TY  - THES
A1  - Heddergott, Niko
T1  - Zellbiologische Aspekte der Motilität von Trypanosoma brucei unter Berücksichtigung der Interaktion mit der Mikroumwelt
T1  - Cell biological aspects of motility of Trypanosoma brucei in consideration of the interaction with the microenvironment
N2  - Trypanosomen sind Protozoen, die Krankheiten bei Mensch und Tier verursachen, die unbehandelt infaust verlaufen. Die Zellen sind hoch motil, angetrieben von einem einzelständigen Flagellum, welches entlang des Zellkörpers angeheftet ist. Selbst in Zellkultur hören Trypanosomen niemals auf sich zu bewegen und eine Ablation funktioneller Bestandteile des Flagellarapparates ist letal für Blutstromformen. Es wurde gezeigt, dass Motilität notwendig ist für die Zellteilung, Organellenpositionierung und Infektiosität. Dies macht Trypanosomen zu besonders geeigneten Modellorganismen für die Untersuchung der Motilität. Dennoch ist erstaunlich wenig über die Motilität bei Trypanosomen bekannt. Dies gilt auch noch genereller für die Protozoen. Unlängst ist dieses Gebiet allerdings in den Fokus vieler Arbeiten gerückt, was bereits erstaunliche, neue Erkenntnisse hervorgebracht hat. Doch Vieles ist noch nicht abschliessend geklärt, so z.B. wie der Flagellarschlag genau reguliert wird, oder wie sich der Schlag des Flagellums entlang des Zellkörpers ausbreitet. Die vorliegende Arbeit befasst sich besonders mit den Einflüssen, die die Mikroumgebung auf die Motilität von Blutstromform-Trypanosomen ausübt. In ihrem natürlichen Lebensraum finden sich Trypanosomen in einer hoch komplexen Umgebung wieder. Dies gilt sowohl für den Blutkreislauf, als auch für den Gewebezwischenraum in ihrem Säugerwirt. Die hohe Konzentration von Zellen, Gewebeverbänden und extrazellulären Netzwerken könnte man als Ansammlung von Hindernissen für die Fortbewegung auffassen. Diese Arbeit zeigt dagegen, dass der Mechanismus der Bewegung eine Adaptation an genau diese Umweltbedingungen darstellt, so z.B. an die Viskosität von Blut. Es wird auch ein Bewegungsmodell vorgestellt, das erläutert, worin diese Adaption besteht. Dies erklärt auch, warum die Mehrheit der Zellen einer Trypanosomenkultur eine ungerichtete Taumel-Bewegung aufweist in nieder-viskosem Medium, das keine solchen “Hindernisse” enthält. Die Zugabe von Methylcellulose in einer Konzentration von ca. 0,5% (w/v) erwies sich als geeigneter Ersatz von Blut, um optimale Bedingungen für gerichtetes Schwimmen von Blutstromform Trypanosomen zu erreichen. Zusätzlich wurden in dieser Arbeit unterschiedliche Arten von Hindernissen, wie Mikroperlen (Beads) oder molekulare Netzwerke, sowie artifizielle, geordnete Mikrostrukturen verwendet, um die Interaktion mit einer festen Matrix zu untersuchen. In deren Anwesenheit war sowohl die Schwimmgeschwindigkeit, als auch der Anteil an persistent schwimmenden Trypanosomen erhöht. Zellen, die frei schwimmend in Flüssigkeiten vorkommen (wie Euglena oder Chlamydomonas), werden effizient durch einen planaren Schlag des Flagellums angetrieben. Trypanosomen hingegen mussten sich evolutionär an eine komplexe Umgebung anpassen, die mit einer zu raumgreifenden Welle interferieren würde. Der dreidimensionale Flagellarschlag des, an die Zelloberfläche angehefteten, Flagellums erlaubt den Trypanosomen eine effiziente Fortbewegung durch die Interaktion mit Objekten in jedweder Richtung gleichermassen. Trypanosomen erreichen dies durch eine hydrodynamisch verursachte Rotation ihres Zellkörpers entlang ihrer Längsachse, entgegen dem Uhrzeigersinn. Der Einfluss der Mikroumgebung wurde in früheren Untersuchungen bisher vernachlässigt, ist zum Verständnis der Motilität von T. brucei jedoch unerlässlich. Ein weiterer, bisher nicht untersuchter Aspekt der Beeinflussung der Motilität durch die Umwelt sind hydrodynamische Strömungseffekte, denen Trypanosomen im kardiovaskulären System ausgesetzt sind. Diese wurden in dieser Arbeit mittels Mikrofluidik untersucht. Um unser Verständnis der Motilität von Trypanosomen von 2D, wie üblich in der Motilitätsanalyse mittels Lebend-Zell-Mikroskopie, auf drei Dimensionen auszudehnen, wurde als bildgebendes Verfahren auch die Holographie eingesetzt. Mikrofluidik und Holographie sind beides aufkommende Techniken mit großem Anwendungspotential in der Biologie, die zuvor noch nie für die Motilitätsanalyse von Trypanosomen eingesetzt worden waren. Dies erforderte daher interdisziplinäre Kooperationen. Zusätzlich wurde in dieser Arbeit auch ein vollständig automatisiertes und Software-gesteuertes Fluoreszenzmikroskopiesystem entwickelt, das in der Lage ist, einzelne Zellen durch entsprechende Steuerung des Mikroskoptisches autonom zu verfolgen und somit eine Bewegungsanalyse in Echtzeit ermöglicht, ohne weitere Benutzerinteraktion. Letztendlich konnte dadurch auch die Bewegung der schlagenden Flagelle und des gesamten Zellkörpers mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung mittels Hochgeschwindigkeits-Fluoreszenzmikroskopie aufgeklärt werden.
