TY  - JOUR
A1  - van Oorschot, Birgitt
A1  - Beckmann, Gabriele
A1  - Schulze, Wolfgang
A1  - Rades, Dirk
A1  - Feyer, Petra
T1  - Radiotherapeutic options for symptom control in breast cancer
JF  - Breast Care
N2  - The majority of breast cancer patients will require radiation therapy at some time during the course of their disease. An estimated 30–50% of all radiation treatments are of palliative nature, either to alleviate symptoms or prophylactic to prevent deterioration of quality of life due to locally progressive disease. Radiotherapy is a locally effective tool, and typically causes no systemic and mostly mild acute side effects. The following article provides an overview of options and decision-making in palliative radiotherapy for symptom control.
N2  - Die Mehrzahl der Patientinnen mit Brustkrebs erhält im Krankheitsverlauf einmalig oder mehrfach eine lokale Strahlentherapie, 30–50% der Behandlungen erfolgen unter palliativer Zielsetzung, entweder zur Linderung belastender Symptome oder palliativ-präventiv zur Sicherung der Lebensqualität durch die Vermeidung lokaler Komplikationen oder eines lokalen, zeitbegrenzten Tumorprogresses. Strahlentherapie ist ein lokal wirksames Verfahren mit zumeist nur leichten Nebenwirkungen. Der vorliegende Artikel gibt einen Überblick über die Möglichkeiten der palliativen Strahlentherapie zur Symptomlinderung und über die medizinische Entscheidungsfindung.
KW  - radiotherapy
KW  - breast cancer
KW  - symptom control
KW  - palliative care
KW  - Strahlentherapie
KW  - Mammakarzinom
KW  - Symptomlinderung
KW  - Palliativmedizin
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-199105
SN  - 1661-3791
SN  - 1661-3805
N1  - This publication is with permission of the rights owner freely accessible due to an Alliance licence and a national licence (funded by the DFG, German Research Foundation) respectively.
VL  - 6
IS  - 1
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Scheuermann, Manuela
T1  - Effective or multilateral? The UN-EU partnership in military crisis management
N2  - For the EU “effective multilateralism” in, with and within international organisations is the foundation of a system of global governance, so is laid down in the ESS. Therefore the term is used to label the EU’s activities in the UN-family and to characterise the relations with the UN in the wider context of global governance. It is the political argument for the EU’s commitment in military crisis management, side by side with UN peacekeepers. The UN in turn speaks of multilateralism to call for the EU’s loyalty and partnership. Both organisations build their partnership on the common normative ground of multilateralism. The paper questions these rhetorical denominations critically. It goes beyond the political declarations to analyse the degree and quality of “effective multilateralism” in reality in and with international organisations, using the example of UN-EU-relations in military crisis management. The theoretical approach of multilateralism serves as the starting point of the analysis and theoretical basis of the paper (Chapter 1). The special EU-touch in “effective multilateralism” in comparison to the “UN-touch” is subject of Chapter 2. This analysis is necessary due to the meanwhile inflationary use of the term “effective multilateralism” in almost every CSFP context. Are the institutional steps to a partnership in crisis management as well as the operational collaboration in DR Congo (2003/2006/2009) and Chad/CAR (2008/2009) in line with “multilateralism”? is the question that is answered in the paper (Chapter 3).
KW  - Friedenssicherung
KW  - Europäische Sicherheits- und Verteidigungspolitik
KW  - Multilateralismus
KW  - Krisenmanagement
KW  - inter-organisationale Beziehungen
KW  - GSVP
KW  - UN-Friedenssicherung
KW  - inter-organisational relations
KW  - CSDP
KW  - UN-peacekeeping
KW  - multilateralism
KW  - crisis management
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-65565
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fuamenya, Ndemazeh Arnold
T1  - Quantitative analysis of subharmonic and noise phenomena in vocalizations of young infants: Comparing infants with and without orofacial clefts
T1  - Quantitative Analyse von subharmonischen und Geräuschphänomenen in Vokalisationen junger Säuglinge: Vergleich von Säuglingen mit und ohne orofaziale Spaltbildungen
N2  - The delicate anatomical structures involved in infant cry production require intricate neurophysiological control especially in premature infants or those with a reduced respiratory or laryngeal function. Certain features like phonatory noise or subharmonics can be observed in infant cries using spectrograms. These features have a certain indicative valence for characterising the maturation stage of vocal control or its performance. One possible cause of deviation in neurophysiological coordination during voice production is disturbed CNS mechanisms, finally the consequences of orofacial clefts. Another is the influence of a familiar disposition for speech development disorders. The present paper studied the latter two relationships. For the evaluation and interpretation of a noise index (= average value of the noise portion within a cry) in infant’s pre-speech utterances, we analysed 1423 voice-signals emitted during the first 15 weeks of life by 10 orofacial cleft infants (5 females and 5 males), comparing these with a control group. The control group B of healthy infants was subdivided into B1 (FH- infants with a negative family history of speech developmental disorders) and B2 (FH+ infants with a positive family history of speech developmental disorders). Infants born with orofacial clefts are substantially exposed to severe difficulties for speech and language acquisition. Coupled with a premature muscle network, cleft infants are deprived in various ways (vocal nasality, limited consonant repertetoire, backward articulation etc) and their coordination of respiration, phonation and articulation is limited from a very early age. From birth until about 2 months of age, an infant's cry is characterised by a tuning phase between respiration and phonation. After training the production of more complex cry melodies with different rhythms, infants begin at 3 - 4 months of age (Wermke et al., 2005) to tune their phonation and articulation. Successfully absolving these stages of development is presumably a prerequisite for later acquisition of inconspicuous speech and language competence. The development of articulation is based on the tuning of melodies produced in the larynx and resonant frequencies from the vocal tract (Kempf, 2008). For an objective evaluation of pre-speech development in healthy and sick infants, this study produced comparable data on the appearance of selected parameters in age-appropriate control groups. In order to examine the connection between these selected cry properties and the physiological condition in infants, we made comparisons to 2623 voice-signals from 10 FH+ infants and 3002 voice-signals from 10 FH- infants (all without orofacial clefts and age-appropriates). For interpretations of future results, we also analysed 2684 voice-signals from 4 infants in the control group B1 (FH-) taken at closer time intervals until the 20th week of life. This study showed that the appearance of noise-like elements (NI) in the vocalizations of orofacial cleft infants and FH+ infants were identical during the first 15 weeks of life. Also, we could show that in both these groups (A and B2) there was a delayed development in the average signal length (phonation time). Although cleft infants and FH+ infants differ from each other physiologically, our results may propose a common neurophysiological retardation. Comparing prosodic elements in cries from FH+ and FH- infants showed differences (Blohm, 2007; Denner, 2007). Therefore, future research could apply this knowledge to a larger sample of infants in order to establish a better therapy concept, thus preventing late interventions. Infants from our control group B1 (FH-) met our expectations because when they got older, a development in their pre-speech capability was noticed. Our results support the hypothesis that in cry research, physiological differences (orofacial clefts or a family history for speech development disorders) in infants may encourage the appearance of noise-like elements in their vocalisations. However we believe that a period of training enables the infants to reduce their mean NI. The production of more complex melodies with age was better managed by the FH- infants and they also produced longer cries. To avoid a developmental retardation in speech and learning capabilities, it may be necessary in future to make more compact studies considering many other parameters and making comparisons with age-appropriates. Further studies also have to correlate these findings while investigating the consequences of these maturation processes on sound production. Despite physiological differences in the three groups of infants, the noise index (NI) as applied in this study can be used as an objective parameter for daily clinical diagnosis during the first four months of life.
N2  - Säuglinge mit einer orofazialen Spaltbildung sind bezüglich vieler Aspekte in ihrer sprachlichen Entwicklung benachteiligt (hypernasale Resonanz, eingeschränktes Konsonantenrepertoire, Rückverlagerung der Artikulation usw.) sowie bei der Koordination von Respiration, Phonation und Artikulation vor der chirurgische Behandlung. Ab Geburt bis zum Alter von 2 Monaten sind Säuglingslaute durch ausgeprägte Frequenzmodulationen charakterisiert, die auf einer Abstimmung von Respiration und Phonation beruhen. Nachdem Säuglinge in den ersten Wochen die Produktion komplexer Schrei-Melodien mit unterschiedlichen Rhythmen geübt haben, beginnen sie im Alter zwischen 3 - 4 Monaten die Phonation und die Artikulation fein abzustimmen (Wermke et al., 2005). Das erfolgreiche Absolvieren dieser Entwicklungsstadien ist möglicherweise eine Voraussetzung für einen späteren unauffälligen Sprech- und Spracherwerb. Die Artikulation beginnt sowohl mit einen intentionalen Tuning der Melodien, die laryngeal erzeugt werden, als auch mit der Bildung von Resonanzfrequenzen des Vokaltraktes (Kempf, 2008). Diese Entwicklungsprozesse sind bei Säuglingen mit orofazialen Spaltbildungen gestört. Die erhöhte nasale Impedanz führt durch einen rückgekoppelten Regelkreis zu einem Anstieg des subglottischen Druckes (Hauschildt, 2006). Die winzigen Stimmlippen der jungen Säuglinge sind diesem Druck nicht ausreichend gewachsen, so dass es regelmäßig zu phonatorischen Rauschphänomenen in deren erzeugten Lauten kommt. Dies verhindert das "Trainieren" melodisch-rhythmischer Elemente als Vorstufe für die spätere muttersprachliche Prosodie. Für eine objektive Auswertung solcher Phänomene in den vorsprachigen Entwicklungen wurden in dieser Studie das Auftreten und der Grad ihrer Ausprägung anhand ausgesuchter Parameter bei Säuglingen mit orofazialen Spalten (Gruppe A)) und bei solchen in einer altersähnlichen Kontrollgruppe (B) untersucht. Die Kontrollgruppe B bestand aus gesunden Säuglingen ohne (FH- oder B1) bzw. mit (FH+ oder B2) einem familiären Risiko für eine spezifische Spracherwerbsstörung. Letztere wurden einbezogen, da Säuglinge mit orofazialen Spalten (A) und Säuglinge mit einer familiären Disposition für Spracherwerbsstörungen (FH+) ähnlichen Abweichungen in der neurophysiologische Koordination der Lautproduktion aufweisen (Denner, 2007). In der Kontrollgruppe wurden 2623 einzelne Laute von 10 FH+ Kindern und 3002 Laute von 10 FH- Kindern miteinander verglichen. Um Entwicklungstrends besser beurteilen zu können, wurden in dichteren Intervallen (wöchentlich statt monatlich) 2686 Laute aus der Gruppe B1 (FH-) bis zur 20 Lebenswoche analysiert. Diese Studie konnte zeigen, dass während der ersten 15 Lebenswochen sehr identische, geräuschähnliche Phänomene (RI) in der Vokalisation von Spaltkindern und FH+ Kindern auftreten. Außerdem konnte gezeigt werden, dass in diesen beiden Gruppen eine verzögerte Entwicklung der durchschnittlichen Signallänge (Phonationszeit) einzelner Laute auftrat. Trotz allen physiologischen Unterschieden zwischen den Spaltkindern und den FH+ Kindern deuten unsere Ergebnisse auf eine gemeinsame neurophysiologische Entwicklungsverzögerung hin. Ein Vergleich prosodischer Elemente in der Vokalisationen von älteren FH+ und FH- Kindern ergab auch Unterschiede (Blohm, 2007; Denner, 2007). Die vorliegende Studie bestätigt dies und die Erkenntnisse könnten zukünftig verwendet werden um geeignete Therapieverfahren zu entwickeln. Säuglinge aus der Kontrollegruppe B1 (FH-) bestätigen die gestellten Hypothesen, da mit zunehmendem Alter eine signifikante Reduktion von Rauschphänomenen beobachtet wurde. Keine andere Studie hat bis heute eine vergleichbare objektive und detaillierte Analyse der Rauschelemente in Säuglingslauten durchgeführt. Die Ergebnisse bestätigen die Hypothese, dass neurophysiologische Besonderheiten, die auf eine orofaziale Spalte oder eine familiäre Disposition für eine Spracherwerbsstörung zurückzufuhren sind, das Auftreten von rauschähnlichen Elementen in der Vokalisation von Säuglingen beeinflussen könnten. Ganz offenbar gehört eine 'Trainingphase' dazu, um den mittlere RI zu reduzieren. Komplexere Melodien konnten mit zunehmendem Alter von den FH- Kindern besser beherrscht werden, da sie wohl auch längere Schreie koordinierter erzeugten. Die Arbeit bestätigt auch, dass der Rauschindex (RI), wie er in dieser Studie angewandt wurde, geeignet ist, um bei der klinischen Betreuung von orofazialen Spaltkindern, insbesondere während der ersten vier Lebensmonate, als Entwicklungsstandindikator dienen kann. Um einem Entwicklungsrückstand in der Spracherwerbsfähigkeit gefährdeter Säuglinge zu belegen, wird es in Zukunft nötig sein, umfassendere Studien durchzuführen, wobei weitere akustische Parameter berücksichtigt werden sollten.
KW  - orofacial clefts
KW  - subharmonische
KW  - rauschphänomenen
KW  - orofaziale spaltkinder
KW  - rausch index
KW  - subharmonics
KW  - noise phenomena
KW  - cleft infants
KW  - noise index
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-65717
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pfister, Johannes
T1  - On the correlation between the electronic structure and transport properties of [2.2]paracyclophanes and other aromatic systems
T1  - Über die Korrelation zwischen der elektronischen Struktur und den Transporteigenschaften von [2.2]Paracyclophan und anderen aromatischen Systemen
N2  - Die vorliegende Arbeit präsentiert theoretische Untersuchungen zu Energie- und Ladungs-Transporteigenschaften in organischen Kristallen. Kapitel 4 behandelt Exzitonentransport in Anthracen bei dem der Fall einer schwachen Kopplung zwischen den π-Systemen vorliegt. Die elektronische Kopplung wird mit dem „monomer transition density“ (MTD) Ansatz berechnet. Aus den Kopplungen und Reorganisationsenergien werden mit der Marcus-Theorie Hüpfraten berechnet. Mit Kenntnis der Kristallstrukturen werden daraus in die experimentell zugänglichen Exzitonendiffusionslängen berechnet, deren isotroper Anteil im Rahmen der Streuung der experimentell zugänglichen Daten reproduziert werden. Auch die Anisotropie der Exzitonendiffusionslängen wird qualitativ und quantitativ im Rahmen der zu erwartenden Messgenauigkeit richtig wiedergegeben. Weiterhin enthält Kapitel 4 Untersuchungen zum Elektronen- und Lochtransport in den zwei verschiedenen Modifikationen (α und β) von Perylen. Reorganisationsenergien sowie Diffusionskonstanten wurden für beide beide Kristallstrukturen und Typen des Ladungstransports berechnet. Den besten Transport stellt dabei Lochtransport in β-Perylen dar, jedoch ist dieser stark isotrop. Die bevorzugte Transportrichtung is entlang der b-Achse der Einheitszelle mit elektronischen Kopplungen von größer als 100 meV. Allerdings gibt es hier keinerlei Lochtransport in Richtung der c-Achse. Die Diffusionskonstante in Richtung der b-Achse ist um zwei Größenordnungen größer als die in c-Richtung (62.7•10-6 m2/s vs. 0.4•10-6 m2/s). Der Ladungstransport wird sowohl für Löcher, als auch für Elektronen in beiden Perylenmodifikationen immer stark anisotrop berechnet. Um diese Resultate zu verifizieren wurden experimentelle Elektronenmobilitäten in α-Perylen mit den Simulationen verglichen. Es stellte sich eine sehr gute Übereinstimmung heraus mit Fehlern von nur maximal 27%. Wie oben gezeigt, ist es möglich Transporteigenschaften in zwischen schwach wechselwirkenden Systemen zu berechnen und zu messen. Allerdings ist es hier schwierig, die Güte der zu Grunde liegenden Kopplungsparameter genau anzugeben. Aus diesem Gunde wurde eine Zusammenarbeit über stark wechselwirkede Systeme zwischen uns sowie den Arbeitskreis von Prof. Ingo Fischer begonnen. Dort wurden [2.2]Paracyclophane und dessen Derivate untersucht um zu zeigen, wie Substitution mit Hydroxylgruppen deren Absorptionseigenschaften beeinflusst. Eine Kombination der SCS-MP2 und SCS-CC2-Methoden liefert hierbei insgesamt die besten Ergebnisse um die geometrischen und elektronischen Strukturen für Grund- und angeregte Zustände dieser Modellsysteme sowie deren Stammmolekülen Benzol und Phenol zu beschreiben. Strukturell weist nur [2.2]Paracyclophan im Grundzustand ein Doppelminimumspotenzial bzgl. Verschiebung und Verdrillung der Benzol/Phenol-einheiten untereinander auf. Alle anderen Systeme sind aufgrund ihrer Substitution weniger flexibel. Fast alle untersuchten [2.2]Paracyclophane zeigen nur geringe Strukturänderungen bei der Anregung in den S1 Zustand: Der Abstand zwischen den Ringen wird kürzer, aber qualitativ behalten sie ihre Verdrillung und Verschiebung bei, wenn auch das Ausmaß dieser Verzerrungen reduziert wird. Die Ausnahme hierbei ist p-DHPC, welches von einer verschoben Struktur im Grundzustand in eine verdrillte Struktur im angeregten Zustand übergeht. Dies hat zur Konsequenz, dass die Intensität des 0-0-Übergangs aufgrund der Franck-Condon Faktoren für p-DHPC experimentell nicht mehr beobachtet werden kann und von Verunreinigungen durch o-DHPC überdeckt wird. Die Strukturen der Paracyclophane und deren Änderung durch elektronische Übergänge werden in dieser Arbeit durch elektrostatische Potenziale sowie den antibindenen (bindenden) HOMO (LUMO) Orbitalen erklärt. Adiabatische Anregungsenergien wurden mit Nullpunktsschwingungsenergien korrigiert und liefern Genauigkeiten deren Fehler weniger als 0,1 eV beträgt. Hierbei ist zu beachten, dass eine Korrektur auf B3LYP Niveau die Ergebnisse verschlechtert und man die Berechnung der Schwingungsfrequenzen auf SCS-CC2 durchführen muss um diese Genauigkeit zu erhalten. Aufgrund dieser Rechnungen wurde eine Interpretation der experimentellen [1+1]REMPI Spektren möglich. Bandenprogressionen für die Schwingungen der Verschiebung, der Verdrillung und einer Atmung im [2.2]Paracyclophanskelett wurden identifiziert und zeigen gute Übereinstimmung zum Experiment. Diese Arbeiten zeigen, dass das Substitutionsschema von [2.2]Paracyclophanen eine erhebliche Auswirkung auf die spektroskopischen Eigenschaften haben kann. Da diese Eigenschaften direkt mit den Transporteigenschaften dieser Materialien verbunden ist, kann das hier gewonnene Verständnis der spektroskopischen Eigenschaften genutzt werden, um Materialien mit maßgeschneiderten Transporteigenschaften zu designen. Es konnte gezeigt werden, dass die SCS-CC2-Methode sehr gut geeignet ist, die zu Grunde liegende Wechselwirkung zwischen den π-Systemen vorherzusagen.
