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  - 
TY  - THES
A1  - Jacobs, Graeme Brendon
T1  - HIV-1 resistance analyses from therapy-naïve patients in South Africa, Tanzania and the characterization of a new HIV-1 subtype C proviral molecular clone
T1  - HIV-1 Resistenz-Analysen von nicht-therapierten Patienten aus Südafrika und Tansania und Charakterisierung eines neuen HIV-1 Subtyp C proviralen molekularen Klons
N2  - The acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) is currently the most infectious disease worldwide. It is caused by the human immunodeficiency virus (HIV). At the moment there are ~33.3 million people infected with HIV. Sub-Saharan Africa, with ~22.5 million people infected accounts for 68% of the global burden. In most African countries antiretroviral therapy (ART) is administered in limited-resource settings with standardised first- and second-line ART regimens. During this study I analysed the therapy-naïve population of Cape Town, South Africa and Mwanza, Tanzania for any resistance associated mutations (RAMs) against protease inhibitors, nucleoside reverse transcriptase inhibitors and non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors. My results indicate that HIV-1 subtype C accounts for ~95% of all circulating strains in Cape Town, South Africa. I could show that ~3.6% of the patient derived viruses had RAMs, despite patients being therapy-naïve. In Mwanza, Tanzania the HIV drug resistance (HIVDR) prevalence in the therapy-naïve population was 14.8% and significantly higher in the older population, >25 years. Therefore, the current WHO transmitted HIVDR (tHIVDR) survey that is solely focused on the transmission of HIVDR and that excludes patients over 25 years of age may result in substantial underestimation of the prevalence of HIVDR in the therapy-naïve population. Based on the prevalence rates of tHIVDR in the study populations it is recommended that all HIV-1 positive individuals undergo a genotyping resistance test before starting ART. I also characterized vif sequences from HIV-1 infected patients from Cape Town, South Africa as the Vif protein has been shown to counteract the antiretroviral activity of the cellular APOBEC3G/F cytidine deaminases. There is no selective pressure on the HIV-1 Vif protein from current ART regimens and vif sequences was used as an evolutionary control. As the majority of phenotypic resistance assays are still based on HIV-1 subtype B, I wanted to design an infectious HIV-1 subtype C proviral molecular clone that can be used for in vitro assays based on circulating strains in South Africa. Therefore, I characterized an early primary HIV-1 subtype C isolate from Cape Town, South Africa and created a new infectious subtype C proviral molecular clone (pZAC). The new pZAC virus has a significantly higher transient viral titer after transfection and replication rate than the previously published HIV-1 subtype C virus from Botswana. The optimized proviral molecular clone, pZAC could be used in future cell culture and phenotypic HIV resistance assays regarding HIV-1 subtype C.
N2  - Das erworbene Immundefektsyndrom (“acquired immunodeficiency syndrome”, AIDS), verursacht durch das Humane Immundefizienzvirus (HIV), ist derzeit die häufigste Infektionskrankheit weltweit. Zirka 33,3 Millionen Menschen sind gegenwärtig mit HIV infiziert, wobei hiervon etwa 22,5 Millionen Infizierte (68%) in den Ländern südlich der Sahara leben. In den meisten dieser Länder ist die antiretrovirale Therapie (ART) in nur zwei standardisierten Medikamentenkombinationen verfügbar. In dieser Arbeit wurden nichttherapierte Patienten aus Kapstadt (Südafrika) und Mwanza (Tansania) auf resistenzassoziierte Mutationen (RAMs) gegen Protease Inhibitoren, nukleosidische- und nichtnukleosidische Reverse Transkriptase Inhibitoren analysiert. Meine Ergebnisse zeigten, dass in 3,6 % der Patienten RAMs gefunden wurden, obwohl diese nicht vortherapiert waren. In der Patientengruppe aus Tansania wurden sogar in 14,8 % der Patientenviren RAMs gefunden. Dieses Patientenkollektiv war signifikant älter als 25 Jahre und damit außerhalb der von der WHO beobachteten Altersgruppe. Meine Studie legt nahe, dass die WHO-Kriterien zur Überwachung der Übertragung von resistenten HIVs die Weitergabe von resistenten Viren unterschätzt, da Patienten über 25 Jahre ausgeschlossen werden. Weiterhin wurden vif Sequenzen von HIV-1 infizierten Patienten aus Kapstadt charakterisiert, da bereits gezeigt wurde, dass das HIV Vif Protein die antiretrovirale Aktivität der Cytidin Deaminase APOBEC3G/F antagonisieren kann. Da jedoch keine Medikamenten induzierte Selektion auf diesen Sequenzen liegt, wurden diese zur Analyse der viralen Evolution verwendet. Phenotypische Resistenzanalysen basieren gegenwärtig meist auf dem HIV Subtyp B, jedoch sind die meisten Infizierten in Südafrika und sogar weltweit mit Subtyp C infiziert. Deshalb war es ein Ziel dieser Arbeit einen proviralen HIV Subtyp C Plasmid zu entwickeln. Dazu wurde das Virus aus einem frühen HIV Subtyp C Isolat kloniert. Das hier neu klonierte Virus (HIV-ZAC) zeigt sowohl einen höheren viralen Titer nach der Transfektion und auch eine höhere Replikationsrate als das zuvor publizierte HIV-1 Suptyp C Virus aus Botswana. Deshalb könnte der von mir optimierte und neu charakterisierte provirale molekulare Klon, pZAC, zukünftig in der Zellkultur und bei phenotypischen HIV Resistenztests als wildtypisches HIV-1 Suptyp C Virus eingesetzt werden.