N2  - Trypanosomes are protozoa causing fatal diseases in livestock and man. The cells show vivid motility, driven by a single flagellum that runs along the cell body, attached to the cell surface. Even in cell culture, trypanosomes never stop moving and ablation of functional components of the flagellum is lethal for bloodstream-forms. Motility has been shown to be essential for cell division, organelle positioning and infectivity. This renders trypanosomes valuable model organisms for studying motility. But, surprisingly little is known about motility in trypanosomes, as well as in protozoa, in general. Recently, motility of trypanosomes therefore has gotten into the spotlight of interest which brought some new insights, but many essential points are still a matter of debate, for example how the flagellar beat is regulated or how it is propagated along the cell body. In this work, the effects of the micro-environment of blood-stream form trypanosomes on motility were investigated. In their natural habitat, trypanosomes find themselves in a crowded environment. This is not only the case in the blood circulatory system, but also in extra-tissue space. The high concentration of cells and extra-cellular networks might be regarded as a kind of obstacle to cellular motion. This work shows that the mode of motility of bloodstream form trypanosomes instead is adapted to the viscosity of blood. Also a mechanistic model is presented which elucidates how this adaptation works. This also explains why most trypanosomes are tumbling in low-viscous cell culture medium, lacking other cellular components. Addition of Methylcellulose at a concentration of about 0.5% (w/v) was found to be a potent substitute for blood, providing optimal conditions for trypanosome motility. Also different types of obstacles like beads and molecular networks, as well as arranged pillar microstructures were used as a tool to mimic interaction with a solid matrix. In presence of these, the swimming speed as well as the percentage of persistent swimming cells was increased. Cells inhabiting an open-ranged environment (like Euglena or Chlamydomonas) are efficiently propelled by a planar flagellar wave. Trypanosomes in contrast, had to evolutionary adapt to a crowded environment, which would infer with any extensive planar wave. The three-dimensional flagellar beat of the attached flagellum allows trypanosomes to harness any rigid matrix for effective propulsion, in all directions equally. Trypanosomes achieve this by a rotational counter-clockwise motion of their whole cell body. Another environmental aspect for trypanosome motility that had not been studied before is the influence of hydrodynamic flow, which trypanosomes are subjected to, when swimming in the blood circulatory system. For studying this, in this work, the motilty of trypanosomes was analyzed in microfluidic devices. To extend our understanding of trypanosomal motility from 2D, like in standard microscopy based live-cell imaging analysis, to 3D, a imaging technique known as holography was used, in addition. Microfluidics as well as Holography both are emerging, high-potential techniques in biology, which had not been used for the motility analysis of trypanosomes before and establishing this therefore only got possible due to interdisciplinary collaborations. In addition, a custom fully automated, software-controlled, fluorescence microscopic system was developed in this work, which is able to track and follow single cells for motility analysis in real-time without the need for user input. The motion of the flagellar beat and the cell itself was investigated at high spatio-temporal resolution using highspeed fluorescence microscopy.