N2  - The present work presents investigations on energy and charge transport properties in organic crystals. Chapter 4 treats exciton transport in anthracene, which is an example for weakly coupled π-systems. The electronic coupling parameter is evaluated by the monomer transition density approach. With these and the reorganization energy hopping rates are calculated in the framework of the Marcus theory. Together with the knowledge of the crystal structure, these allow us to calculate the experimental accessible exciton diffusion lengths, whose isotropic part fits nicely within the scattering of experimental values found in the literature. Furthermore, the anisotropy of the exciton diffusion lengths is reproduced qualitatively and quantitatively correct. This chapter also contains studies about electron and hole transport in both polymorphs (α and β) of perylene. Reorganization energies as well as diffusion coefficients for both crystal structures and types of charge transport were calculated. The best transport is hole transport in β-perylene, but it is strongly isotropic. The preferred transport direction is along the b-axis of the unit cell with couplings of greater than 100 meV. However, there is no transport along the c-axis. The diffusion constant in b-direction is bigger by two orders of magnitude than in c-direction (62.7•10-6 m2/s vs. 0.4•10-6 m2/s). Charge transport is calculated to be strongly anisotropic for holes as well as electrons in both modifications. To verify these results experimental electron mobilities have been compared to the simulations. Good agreement was found with errors of less than 27%. As it was shown above, the calculation and measurement of transport properties between weakly coupled systems is possible. However, it is difficult to exactly determine the quality of the electronic coupling. For this reason a collaboration about strongly interacting π-systems was started between us and the research group of Prof. Ingo Fischer. There, [2.2]paracyclophanes and its derivates were investigated to show how hydroxyl substitution influences absorption properties. Overall, a combination of SCS-MP2 and SCS-CC2 performs best to address the description of geometric and electronic structures for both ground and excited states of these model systems as well as their parent compounds benzene and phenol. Only [2.2]paracyclophane shows a double minimum potential regarding a twist and shift motion between the benzene/phenol subunits towards each other. All other systems are less flexible due to their substitution pattern. Almost all [2.2]paracyclophanes display minor changes in their geometric structure upon excitation to the S1 state: The inter-ring distance shortens, but qualitatively they keep their shift and twist characteristics, although the extent of these deformations diminishes. The exception is p-DHPC, which turns from a shifted ground state structure into a twisted excited state structure. Consequently, the intensity of the 0-0 transition cannot be observed experimentally due to small Franck-Condon factors and impurities of o-DHPC. In the present thesis, the structures and their changes due to excitation are explained by electrostatic potentials as well as antibonding (bonding) HOMO (LUMO) orbitals. Adiabatic excitation energies have been corrected by ZPEs and result in accuracies with errors smaller than 0.1 eV. Note that corrections on the B3LYP level worsen the results and one has to apply SCS-CC2 to achieve this accuracy. These calculations allow an interpretation of the experimental [1+1]REMPI spectra. Band progressions of the twist, shift and breathing of the [2.2]paracyclophane skeleton vibrations have been identified and show good agreement to the experiment. This work shows that the substitution pattern in [2.2]paracyclophanes can have a significant impact on spectroscopic properties. Because these properties are directly linked to the transport properties of these materials, the hereby gained insight can be used to design materials with customized transport properties. It was shown that the SCS-CC2 method is very appropriate to predict the interaction between the π-systems
KW  - Ladungstransport
KW  - Exziton
KW  - Paracyclophane
KW  - Exzitonentransport
KW  - schwach gekoppelte Regime
KW  - Anthracen
KW  - Theoretische Chemie
KW  - REMPI
KW  - Coupled Cluster
KW  - MP-Störungstheorie
KW  - PI-System
KW  - exciton transport
KW  - weak coupling regime
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-65362
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TY  - THES
A1  - Buchholzer, Hannes
T1  - The Semismooth Newton Method for the Solution of Reactive Transport Problems Including Mineral Precipitation-Dissolution Reactions
T1  - Das Semismooth-Newtonverfahren für die Lösung von reaktiven Transportproblemen einschließlich Auflösungs-Fällungs-Reaktionen mit Mineralien
N2  - In dieser Arbeit befassen wir uns mit einem reaktiven Transportmodell mit Niederschlags-Auflösung Reaktionen das aus den Geowissenschaften stammt. Es besteht aus PDGs, gewöhnlichen Differentialgleichungen, algebraischen Gleichungen und Komplementaritätsbedingungen. Nach Diskretisation dieses Modells erhalten wir eine großes nichtlineares und nichtglattes Gleichungssystem. Wir lösen dieses System mit der semismoothen Newtonverfahren, das von Qi und Sun eingeführt wurde. Der Fokus dieser Arbeit ist in der Anwendung und Konvergenz dieses Algorithmus. Wir zeigen, dass dieser Algorithmus für dieses Problem wohldefiniert ist und sogar lokal quadratisch konvergiert gegen eine BD-reguläre Lösung. Wir befassen uns auch mit den dabei entstehenden linearen Gleichungssystemen, die sehr groß und dünn besetzt sind, und wie sie effizient gelöst werden können. Ein wichtiger Bestandteil dieser Untersuchung ist die Beschränktheit einer gewissen matrixwertigen Funktion, die in einem eigenen Kapitel gezeigt wird. Als Seitenbetrachtung untersuchen wir wie die extremalen Eigenwerte (und Singulärwerte) von gewissen PDE-Operatoren, welche in unserem diskretisierten Modell vorkommen, genau abgeschätzt werden können.
N2  - In this thesis we consider a reactive transport model with precipitation dissolution reactions from the geosciences. It consists of PDEs, ODEs, algebraic equations (AEs) and complementary conditions (CCs). After discretization of this model we get a huge nonlinear and nonsmooth equation system. We tackle this system with the semismooth Newton method introduced by Qi and Sun. The focus of this thesis is on the application and convergence of this algorithm. We proof that this algorithm is well defined for this problem and local even quadratic convergent for a BD-regular solution. We also deal with the arising linear equation systems, which are large and sparse, and how they can be solved efficiently. An integral part of this investigation is the boundedness of a certain matrix-valued function, which is shown in a separate chapter. As a side quest we study how extremal eigenvalues (and singular values) of certain PDE-operators, which are involved in our discretized model, can be estimated accurately.
KW  - Komplementaritätsproblem
KW  - Newton-Verfahren
KW  - System von partiellen Differentialgleichungen
KW  - Angewandte Geowissenschaften
KW  - semismooth
KW  - nichtglatt
KW  - semismooth Newton method
KW  - complementary problems
KW  - PDE
KW  - large-scale
KW  - Carbon dioxide capture
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-65342
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kräußling, Michael
T1  - Analysis on division patterns and transcriptional activity in embryos from medaka "Oryzias latipes" before the midblastula transition
T1  - Analysen zu Teilungsmustern und transkriptioneller Aktivität in Embryonen von Medaka "Oryzias latipes" vor der Midblastula-Transition
N2  - Das Studium der Entwicklung von Tieren ist eine der ältesten Disziplinen in der Biologie. Die gesammelten Daten von unzähligen Untersuchungen an den verschiedensten Spezies wurden dazu benutzt, um ein generelles Verständnis des tierischen Lebenszykluses zu formulieren. Ein wichtiges Ergebnis der intensiven Untersuchungen war vor etwa einem Jahrhundert die Entdeckung spezifischer morphologischer Veränderungen, die sich während der Teilungsphase, der Zeitperiode die der Befruchtung und Aktivierung des Eies am Anfang der Embryogenese folgt, vollziehen. Diese Befunde führten schlussendlich zur Formulierung des Konzepts einer „Mid-Blastula Transition“ (MBT). Bisher gibt es nur eine Theorie die die Regulierung der MBT in befriedigender Weise erklärt. Dies ist das Model des Kern/Plasma-Verhältnis, welches sich aus dem Verhältnis DNA-Menge zu Zytoplasmavolumen ableitet. Es erklärt die MBT-Aktivierung durch bisher unbekannte, maternal deponierte Faktoren im Ei, welche die MBT Aktivierung kontrollieren, deren Konzentration allerdings mit jeder Zellteilung verdünnt wird, bis sie schließlich ihre blockierende Funktion verloren haben. Zwar wurde die Existenz dieses Mechanismuses schon in zahlreichen Spezies experimentell bewiesen, allerdings bleibt er nur eine ungenaue Beschreibung der ablaufenden Prozesse und lässt weiterhin viele Fragen unbeantwortet. Vor diesem Hintergrund hat diese Arbeit gezeigt, dass die Zellzyklen in Embryonen von Medaka (Oryzias latipes) ihre Synchronität schon nach dem vierten oder fünften Teilung verlieren, und diese durch ein Teilungsmuster ersetzt wird, das als „metasynchron“ bezeichnet wird. In diesem Teilungsmuster verlaufen die Zellteilungen in Wellen, die im Zentrum des Embryos beginnen und sich von dort nach außen hin radial ausbreiten. Noch ist der Sinn einer auf diese Art verlaufenden Zellteilung unbekannt, auch wenn es verschiedene Theorien gibt die versuchen den zugrunde liegenden Mechanismus zu erklären. Allen voran steht die Theorie eines unterschiedlichen Zugangs zu Faktoren innerhalb des Dotters. Allerdings wird diese Theorie durch die Beobachtungen in verformten Embryonen wiederlegt, in denen sich die Teilungswellen von einer Seite des Embryos zur gegenüberliegenden Seite ausgebreitet haben. Somit bleibt der Mechanismus für diese Art der Zellteilung weiterhin unklar. Nicht zu vergessen ist, dass diese deformierten Embryonen eine der möglichen Konsequenzen asymmetrischer Furchung während einer frühen Zellteilung sind. Asymmetrische Teilungen treten in Medaka in einer erheblichen Anzahl von Embryonen auf und haben einen direkten Einfluss auf die gleichmäßige Verteilung des Zytoplasma. Leider war es nicht möglich die Auswirkungen einer solchen ungleichmäßigen Verteilung aufzudecken, auch wenn man davon ausgehen kann, dass ein ausreichend großes Ungleichgewicht zu unterschiedlichen Zeitpunkten der MBT-Aktivierung in verschiedenen Zellgruppen führen müsste. Ähnliche Beobachtungen wurden bereits in anderen Spezies gemacht, und es wurde vermutet, dass diese in ungleichmäßigen Zellteilungen begründet lagen. Weiterhin wurde bewiesen, dass die zygotische Transkription schon wesentlich vor dem bisher angenommenen frühesten Zeitpunkt aktiv ist. Darüber hinaus wurden Hinweise gefunden, die darauf hindeuten, dass die Transkription in Embryonen von Medaka in zwei Schritten einsetzt. Der erste Zeitpunkt ist das 16-Zellen-Stadium, in dem die ersten Zellen identifiziert wurden, die Phosphorylierung für RNAPII zeigten, und der zweite das64-Zellen Stadium, in dem der Anteil an p-RNAPII positiven Zellen signifikant anstieg. Ein schrittweiser Anstieg der Transkription wurde bereits in anderen Spezies beobachtet, auch wenn in diesen Fällen nur eine Erhöhung der mRNA-Menge festgestellt wurde, und nicht die unterschiedliche Anzahl an transkriptionell aktiven Zellen untersucht wurde.Zusammenfassend bestätigen und erweitern die hier gezeigten Daten die grundliegenden Kenntnisse über die Prozesse vor und währen der MBT, liefern darüber hinaus aber auch Anzeichen für viele Prozesse vor und während der MBT, die nur wenig oder gar nicht verstanden sind.
N2  - The study of animal development is one of the oldest disciplines in the field of biology and the collected data from countless investigations on numerous species have formed a general understanding of the animal life-cycle. Almost one century ago, one consequence of these intense investigations was the discovery of specific morphological changes that occur during the cleavage phase, a period that follows fertilization and egg activation at the very beginning of animal embryogenesis. These observations resulted into the formulation of the concept of a midblastula transition (MBT). So far, the mechanism of the nucleo-cytoplasmic ratio model is the only one that explains MBT regulation in a satisfying way. It suggests that the MBT is controlled by several maternal repressive factors in the egg, which are titrated out by every cell division until they lose their repressing potential. Although this regulatory mechanism was proven for several species and in different approaches, it is still only a rudimentary model for MBT control and leaves numerous questions unanswered. On this conceptual background, this thesis has shown that embryos from the medaka fish (Oryzias latipes) lose their cell cycle synchrony already after the fourth or fifth round of cell divisions, and replace it by a metasynchronous divisions pattern, in which cell division occurs in clear waves beginning in the embryo's center. The reason for this change in division mode is still unknown, although several hypotheses were put forward, most notable a difference in yolk-access between cells. However, this theory was weakened by division waves that progressed from one embryonic pole to the opposing one, which were occasionally observed in deformed embryos, leaving the mechanism for this phenomenon furthermore unclear. Those deformed embryos were most likely the result of asymmetric cell divisions at very early stages, a phenomenon which occurred in a significant percentage of medaka embryos and which directly influenced the equal distribution of cytoplasmic material. It could not beuncovered what kind of effects this unequal distribution of cytoplasm exerted on the progression of embryonic development, but it can be argued that relevant differences in cell volumes could result in cell clusters that will enter MBT at different time points. Comparable observations were already made in other species and it was hypothesized that they were the direct results of early unequal cell cleavages. Finally, it was demonstrated that zygotic transcription in medaka embryos is activated prior to the hitherto assumed time of the first transcriptional initiation. Moreover, indications were found that strongly speak for a transcriptional activation that occurs in two steps; a first step at the 16-cell stage when first cells were identified positive for RNAPII phosphorylation, and a second step at the 64-cell stage, when the number of p-RNAPII positive cells significantly increased. A stepwise activation of zygotic transcription was already observed in other species, but only for the overall increasing amount of mRNAs and irrespective of the actual number of transcriptionally active cells within the embryos. .. Overall, these data confirm and expand the basic knowledge of pre-MBT embryos and about the MBT itself. Furthermore, they also suggest that many early processes in pre-MBT embryos are only rudimentarily understood or still totally unknown.