KW  - HIV
KW  - Immunität <Medizin>
KW  - Südafrika
KW  - Tansania
KW  - HIV-1
KW  - Subtyp C
KW  - HIV-1
KW  - resistance
KW  - diversity
KW  - South Africa
KW  - Tanzania
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-67319
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schnabel, Eva
T1  - Alcohol and driving-related performance - A comprehensive meta-analysis focusing the significance of the non-significant
T1  - Alkohol und fahrrelevante Leistungen - Eine umfassende Metaanalyse
N2  - The present work reviews the experimental literature on the acute effects of alcohol on human behaviour related to driving performance. A meta-analysis was conducted which includes studies published between 1954 and 2007 in order to provide a comprehensive knowledge of the substance alcohol. 450 studies reporting 5,300 findings were selected from over 12,000 references after applying certain in- and exclusion criteria. Thus, the present meta-analysis comprises far more studies than reviews on alcohol up to now. In the selected studies, different performance tests were conducted which were relevant for driving. The classification system used in this work assigns these tests to eight categories. The main categories consist of several sub categories classifying the tasks more precisely. The main categories were: (1) visual functions, (2) attention (including vigilance), (3) divided attention, (4) en-/decoding (including information processing and memory), (5) reaction time (including simple reaction time and choice reaction time), (6) psychomotor skills, (7) tracking and (8) driving. In addition to the performance aspect, the classification system takes into account mood and social behaviour variables related to driving safety like tiredness or aggression. Following the evaluation method of vote-counting, the number of significant findings and the number of non-significant findings were summarised per blood alcohol concentration (BAC) group. Thereby, a quantitative estimation of the effects of alcohol depending on the BAC was established, the so-called impairment function, which shows the percentage of significantly impaired findings. In order to provide a general overview of alcohol effects on driving-related performance, a global impairment function was established by aggregating all performance findings. The function is nearly linear with about 30% significant findings at a BAC of 0.05% and 50% significant findings at a BAC of 0.08%. In addition, more specific impairment functions considering only the findings of the single behavioural categories were calculated. The results revealed that impairment depends not only on the BAC, but also clearly differs between most of the performance categories. Tracking and driving performance were most affected by alcohol with impairment beginning at very low BACs of 0.02%. Also psychomotor skills were considerably affected by rather low BACs. Impairment of visual functions and information processing occurred at BACs of 0.04% and increased substantially with higher BACs. Impairment in memory tests could be found with very low BACs of 0.02%, but varied depending on the kind of memory. Performance decrements in divided attention tests could also be found with very low BACs in some studies. Attention started to be impaired at 0.04% BAC, but – as in vigilance tasks – considerable impairment only occurred at higher BACs. Choice reaction time was affected at lower BACs than simple reaction time, which was – together with the critical flicker fusion frequency – the least sensitive parameter to the effects of alcohol. To conclude, most skills which are relevant for the safe operation of a vehicle are clearly impaired by BACs of 0.05%, with motor functions being more affected than cognitive functions and complex tasks more than simple tasks. Generally, the results provided no evidence of a threshold effect for alcohol. There was no driving-related performance category for which a sudden transition from unimpaired to impaired occurred at a particular BAC level. In addition, a comparison was made between the present meta-analysis and two reviews of Moskowitz (Moskowitz & Fiorentino, 2000; Moskowitz & Robinson, 1988). Moskowitz reported much lower BACs at which performance was impaired. The reasons for this discrepancy lies in a different way to review scientific findings. On the one hand, Moskowitz focused on significant findings when selecting studies and findings for his reviews. On the other hand, the evaluation method used by Moskowitz ignored non-significant findings and counted each study once at the lowest BAC for which impairment was found. Those non-significant findings are as important as the significant ones in order to determine thresholds of impairment. Therefore, in contrast to Moskowitz, the present work describes the effects of alcohol with functions considering also the non-significant findings. The significance of the non-significant is emphasized with respect to the selection procedure as well as to the evaluation method.