KW  - Trypanosoma brucei
KW  - Motilität
KW  - Blutviskosität
KW  - Hochgeschwindigkeitsmikroskopie
KW  - Mikrofluidik
KW  - Mikroumwelt
KW  - Mikrostrukturen
KW  - Trypanosomen
KW  - Blut
KW  - Trypanosoma
KW  - motility
KW  - blood
KW  - microfluidics
KW  - microenvironment
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-56791
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lang, Thomas
T1  - Vergleich der rheologischen Qualität von Erythrozytenkonzentraten, gewonnen durch herkömmliche Vollblutspende oder Multikomponentenspende und Einfluß der Entnahmeverfahren auf ausgewählte rheologische Laborparameter und in-vivo-Mikrozirkulation des Spenders
T1  - Comparison of the rheological quality of red cell concentrates extracted from conventional whole blood donation or multicomponent apheresis and examination of the influence of the extraction method on selected rheological laboratory parameters and in-vivo microcirculation of the donor
N2  - 20 Probanden nahmen im prospektiven Paarvergleich im Abstand von mindestens 8 Wochen im cross-over-Verfahren an je einer Vollblutspende (VBS) und einer maschinellen Multikomponentenspende (MKS) teil. Die erzeugten leukozyten-depletierten Erythrozytenkonzentrate beider Gruppen wurden mittels CPD-50 antikoaguliert und über einen Zeitraum von 63 Tagen in PAGGS-Mannitol gelagert. Beurteilt wurden zum einen rheologische in-vitro-Parameter bei Spendern und Blutkonserven in zweiwöchentlichen Abständen: oszillierende Kapillarviskosimetrie, Erythrozytenaggregometrie und Filtrometrie. Zudem kam bei den Maschinenspendern die neue Methode der Laser-Doppler-Anemometrie zur Ermittlung der kapillären in-vivo-Blutflußgeschwindigkeit in Einzelkapillaren zur Anwendung. Konkordant kam es in beiden Gruppen zum Ansteigen der viskösen Viskosität der Erythrozytenkonzentrate mit überproportionalem Anstieg nach 7 Wochen Lagerung. Die elastische Viskosität stieg ebenfalls in beiden Gruppen an, hier wurden in der Gruppe der Vollblutspender bereits zu Beginn deutlich höhere Werte gemessen, welche in der Vergleichsgruppe erst nach 49 Tagen erreicht wurden. Bei den Blutspendern konnten 24 Stunden nach Spende Veränderungen von visköser und elastischer Viskosität gezeigt werden, welche stark mit Erythrozytenanzahl, Hämoglobin und Hämatokrit korrelierten. Bei konstanten Werten der dynamischen Erythrozytenaggregation zeigte die statische Erythrozytenaggregation bei den Vollblutspenden nach drei Wochen eine Zunahme, in der MKS-Gruppe imponierte ein biphasisches Verhalten mit initialer Abnahme der Lichttransmission. Unabhängig vom Spendeverfahren, trat eine deutliche Abnahme der Filtrierbarkeit der Produkte in beiden Gruppen in den letzten beiden Lagerungswochen auf. Eindrucksvoll war die Reduktion der Filterokklusionsrate auf unter 40 % des Ausgangswertes durch Leukozytenfiltration vor der Lagerung. Bereits 1 Stunde nach der Spende konnten filtrometrische Veränderungen bei den Spendern gezeigt werden, das Signifikanzniveau wurde hier nur knapp verfehlt. Die Bestimmung der kapillären Blutflußgeschwindigkeit zeigte eine Stunde nach Spende eine deutliche Abnahme auf 81 % des Ausgangswertes (p=0,064) in der Gruppe der Maschinenspender. Dies wird als Ausdruck einer diskreten Kreislaufbelastung durch das Aphereseverfahren gewertet.