KW  - Japankärpfling
KW  - Genregulation
KW  - Transkription <Genetik>
KW  - Furchungsteilung
KW  - Zellvolumen
KW  - Zygote
KW  - Midblastula-transition MBT MZT
KW  - Midblastula-transition MBT MZT
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66911
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Nassourou, Mohamadou
T1  - Using Machine Learning Algorithms for Categorizing Quranic Chaptersby Major Phases of Prophet Mohammad’s Messengership
N2  - This paper discusses the categorization of Quranic chapters by major phases of Prophet Mohammad’s messengership using machine learning algorithms. First, the chapters were categorized by places of revelation using Support Vector Machine and naïve Bayesian classifiers separately, and their results were compared to each other, as well as to the existing traditional Islamic and western orientalists classifications. The chapters were categorized into Meccan (revealed in Mecca) and Medinan (revealed in Medina). After that, chapters of each category were clustered using a kind of fuzzy-single linkage clustering approach, in order to correspond to the major phases of Prophet Mohammad’s life. The major phases of the Prophet’s life were manually derived from the Quranic text, as well as from the secondary Islamic literature e.g hadiths, exegesis. Previous studies on computing the places of revelation of Quranic chapters relied heavily on features extracted from existing background knowledge of the chapters. For instance, it is known that Meccan chapters contain mostly verses about faith and related problems, while Medinan ones encompass verses dealing with social issues, battles…etc. These features are by themselves insufficient as a basis for assigning the chapters to their respective places of revelation. In fact, there are exceptions, since some chapters do contain both Meccan and Medinan features. In this study, features of each category were automatically created from very few chapters, whose places of revelation have been determined through identification of historical facts and events such as battles, migration to Medina…etc. Chapters having unanimously agreed places of revelation were used as the initial training set, while the remaining chapters formed the testing set. The classification process was made recursive by regularly augmenting the training set with correctly classified chapters, in order to classify the whole testing set. Each chapter was preprocessed by removing unimportant words, stemming, and representation with vector space model. The result of this study shows that, the two classifiers have produced useable results, with an outperformance of the support vector machine classifier. This study indicates that, the proposed methodology yields encouraging results for arranging Quranic chapters by phases of Prophet Mohammad’s messengership.
KW  - Koran
KW  - Maschinelles Lernen
KW  - Text categorization
KW  - Clustering
KW  - Support Vector Machine
KW  - Naïve Bayesian
KW  - Place of revelation
KW  - Stages of Prophet Mohammad’s messengership
KW  - Quran
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66862
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mishra, Dushyant
T1  - The content of olfactory memory in larval Drosophila
T1  - Olfaktorisches Gedächtnis in der Drosophila Larve
N2  - An animal depends heavily on its sense of smell and its ability to form olfactory associations as this is crucial for its survival. This thesis studies in two parts about such associative olfactory learning in larval Drosophila. The first part deals with different aspects of odour processing while the second part is concerned with aspects related to memory and learning. Chapter I.1 highlights how odour intensities could be integrated into the olfactory percept of larval Drosophila. I first describe the dose-effect curves of learnability across odour intensities for different odours and then choose odour intensities from these curves such that larvae are trained at intermediate odour intensity, but are tested for retention with either that trained intermediate odour intensity, or with respectively HIGHer or LOWer intensities. I observe a specificity of retention for the trained intensity for all the odours used. Further I compare these findings with the case of adult Drosophila and propose a circuit level model of how such intensity coding comes about. Such intensity specificity of learning adds to appreciate the richness in 'content' of olfactory memory traces, and to define the demands on computational models of olfaction and olfactory learning. Chapter I.2 provides a behaviour-based estimate of odour similarity using four different types of experiments to yield a combined, task-independent estimate of perceived difference between odour-pairs. Further comparison of these perceived differences to published measures of physico- chemical difference reveals a weak correlation. Notable exceptions to this correlation are 3-octanol and benzaldehyde. Chapter I.3 shows for two odours (3-octanol and 1-octene-3-ol) that perceptual differences between these odours can either be ignored after non-discriminative training (generalization), or accentuated by odour-specific reinforcement (discrimination). Anosmic Or83b1 mutants have lost these faculties, indicating that this adaptive adjustment is taking place downstream of Or83b expressing sensory neurons. Chapter II.1 of this thesis deals with food supplementation with dried roots of Rhodiola rosea. This dose-dependently improves odour- reward associative function in larval Drosophila. Supplementing fly food with commercially available tablets or extracts, however, does not have a 'cognitive enhancing' effect, potentially enabling us to differentiate between the effective substances in the root versus these preparations. Thus Drosophila as a genetically tractable study case should now allow accelerated analyses of the molecular mechanism(s) that underlie this 'cognitive enhancement' conveyed by Rhodiola rosea. Chapter II.2 describes the role of Synapsin, an evolutionarily conserved presynaptic phosphoprotein using a combined behavioural and genetic approach and asks where and how, this protein affects functions in associative plasticity of larval Drosophila. This study shows that a Synapsin-dependent memory trace can be pinpointed to the mushroom bodies, a 'cortical' brain region of the insects. On the molecular level, data in this study assign Synapsin as a behaviourally- relevant effector of the AC-cAMP-PKA cascade.
N2  - Das Überleben von Tieren ist in hohem Maße abhängig von ihrer Fähigkeit zu riechen und olfaktorische Gedächtnisse zu bilden. Meine Arbeit besteht aus zwei Abschnitten, in denen ich solche Prozesse anhand von Drosophila Larven untersuche. Im ersten Abschnitt beschreibe ich verschiedene Aspekte der Geruchsprozessierung, der zweite Abschnitt betrifft Gedächtnis- und Lernprozesse. Kapitel I.1 handelt davon, wie Geruchsintensitäten in die olfaktorische Wahrnehmung von Drosophila-Larven integriert sein könnten. Zuerst beschreibe ich die Lernbarkeit verschiedener Duftstoffe abhängig von ihren Intensitäten. Anhand dieser Dosis-Wirkungs-Kurven wähle ich dann eine niedrige, eine mittlere, und eine hohe Duft-Intensität. Ich trainiere Larven mit der mittleren Duft-Intensität und teste sie entweder mit dieser mittleren Intensität, oder mit der höheren, oder mit der niedrigen Duft-Intensität. Ich beobachte, dass der Gedächtnisabruf mit der trainierten Intensität für alle verwendeten Duftstoffe am besten ist. Außerdem vergleiche ich diese Ergebnisse mit denen von adulten Fruchtfliegen und schlage ein Schaltkreis-Modell vor, das erklärt, wie eine solche Kodierung der Intensität zustande kommen kann. Eine solche Spezifität für Intensitäten beim Lernen erweitert die bisher bekannte Fülle des ‚Inhalts’ von olfaktorischen Gedächtnisspuren und die Anforderungen an Computermodelle über Riechen und Geruchslernen. In Kapitel I.2 untersuche ich Ähnlichkeitsbeziehungen zwischen Duftpaaren anhand der Wahrnehmung von Larven. Ich verwende dazu vier verschiedene Typen von Lernexperimenten. Durch Kombination der Ergebnisse dieser vier Experimente erhalte ich eine aufgabenunabhängige Abschätzung der vom Tier wahrgenommenen Ähnlichkeiten zwischen Paaren von Duftstoffen. Ein Vergleich dieser wahrgenommenen Ähnlichkeiten mit veröffentlichten Messungen von physikalischen und chemischen Ähnlichkeiten ergibt eine schwache Korrelation. Eine erwähnenswerte Ausnahme zu dieser Korrelation ist das Duftpaar 3-Octanol und Benzaldehyd. Kapitel I.3 zeigt für zwei Duftstoffe (3-Octanol und 1-Octen-3-ol), dass die wahrgenommene Ähnlichkeit zwischen diesen beiden Duftstoffen abhängig ist von der Art des Trainings. Wenn die Tiere nicht-diskriminativ trainiert werden, werden die Düfte vom Tier generalisiert, während diskriminatives Training die wahrgenommene Unterschiede zwischen den Düften erhöht. Anosmische Or83b1-Mutanten haben diese Fähigkeiten verloren, was darauf hindeutet, das diese adaptive Anpassung in Nervenzellen stattfindet, die den Or83b-exprimierenden sensorischen Neuronen nachgeschaltet sind. In Kapitel II.1 untersuche ich die Auswirkung von Zugabe getrockneter Wurzeln der Pflanze Rhodiola rosea zum Fliegenfutter. Ich finde heraus, dass Rhodiola rosea dosisabhängig die olfaktorische Konditionierung von Drosophila-Larven verbessert. Die Zugabe von kommerziell verfügbaren Tabletten oder Extrakten zum Fliegenfutter hat keinen positiven Effekt auf solche „kognitiven“ Fähigkeiten, was uns möglicherweise erlaubt, zwischen den effektiven Substanzen der Wurzel und diesen Präparaten zu differenzieren. Drosophila als genetisch manipulierbarer Modellorganismus sollte uns nun weiterführende Analysen der molekularen Mechanismen erlauben, die dieser „kognitiven Verbesserung“ durch Rhodiola rosea zugrunde liegen. Kapitel II.2 beschreibe ich die Funktion von Synapsin, einem evolutionär konservierten präsynaptischen Phosphoprotein. Ich verwende dazu einen kombinierten verhaltensbasierten und genetischen Ansatz. Untersucht wird, wo und wie dieses Protein assoziative Plastizität im Gehirn von Drosophila-Larven beeinflusst. Diese Studie zeigt, dass eine Synapsin-abhängige Gedächtnisspur im Pilzkörper, einer „kortikalen“ Gehirnregion der Insekten, lokalisiert werden kann. Auf der molekularen Ebene zeigen die Ergebnisse dieser Studie Synapsin als einen im Verhalten wichtigen Effektor der AC-cAMP-Kaskade. * Many thanks to M. Schlayer, T. Niewalda and T. Saumweber for their help in this translation.
KW  - Drosophila
KW  - Insektenlarve
KW  - Geruchssinn
KW  - Lernen
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - Olfaktion
KW  - Neurogenetik
KW  - Speicher
KW  - Neurogenetics
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - Olfaction
KW  - Learning
KW  - Memory
KW  - Reinforcement
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66316
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TY  - THES
A1  - Tang, Jian
T1  - Phenomenology of Neutrino Oscillations at the Neutrino Factory
T1  - Phänomenologie von Neutrino Oszillationen an der Neutrinofabrik
N2  - We consider the prospects for a neutrino factory measuring mixing angles, the CP violating phase and mass-squared differences by detecting wrong-charge muons arising from the chain $\mu^+\to\nu_e\to\nu_\mu\to\mu^-$ and the right-charge muons coming from the chain $\mu^+\to\bar{\nu}_\mu\to\bar{\nu}_\mu\to\mu^+$ (similar to $\mu^-$ chains), where $\nu_e\to\nu_\mu$ and $\bar{\nu}_\mu\to\bar{\nu}_\mu$ are neutrino oscillation channels through a long baseline. First, we study physics with near detectors and consider the treatment of systematic errors including cross section errors, flux errors, and background uncertainties. We illustrate for which measurements near detectors are required, discuss how many are needed, and what the role of the flux monitoring is. We demonstrate that near detectors are mandatory for the leading atmospheric parameter measurements if the neutrino factory has only one baseline, whereas systematic errors partially cancel if the neutrino factory complex includes the magic baseline. Second, we perform the baseline and energy optimization of the neutrino factory including the latest simulation results from the magnetized iron neutrino detector (MIND). We also consider the impact of $\tau$ decays, generated by appearance channels $\nu_\mu \rightarrow \nu_\tau$ and $\nu_e \rightarrow \nu_\tau$, on the discovery reaches of the mass orderings, the leptonic CP violation, and the non-zero $\theta_{13}$, which we find to be negligible for the considered detector. Third, we make a comparison of a high energy neutrino factory to a low energy neutrino factory and find that they are just two versions of the same experiment optimized for different regions of the parameter space. In addition, we briefly comment on whether it is useful to build the bi-magic baseline at the low energy neutrino factory. Finally, the effects of one additional massive sterile neutrino are discussed in the context of a combined short and long baseline setup. It is found that near detectors can provide the required sensitivity at the LSND-motivated $\Delta m_{41}^2$-range, while some sensitivity can also be obtained in the region of the atmospheric mass splitting introduced by the sterile neutrino from the long baselines.
N2  - Wir prüfen die Aussichten einer Neutrino Factory die Mischungswinkel, die CP-verletzende Phase und die Differenz der Massenquadrate mittels Detektion von Myonen mit falschem Vorzeichen, die bei $\mu^+\to\nu_e\to\nu_\mu\to\mu^-$ und $\mu^+\to\bar{\nu}_\mu\to\bar{\nu}_\mu\to\mu^+$ (vergleichbar mit $\mu^-$), durch $\nu_e\to\nu_\mu$ und $\bar{\nu}_\mu\to\bar{\nu}_\mu$ als Neutrinooszillationen entstehen, zu messen. Als Erstes untersuchen wir die Physik mit Nahdetektoren und überprüfen die Behandlung systematischer Fehler inklusive der Fehler auf dem Wechselwirkungsquerschnitt und auf dem Neutrinofluss sowie Unsicherheiten des experimentellen Signalhintergrundes. Wir erläutern für welche Messungen Nahdetektoren gebraucht werden, diskutieren wieviele dieser Detektoren benötigt werden und welche Rolle die Überwachung des Neutrinosflusses spielt. Wir demonstrieren, dass Nahdetektoren zwingend für Messungen der atmosphärischen Paramter notwendig sind, falls die Neutrino Factory nur eine sogenannte baseline'' besitzt, wohingegen sich die systematischen Fehler partiell aufheben wenn der Neutrino Factory Komplex die magic baseline'' enthält. Als Zweites führen wir die baseline- und Energieoptimierung für die Neutrino Factory inklusive der neusten Simulationsergebnisse für den Neutrinodetektor aus magnetisiertem Eisen (MIND) durch. Au{\ss}erdem betrachten wir den Einfluss von $\tau$-Zerfällen, die durch $\nu_\mu \to \nu_\tau$ oder $\nu_e \to \nu_\tau$ Übergänge erzeugt werden, auf die Massenhierachie, auf die CP-Verletzung und auf den Entdeckungsbereich von $\theta_{13}$, welchen wir im Falle des betrachteten Detektors für vernachlässigbar befinden. Als Drittes stellen wir einen Vergleich der Hochenergie Neutrino Factory mit der Niederenergie Neutrino Factory an und folgern, dass sie nur zwei Versionen des selben Experimentes sind, das jedoch für unterschiedliche Parameterbereiche optimiert wurde. Zusätzlich kommentieren wir kurz, ob es nützlich wäre die bi-magic baseline'' bei einer Niederenergie Neutrino Factory zu bauen. Schlie{\ss} werden die Effekte zusätzlichen sterilen'' Neutrinos im Kontext eines kombinierten Aufbaus mit kurzer und langer baseline diskutiert. Es zeigt sich, dass Nahdetektoren die benötigte Sensitivität in der LSND-motivierten $\Delta m^2_{41}$-Region liefern, während eine gewisse Sensitivität auch mittels der langen baseline im Bereich der atmosphärischen Massenaufspaltung erreicht werden kann, welche durch das sterile Neutrino induziert wurde.