N2  - Die vorliegende Arbeit gibt einen umfassenden Überblick experimenteller Studien, die die akute Wirkung von Alkohol auf fahrrelevante Leistungen untersuchen. Hierzu wurde eine Metaanalyse durchgeführt, in der Studien von 1954 bis 2007 berücksichtigt wurden. Aus über 12.000 Referenzen wurden 450 Studien mit insgesamt 5.300 Befunden nach vorher festgelegten Ein- und Ausschlusskriterien ausgewählt. So umfasst die vorliegende Metaanalyse weit mehr Studien als die bisherigen veröffentlichten Literaturüberlicke. In den ausgewählten Studien kamen verschiedene Leistungstests zur Anwendung, um die Effekte von Alkohol auf fahrrelevante Leistungen zu überprüfen. Diese Tests wurden in acht Kategorien klassifiziert: (1) visuelle Funktionen, (2) Aufmerksamkeit (einschließlich Vigilanz), (3) geteilte Aufmerksamkeit, (4) En-/ Dekodierung (einschließlich Informationsverarbeitung und Gedächtnis), (5) Reaktionszeit (einschließlich Einfachreaktionszeit und Wahlreaktionszeit), (6) psychomotorische Fähigkeiten, (7) Tracking und (8) Fahren. Neben den Leistungsaspekten berücksichtigt das in der vorliegenden Arbeit verwendete Klassifikationssystem auch andere für die Fahrleistung relevante Aspekte der beiden Bereiche subjektives Befinden und soziales Verhalten, wie beispielsweise Müdigkeit oder Aggressivität. Gemäß der Vote-counting-Methode wurde die Anzahl der signifikanten und nicht-signifikanten Befunde für verschiedene Blutalkoholkonzentrationsgruppen zusammengezählt. Daraus ergab sich eine quantitative Schätzung der Effekte von Alkohol in Abhängigkeit der Blutalkoholkonzentration (BAK), die sogenannte Beeinträchtigungsfunktion. Diese stellt den Prozentsatz an signifikanten Befunden, die eine Beeinträchtigung berichteten, dar. Um einen allgemeinen Überblick über Alkohol und die Effekte auf die Fahrleistung zu geben, wurde eine globale Beeinträchtigungsfunktion aufgestellt, in die alle Leistungsbefunde eingegangen sind. Diese Funktion ist nahezu linear mit etwa 30% signifikanten Befunden bei einer BAK von 0,05% und 50% signifikanten Befunde bei einer BAK von 0,08%. Darüber hinaus wurden spezifische Beeinträchtigungsfunktionen berechnet, in denen die jeweiligen Befunde der einzelnen Kategorien berücksichtigt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Beeinträchtigung nicht nur von der BAK abhängt, sondern auch von der geforderten Leistung. Tracking- und Fahrleistung waren dabei am stärksten betroffen. Hier zeigten sich bereits bei sehr geringen BAK von 0,02% Beeinträchtigungen. Auch psychomotorische Fähigkeiten wurden beträchtlich durch geringe BAK beeinträchtigt. Eine Beeinträchtigung der visuellen Funktionen und Informationsverarbeitung trat bei einer BAK von 0,04% auf und verstärkte sich deutlich mit höheren BAK. Eine Beeinträchtigung in Gedächtnistests konnte bei sehr geringen BAK von 0,02% gefunden werden, wobei diese in Abhängigkeit von der Art der Gedächtnistests variierte. Eine Abnahme der Leistung in Tests zu geteilter Aufmerksamkeit konnte in einigen Studien ebenfalls bei sehr geringen BAK gefunden werden. Eine Beeinträchtigung der Aufmerksamkeit trat bei einer BAK von 0,04% auf, aber erst bei höheren BAK kam es – wie bei Vigilanzaufgaben – zu erheblichen Beeinträchtigungen. Die Einfachreaktionszeit war zusammen mit der Flicker-Verschmelzungsfrequenz der am wenigsten sensitive Parameter für Alkoholeffekte. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die meisten Fertigkeiten, die für das sichere Führen eines Fahrzeugs relevant sind, ab einer BAK von 0,05% deutlich beeinträchtigt sind. Die motorischen Fertigkeiten sind dabei stärker betroffen als die kognitiven Funktionen, und komplexe Aufgaben stärker als einfache Aufgaben. Generell lieferten die Ergebnisse keinen Hinweis für einen Schwelleneffekt von Alkohol. Das heißt es gab keine fahrrelevante Leistungskategorie, bei der bei einer bestimmten BAK-Stufe ein plötzlicher Übergang von unbeeinträchtigt zu beeinträchtigt auftrat. Um Schwellen für ein Auftreten der Beeinträchtigung zu bestimmen, sind nicht-signifikante Befunde genauso wichtig wie signifikante. Die vorliegende Arbeit hebt die Bedeutung der Nichtsignifikanz sowohl für das Auswahlverfahren der Studien als auch für die Auswertungsmethode explizit hervor und beschreibt die Effekte von Alkohol durch Funktionen, die auch nicht-signifikante Befunde berücksichtigen.