N2  - 20 test persons took part in the prospective pair-comparison at intervals of at least eight weeks in the cross-over method, consisting of one whole blood donation and one automated cytapheresis. The produced leukocyte-depleted red blood cell concentrates of both groups were anticoagulated via CPD-50 and stored in PAGGS-Mannitol for a period of 63 days. Rheological in-vitro parameters of the donors and the products were evaluated at intervals of two weeks: oscillating capillary viscosimetry, erythrocyte aggregometry and filtrometry. Furthermore the new method of laser-Doppler anemometry was implemented with the cytapheresis group in order to determine the capillary in-vivo blood flow velocity in single-capillaries. In both groups the viscous viscosity of the red blood cell concentrates increased by a disproportionately rise after seven weeks in storage. The elastic viscosity also increased in both groups. Notably higher values were gauged in the cytapheresis group already at the beginning, which were reached by the comparison group only after 49 days. 24 hours after the donation alterations of viscous and elastic viscosity of the donors’ blood could be observed, highly correlating with number of erythrocytes, hemoglobin and hematocrit. With the values of the dynamic erythrocyte aggregation remaining constant the static erythrocyte aggregation of whole blood donors showed an increase after three weeks. Within the automated cytapheresis group a biphasic behaviour with initial decrease of light transmission was noticeable. Independent of the donation method a significant decrease of the products’ filterability could be noted in both groups during the last two weeks in storage. The reduction of the clogging rate to below 40 % of the initial value by means of leukocyte filtration before putting the samples into storage was quite impressive. Filtrometric alterations within the donor groups could be verified only one hour after the donation. The level of significance was not reached here. In the automated cytapheresis group the capillary blood flow velocity showed a significant decrease to 81 % of its initial value (p=0,064) one hour after the donation. This is seen as the expression of a discrete strain on the donor’s circulation caused by the apheresis.
KW  - Blut
KW  - Erythrozyten
KW  - Rheologie
KW  - Apherese
KW  - Qualität
KW  - blood
KW  - erythrocyte
KW  - rheology
KW  - cytapheresis
KW  - quality
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-6055
ER  - 
TY  - THES
A1  - Polzin, Silke
T1  - Lebensalterschätzung aus biologischem Material anhand der 4.977 bp-Deletion in menschlicher mitochondrialer DNA
T1  - Age estimation from biological material based on 4,977 bp-deletion in human mitochondrial DNA
N2  - Neben der Frage nach dem Lebensalter als Kriterium zur Identifizierung unbekannter Leichen und menschlicher Überreste, wird der Bedarf einer Altersschätzung an lebenden Personen derzeit immer größer. Hinzu kommt die Hoffnung, aus Spuren Rückschlüsse auf das Alter des Spurenlegers ziehen zu können. Ziel dieser Arbeit war es, aus verschiedenen biologischen Materialien das Alter anhand der 4.977 bp-Deletion in menschlicher mitochondrialer DNA abschätzen zu können, wobei der Schwerpunkt auf Material von lebenden Personen lag. Hierzu wurde mit Hilfe geeigneter DNA-Extraktionsmethoden aus verschiedenen Gewebearten, venösem Vollblut, Mundschleimhautabstrichen und Haarwurzeln ausreichend DNA guter Qualität gewonnen. Die Schwierigkeit dieser Untersuchung lag in der Ermöglichung einer Quantifizierungsmethode zur Erfassung der 4.977 bp-Deletion. Dieses Problem wurde, nach der Wahl optimaler Primer und Amplifizierung spezifischer DNA-Fragmente, für die deletierte und die normale mtDNA unter optimierten PCR-Bedingungen im Multi-plex-Ansatz, mit Hilfe der Kapillarelektrophorese gelöst. Mit ihr konnte der Anteil der 4.977 bp-deletierten und der normalen mtDNA durch die computeranalysierten Peakflächen der beiden Fragmente bestimmt und miteinander in Verhältnis gesetzt werden. Dieses Verhältnis wurde durch den Quotienten IDel/INorm ausgedrückt. Die gewonnenen Ergebnisse wurden anschließend ausgedehnten statistischen Erhebungen unterzogen. Die 4.977 bp-Deletion zeigte in allen untersuchten Materialien eine eindeutige Altersabhängigkeit. Dies wurde an der Zunahme des Quotienten IDel/INorm mit steigendem Alter ersichtlich. Für die verschiedenen Gewebearten war die Abhängigkeit dieser Deletion vom Alter bereits aus der Literatur bekannt. Im Blut wurde diese jedoch erstmalig gezeigt, ebenso wie in den Mundschleimhautabstrichen, die bisher noch nie für Untersuchungen der 4.977 bp-Deletion herangezogen wurden. In den Haarwurzeln konnte die Deletion nicht nachgewiesen werden. Auffällig war hierbei, dass die Altersabhängigkeit von Material zu