KW  - Neutrinooszillation
KW  - Neutrino
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66765
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tabares, Paula
T1  - Antimicrobial, anti-protease and immunomodulatory activities of secondary metabolites from Caribbean sponges and their associated bacteria
T1  - Sekundärmetabolite mit antimikrobiellen, Protease-hemmenden und immunmodulatorischen Aktivitäten aus karibischen Schwämmen und assoziierten Bakterien
N2  - Marine sponges and their associated bacteria have been proven to be a rich source of novel secondary metabolites with therapeutic usefulness in infection and autoimmunity. This Ph.D. project aimed to isolate bioactive secondary metabolites from the marine sponges Amphimedon compressa, Aiolochroia crassa and Theonella swinhoei as well as from bacteria associated with different Caribbean sponges, specifically actinomycetes and sphingomonads. In this study, amphitoxin was isolated from the crude methanol extract of the sponge A. compressa and it was found to have antibacterial and anti-parasitic activities. Amphitoxin showed protease inhibitory activity when tested against the mammalian protease cathepsin B and the parasitic proteases rhodesain and falcipain-2. Furthermore, miraziridine A was identified in the dichloromethane extract of the sponge T. swinhoei collected offshore Israel in the Red Sea. Miraziridine A, a natural peptide isolated previously from the marine sponge Theonella aff. mirabilis, is a potent cathepsin B inhibitor with an IC50 value of 1.4 g/mL (2.1 M). Secondary metabolites from sponge-derived bacteria were also isolated and identified. A total of 79 strains belonging to 20 genera of the order Actinomycetales and seven strains belonging to two genera of the order Sphingomonadales were cultivated from 18 different Caribbean sponges and identified by 16S rRNA gene sequencing. Seven of these strains are likely to represent novel species. Crude extracts from selected strains were found to exhibit protease inhibition against cathepsins B and L, rhodesain, and falcipain-2 as well as immunomodulatory activities such as induction of cytokine release by human peripheral blood mononuclear cells. The isolates Sphingobium sp. CO105 and Lapillicoccus sp. BA53 were selected for cultivation, extraction and purification of bioactive metabolites based on initial bioactive screening results. The isoalloxazine isolumichrome was isolated from the strain Sphingobium sp. CO105 which inhibited the protease rhodesain with an IC50 of 0.2 M. The strain Lapillicoccus sp. BA53 was found to produce p-aminosalicylic acid methyl ester, which showed activity against the proteases cathepsins B and L, falcipain-2 and rhodesain. These results highlight the significance of marine sponge-associated bacteria to produce bioactive secondary metabolites with therapeutic potential in the treatment of infectious diseases and disorders of the immune system.
N2  - Marine Schwämme und damit assoziierte Bakterien stellen eine wertvolle Quelle für neuartige Sekundärmetabolite mit therapeutischer Bedeutung für Infektion und Autoimmunität dar. Ziel dieser Doktorarbeit war die Isolierung bioaktiver Sekundärmetabolite aus den marinen Schwämmen Amphimedon compressa, Ailochroia crassa und Theonella swinhoei sowie von Bakterien, die mit verschiedenen karibischen Schwämmen assoziiert sind, wie z. B. Actinomyceten und Sphingomonaden. Amphotoxin wurde in dieser Studie aus dem methanolhaltigen Rohextrakt des Schwammes A. compressa isoliert. Es konnte sowohl eine antibakterielle als auch antiparasitäre Aktivität nachgewiesen werden. Der Einfluss von Amphotoxin auf die humane Protease Cathepsin B und die parasitären Proteasen Rhodesain und Falcipain-2 wurde ebenfalls getestet und es zeigte sich eine inhibitorische Wirkung gegenüber diesen Proteasen. Darüber hinaus wurde aus dem Dichlormethanextrakt des Schwammes T. swinhoei, der aus dem Roten Meer in Israel gewonnen wurde, Miraziridin A isoliert. Dieses natürliche Peptid war bereits aus dem marinen Schwamm Theonella aff. mirabilis isoliert worden. Miraziridin A ist ein starker Cathepsin B Inhibitor, der IC50 Wert beträgt 1.4 mg/mL (2.1 M). Sekundärmetabolite von aus Schwämmen gewonnenen Bakterien wurden ebenfalls isoliert und identifiziert. Es konnten 79 Stämme, die zu 20 verschiedenen Gattungen der Ordnung Actinomycetales, sowie sieben Stämme, die zu zwei Gattungen der Ordnung Sphingomonadales gehören, isoliert werden. Diese Bakterienstämme wurden aus ingesamt 18 verschiedenen karibischen Schwämmen kultiviert und mit Hilfe der 16S rRNA Sequenzierung bestimmt. Sieben dieser Stämme stellen wahrscheinlich neue Arten dar. Rohextrakte ausgewählter Stämme zeigten eine Proteasehemmung gegen die Cathepsine B und L, Rhodesain, Falcipain-2 sowie immunmodulatorische Wirkungen wie z.B. die Induktion der Cytokinfreisetzung durch menschliche periphere mononukleäre Blutzellen. Die Isolate Sphingobium sp. CO105 und Lapillicoccus sp. BA53 wurden für die Kultivierung, Extraktion und Aufreinigung von bioaktiven Metaboliten aufgrund der ersten vielversprechenden bioaktiven Testergebnisse ausgewählt. Das Isoalloxazin Isolumichrom wurde aus dem Stamm Sphingobium sp. CO105 isoliert, welches die Protease Rhodesain mit einem IC50-Wert von 0.2 M inhibiert. Für den Stamm Lapillicoccus sp. BA53 konnte nachgewiesen werden, dass er p-Aminosalicylsäuremethylester produziert, der eine Aktivität gegen die Proteasen Cathepsin B und L, Falcipain-2 und Rhodesain zeigt. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung mariner, Schwamm-assoziierter Bakterien, die bioaktive sekundäre Metabolite mit therapeutischem Potential für die Behandlung von Infektionskrankheiten und Funktionsstörungen des Immunsystems produzieren.
KW  - Schwämme
KW  - Bakterien
KW  - Karibisches Meer
KW  - Sekundärmetabolit
KW  - Actinomycetes
KW  - sphingomonads
KW  - marine sponge
KW  - anti-protease
KW  - immunomodulatory
KW  - phylogenetic analysis
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-67000
ER  - 
TY  - THES
A1  - Vogl, Silvia
T1  - Investigation of individual differences in the metabolic elimination of drugs by the polymorphic enzymes CYP2C9, 2C19 and 2D6 based on metabolite profiling by LC-MS/MS
T1  - Untersuchung individueller Unterschiede der metabolischen Elimination von Arzneistoffen durch die polymorphen Enzyme CYP2C9, 2C19 und 2D6 basierend auf Metaboliten-Profiling mittels LC-MS/MS Analytik
N2  - Mit der vorliegenden Studie sollte zu dem wichtigen Forschungsfeld der Pharmakogenetik beigetragen werden, indem zum einen eine einfache und sichere kombinierte Phänotypisierung der drei zuvor erwähnten CYPs (CYP2D6, CYP2C9 und CYP2C19) entwickelt, und zum anderen die Vorhersagekraft des Genotyps für den gemessenen Phänotyp näher untersucht werden sollte. Es ist uns gelungen eine sichere, einfache, schnelle und kombinierte Phänotypisierung der beiden wichtigen Monooxygenasen CYP2D6 und CYP2C9 zu etablieren. Zunächst wurden dazu Wechselwirkungsstudien mit den ausgewählten Testsubstanzen Dextromethorphan (DEX, CYP2D6), Flurbiprofen (FLB, CYP2C9) und Omeprazole (OME, CYP2C19) durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass DEX und FLB als Kombination verabreicht werden können. Die Gabe von OME gemeinsam mit FLB verändert jedoch das Ergebnis der CYP2C9 Phänotypisierung. Dies ist eine neue Erkenntnis, denn noch 2004 wurde ein Phänotypisierungscocktail veröffentlicht, der die Kombination von FLB und OME enthielt. Bei der genannten Studie wurden jedoch, unseres Wissens nach, keine Wechselwirkungsstudien zu den einzelnen Testsubstanz-Kombinationen durchgeführt. Die von uns entwickelte Phänotypisierungsmethode wurde durch Wechselwirkungsstudien verifiziert. Sie ist jedoch auch in anderen Bereichen den bisher veröffentlichten phänotypisierungscocktails überlegen. Zum einen wurden nur sehr kleine Dosen sicherer Testsubstanzen verwendet. Dies wurde durch Entwicklung neuer, sensitiver LC-MS/MS Methoden ermöglicht. Zum anderen ist diese neue Prozedur schnell und nicht-invasiv durchführbar. Nach Verabreichung der Testsubstanz muss der Urin nur für zwei Stunden gesammelt werden. Zudem weisen unsere Ergebnisse darauf hin, dass die normalerweise durchgeführte, aufwendige Glucuronidspaltung des CYP2D6 abhängigen DEX-Metaboliten, Dextrorphan, vermutlich vernachlässigt werden kann. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Studie sind jedoch die Einblicke, die in die Vorhersagekraft der CYP2D6 und CYP2C9 Genotypen für die entsprechenden Phänotypen gewonnen werden konnten. Fast 300 phänotypisierte Kaukasier wurden auch in Hinsicht auf die wichtigsten varianten Allele von CYP2D6, CYP2C9 und CYP2C19 mithilfe bekannter und neu etablierter Methoden genotypisiert. Aufgrund der parallelen Phäno- und Genotypisierung konnten Geno- und Phänotyp direkt korreliert werden. Mit linearen Modellen war es möglich, allen detektierten varianten CYP2D6- und CYP2C9-Allelen Aktivitätskoeffizienten zuzuweisen. Diese können nun verwendet werden, um den Beitrag der einzelnen Allele zur resultierenden Enzymaktivität zu bestimmen, wodurch sich die Vorhersage dieser Aktivität ausgehend vom Genotyp verbessern lassen sollte. Besonders für CYP2D6 ermöglicht das neue Korrelationsmodel präzisere Vorhersagen des Phänotyps als bisher veröffentlichte Modelle. Zusammengefasst leistet diese Studie durch die Entwicklung eines sicheren und einfachen Phänotypisierungsprozesses für CYP2D6 und CYP2C9 und durch die Bestimmung von Aktivitätskoeffizienten für alle einbezogenen CYP2D6 und CYP2C9 Allele und der damit verbundenen präziseren Vorhersage des Phänotyps ausgehend vom Genotyp einen wesentlichen Beitrag zum Forschungsfeld der Pharmakogenetik.
N2  - This study should contribute to the important field of pharmacogenetics by: firstly, establishing an easy and safe phenotyping method that combines the activity determination of all three previously mentioned CYPs (CYP2D6, CYP2C9, and CYP2C19) into one phenotyping cocktail and secondly, improving the knowledge about the predictive power of the genotype for the measured phenotype. It was indeed possible to develop a save, easy-to-use, fast and simultaneous phenotyping procedure for the important genetic polymorphic enzymes CYP2D6 and CYP2C9. To accomplish that, interaction studies with the chosen probe drugs dextromethorphan (DEX, CYP2D6), flurbiprofen (FLB, CYP2C9) and omeprazole (OME, CYP2C19) were conducted. It could be proven that DEX and FLB can be administered in combination, whereas OME alters the phenotyping results of CYP2C9. This is a new finding as in 2004 a phenotyping cocktail was published that used FLB and OME in combination. However, to our knowledge, no interaction tests were carried in that study. The new phenotyping procedure is not only verified by prior probe drug interaction studies, it also has other advantages over phenotyping cocktails found in literature. Firstly, save probe drugs are used in very small doses. This is possible due to the new sensitive LC-MS/MS methods that were evaluated. Secondly, the new phenotyping procedure is very fast and on-invasive. Urine has to be collected only for 2 h and the results also suggest that the time consuming glucuronide cleavage of the CYP2D6 dependent metabolite dextrorphan, usually carried out before CYP2D6 phenotyping, may be unnecessary. Most importantly, however, new insights into the phenotype prediction from genotype for CYP2C9 and CYP2D6 could be gained within this study. Nearly 300 phenotyped Caucasian subjects were also genotyped for the most important known variant alleles for CYP2D6, CYP2C9 and CYP2C19 using several established and newly developed genoptyping methods. Therefore, a direct correlation between phenotype and genotype could be conducted for CYP2D6 and CYP2C9. Employing linear modeling, it was possible to assign activity coefficients to each of the detected CYP2D6 and CYP2C9 alleles, thereby estimating their contribution to the resulting enzyme activity. This might facilitate the prediction of the CYP2D6 and CYP2C9 metabolic status of a subject knowing only its respective genotypes. Especially the new CYP2D6 genotype phenotype correlation model might allow for more precise phenotype prediction for the included variant alleles than was possible until now. Taken together, this study substantially contributes to the important research field of pharmacogenetics by (i) developing a save and easy-to-use phenotyping combination for CYP2D6 and CYP2C9, and (ii) by establishing activity coefficients for each of the detected CYP2D6 and CYP2C9 alleles, thereby allowing for a more precise prediction of the phenotype from genotype.
KW  - Pharmakogenetik
KW  - Pharmakokinetik
KW  - Cytochrom P450
KW  - LC-MS/MS
KW  - Phänotyp
KW  - Genotyp
KW  - pharmacogenetics
KW  - pharmacokinetics
KW  - cytochrome p450
KW  - LC-MS/MS
KW  - phenotyping
KW  - genotyping
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-67216
ER  - 
TY  - THES
A1  - Halder, Partho
T1  - Identification and characterization of synaptic proteins of Drosophila melanogaster using monoclonal antibodies of the Wuerzburg Hybridoma Library
T1  - Identifikation und Charakterisierung von synaptischen Proteinen von Drosophila melanogaster mit Hilfe von monoklonalen Antikörpern der Würzburger Hybridoma-Bibliothek
N2  - For a large fraction of the proteins expressed in the human brain only the primary structure is known from the genome project. Proteins conserved in evolution can be studied in genetic models such as Drosophila. In this doctoral thesis monoclonal antibodies (mAbs) from the Wuerzburg Hybridoma library are produced and characterized with the aim to identify the target antigen. The mAb ab52 was found to be an IgM which recognized a cytosolic protein of Mr ~110 kDa on Western blots. The antigen was resolved by two-dimensional gel electrophoresis (2DE) as a single distinct spot. Mass spectrometric analysis of this spot revealed EPS-15 (epidermal growth factor receptor pathway substrate clone 15) to be a strong candidate. Another mAb from the library, aa2, was already found to recognize EPS-15, and comparison of the signal of both mAbs on Western blots of 1D and 2D electrophoretic separations revealed similar patterns, hence indicating that both antigens could represent the same protein. Finally absence of the wild-type signal in homozygous Eps15 mutants in a Western blot with ab52 confirmed the ab52 antigen to be EPS-15. Thus both the mAbs aa2 and ab52 recognize the Drosophila homologue of EPS-15. The mAb aa2, being an IgG, is more suitable for applications like immunoprecipitation (IP). It has already been submitted to the Developmental Studies Hybridoma Bank (DSHB) to be easily available for the entire research community. The mAb na21 was also found to be an IgM. It recognizes a membrane associated antigen of Mr ~10 kDa on Western blots. Due to the membrane associated nature of the protein, it was not possible to resolve it by 2DE and due to the IgM nature of the mAb it was not possible to enrich the antigen by IP. Preliminary attempts to biochemically purify the endogenously expressed protein from the tissue, gave promising results but could not be completed due to lack of time. Thus biochemical purification of the protein seems possible in order to facilitate its identification by mass spectrometry. Several other mAbs were studied for their staining pattern on cryosections and whole mounts of Drosophila brains. However, many of these mAbs stained very few structures in the brain, which indicated that only a very limited amount of protein would be available as starting material. Because these antibodies did not produce signals on Western blots, which made it impossible to enrich the antigens by electrophoretic methods, we did not attempt their purification. However, the specific localization of these proteins makes them highly interesting and calls for their further characterization, as they may play a highly specialized role in the development and/or function of the neural circuits they are present in. The purification and identification of such low expression proteins would need novel methods of enrichment of the stained structures.