KW  - Trunkenheit im Verkehr
KW  - Alkohol
KW  - Fahrerverhalten
KW  - Fahren
KW  - Leistung
KW  - Review
KW  - experimentelle Studien
KW  - Leistungstests
KW  - Metaanalyse
KW  - Alcohol
KW  - performance
KW  - driving
KW  - meta-analysis
KW  - review
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-69959
ER  - 
TY  - THES
A1  - Beisser, Daniela
T1  - Integrated functional analysis of biological networks
T1  - Integrierte funktionelle Analyse biologischer Netzwerke
N2  - In recent years high-throughput experiments provided a vast amount of data from all areas of molecular biology, including genomics, transcriptomics, proteomics and metabolomics. Its analysis using bioinformatics methods has developed accordingly, towards a systematic approach to understand how genes and their resulting proteins give rise to biological form and function. They interact with each other and with other molecules in highly complex structures, which are explored in network biology. The in-depth knowledge of genes and proteins obtained from high-throughput experiments can be complemented by the architecture of molecular networks to gain a deeper understanding of biological processes. This thesis provides methods and statistical analyses for the integration of molecular data into biological networks and the identification of functional modules, as well as its application to distinct biological data. The integrated network approach is implemented as a software package, termed BioNet, for the statistical language R. The package includes the statistics for the integration of transcriptomic and functional data with biological networks, the scoring of nodes and edges of these networks as well as methods for subnetwork search and visualisation. The exact algorithm is extensively tested in a simulation study and outperforms existing heuristic methods for the calculation of this NP-hard problem in accuracy and robustness. The variability of the resulting solutions is assessed on perturbed data, mimicking random or biased factors that obscure the biological signal, generated for the integrated data and the network. An optimal, robust module can be calculated using a consensus approach, based on a resampling method. It summarizes optimally an ensemble of solutions in a robust consensus module with the estimated variability indicated by confidence values for the nodes and edges. The approach is subsequently applied to two gene expression data sets. The first application analyses gene expression data for acute lymphoblastic leukaemia (ALL) and differences between the subgroups with and without an oncogenic BCR/ABL gene fusion. In a second application gene expression and survival data from diffuse large B-cell lymphomas are examined. The identified modules include and extend already existing gene lists and signatures by further significant genes and their interactions. The most important novelty is that these genes are determined and visualised in the context of their interactions as a functional module and not as a list of independent and unrelated transcripts. In a third application the integrative network approach is used to trace changes in tardigrade metabolism to identify pathways responsible for their extreme resistance to environmental changes and endurance in an inactive tun state. For the first time a metabolic network approach is proposed to detect shifts in metabolic pathways, integrating transcriptome and metabolite data. Concluding, the presented integrated network approach is an adequate technique to unite high-throughput experimental data for single molecules and their intermolecular dependencies. It is flexible to apply on diverse data, ranging from gene expression changes over metabolite abundances to protein modifications in a combination with a suitable molecular network. The exact algorithm is accurate and robust in comparison to heuristic approaches and delivers an optimal, robust solution in form of a consensus module with confidence values. By the integration of diverse sources of information and a simultaneous inspection of a molecular event from different points of view, new and exhaustive insights into biological processes can be acquired.
