liegt eine Vielzahl von Substanzen in geringen Konzentrationen vor. Aufgrund der niedrigen Quantenausbeute des Raman-Effekts treten vor allem Substanzen, die eine Resonanz-Verstärkung erfahren, in den Spektren hervor. Diese Substanzen, wie z. B. b-Carotin, können deshalb in geringen Konzentrationen detektiert werden. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Untersuchung von Sekundär-Metaboliten wie Alkaloiden, Lipiden oder Terpenen, die in der Pflanze agglomerieren. Neben der Identifikation von Inhaltsstoffen, können die Raman-Spektren von Pflanzen für die chemotaxonomische Klassifizierung mit Hilfe der hierarchischen Clusteranalyse verwendet werden. Die Identifizierung von Mikroorganismen auch in sehr geringen Mengen (Monolage, einzelne Zellen) ist mit der Mikro-Raman-Spektroskopie nur unter bestimmten Voraussetzungen durchführbar. Für weitergehende Untersuchungen wird hier die SERS-Sonde oder ein TERS-Aufbau verwendet werden.
N2  - This thesis concentrates on the spectroscopic investigation of plants, plant tissue, plant cells as well as microorganisms. The characteristic components of the biological cells have been localized and identified directly in the biological tissue with minimal sample preparation only. Among the different vibrational spectroscopic methods micro Raman spectroscopy appears to be the most suitable technique for such scientific investigations. For example, water which shows sharp absorptions in the infrared is only a weak Raman scatterer. Thus biological tissues containing a high amount of water can be easily studied with Raman spectroscopy. Due to the use of laser light for the excitation of Raman scattering sub-µm spatial resolution can be realized by micro Raman spectroscopy. This allows the investigation of very heterogeneous samples. Furthermore, micro Raman spectroscopy can be combined with other methods such as surface enhanced Raman spectroscopy (SERS). Plant cells consist of a great variety of substances at low concentrations. As the Raman effect has a poor quantum yield mostly resonance enhanced substances can be identified in the resulting spectra. These substances like e. g. b-carotene can be detected down to very low concentrations. The main focus lies on the investigation of secondary metabolites such as alkaloids, lipids or terpenes, which agglomerate in the plant. Besides the identification of plant components, Raman spectra allow the chemotaxonomic classification of plants when combined with a hierarchical cluster analysis. The identification of microorganisms in low amounts (monolayers, single cells) could only be achieved with Raman spectroscopy when certain conditions are met. Further investigations should focus on the SERS probe or the TERS setup.
KW  - Pflanzen
KW  - Raman-Spektroskopie
KW  - Mikroorganismus
KW  - Oberflächenverstärkter Raman-Effekt
KW  - Sekundärmetabolit
KW  - Mikro-Raman-Spektroskopie
KW  - SERS
KW  - Lipide
KW  - ätherische Öle
KW  - Clusteranalyse
KW  - Microorganismen
KW  - micro Raman spectroscopy
KW  - SERS
KW  - lipids
KW  - essential oils
KW  - cluster analysis
KW  - microorganisms
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-3539
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