N2  - Für einen Großteil der Proteine, die im menschlichen Gehirn exprimiert werden, ist lediglich die Primärstruktur aus dem Genomprojekt bekannt. Proteine, die in der Evolution konserviert wurden, können in genetischen Modellsystemen wie Drosophila untersucht werden. In dieser Doktorarbeit werden monoklonale Antikörper (mAk) aus der Würzburger Hybridoma Bibliothek produziert und charakterisiert, mit dem Ziel, die erkannten Proteine zu identifizieren. Der mAk ab52 wurde als IgM typisiert, das auf Western Blots ein zytosolisches Protein von Mr ~110 kDa erkennt. Das Antigen wurde durch zwei-dimensionale Gelelektrophorese (2DE) als einzelner Fleck aufgelöst. Massenspektrometrische Analyse dieses Flecks identifizierte dass EPS-15 (epidermal growth factor receptor pathway substrate clone 15) als viel versprechenden Kandidaten. Da für einen anderen mAk aus der Bibliothek, aa2, bereits bekannt war, dass er EPS-15 erkennt, wurden die Western-Blot-Signale der beiden Antikörper nach 1D und 2D Trennungen von Kopfhomogenat verglichen. Die Ähnlichkeit der beiden Muster deuteten darauf hin, dass beide Antigene dasselbe Protein erkennen. Das Fehlen des Wildtyp-Signals in homozygoten Eps15 Mutanten in einem Western Blot mit mAk ab52 bestätigten schließlich, dass EPS-15 das Antigen zu mAk ab52 darstellt. Demnach erkennen beide mAk, aa2 und ab52, das Drosophila Homolog zu EPS-15. Da mAk aa2 ein IgG ist, dürfte er für Anwendungen wie Immunpräzipitation (IP) besser geeignet sein. Er wurde daher bereits bei der Developmental Studies Hybridoma Bank (DSHB) eingereicht, um ihn der ganzen Forschergemeinde leicht zugänglich zu machen. Der mAk na21 wurde ebenfalls als IgM typisiert. Er erkennt ein Membran assoziiertes Antigen von Mr ~10 kDa auf Western Blots. Aufgrund der Membranassoziierung des Proteins war es nicht möglich, es in 2DE aufzulösen und da es sich um ein IgM handelt, war eine Anreicherung des Antigens mittels IP nicht erfolgreich. Vorversuche zur biochemischen Reinigung des endogenen Proteins aus Gewebe waren Erfolg versprechend, konnten aber aus Zeitmangel nicht abgeschlossen werden. Daher erscheint eine biochemische Reinigung des Proteins für eine Identifikation durch Massenspektrometrie möglich. Eine Reihe weiterer mAk wurden hinsichtlich ihrer Färbemuster auf Gefrierschnitten und in Ganzpräparaten von Drosophila Gehirnen untersucht. Allerdings färbten viele dieser mAk sehr wenige Strukturen im Gehirn, so dass nur eine sehr begrenzte Menge an Protein als Startmaterial verfügbar wäre. Da diese Antikörper keine Signale auf Western Blots produzierten und daher eine Anreicherung des Antigens durch elektrophoretische Methoden ausschlossen, wurde keine Reinigung versucht. Andererseits macht die spezifische Lokalisation dieser Proteine sie hoch interessant für eine weitere Charakterisierung, da sie eine besonders spezialisierte Rolle in der Entwicklung oder für die Funktion von neuralen Schaltkreisen, in denen sie vorkommen, spielen könnten. Die Reinigung und Identifikation solcher Proteine mit niedrigem Expressionsniveau würde neue Methoden der Anreicherung der gefärbten Strukturen erfordern.
KW  - Taufliege
KW  - Synapse
KW  - Proteine
KW  - Monoklonaler Antikörper
KW  - synaptische Proteine
KW  - monoklonale Antikörper
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - synaptic proteins
KW  - monoclonal antibodies
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-67325
N1  - korrigierte Ausgabe der Arbeit aus dem Jahr 2022 unter: https://doi.org/10.25972/OPUS-27020
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sengupta, Sanchita
T1  - Bio-inspired Zinc Chlorin Dye Assemblies for Supramolecular Electronics
T1  - Bio-adaptierte Zink-Chlorin Farbstoffverbände für supramolekulare Elektronik
N2  - Chlorophylls are the most important pigments owing to their involvement in photosynthesis. They perform multiple functions that arise due to their optical and redox as well as packing properties. Semisynthetic zinc chlorins investigated in this thesis are the counterparts for the natural protein-free bacteriochlorophyll (BChl) c assemblies in light-harvesting (LH) systems in bacterial chlorosomes. The major advantage of the zinc chlorin model compounds over the native BChls lies in their facile semisynthetic accessibility from chlorophyll a (Chl a), their higher chemical stability and the possibility to influence their packing by suitable chemical modifications of peripheral side chains. Whilst the favorable excitonic properties and the suitability of ZnChl and natural BChl c dye aggregates for long distance exciton transport are well documented, charge transport properties of aggregates of semisynthetic ZnChls are hitherto unexplored. The present study involves structural elucidations of aggregates of a variety of semisynthetic zinc chlorin derivatives in solution, in solid state and on surfaces by combination of spectroscopic, crystallographic and microscopic techniques, followed by investigation of charge transport properties and conductivities of these aggregates. Chart 1 shows the different ZnChls synthesized in this work that are functionalized with hydroxy or methoxy substituents at 31 position and contain different substituents at the 172-position benzyl ester functional group. The self-assembly of these dyes is strongly dependent upon their chemical structures. While ZnChls 1a, 2a, 3, which are functionalized with 31-hydroxy group bearing dodecyl and oligoethylene glycol side chains form well-soluble rod aggregates, the corresponding 31-methoxy functionalized counterparts 1b, 2b form stacks in solution and on surfaces. These supramolecular polymers have been studied in detail in Chapter 3 by UV/Vis and circular dichroism (CD) spectroscopy and dynamic light scattering (DLS). These studies provided useful insights into the aggregation process of these two types of aggregates. Whereas 31-hydroxy functionalized ZnChl 1a self-assemble into rod aggregates via an isodesmic mechanism, corresponding stack aggregates of ZnChl 1b are formed by a cooperative nucleation-elongation pathway. Detailed electron microscopic studies such as transmission electron microscopy (TEM) and scanning transmission electron microscopy (STEM) provided unequivocal evidence for hollow tubular nanostructures of water-soluble 31-hydroxy zinc chlorin 3 aggregates for the first time. The measured tube diameter of ~ 5-6 nm of these aggregates is in excellent agreement with electron microscopy data of BChl c rod aggregates in chlorosomes (Chloroflexus aurantiacus, diameter ~ 5-6 nm) and thus complied with the tubular model postulated by Holzwarth and Schaffner... In concord with their highly organized structures, micrometer-scale one dimensionality, robust nature and efficient charge transport capabilities, these self-assembled ZnChl nanotubular, stack and liquid crystalline assemblies are highly promising for supramolecular electronic applications. Research efforts in utilizing these assemblies for (opto)electronic device fabrication, for instance, in organic field effect transistors, should thus be rewarding in the future...
N2  - Die Chlorophylle stellen in der Natur die wichtigsten Pigmente dar, weil sie verantwortlich für die Photosynthese sind und hierbei vielfältige Funktionen wahrnehmen, die sich aus ihrer Selbstassemblierung sowie den vorteilhaften optischen und Redox-Eigenschaften ergeben. Die in dieser Arbeit untersuchten semisynthetischen Zinkchlorine stellen Modellverbindungen des natürlichen Bacteriochlorophylls c (BChl c) der Lichtsammelsysteme (light-harvesting: LH) in Chlorosomen von Bakterien, jedoch ohne Proteingerüst, dar. Die entscheidenden Vorteile dieser Zinkchlorine (ZnChl) gegenüber den natürlichen BChls bestehen im einfachen semisynthetischen Zugang ausgehend von Chlorophyll a (Chl a), ihrer gesteigerten chemischen Stabilität sowie der Möglichkeit ihre Selbstassemblierung durch gezielte chemische Modifizierung der Seitenketten in der Peripherie zu steuern. Während bereits mehrfach über die vielversprechenden Redox- und excitonischen Eigenschaften von Aggregaten von ZnChl und natürlichem BChl c und den damit verbundene Voraussetzungen für Excitontransport über große Distanzen berichtet wurde, sind die Ladungstransporteigenschaften von Aggregaten der biomimetischen ZnChl bis heute unerforscht. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Aufklärung der Struktur von Aggregaten einer Vielzahl von semisynthetischen Zinkchlorophyllderivaten im Feststoff, in Lösung und auf Oberflächen durch die Kombination verschiedenster spektroskopischer, kristallographischer und mikroskopischer Techniken an die sich Untersuchungen zum Ladungstransport in den Aggregaten anschließen. Schema 1 zeigt die verschiedenen, in dieser Arbeit synthetisierten ZnChls, die entweder mit einer Hydroxy- oder Methoxygruppe in der 31-Position funktionalisiert sind sowie Substituenten unterschiedlicher Art, Länge und Verzweigung an der Benzylestergruppe in 172-Position tragen.Die Packung dieser Farbstoffe hängt entscheidend von ihrer chemischen Struktur ab. Während die ZnChls 1a, 2a, 3 mit 31-Hydroxygruppe und Alkylseitenketten (Dodecyl bzw. Oligoethylenglykol) gut lösliche stabförmige Aggregate bilden, lagern sich die analogen Verbindungen mit 31-Methoxygruppe (1b, 2b) zu Stapeln in Lösung und auf Oberflächen zusammen. Diese supramolekularen Polymere wurden im Detail in Kapitel 3 mit Hilfe von UV/Vis- und CD-Spektroskopie (circular dichroism: CD) sowie dynamische Lichtstreuung (dynamic light scattering: DLS) untersucht. Darüber hinaus lieferten temperaturabhängige UV/Vis- in Kombination mit DLS-Messungen wertvolle Informationen über die Aggregationsprozess dieser beiden Sorten von Aggregaten. Während sich die ZnChl 1a mit 31 Hydroxygruppe entsprechend dem isodesmischen Modell zu röhrenförmigen Aggregaten zusammenlagern, bilden sich die stapelförmigen Aggregate von 1b nach einem kooperativen Keimbildungs-Wachstums-Mechanismus (nucleation-elongation mechanism). Detaillierte elektronenmikroskopische Studien lieferten erstmals überzeugende Beweise für röhrenförmige Nanostrukturen der Aggregate des wasserlöslichen 31-Hydroxy Zinkchlorin 3. Die gemessenen Durchmesser der Röhren von ~ 5-6 nm dieser Aggregate liegen in hervorragender Übereinstimmung mit den Elektronenmikroskopie-Daten von BChl c Stabaggregaten in Chlorosomen (Chloroflexus aurantiacus, Durchmesser ~ 5-6 nm) und entsprechen damit dem von Holzwarth und Schaffner postulierten röhrenförmigen Modell... Im Einklang mit ihren hoch geordneten, robusten Strukturen, die sich eindimensional in einer Größenordnung von Mikrometeren erstrecken, sowie ihrer Fähigkeit zum effizienten Ladungs-trägertransport stellen diese selbstassemblierten Nanoröhren von ZnChls vielversprechende Ausgangsmaterialien für die Fertigung supramolekularer elektronischer Bauteile dar. Wissenschaftliche Bemühungen einige dieser Moleküle und ihre entsprechenden supramolekularen Polymere für die Fertigung von (opto-)elektronischen Bauteilen wie organischen Feldeffekttransistoren zu benutzten, stellen lohnende Aufgaben für die Zukunft dar...
KW  - Supramolekulare Chemie
KW  - Selbstorganisation
KW  - Chlorinderivate
KW  - Farbstoff
KW  - Selbstassemblierung
KW  - supramolekularen Elektronik
KW  - Zinkchlorine
KW  - Zinc Chlorin
KW  - Self-assembly
KW  - Supramolecular electronics
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66935
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TY  - THES
A1  - Simon, Dennis
T1  - Aspects in the fate of primordial vacuum bubbles
N2  - At the present day the idea of cosmological inflation constitutes an important extension of Big Bang theory. Since its appearance in the early 1980’s many physical mechanisms have been worked out that put the inflationary expansion of space that proceeds the Hot Big Bang on a sound theoretical basis. Among the achievements of the theory of inflation are the explanaition of the almost Euclidean geometry of ‘visible’space, the homogeneity of the cosmic background radiation but, in particular, also the tiny inhomogeneity of a relative amplitude of 10−5. In many models of inflation the inflationary phase ends only locally. Hence, there exists the possibility that the inflationary process still goes on in regions beyond our visual horizon. This property is commonly termed ‘eternal inflation’. In the framework of a cosmological scalar fields, eternal inflation can manifest itself in a variety of ways. On the one hand fluctuations of the field, if sufficiently large, can work against the classical trajectory and therefore counteract the end of inflation. In regions where this is the case the accelerated expansion of space continues at a higher rate. In parts of this region the process may replicate itself again and in this way may continue throughout all of time. Space and field are said to reproduce themselves. On the other hand, a mechanism that can occur in addition or independent of the latter, is so called vacuum tunneling. If the potential of the scalar field has several local minima, a semi-classical calculation suggests that within a spherical region, a bubble, the field can tunnel to another state. The respective tunneling rates depend on the potential difference and the shape of the potential between the states. Generally, the tunneling rate is exponentially suppressed, which means that the inflation lasts for a long time before tunneling takes place. The ongoing inflationary process effectively reduces local curvature, anistotropy and inhomogeneity, so that this property is known as the ‘cosmic no-hair conjecture’. For this reason cosmological considerations of the evolution of bubbles thus far almost entirely involved vacuum (de Sitter) backgrounds. However, new insights in the framework of string theory suggest high tunneling rates which allow for the possibility of bubble nucleation in non-vacuum dominated backgrounds. In this case the evolution of the bubble depends on the properties of the background spacetime. A deeper introduction in chapter 4 is followed by the presentation of the Lemaître-Tolman spacetime in chapter 5 which constitutes the background spacetime in the study of the effect of matter and inhomogeneity on the evolution of vacuum bubbles. In chapter 6 we explicitly describe the application of the ‘thin-shell’ formalism and the resulting system of equations. This is succeeded in chapter 7 by the detailed analysis of bubble evolution in various limits of the Lemaître-Tolman spacetime and a Robertson-Walker spacetime with a rapid phase transition. The central observations are that the presence of dust, at a fixed surface energy density, goes along with a smaller nucleation volume and possibly leads to a a collapse of the bubble. In an expanding background, the radially inhomogeneous dust profile is efficiently diluted so that there is essentially no effect on the evolution of the domain wall. This changes in a radially inhomogeneous curvature profile, positive curvature decelerates the expansion of the bubble. Moreover, we point out that the adopted approach does not allow for a treatment of a, physically expected, matter transfer so that the results are to be understood as preliminary under this caveat. In the second part of this thesis we consider potential observable consequences of bubble collisions in the cosmic microwave background radiation. The topological nature of the signal suggests the use of statistics that are well suited to quantify the morphological properties of the temperature fluctuations. In chapter 10 we present Minkowski Functionals (MFs) that exactly provide such statistics. The presented error analysis allows for a higher precision of numerical MFs in comparison to earlier methods. In chapter 12 we present the application of our algorithm to a Gaussian and a collision map. We motivate the expected MFs and extract their numerical counterparts. We find that our least-squares fitting procedure accurately reproduces an underlying signal only when a large number of realizations of maps are averaged over, while for a single WMAP and PLANCK resolution map, only when a highly prominent disk, with |δT| = 2√σG and ϑd = 40◦, we are able to recover the result. This is unfortunate, as it means that MF are intrinsically too noisy to be able to distinguish cold and hot spots in the CMB for small sizes.