N2  - In den letzten Jahren haben Hochdurchsatz-Experimente gewaltige Mengen an molekularbiologischen Daten geliefert, angefangen mit dem ersten sequenzierten Genom von Haemophilus influenzae im Jahr 1995 und dem menschlichen Genom im Jahr 2001. Mittlerweile umfassen die resultierenden Daten neben der Genomik die Bereiche der Transkriptomik, Proteomik und Metabolomik. Die Analyse der Daten mithilfe von bioinformatischen Methoden hat sich entsprechend mit verändert und weiterentwickelt. Durch neuartige, systembiologische Ansätze versucht man zu verstehen, wie Gene und die aus ihnen resultierenden Proteine, biologische Formen und Funktionen entstehen lassen. Dabei interagieren sie miteinander und mit anderen Molekülen in hoch komplexen Strukturen, welche durch neue Ansätze der Netzwerkbiologie untersucht werden. Das tiefgreifende Wissen über einzelne Moleküle, verfügbar durch Hochdurchsatz-Technologien, kann komplementiert werden durch die Architektur und dynamischen Interaktionen molekularer Netzwerke und somit ein umfassenderes Verständnis biologischer Prozesse ermöglichen. Die vorliegende Dissertation stellt Methoden und statistische Analysen zur Integration molekularer Daten in biologische Netzwerke, Identifikation robuster, funktionaler Subnetzwerke sowie die Anwendung auf verschiedenste biologische Daten vor. Der integrative Netzwerkansatz wurde als ein Softwarepaket, BioNet, in der statistischen Programmiersprache R implementiert. Das Paket beinhaltet statistische Verfahren zur Integration transkriptomischer und funktionaler Daten, die Gewichtung von Knoten und Kanten in biologischen Netzwerken sowie Methoden zur Suche signifikanter Bereiche, Module, und deren Visualisierung. Der exakte Algorithmus wird ausführlich in einer Simulationsstudie getestet und übertrifft heuristische Methoden zur Lösung dieses NP-vollständigen Problems in Genauigkeit und Robustheit. Die Variabilität der resultierenden Lösungen wird bestimmt anhand von gestörten integrierten Daten und gestörten Netzwerken, welche zufällige und verzerrende Einflüsse darstellen, die die Daten verrauschen. Ein optimales, robustes Modul kann durch einen Konsensusansatz bestimmt werden. Basierend auf einer wiederholten Stichprobennahme der integrierten Daten, wird ein Ensemble von Lösungen erstellt, aus welchem sich das robuste und optimale Konsensusmodul berechnen lässt. Zusätzlich erlaubt dieser Ansatz eine Schätzung der Variabilität des Konsensusmoduls und die Berechnung von Konfidenzwerte für Knoten und Kanten. Der Ansatz wird anschließend auf zwei Genexpressionsdatensätze angewandt. Die erste Anwendung untersucht Genexpressionsdaten für akute lymphoblastische Leukämie (ALL) und analysiert Unterschiede in Subgruppen mit und ohne BRC/ABL Genfusion. Die zweite Anwendung wertet Genexpressions- und Lebenszeitdaten für diffuse großzellige B-Zell Lymphome (DLBCL) aus, beruhend auf molekularen Unterschieden zwischen zwei DLBCL Subtypen mit unterschiedlicher Malignität. In einer dritten Anwendung wird der integrierte Netzwerkansatz benutzt, um Veränderungen im Metabolismus von Tardigraden aufzuspüren und Signalwege zu identifizieren, welche für die extreme Anpassungsfähigkeit an wechselnde Umweltbedingungen und Überdauerung in einem inaktiven Tönnchenstadium verantwortlich sind. Zum ersten Mal wird dafür ein