Material unterschiedlich ausgeprägt war. Der größte Anteil deletierter mtDNA fand sich im Gehirngewebe, gefolgt von Skelettmuskulatur, Herz, Lunge, Milz, Niere Leber und Haut. Für diese unterschiedliche Akkumulierung der 4.977 bp-Deletion finden sich zwei mögliche Erklärungsansätze, die Theorie einer unterschiedlichen Mitoserate und die einer unterschiedlichen Stoffwechselaktivität, die beide die gewonnene Rangfolge bestätigen. Des Weiteren wurde eine Abhängigkeit der 4.977 bp-Deletion von der in die PCR eingesetzten DNA-Menge festgestellt. Dieser Effekt muss im Zusammenhang mit der unterschiedlichen Amplifizierungseffizienz der beiden relevanten DNA-Fragmente gesehen werden, wodurch jedoch die Einschränkungen der angewandten unkontrollierten Multiplex-PCR mit anschließender semi-quantitativer Detektion der Amplifikations- produkte deutlich werden. Unter Berücksichtigung der Einschränkungen gelang anhand von Perzentilentabellen eine Altersschätzung mit der Angabe einer Altersspanne von ungefähr 30 Jahren. Um eine genauere Altersschätzung zu erreichen, wäre eine Optimierung der Methode, z. B. durch Anwendung einer real-time quantitativen PCR, und eine Einbeziehung einer noch größeren Probenzahl nötig.
N2  - Not only is age an important criteria for the identification of unknown bodies and human remains, there is also a growing need to estimate the age of living persons. In addition, there is hope that trace evidence will permit conclusions about the age of the individual who left the evidence. The goal of this project was to estimate age from various biological materials based on 4,977 bp-deletion in human mitochondrial DNA, with the majority of materials being provided by living persons. To this end, sufficient amounts of good quality DNA were obtained, using appropriate methods of DNA extraction, from various types of tissue, venous blood, swabs of the mucous membranes in the mouth, and hair roots. The difficult aspect of this study was the determination of a method which would allow for the quantification of 4,977 bp-deletion. After evaluation of optimized primer and multiplex-PCR conditions for amplification of specific DNA fragments for the deleted and the normal mtDNA, this problem was solved using capillary electrophoresis for quantification. This allowed for the determination of the proportions of 4,977 bp-deleted and normal mtDNA through the computer analysis of the peak areas of the two fragments and the calculation of their ratio. This ratio was expressed through the IDel/INorm quotient. Results were subsequently submitted to extensive statistical analyses. 4,977 bp-deletion showed a significant correlation with age in all examined materials. This was made evident by growing IDel/INorm quotients with increasing age. For various tissue types, the association between this deletion and age was known from the research literature. However, this relationship was demonstrated for the first time in blood, as well as in the swabs of the mucous membrane of the mouth, which had never previously been used for the assessment of 4,977 bp-deletion. No deletion was found in hair roots. It was striking that the strength of the association with age differed from material to material. The greatest proportion of deleted mtDNA was found in brain tissue, followed by skeletal muscles, heart, lung, spleen, kidney, liver, and skin. There are two possible explanations for this differential accumulation of 4,977 bp-deletion: (1) the theory of differential mitosis rates and (2) the theory of differential metabolic activity, both of which are consistent with the current findings. Furthermore, a correlation between 4,977 bp-deletion and the amount of DNA used in the PCR was observed. This effect must be considered in the context of the various degrees of efficiency in the amplification of the two relevant DNA fragments, which underscores the limitations of the employed method of uncontrolled multiplex-PCR with subsequent semi-quantitative detection of the amplification products. Considering these limitations, age estimation was accomplished with the use of percentile tables, which allowed a determination of an age range of approximately 30 years. A more accurate estimation of age would require an optimization of the current method, for example, through the application of real-time quantitative PCR, and the inclusion of a larger sample size.
KW  - mtDNA
KW  - Lebensalter
KW  - Mensch
KW  - 4.977 bp-Deletion
KW  - Quantifizierung
KW  - Kapillarelektrophorese
KW  - Gewebe
KW  - Blut
KW  - Mundschleimhautabstrich
KW  - mtDNA
KW  - age
KW  - human
KW  - 4
KW  - 977 bp-deletion
KW  - quantification
KW  - capillary electrophoresis
KW  - tissue
KW  - blood
KW  - saliva
KW  - polymerase chain reaction
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-2999
ER  -