N2  - Die Idee der kosmologischen Inflation stellt heute die wichtigste Erweiterung der klassischen Urknalltheorie dar. Seit ihrem Aufkommen in den frühen 80er Jahren sind zahlreiche physikalische Mechanismen bekannt und ausgearbeitet geworden, die die inflationäre Expansion des Raums vor der dem ‘heißen’ Urknall auf eine tragfähige, theoretische Basis stellen. Zu den Errungenschaften der Inflationstheorie zählen unter Anderem die Erklärung der nahezu Euklidischen Geometrie des sichtbaren Raums, die bemerkenswerte Homogenität der kosmischen Hintergrundstrahlung, im Besonderen aber auch die ihr innewohnenden winzigen Unregelmäßigkeiten mit einer relativen Amplitude der Größenordnung 10−5. In vielen Inflationsmodellen endet die Inflation allerdings nur lokal. Demzufolge besteht die Möglichkeit, dass es außerhalb des von uns sichtbaren Raums Gebiete geben kann, in denen der inflationäre Prozess weiterhin stattfindet. Dieser Eigenschaft wird durch den Begriff ‘Ewige Inflation’ Rechnung getragen. Ewige Inflation kann sich im Rahmen der Skalarfeld-Inflation in verschiedenen Formen manifestieren. Zum Einen können die Fluktuationen des Feldes so groß sein, dass sie der klassischen Trajektorie, und damit dem Ende der Inflation, entgegenwirken wirken. In Regionen, in denen das geschieht, setzt sich die beschleunigte Expansion des Raums mit einer höheren Rate weiter fort. In Teilen solcher Regionen mag sich dies wiederholen und der Vorgang auf diese Weise theoretisch bis ins Unendliche andauern. Raum und Feld reproduzieren sich selbst. Eine weitere Möglichkeit, die sowohl unabhängig als auch zusätzlich zur zuvor beschriebenen auftreten kann, ist die des sogenannten Vakuumtunnelns. Wenn das Potential des Skalarfelds mehrere lokale Minima aufweist, so legt eine semi-klassische Rechnung, dass das Feld innerhalb eines sphärischen Gebiets, einer Blase, in einen anderen Zustand tunneln kann. Fortwährende Inflation beseitigt großräumig, effektiv, jegliche Form der Unregelmäßigkeit, d. h. Raumkrümmung, Anisotropie und Inhomogenität, sodass dieser Sachverhalt unter dem Ausdruck ‘cosmic no-hair conjecture’ bekannt ist. Aus diesem Grund waren bisherige Betrachtungen fast aussschließlich der Entwicklung von Blasen in einem Vakuumhintergrund gewidmet. Neue Überlegungen im Rahmen der Stringtheorie erlauben allerdings auch hohe Tunnelraten, sodass die Möglichkeit der Nukleation von Blasen in nicht-vakuumdominierten Hintergründen besteht. Die weitere Entwicklung hängt in diesem Fall von den Eigenschaften des Hintergrunds ab. Nach der Ableitung der Vakuumlösung wird sukzessive auf die Blasenentwicklung in einem statischen Hintergrund, in einem dynamischen, aber homogenen Hintergrund, in einem flachen, inhomogenen Hintergrund, in einem gekrümmten, inhomogenen Hintergrund und in einem homogenen Hintergrund mit Phasenübergang eingegangen. Zu den zentralen Beobachtungen gehört, dass die Präsenz des Staubs, bei fixierter Oberflächendichte, eine Verringerung des Nukleationsvolumens mit sich bringt und dazu führen kann, dass die Blase einen Kollaps beginnt. Das ändert sich in einem radial inhomogenen Krümmungsprofil, positive Raumkrümmung hat einen abbremsenden Effekt auf die Expansion der Blase. Es wird herausgestellt, dass der verwendete Ansatz keine Möglichkeit zur Behandlung eines, physikalisch zu erwartenden, Materietransfers bietet und die damit erzielten Ergebnisse unter diesem Vorbehalt zu verstehen sind. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wird potentiell beobachtbaren Konsequenzen der Kollision zweier Blasen in der kosmischen Hintergrundstrahlung nachgegangen. Die topologische Natur des Signals in der letzten Streufläche legt die Verwendung von Statistiken nahe, die es erlauben, die morphologischen Eigenschaften der Temperaturfluktuationen zu quantifizieren. Diese Statistiken bieten die Minkowski Funktionale (MF), die in Kapitel 10 vorgestellt werden. Dieses wird benutzt um Karten eines Gaussschen Zufallsfeldes zu erzeugen und die entsprechenden MF zu berechnen. Die vorgestellte Fehleranalyse erlaubt eine höhere Präzision der numerischen MF im Vergleich zu bisherigen Methoden. Ein Fit der geringsten quadratischen Abweichung reproduziert die tatsächlichen Parameter nur dann, wenn über eine hohe Anzahl von Realisierungen gemittelt wird, wohingegen die Betrachtung einer einzigen Karte in WMAP bzw. Planck Auflösung nur für “auffällige” Scheiben mit Temperaturunterschied δT = 2√σG und Öffnungswinkel ϑd = 40◦ Übereinstimmung erreicht wird. Dies bedeutet, das MF ein schlechtes ‘Signal zu Rausch’Verhältnis besitzen um heiße oder kalte Scheiben in der kosmischen Hintergrundstrahlung zu erfassen.
KW  - Kosmologie
KW  - Kosmische Hintergrundstrahlung
KW  - Inflationäres Weltall
KW  - Bubble Universes
KW  - Israel Junction Conditions
KW  - Inhomogeneous Cosmological Models
KW  - Minkowski Functionals
KW  - HEALPix
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-67019
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TY  - THES
A1  - Pohl, Carsten
T1  - Feature processing and feature integration in unconscious processing : A Study with chess novices and experts
T1  - Die unbewusste Verarbeitung von Merkmalen : Eine Studie mit Novizen und Schachexperten
N2  - The scope of the present work encompasses the influence of experience (i.e. expertise) for feature processing in unconscious information processing. In the introduction, I describe the subliminal priming paradigm, a method to examine how stimuli, we are not aware of, nonetheless influence our actions. The activation of semantic response categories, the impact of learned stimulus-response links, and the action triggering through programmed stimulus-response links are the main three hypotheses to explain unconscious response activation. Besides, the congruence of perceptual features can also influence subliminal priming. On the basis of the features location and form, I look at evidence that exists so far for perceptual priming. The second part of the introduction reviews the literature showing perceptual superiority of experts. This is illustrated exemplarily with three domains of expertise – playing action video games, which constitutes a general form of perceptual expertise, radiology, a more natural form of expertise, and expertise in the game of chess, which is seen as the Drosophila of psychology. In the empirical section, I report nine experiments that applied a subliminal check detection task. Experiment 1 shows subliminal response priming for chess experts but not for chess novices. Thus, chess experts are able to judge unconsciously presented chess configurations as checking or nonchecking. The results of Experiment 2 suggest that acquired perceptual chunks, and not the ability to integrate perceptual features unconsciously, was responsible for unconscious check detection, because experts’ priming does not occur for simpler chess configurations which afforded an unfamiliar classification. With a more complex chess detection task, Experiment 3 indicates that chess experts are not able to process perceptual features in parallel or alternatively, that chess experts are not able to form specific expectations which are obviously necessary to elicit priming if many chess displays are applied. The aim of Experiment 4-9 was to further elaborate on unconscious processing of the single features location and form in novices. In Experiment 4 and 5, perceptual priming according the congruence of the single features location and form outperformed semantically-based response priming. Experiment 6 and 7 show that (in contrast to form priming) the observed location priming effect is rather robust and is also evident for an unexpected form or colour. In Experiment 8, location and form priming, which was additionally related to response priming, were directly compared to each other. Location priming was again stronger than form priming. Finally, Experiment 9 demonstrates that with the subliminal check detection task it is possible to induce response priming in novices when the confounding influences of location and form are absent. In the General discussion, I first summarized the findings. Second, I discuss possible underlying mechanisms of different subliminal perception in experts and novices. Third, I focus on subliminal perceptual priming in novices, especially on the impact of the features location and form. And finally, I discuss a framework, the action trigger account that integrates the different results of the present work.
N2  - Die folgende Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss von Erfahrung (im Sinne von Expertise) auf die unbewusste Verarbeitung von perzeptuellen Merkmalen. Im theoretischen Teil beschreibe ich zunächst das Paradigma des Subliminalen Primings; eine Methode, um zu untersuchen wie Reize, die wir nicht bewusst wahrnehmen können, dennoch unsere Handlungen beeinflussen. Die Aktivierung von semantischen Antwortkategorien, der Einfluss von gelernten Reiz-Reaktions-Verbindungen, sowie die Aktionsauslösung durch programmierte Reiz-Reaktions-Verbindungen sind die drei am weitesten verbreiteten Hypothesen, um zu erklären weshalb Reaktionen unbewusst ausgelöst werden können. Daneben kann auch die Übereinstimmung von perzeptuellen Merkmalen die unbewusste Reaktionsbahnung beeinflussen. Anhand der Merkmale Lokation und Form, stelle ich sodann vor, welche Belege es bislang für Perzeptuelles Priming gibt. Der zweite Abschnitt des Theorieteils setzt sich mit der Literatur über perzeptuelle Überlegenheit von Experten auseinander, was exemplarisch an drei Bereichen von Expertise gezeigt wird – dem Spielen von Egoshootern auf dem Computer, was mit einer eher generellen Form von perzeptueller Expertise einhergeht, Radiologen, die eine natürlichere Form von Expertise zeigen und das Spiel Schach, das als Drosophila der Psychologie angesehen wird. Im empirischen Teil stelle ich neun Experimente vor, in denen eine subliminale Schachentdeckungsaufgabe eingesetzt wurde. In Experiment 1 zeigen Schachexperten im Gegensatz zu Schachnovizen sublimials Reaktionspriming. Das heißt Schachexperten sind in der Lage in unbewusst präsentierten Schachdigrammen „zu erkennen“ ob der König im Schach steht oder nicht. Die Ergebnisse von Experiment 2 legen nahe, dass erworbene perzeptuelle Chunks und nicht die Fähigkeit Merkmale unbewusst zu integrieren, ausschlaggebend für die unbewusste Schachentdeckung bei den Experten war, da Schachexperten kein Reaktionspriming für einfachere Schachdiagramme zeigen, bei denen jedoch eine unvertraute Klassifikation gefordert ist. Mit einer komplexeren Schachentdeckungsaufgabe deuten die Ergebnisse von Experiment 3 darauf hin, dass auch Experten nicht in der Lage sind, perzeptuelle Merkmale parallel zu verarbeiten, bzw. dass Schachexperten, wenn viele verschiedene Schachdiagramme präsentiert werden, keine spezifischen Erwartungen bilden können, die aber offensichtlich notwendig sind um Priming auszulösen. Die Absicht von Experiment 4-9 war es, bei Novizen die unbewusste Verarbeitung der Merkmale Lokation und Form weiter zu erforschen. In Experiment 4 und 5 übertraf das Perzeptuelle Priming, das durch die Übereinstimmung der einzelnen Merkmale Lokation und Form ausgelöst wurde, das auf Semantik beruhende Reaktionspriming. Experiment 6 und 7 zeigen das (im Gegensatz zum Formpriming) der Lokationspriming-Effekt relativ robust ist und auch für eine unerwartete Form oder Farbe auftritt. In Experiment 8 wurden Lokations- und Formpriming direkt einander gegenübergestellt, wobei Formpriming zusätzlich mit Reaktionspriming verbunden war. Lokationspriming war abermals stärker als Formpriming. Schließlich verdeutlicht Experiment 9 das es auch mit der subliminalen Schacherkennungsaufgabe bei Novizen möglich ist, Reaktionspriming auszulösen, wenn die konfundierenden Einflüsse der Merkmale Lokation und Form beseitigt werden. In der Gesamtdiskussion fasse ich zunächst die Ergebnisse der Arbeit zusammen. Im Anschluss daran diskutiere ich mögliche zugrundeliegende Mechanismen unterschiedlicher subliminaler Wahrnehmung von Experten und Novizen. Dann betrachte ich die subliminale perzeptuelle Wahrnehmung von Novizen näher, wobei der Fokus auf dem Einfluss der Merkmale Lokation und Form liegt. Schlussendlich stelle ich mit dem Konzept von programmierten Reiz-Reaktions-Verbindungen einen Ansatz vor, der geeignet ist, um die unterschiedlichen Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zu erklären.
KW  - Bewusstsein
KW  - Informationsverarbeitung
KW  - Unbewusste Informationsverarbeitung
KW  - Subliminales Priming
KW  - Schachexperten
KW  - Schachnovizen
KW  - Merkmalsverarbeitung
KW  - Merkmalsintegration
KW  - Priming
KW  - unconscious information processing
KW  - subliminal priming
KW  - chess experts
KW  - chess novices
KW  - feature processing
KW  - feature integration
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-67190
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TY  - THES
A1  - Buback, Johannes
T1  - Femtochemistry of Pericyclic Reactions and Advances towards Chiral Control
T1  - Femtochemie pericyclischer Reaktionen und Fortschritte in Richtung einer chiralen Kontrolle
N2  - Pericyclic reactions possess changed reactivities in the excited state compared to the ground state which complement each other, as can be shown by simple frontier molecular orbital analysis. Hence, most molecules that undergo pericyclic reactions feature two different photochemical pathways. In this thesis an investigation of the first nanoseconds after excitation of Diazo Meldrum’s acid (DMA) is presented. The time-resolved absorption change in the mid-infrared spectral region revealed indeed two reaction pathways after excitation of DMA with at least one of them being a pericyclic reaction (a sigmatropic rearrangement). These two pathways most probably start from different electronic states and make the spectroscopy of DMA especially interesting. Femtochemistry also allows the spectroscopy of very short-lived intermediates, which is discussed in context of the sequential mechanism of the Wolff rearrangement of DMA. An interesting application of pericyclic reactions are also molecular photoswitches, i.e. molecules that can be switched by light between two stable states. This work presents a photoswitch on the basis of a 6-pi-electrocyclic reaction, whose reaction dynamics after excitation are unravelled with transient-absorption spectroscopy for both switching directions. The 6-pi-electrocyclic reaction is especially attractive, because of the huge electronic changes and subsequent absorption changes upon switching between the ring-open and ring-closed form. Fulgides, diarlyethenes, maleimides as well as spiropyrans belong to this class of switches. Despite the popularity of spiropyrans, the femtochemistry of the ring-open form (“merocyanine”) is still unknown to a great extent. The experiments in this thesis on this system combined with special modeling algorithms allowed to determine the quantum efficiencies of all reaction pathways of the system, including the ring-closure pathway. With the knowledge of the reaction dynamics, a multipulse control experiment showed that bidirectional full-cycle switching between the two stable states on an ultrafast time scale is possible. Such a controlled ultrafast switching is a process which is inaccessible with conventional light sources and may allow faster switching electronics in the future. Theoretical calculations suggest an enantioselective photochemistry, i.e. to influence the chirality of the emerging molecule with the chirality of the light, a field called “chiral control”. The challenges that need to be overcome to prove a successful chiral control are extremely hard, since enantiosensitive signals, such as circular dichroism, are inherently very small. Hence, chiral control calls for a very sensitive detection as well as an experiment that cancels all effects that may influence the enantiosensitive signal. The first challenge, the sensitive detection, is solved with a polarimeter, which is optimized to be combined with femtosecond spectroscopy. This polarimeter will be an attractive tool for future chiral-control experiments due to its extreme sensitivity. The second challenge, the design of an artefact-free experiment, gives rise to a variety of new questions. The polarization state of the light is the decisive property in such an experiment, because on the one hand the polarization carries the chiral information of the excitation and on the other hand the change of the polarization or the intensity change dependent on the polarization is used as the enantiosensitive probing signal. A new theoretical model presented in this thesis allows to calculate the anisotropic distribution of any given pump-probe experiment in which any pulse can have any polarization state. This allows the design of arbitrary experiments for example polarization shaped pump-probe experiments. Furthermore a setup is presented and simulated that allows the shot-to-shot switching between mirror-images of light polarization states. It can be used either for control experiments in which the sample is excited with mirror-images of the pump polarization or for spectroscopy purposes, such as transient circular dichroism or transient optical rotatory dispersion. The spectroscopic results of this thesis may serve as a basis for these experiments. The parallel and sequential photochemical pathways of DMA and the feasibility of the bidirectional switching of 6,8-dinitro BIPS in a pump–repump experiment on the one hand offer a playground to test the relation of the anisotropy with the polarization of the pump, repump and probe pulse. On the other hand control experiments with varying pump and repump polarization may be able to take influence on the dynamics after excitation. Especially interesting is the combination of the 6,8-dinitro BIPS with the polarization-mirroring setup, because the closed form (spiropyran) is chiral. Perhaps in the future it will be possible to prove a cumulative circular-dichroism effect or even a chiral control with this system.