metabolischer Netzwerkansatz vorgeschlagen, der metabolische Veränderungen durch die Integration von metabolischen und transkriptomischen Daten bestimmt. Abschließend ist zu bemerken, dass die präsentierte integrierte Netzwerkanalyse eine adäquate Technik ist, um experimentelle Daten aus Hochdurchsatz-Methoden, die spezialisiert auf eine Molekülart sind, mit ihren intermolekularen Wechselwirkungen und Abhängigkeiten in Verbindung zu bringen. Sie ist flexibel in der Anwendung auf verschiedenste Daten, von der Analyse von Genexpressionsveränderungen, über Metabolitvorkommen bis zu Proteinmodifikationen, in Kombination mit einem geeigneten molekularen Netzwerk. Der exakte Algorithmus ist akkurat und robust in Vergleich zu heuristischen Methoden und liefert eine optimale, robuste Lösung in Form eines Konsensusmoduls mit zugewiesenen Konfidenzwerten. Durch die Integration verschiedenster Informationsquellen und gleichzeitige Betrachtung eines biologischen Ereignisses von diversen Blickwinkeln aus, können neue und vollständigere Erkenntnisse physiologischer Prozesse gewonnen werden.
KW  - Bioinformatik
KW  - differenzielle Genexpression
KW  - Bioinformatik
KW  - Netzwerkanalyse
KW  - differenzielle Genexpression
KW  - funktionelle Module
KW  - bioinformatics
KW  - networkanalysis
KW  - differential geneexpression
KW  - functional modules
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70150
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Nassourou, Mohamadou
T1  - Computing Generic Causes of Revelation of the Quranic Verses Using Machine Learning Techniques
N2  - Because many verses of the holy Quran are similar, there is high probability that, similar verses addressing same issues share same generic causes of revelation. In this study, machine learning techniques have been employed in order to automatically derive causes of revelation of Quranic verses. The derivation of the causes of revelation is viewed as a classification problem. Initially the categories are based on the verses with known causes of revelation, and the testing set consists of the remaining verses. Based on a computed threshold value, a naïve Bayesian classifier is used to categorize some verses. After that, using a decision tree classifier the remaining uncategorized verses are separated into verses that contain indicators (resultative connectors, causative expressions…), and those that do not. As for those verses having indicators, each one is segmented into its constituent clauses by identification of the linking indicators. Then a dominant clause is extracted and considered either as the cause of revelation, or post-processed by adding or subtracting some terms to form a causal clause that constitutes the cause of revelation. Concerning remaining unclassified verses without indicators, a naive Bayesian classifier is again used to assign each one of them to one of the existing classes based on features and topics similarity. As for verses that could not be classified so far, manual classification was made by considering each verse as a category on its own. The result obtained in this study is encouraging, and shows that automatic derivation of Quranic verses’ generic causes of revelation is achievable, and reasonably reliable for understanding and implementing the teachings of the Quran.