N2  - Pericyclische Reaktionen besitzen unterschiedliche Reaktivitäten im elektronischen Grund- und angeregten Zustand, wie anhand einfacher Grenzorbitalbetrachtungen gezeigt werden kann. Deswegen weisen Moleküle die eine pericyclische Reaktion eingehen meist mehrere photochemische Reaktionspfade auf. In dieser Arbeit wird die Femtochemie von Diazo-Meldrumssäure (DMA) utnersucht. Die zeitaufgelösten Absorptionsänderungen im mittleren Infrarotbereich zeigen tatsächlich zwei Reaktionspfade nach Anregung der DMA, von denen zumindest einer eine pericyclische Reaktion ist (eine sigmatrope Umlagerung). Diese zwei Pfade starten vermutlich von unterschiedlichen elektronischen Zuständen, was die Spektroskopie von DMA besonders interessant macht. Besonders kurzlebige Intermediate oder transiente Zustände können mit Hilfe der Femtochemie auch beobachtet werden, was in Zusammenhang mit der Wolff Umlagerung von DMA gezeigt wird. Eine weitere interessante Anwendung pericyclischer Reaktionen sind die molekularen Schalter, also Moleküle die mit Licht zwischen zwei stabilen Zuständen hin und hergeschaltet werden können. In dieser Arbeit wird ein Photoschalter, 6,8-dinitro BIPS, auf Basis einer 6-pi elektrocyclischen Reaktion vorgestellt, dessen Reaktionsdynamiken nach Anregung mit Hilfe transienter Absorption sichtbar gemacht werden. Die 6-pi elektrocyclische Reaktion ist besonders attraktiv, da mit ihr große elektronische Änderungen und somit auch starke Absorptionsänderungen einhergehen beim Schaltvorgang. Fulgide, Diarylethene, Maleimide und Spiropyrane gehören zu dieser Klasse von Schaltern. Trotz der großen Verbreitung der Spiropyrane ist jedoch bisher die Femtochemie der offenen Form ("Merocyanin") zum großen Teil unbekannt. Die Experimente und Modellierungen an diesem System in dieser Arbeit erlauben die Bestimmung der Quanteneffizienzen aller beteiligten Reaktionspfade beider Schaltrichtungen. Mit diesem Wissen ausgestattet konnte ein Multipulse-Kontroll Experiment durchgeführt werden in dem bidirektional zwischen den beiden Zuständen des Photoschalters auf Pikosekunden Zeitskala hin und hergeschaltet wurde. Dieser Prozess ist mit konventionellen Lichtquellen nicht möglich. Laut theoretischen Rechnungen ist eine enantionselektive Photochemie, also die Beeinflussung der Chiralität von gebildeten Produkten einer Photoreaktion, möglich. Dieses Feld wird "chirale Kontrolle" genannt. Die Herausforderungen eine erfolgreiche chirale Kontrolle zu beweisen sind extrem anspruchsvoll, da enantiosensitive Signale, wie zum Beispiel der Zirkulardichroismus, sehr klein sind. Deswegen ist einerseits eine sehr genaue Detektionsmethode notwendig sowie eine experimentelle Anordnung in der Artefakte direkt ausgeschlossen werden. Für die sehr genaue Detektion wurde in dieser Arbeit ein Polarimeter entwickelt, das zudem für die Kombination mit Femtosekundenlaserpulsen optimiert ist. Dieses Polarimeter wird in Zukunft eine attraktive Detektionsmethode für chirale-Kontrollexperimente sein auf Grund seiner extrem guten Sensitivität. Die zweite Herausforderung eine artefaktfreie experimentelle Anordnung zu finden, eröffnet eine Fülle neuer Fragen. Der Polarisationszustand in diesen Experimenten ist die entscheidende Eigenschaft, da einerseits die Polarisation die chirale Information der Anregung trägt und andererseits die Änderung des Polarisationszustands oder der Intensität benutzt wird als enantiosensitives Abfragesignal. Ein neues theoretisches Modell ist in dieser Arbeit präsentiert, das es ermöglicht die anisotropen Verteilungen beliebiger Anrege-Abfrage Experimente mit beliebigen Polarisationszuständen aller beteiligten Pulse zu berechnen. Das ermöglicht den Aufbau beliebiger Anrege-Abfrage Experimente, z.B. polarisationsgeformte Anrege-Abfrage Experimente. Außerdem wird ein Setup vorgestellt und simuliert, das es ermöglicht Schuss-zu-Schuss zwischen spiegelbildlichen Polarisationszuständen des Lichts hin und herzuschalten. Mit diesem Setup können zum Beispiel Kontrollexperimente durchgeführt werden in denen die Probe mit spiegelbildlichen Polarisationszuständen angeregt wird. Des weiteren können mit dem Setup auch Spektroskopieexperimente durchgeführt werden, wie z.B. transienter Zirkulardichroismus oder transiente optische Rotationsdisperision. Die spektroskopische Ergebnisse dieser Arbeit können als Basis dienen für solche Experimente. Die parallelen und sequentiellen photochemischen Pfade des DMA sowie das bidirektionale Schalten des 6,8-dinitro BIPS in einem Anrege-Wiederanrege Experiment bieten viele Möglichkeiten die neuen Zusammenhänge der Anisotropie mit den Polarisationszuständen des Anrege, Wiederanrege oder Abfragestrahls zu überprüfen. Andererseits könnte man mit Kontrollexperimenten mit variierender Anrege und Wiederanregepolarisation Einfluss nehmen auf die induzierten Dynamiken. Besonders interessant ist hier die Kombination des 6,8-dinitro BIPS mit der Polarisationsspiegelungssetups, weil die geschlossene Form (Spiropyran) chiral ist. Vielleicht ist es mit diesem System tatsächlich in der Zukunft möglich einen kumulativen Zirkulardichroismuseffekt oder sogar eine chirale Kontrolle zu zeigen.
KW  - Femtosekundenspektroskopie
KW  - Chiralität <Chemie>
KW  - Anisotropie
KW  - Pericyclische Reaktion
KW  - chirale Kontrolle
KW  - transiente Absorption
KW  - molekulare Schalter
KW  - femtosecond spectroscopy
KW  - chiral control
KW  - anisotropy
KW  - transient absorption
KW  - molecular switch
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66484
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TY  - THES
A1  - Kapustjansky, Alexander
T1  - In vivo imaging and optogenetic approach to study the formation of olfactory memory and locomotor behaviour in Drosophila melanogaster
T1  - In vivo Imaging und der optogenetische Ansatz zu Untersuchung der Gedächtnissbildung und lokomotorischem Verhalten bei Drosophila melanogaster
N2  - Understanding of complex interactions and events in a nervous system, leading from the molecular level up to certain behavioural patterns calls for interdisciplinary interactions of various research areas. The goal of the presented work is to achieve such an interdisciplinary approach to study and manipulate animal behaviour and its underlying mechanisms. Optical in vivo imaging is a new constantly evolving method, allowing one to study not only the local but also wide reaching activity in the nervous system. Due to ease of its genetic accessibility Drosophila melanogaster represents an extraordinary experimental organism to utilize not only imaging but also various optogenetic techniques to study the neuronal underpinnings of behaviour. In this study four genetically encoded sensors were used to investigate the temporal dynamics of cAMP concentration changes in the horizontal lobes of the mushroom body, a brain area important for learning and memory, in response to various physiological and pharmacological stimuli. Several transgenic lines with various genomic insertion sites for the sensor constructs Epac1, Epac2, Epac2K390E and HCN2 were screened for the best signal quality, one line was selected for further experiments. The in vivo functionality of the sensor was assessed via pharmacological application of 8-bromo-cAMP as well as Forskolin, a substance stimulating cAMP producing adenylyl cyclases. This was followed by recording of the cAMP dynamics in response to the application of dopamine and octopamine, as well as to the presentation of electric shock, odorants or a simulated olfactory signal, induced by acetylcholine application to the observed brain area. In addition the interaction between the shock and the simulated olfactory signal by simultaneous presentation of both stimuli was studied. Preliminary results are supporting a coincidence detection mechanism at the level of the adenylyl cyclase as postulated by the present model for classical olfactory conditioning. In a second series of experiments an effort was made to selecticvely activate a subset of neurons via the optogenetic tool Channelrhodopsin (ChR2). This was achieved by recording the behaviour of the fly in a walking ball paradigm. A new method was developed to analyse the walking behaviour of the animal whose brain was made optically accessible via a dissection technique, as used for imaging, thus allowing one to target selected brain areas. Using the Gal4-UAS system the protocerebral bridge, a substructure of the central complex, was highlighted by expressing the ChR2 tagged by fluorescent protein EYFP. First behavioural recordings of such specially prepared animals were made. Lastly a new experimental paradigm for single animal conditioning was developed (Shock Box). Its design is based on the established Heat Box paradigm, however in addition to spatial and operant conditioning available in the Heat Box, the design of the new paradigm allows one to set up experiments to study classical and semioperant olfactory conditioning, as well as semioperant place learning and operant no idleness experiments. First experiments involving place learning were successfully performed in the new apparatus.
N2  - Das Verständniss für die komplexen Interaktionen und Zusammenhänge, die von der molekularen Ebene bis zum Auftreten von bestimmten Verhaltensmustern führen, erfordert die interdisziplinäre Zusammenarbeit unterschiedlicher Forschungsrichtungen. Das Ziel der vorgelegten Arbeit war es einen solchen interdisziplinären Ansatz für die Erforschung und die Manipulation von Verhalten und ihm zu Grunde liegenden Mechanismen zu verwirklichen. Optisches in vivo Imaging ist eine neue, sich ständig weiterentwickelnde Methode, welche es ermöglicht, nicht nur lokale sondern auch weitläufige Aktivitäten innerhalb des Nervensystem zu untersuchen. Drosophila melanogaster stellt aufgrund der leichten genetischen Zugänglichkeit einen herausragenden experimentellen Organismus dar, bei welchem neben optischem Imaging eine ganze Reihe optogenetischer Methoden angewandt werden kann, um die neuronalen Grundlagen des Verhaltens zu erforschen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde mit Hilfe von vier genetisch kodierten Sensoren in vivo die Dynamik der cAMP Konzentration in den horizontalen Loben des Pilzkörpers, bei Applikation unterschiedlicher physiologischer und pharmazeutischer Stimuli untersucht. Dabei wurden mehrere transgene Fliegenlinien mit Sensorkonstrukten Epac1, Epac2, Epac2K390E und HCN2 an unterschiedlichen genomischen Insertionsorten, hinsichtlich ihrer Signalqualität untersucht, eine der Linien wurde für weitere Experimente ausgewählt. Zunächst wurde an dieser die in vivo Tauglichkeit des Sensors gezeigt, indem die Konzentration von cAMP durch pharmakologische Applikationen von 8-Bromo-cAMP und Forskolin, einer Substanz welche die Aktivität von cAMP produzierenden Adenylatcyclasen stimuliert, appliziert wurden. Anschließend wurde eine Untersuchung der cAMP Dynamik als Antwort auf einen elektrischen Schock, unterschiedliche Düfte, sowie einen durch Applikation von Acetylcholin simulierten Duftstimulus durchgeführt. Vorläufige Ergebnisse bestärken das aktuelle Modell der klassischen olfaktorischen Konditionierung durch die Koinzidenzdetektion auf der Ebene der Adenylatcyclase. In einem weiteren Experiment wurde der Versuch einer optogenetischen neuronalen Aktivierung unternommen, dabei wurde basierend auf einem Laufball Paradigma eine Methode entwickelt, das Laufverhalten der Fliegen zu analysieren während ihr Gehirn durch eine Imaging-Präparation freigelegt wurde, um gezielt bestimmte durch fluoreszierende Proteine markierte Gehirnbereiche anzuregen. Erste Aufzeichnungen des Laufverhaltens bei Aktivierung der protocerebrallen Brücke, einer Substruktur des Zentralkomplexes, wurden durchgeführt. Schließlich wurde eine neue Apparatur (Shock Box) für die Konditionierung von Einzeltieren entwickelt und gebaut, das Design beruht auf dem der sogenannten Heat Box, ermöglicht jedoch klassische und semioperante olfaktorische Konditionierung zusätzlich zu der in der Heat Box möglichen räumlichen und operanten Konditionierung. Die ersten Versuche für räumliches Lernen wurden in der Apparatur durchgeführt.
KW  - Taufliege
KW  - Pilzkörper
KW  - Cyclo-AMP
KW  - Gedächtnis
KW  - In vivo
KW  - Imaging
KW  - Drosophila
KW  - Memory
KW  - In vivo
KW  - Imaging
KW  - Drosophila
KW  - Memory
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-69535
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schlosser, Daniel
T1  - Quality of Experience Management in Virtual Future Networks
T1  - Netzwerkmanagement unter Berücksichtigung der vom Benutzer erfahrenen Dienstgüte in virtuellen zukünftigen Netzen
N2  - Aktuell beobachten wir eine drastische Vervielfältigung der Dienste und Anwendungen, die das Internet für den Datentransport nutzen. Dabei unterscheiden sich die Anforderungen dieser Dienste an das Netzwerk deutlich. Das Netzwerkmanagement wird durch diese Diversität der nutzenden Dienste aber deutlich erschwert, da es einem Datentransportdienstleister kaum möglich ist, die unterschiedlichen Verbindungen zu unterscheiden, ohne den Inhalt der transportierten Daten zu analysieren. Netzwerkvirtualisierung ist eine vielversprechende Lösung für dieses Problem, da sie es ermöglicht für verschiedene Dienste unterschiedliche virtuelle Netze auf dem gleichen physikalischen Substrat zu betreiben. Diese Diensttrennung ermöglicht es, jedes einzelne Netz anwendungsspezifisch zu steuern. Ziel einer solchen Netzsteuerung ist es, sowohl die vom Nutzer erfahrene Dienstgüte als auch die Kosteneffizienz des Datentransports zu optimieren. Darüber hinaus wird es mit Netzwerkvirtualisierung möglich das physikalische Netz so weit zu abstrahieren, dass die aktuell fest verzahnten Rollen von Netzwerkbesitzer und Netzwerkbetreiber entkoppelt werden können. Darüber hinaus stellt Netzwerkvirtualisierung sicher, dass unterschiedliche Datennetze, die gleichzeitig auf dem gleichen physikalischen Netz betrieben werden, sich gegenseitig weder beeinflussen noch stören können. Diese Arbeit  beschäftigt sich mit ausgewählten Aspekten dieses Themenkomplexes und fokussiert sich darauf, ein virtuelles Netzwerk mit bestmöglicher Dienstqualität für den Nutzer zu betreiben und zu steuern. Dafür wird ein Top-down-Ansatz gewählt, der von den Anwendungsfällen, einer möglichen Netzwerkvirtualisierungs-Architektur und aktuellen Möglichkeiten der Hardwarevirtualisierung ausgeht. Im Weiteren fokussiert sich die Arbeit dann in Richtung Bestimmung und Optimierung der vom Nutzer erfahrenen Dienstqualität (QoE) auf Applikationsschicht und diskutiert Möglichkeiten zur Messung und Überwachung von wesentlichen Netzparametern in virtualisierten Netzen.
N2  - Currently, we observe a strong growth of services and applications, which use the Internet for data transport. However, the network requirements of these applications differ significantly. This makes network management difficult, since it complicated to separate network flows into application classes without inspecting application layer data. Network virtualization is a promising solution to this problem. It enables running different virtual network on the same physical substrate. Separating networks based on the service supported within allows controlling each network according to the specific needs of the application. The aim of such a network control is to optimize the user perceived quality as well as the cost efficiency of the data transport. Furthermore, network virtualization abstracts the network functionality from the underlying implementation and facilitates the split of the currently tightly integrated roles of Internet Service Provider and network owner. Additionally, network virtualization guarantees that different virtual networks run on the same physical substrate do not interfere with each other. This thesis discusses different aspects of the network virtualization topic. It is focused on how to manage and control a virtual network to guarantee the best Quality of Experience for the user. Therefore, a top-down approach is chosen. Starting with use cases of virtual networks, a possible architecture is derived and current implementation options based on hardware virtualization are explored. In the following, this thesis focuses on assessing the Quality of Experience perceived by the user and how it can be optimized on application layer. Furthermore, options for measuring and monitoring significant network parameters of virtual networks are considered.
T3  - Würzburger Beiträge zur Leistungsbewertung Verteilter Systeme - 01/12 
KW  - Netzwerkmanagement
KW  - Dienstgüte
KW  - Netzwerkvirtualisierung
KW  - QoS
KW  - QoE
KW  - Network Virtualization
KW  - Quality of Experience
KW  - Network Management
KW  - Quality of Service
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-69986
ER  - 
TY  - THES
A1  - Beitzinger, Christoph
T1  - Binding-, Blocking- and Translocation-Processes Concerning Anthrax-Toxin and Related Bacterial Protein-Toxins of the AB7-Family
T1  - Charakterisierung von Bindungs-, Blockierungs- und Translokationsprozessen am Anthrax-Toxin und verwanten Toxinen der AB7-Gruppe
N2  - Bacterial protein toxins belong to the most potent toxins which are known. They exist in many different forms and are part of our every day live. Some of them are spread by the bacteria during infections and therefore play a crucial role in pathogenicity of these strains. Others are secreted as a defense mechanism and could be uptaken with spoiled food. Concerning toxicity, some of the binary toxins of the AB7-type belong to the most potent and dangerous toxins in the world. Even very small amounts of these proteins are able to cause severe symptoms during an infection with pathogen species of the genus Clostridium or Bacillus. Apart from the thread the toxins constitute, they exhibit a unique way of intoxication. Members of the AB7-toxin family consist of a pore-forming subunit B, that acts as a molecular syringe to translocate the enzymatic moieties A into the cytosol of target cells. This complex mechanism does not only kill cells with high efficiency and therefore should be studied for treatment, but also displays a possibility to address certain cells with a specific protein cargo if used as a molecular delivery tool. Concerning both issues, binding and translocation of the channel are the crucial steps to either block or modify the system in the desired way. To gain deeper insight into the transport of binary toxins the structure of the B subunit is of great importance, but being a membrane protein, no crystal could be obtained up to now for either protective antigen (PA) of Anthrax toxin or any other AB7-type binding domain. Therefore, the method of choice in this work is an electro-physical approach using the so-called black-lipid-bilayer system for determination of biophysical constants. Additionally, diverse cell based assays serve as a proving method for the data gained during in vitro measurements. Further information was gathered with specially designed mutants of the protein channel. The first part of this thesis focuses on the translocation process and its possible use as a molecular tool to deliver protein cargo into special cell types. The task was addressed by measuring the binding of different effector proteins related and unrelated to the AB7 toxin family. These proteins were tested in titration experiments for the blockage of the ion current through a membrane saturated with toxin channels. Especially the influence of positively charged His-tags has been determined in detail for PA and C2II. As described in chapter 2, a His-tag transferred the ability of being transported by PA, but not by C2II, to different proteins like EDIN (from S. aureus) in vitro and in cell-based experiments. This process was found to change the well-known voltage-dependency of PA to a huge extend and therefore is related to membrane potentials which play a crucial role in many processes in living cells. Chapter 3 sums up findings, which depict that binding partners of PA share certain common motives. These could be detected in a broad range of substrates, ranging from simple ions in an electrolyte over small molecules to complex protein effectors. The gathered information could be further used to design blocker-substrates for treatment of Anthrax infections or tags, which render PA possible as a molecular syringe for cargo proteins. The deeper insight to homologies and differences of binary toxin components is the core of chapter 4, in which the cross-reactivity of Anthrax and C2-toxin was analyzed. The presented results lead to a better understanding of different motives involved in binding and translocation to and via the B components PA and C2II, as well as the enzymatically active A moieties edema factor (EF), lethal factor (LF) and C2I. In the second part of the thesis, the blockage of intoxication is the center of interest. Therefore, chapter 5 focuses on the analysis of specially designed blocker-substrate molecules for PA. These molecules form a plug in the pore, abolishing translocation of the enzymatic units. Especially, if multi-resistant strains of Anthrax (said to be already produced in Russia as a biological weapon) are taken into consideration, these substrates could stop intoxication and buy time, to deal with the infection. Chapter 6 describes the blockage of PA-channels by anti-His antibody from the trans-side of the porin, an effect which was not described for any other antibody before. Interestingly, even mutation of the estimated target amino acid Histidine 310 to Glycine could not interfere with this ionic strength dependent binding.
N2  - Bakterielle Protein-Toxine gehören zu den wirksamsten bekannten Toxinen. In vielfältigen Variationen findet man sie in allen Bereichen des Lebens. Einige werden von den Bakterien während einer Infektion freigesetzt und übernehmen einen wichtigen Part in der Pathogenität. Andere werden zu Verteidigungszwecken sekretiert und können in verdorbenen Lebensmitteln gefunden werden. Was die Wirkung binärer Toxine der AB7-Gruppe angeht, so gehören diese zu den potentesten und gefährlichsten Giften weltweit. Selbst kleine Mengen dieser Proteine können schwerste Symptome während einer Infektion mit Bakterien der Gattung Clostridium oder Bacillus verursachen. Abgesehen von der Bedrohung die durch die Toxine ausgeht, zeichnen sie sich durch einen einzigartigen Intoxikationsmechanismus aus. AB7-Toxine sind aus einer porenformenden Domäne B, die als eine Art molekulare Injektionskanüle fungiert, und enzymatisch aktiven Proteinen A zusammengesetzt. Der komplexe Wirkmechanismus ermöglicht es nicht nur Zellen in höchst effektiver Weise abzutöten und sollte deswegen zu Behandlungszwecken untersucht werden, sondern könnte auch als molekulares Werkzeug umfunktioniert werden, um spezielle Zellen mit gewünschten Proteinen zu beladen. Für beide Zwecke (Blockierung und gezielter Transport) ist die Bindung an, und der Transport durch die porenformende Domäne von größter Bedeutung. Die Struktur der B-Domäne ist wichtig um tiefere Einsicht in den Transportprozess der binären Toxine zu ermöglichen. Leider ist es bisher nicht gelungen die Kristallstruktur des Membranproteins protective antigen (PA) von Anthrax oder irgendeiner anderen Bindedomäne eines AB7-Toxins zu lösen. Deshalb wurde in dieser Arbeit ein elektrophysiologischer Ansatz zur Bestimmung der biophysikalischen Konstanten des Prozesses gewählt, die Black-lipid-Bilayer Methode. Zusätzliche Versuche an Zellen und mit Mutanten der Proteine dienen zur Absicherung der in vitro Ergebnisse. Im ersten Teil der Arbeit wird der Translokationsmechanismus, und die mögliche Nutzung dessen als molekulares Werkzeug näher behandelt. Dies erfolgte durch Bindungsstudien an PA und C2II mit Effektoren (sowohl aus der AB7-Familie, als auch nicht näher verwandt). In Kapitel 2 wird beschrieben, dass ein His-Tag es EDIN (von S. aureus) und anderen Effektoren ermöglicht, dass ein Transport durch PA-Poren in vitro und in vivo stattfindet (nicht aber durch C2II). Ebenfalls konnte eine starke Abweichung in der bekannten Spannungsabhängigkeit von PA festgestellt werden, die den Prozess eindeutig mit den Membranpotentialen in Verbindung bringt, die häufig eine wichtige Rolle im Metabolismus spielen. Kapitel 3 fasst zusammen, dass Bindungspartner von PA bestimmte Motive beinhalten, die von Substraten wie Ionen in Elektrolyten, über kleine Moleküle, bis hin zu komplexen Proteinen reichen. Diese Erkenntnisse könnten genutzt werden um Blockersubstanzen zur Behandlung von Anthrax, oder Tags zur Aufnahme durch Anthrax zu designen. Neueste Befunde zu Homologien und Unterschieden zwischen den Komponenten der binären Toxine sind der Kern von Kapitel 4, in dem die Kreuzreaktivität von Anthrax und C2-Toxin analysiert wurde. Die enthaltenen Daten ermöglichen einen tieferen Einblick in die verschiedenen Stufen der Bindung und Translokation des edema factor (EF), des lethal factor (LF) und von C2I an und durch PA und C2II. Im zweiten Teil rückt die Blockierung der Intoxikation in den Fokus. Die Analyse speziell designter Blockersubstanzen für PA wird in Kapitel 5 behandelt. Diese formen einen Porenverschluss, der weiteren Transport von Toxinkomponenten verhindert. Eine besondere Bedeutung könnten diese Substanzen im Zusammenhang mit Multiresitenz bei Anthrax Stämmen (vermutlich in Russland als biologische Waffe hergestellt) zur Verhinderung von Symptomen und der Verlängerung der Zeit spielen, die man hat um neue Antibiotika zu erzeugen. Kapitel 6 beschreibt zum ersten Mal die Blockierung von PA-Poren mittels eines Anti-His Antikörpers von der trans-Seite aus. Interessanterweise trat diese Ionenstärke abhängige Blockierung, auch bei einer Histidin zu Glycin Mutation an der Stelle 310 (vermutete Bindeposition) auf.
KW  - Bacillus anthracis
KW  - Translokation
KW  - Toxin
KW  - Protective antigen
KW  - Bindungsprozess
KW  - Black-lipid-bilayer
KW  - Bacillus anthracis
KW  - protective antigen
KW  - Anthrax Toxin
KW  - translocation
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70052
ER  - 
TY  - THES
A1  - Batzilla, Julia
T1  - Complete genome sequence of Yersinia enterocolitica subspecies palearctica serotype O:3: Identification of novel virulence-associated genes and evolutionary aspects
T1  - Die komplette Genomsequenz von Yersinia enterocolitica Subspezies palearctica Serotyp O:3: Identifikation neuer Virulenz-assoziierter Gene und evolutionäre Aspekte
N2  - Yersinia enterocolitica subsp. palearctica Serobiotyp O:3/4 ist verantwortlich für 80-90 % aller Yersiniosen beim Menschen in Deutschland und Europa. Y. enterocolitica Infektionen zeigen vielfältige Krankheitsbilder wie Gastroenteritis, Lymphadenitis und verschiedene Spätkomplikationen wie reaktive Arthritis. Das wichtigste Tierreservoir stellt das Hausschwein dar. Rohes Schweinefleisch in Metzgereien in Deutschland und anderen Regionen in Nord-Ost Europa ist häufig mit Yersinien kontaminiert (Bayern: 25 %). Da sich Serobiotyp O:3/4-Stämme geografisch und phylogenetisch deutlich von dem bisher sequenzierten Serobiotyp O:8/1B Stamm 8081 unterscheiden, wurde eine komplette Genomsequenzierung des europäischen Serobiotyp O:3/4 DSMZ Referenzstammes Y11 (aus Patientenstuhl isoliert) durchgeführt. Um einen genaueren Einblick in die Y. enterocolitica subsp. palearctica Gruppe zu erhalten, wurden zusätzlich zwei weitere Serobiotyp O:3/4 Isolate (Stamm Y8265, Patientenisolat, und Stamm Y5307, mit reaktiver Arthritis assoziiertes Patientenisolat), sowie ein eng verwandtes Y. enterocolitica subsp. palearctica Serobiotyp O:5,27/3 Isolat, Stamm Y527P, und zwei Biotyp 1A Isolate (ein Isolat nosokomialer Herkunft (Serogruppe O:5) und ein Umwelt-Isolat (O:36)) unvollständig sequenziert. Die nicht mausvirulenten Stämme wurden mit dem mausvirulenten Y. enterocolitica subsp. enterocolitica Serobiotyp O:8/1B Stamm 8081 verglichen, um genetische Besonderheiten von Stamm Y11 und der Y. enterocolitica subsp. palearctica Gruppe zu identifizieren. Besonderer Fokus lag hierbei auf dem pathogenen Potential von Stamm Y11, um neue potentielle Virulenz Faktoren und Fitnessfaktoren zu identifizieren, darunter vor allem solche, die eine Rolle bei der Wirtsspezifität von Serobiotyp O:3/4 spielen könnten. Y. enterocolitica subsp. palearctica Serobiotyp O:3/4 Stämmen fehlen einige der Charakteristika der mausvirulenten Gruppe Y. enterocolitica subsp. enterocolitica, beispielsweise die Yersiniabactin kodierende‚ High-Pathogenicity Island (HPI), das Yts1 Typ 2 Sekretionssystem und das Ysa Typ 3 Sekretionssystem. Die Serobiotyp O:3/4-Stämme haben ein anderes Repertoir von Virulenz Faktoren erworben, darunter Gene bzw. genomische Inseln für das Ysp Typ 3 Sekretionssystem, Rtx-ähnliches putatives Toxin, Insektizid-Toxine und ein funktionelles PTS System für die Aufnahme von N-acetyl-galactosamin, dem aga-Operon. Nach dem Transfer des aga-Operons in Y. enterocolitica subsp. enterocolitica O:8/1B konnte Wachstum auf N-acetyl-galactosamin festgestellt werden. Neben diesen Genen können möglicherweise auch zwei Prophagen (PhiYep-2 und PhiYep-3) und eine asn tRNA assoziierte genomische Insel (GIYep-01) zur Pathoadaptation von Y. enterocolitica subsp. palearctica Serobiotyp O:3/4 beitragen. Der PhiYep-3 Prophage und die GIYep-01 Insel weisen Rekombinationsaktivität auf, und PhiYep-3 wurde nicht in allen untersuchten Serobiotyp O:3/4 Stämmen gefunden. Y. enterocolitica subsp. palearctica Serobiotyp O:5,27/3 Stamm Y527P ist genetisch eng verwandt zu allen Serobiotyp O:3/4 Isolaten, wohingegen die Biotyp 1A Isolate ein mehr Mosaik-artiges Genom aufweisen und potentielle Virulenzgene sowohl mit Serobiotyp O:8/1B als auch O:3/4 gemeinsam haben, was einen gemeinsamen Vorfahren impliziert. Neben dem pYV Virulenz-Plasmid fehlen den Biotyp 1A Isolaten klassische Virulenzmarker wie das Ail Adhesin, das YstA Enterotoxin und das Virulenz-assoziierte Protein C (VapC). Interessanterweise gibt es keine beträchtlichen Unterschiede zwischen den bekannten Virulenzfaktoren des nosokomialen Isolats und dem Umweltisolat der Biotyp 1A-Gruppe, abgesehen von einem verkürzten Rtx Toxin-ähnlichem Genkluster und Überresten eines P2-ähnlichen Phagen im Krankenhausisolat der Serogruppe O:5.
N2  - Yersinia enterocolitica subsp. palearctica serobiotype O:3/4 comprises about 80-90 % of all human patient isolates in Germany and Europe and is responsible for sporadic cases worldwide. Even though this serobiotype is low pathogenic, Y. enterocolitica subsp. palearctica serobiotype O:3/4 is involved in gastroenteritis, lymphadenitis and various extraintestinal sequelae as reactive arthritis. The main animal reservoir of this serobiotype are pigs, causing a high rate of O:3/4 contaminations of raw pork in butcher shops in Germany (e.g. Bavaria 25 %) and countries in north-east Europe. As Y. enterocolitica O:3/4 is geographically and phylogenetically distinct from the so far sequenced mouse-virulent O:8/1B strain, complete genome sequencing has been performed for the European serobiotype O:3/4 DSMZ reference strain Y11, which has been isolated from a patient stool. To gain greater insight into the Y. enterocolitica subspecies palearctica group, also draft genome sequences of two other human O:3/4 isolates (strains Y8265, patient isolate, and Y5307, patient isolate associated with reactive arthritis), a closely related Y. enterocolitica palearctica serobiotype O:5,27/3 (strain Y527P), and two biotype 1A strains (a nosocomial strain of serogroup O:5 and an environmental serogroup O:36 isolate) have been performed. Those strains were compared to the high-pathogenic Y. enterocolitica subsp. enterocolitica serobiotype O:8/1B strain 8081 to address the peculiarities of the strain Y11 and the Y. enterocolitica subspecies palearctica group. The main focus was to unravel the pathogenic potential of strain Y11 and thus to identify novel putative virulence genes and fitness factors, especially those that may constitute host specificity of serobiotype O:3/4. Y. enterocolitica subspecies palearctica serobiotype O:3/4 strains lack most of the mouse-virulence-associated determinants of Y. enterocolitica subsp. enterocolitica serotype O:8, for example the HPI, Yts1 type 2 and Ysa type three secretion systems. In comparison, serobiotype O:3/4 strains obviously acquired a different set of genes and genomic islands for virulence and fitness such as the Ysp type three secretion system, an RtxA-like putative toxin, insecticidal toxins and a functional PTS system for N-acetyl-galactosamine uptake, named aga-operon. The aga-operon is able to support the growth of the Y. enterocolitica subsp. enterocolitica O:8/1B on N-acetyl-galactosamine after transformation with the aga operon. Besides these genes, also two prophages, PhiYep-2 and PhiYep-3, and a asn tRNA-associated GIYep-01 genomic island might influence the Y. enterocolitica subsp. palearctica serobiotype O:3/4 pathoadaptation. The PhiYep-3 prophage and the GIYep-01 island show recombination activity and PhiYep-3 was not found in all O:3/4 strains of a small strain collection tested. Y. enterocolitica subsp. palearctica serobiotype O:5,27/3 strain Y527P was found to be closely related to all serobiotype O:3/4 strains, whereas the biotype 1A isolates have more mosaic-segmented genomes and share putative virulence genes both with serobiotypes O:8/1B and O:3/4, which implies their common descent. Besides the pYV virulence plasmid, biotype 1A strains lack classical virulence markers as the Ail adhesin, the YstA enterotoxin, and the virulence-associated protein C. Interestingly, there are no notable differences between the known virulence factors present in nosocomial and environmental strains, except the presence of a truncated Rtx toxin-like gene cluster and remnants of a P2-like prophage in the hospital serogroup O:5 isolate.
KW  - Genanalyse
KW  - Yersinia enterocolitica
KW  - Genomsequenzierung
KW  - Genome Sequencing
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-69668
N1  - Die praktische Durchführung der Arbeit wurde durch Hernn Prof. Dr. Dr. J. Heesemann am Max von Pettenkofer-Institut in München betreut.
ER  -