KW  - Text Mining
KW  - Koran
KW  - Text mining
KW  - Statistical classifiers
KW  - Text segmentation
KW  - Causes of revelation
KW  - Quran
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66083
ER  - 
TY  - THES
A1  - Joseph, Julie
T1  - Studying the role of Th17 cells in autoimmune diabetes and generation of a beta cell reporter mouse by lentiviral transgenesis
T1  - Lentivirale transgene Technologie zur Erforschung der Rolle von Th17 Zellen im autoimmunen Diabetes und zur Generierung einer Beta-Zell-Reportermaus
N2  - Type 1 diabetes affects around 0.5% of the population in developed countries and the incidence rates have been rising over the years. The destruction of beta cells is irreversible and the current therapy available to patients only manages the symptoms and does not prevent the associated pathological manifestations. The patients need lifelong therapy and intensive research is being carried out to identify ways to eliminate autoimmune responses directed against pancreatic beta cells and to replace or regenerate beta cells. The work presented herein aimed at analyzing the role of the Th17 T cell subset, characterized by secretion of the pro- inflammatory cytokine IL-17A, in autoimmune diabetes and also at generating a beta cell reporter mouse line in the NOD background, the most widely- used mouse model for type 1 diabetes. We generated IL- 17A knockdown (KD) NOD mice, using RNAi in combination with lentiviral transgenesis. We analyzed diabetes frequency in IL-17A deficient mice and found that the loss of IL-17A did not protect the transgenic mice from diabetes. Based on these observations, we believe that Th17 cells do not play a critical role in type 1 diabetes through the IL-17A pathway, though they might still be involved in the disease process through alternate pathways. We also generated NOD and NOD-SCID mice with a transgene that drives the beta cell specific expression of a luciferase reporter gene. We used a lentiviral construct, which combined a luciferase sequence and a short- hairpin RNA (shRNA) expression cassette, allowing gene- knockdown under the beta cell specific rat insulin promoter (RIP). These mice will be of use in studying beta cell phenotypes resulting from the knockdown of target genes, using non- invasive bioimaging. We believe that the generation of these reporter mouse lines for diabetes studies will prove valuable in future investigations. Furthermore, the demonstration that the loss of IL-17A does not alter susceptibility to type 1 diabetes should help clarify the controversial involvement of Th17 cells in this disease.
N2  - In Industrieländern erkranken etwa 0,5 % der Bevölkerung an Typ-1-Diabetes und die Krankheitsrate ist in den letzten Jahren angestiegen. Die dabei stattfindende Zerstörung der insulinproduzierenden Beta-Zellen ist irreversibel und die derzeitig verfügbaren Therapien behandeln lediglich Symptome, verhindern die pathologischen Auswirkungen aber nicht. Patienten benötigen daher eine lebenslange Therapie und es wird intensiv daran gearbeitet, Wege zu identifizieren, die die autoimmune Antwort gegen pankreatische Beta-Zellen unterbinden, oder aber Beta-Zellen ersetzen, beziehungsweise regenerieren lassen. Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, die Rolle der Th17 T-Zellen, welche durch die Sekretion des proinflammatorischen Zytokins IL-17A gekennzeichnet sind, in Typ-1- Diabetes zu analysieren. Zusätzlich wurden Reportermauslinien im NOD Hintergrund, dem am weitesten verbreiteten Mausmodell für Typ-1-Diabetes, generiert. Durch RNAi, in Kombination mit lentiviraler transgener Technologie, wurden IL-17A Knockdown (KD) NOD Mäuse generiert. Die Diabeteshäufigkeit in IL-17A defizienten Mäusen wurde mit dem Ergebnis untersucht, dass der Verlust von IL-17A die transgenen Mäuse nicht vor Diabetes schützt. Von dieser Beobachtung ausgehend wurde gefolgert, dass Th17 Zellen zumindest über den IL-17A Signalweg keine entscheidende Rolle bei Typ-1-Diabetes spielen, diese allerdings durch alternative Signalwege durchaus im Krankheitsprozess beteiligt sein könnten. Außerdem wurden NOD und NOD-SCID Mäuse mit einem Transgen, das die Beta-Zell spezifische Expression eines Luciferasereporters steuert, generiert. Hierbei wurde ein lentivirales Konstrukt genutzt, welches sowohl die Luciferase, als auch eine short-hairpin RNA (shRNA) Expressionssequenz beinhaltet, um einen Genknockdown unter Kontrolle des spezifischen Insulinpromotors der Ratte (RIP) zu erlauben. Diese Mäuse werden bei zukünftigen nicht-invasiven bildgebenden Untersuchungen des Beta-Zell Phänotyps, der aus dem Knockdown von Zielgenen resultiert, von großem Nutzen sein. In zukünftigen Untersuchungen wird sich die Generierung dieser Reportermauslininien für Diabetesstudien sicherlich als wertvoll erweisen. Des Weiteren sollte die Erkenntnis, dass der Verlust von IL-17A die Anfälligkeit für Typ-1-Diabetes nicht verändert, zu einem besseren Verständnis der kontrovers diskutierten Beteiligung der Th17 Zellen führen.
KW  - Diabetes mellitus
KW  - Typ 1
KW  - RNS-Interferenz
KW  - Interleukin 17
KW  - Diabetes
KW  - Insulin
KW  - type 1 diabetes
KW  - RNAi
KW  - Lentiviral transgenesis
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66571
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Nassourou, Mohamadou
T1  - Design and Implementation of a Model-driven XML-based Integrated System Architecture for Assisting Analysis, Understanding, and Retention of Religious Texts:The Case of The Quran
N2  - Learning a book in general involves reading it, underlining important words, adding comments, summarizing some passages, and marking up some text or concepts. Once deeper understanding is achieved, one would like to organize and manage her/his knowledge in such a way that, it could be easily remembered and efficiently transmitted to others. This paper discusses about modeling religious texts using semantic XML markup based on frame-based knowledge representation, with the purpose of assisting understanding, retention, and sharing of knowledge they contain. In this study, books organized in terms of chapters made up of verses are considered as the source of knowledge to model. Some metadata representing the multiple perspectives of knowledge modeling are assigned to each chapter and verse. Chapters and verses with their metadata form a meta-model, which is represented using frames, and published on a web mashup. An XML-based annotation and visualization system equipped with user interfaces for creating static and dynamic metadata, annotating chapters’ contents according to user selected semantics, and templates for publishing generated knowledge on the Internet, has been developed. The system has been applied to the Quran, and the result obtained shows that multiple perspectives of information modeling can be successfully applied to religious texts, in order to support analysis, understanding, and retention of the texts.
KW  - Wissensrepräsentation
KW  - Wissensmanagement
KW  - Content Management
KW  - XML
KW  - Koran
KW  - Knowledge representation
KW  - Meta-model
KW  - Frames
KW  - XML model
KW  - Knowledge Management
KW  - Content Management
KW  - Quran
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-65737
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Nassourou, Mohamadou
T1  - Computer-based Textual Documents Collation System for Reconstructing the Original Text from Automatically Identified Base Text and Ranked Witnesses
N2  - Given a collection of diverging documents about some lost original text, any person interested in the text would try reconstructing it from the diverging documents. Whether it is eclecticism, stemmatics, or copy-text, one is expected to explicitly or indirectly select one of the documents as a starting point or as a base text, which could be emended through comparison with remaining documents, so that a text that could be designated as the original document is generated. Unfortunately the process of giving priority to one of the documents also known as witnesses is a subjective approach. In fact even Cladistics, which could be considered as a computer-based approach of implementing stemmatics, does not present or recommend users to select a certain witness as a starting point for the process of reconstructing the original document. In this study, a computational method using a rule-based Bayesian classifier is used, to assist text scholars in their attempts of reconstructing a non-existing document from some available witnesses. The method developed in this study consists of selecting a base text successively and collating it with remaining documents. Each completed collation cycle stores the selected base text and its closest witness, along with a weighted score of their similarities and differences. At the end of the collation process, a witness selected more often by majority of base texts is considered as the probable base text of the collection. Witnesses’ scores are weighted using a weighting system, based on effects of types of textual modifications on the process of reconstructing original documents. Users have the possibility to select between baseless and base text collation. If a base text is selected, the task is reduced to ranking the witnesses with respect to the base text, otherwise a base text as well as ranking of the witnesses with respect to the base text are computed and displayed on a bar diagram. Additionally this study includes a recursive algorithm for automatically reconstructing the original text from the identified base text and ranked witnesses.
KW  - Textvergleich
KW  - Text Mining
KW  - Textual document collation
KW  - Base text
KW  - Reconstruction of original text
KW  - Gothenburg model
KW  - Bayesian classifier
KW  - Textual alterations weighting system
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-65749
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Nassourou, Mohamadou
T1  - Philosophical and Computational Approaches for Estimating and Visualizing Months of Revelations of Quranic Chapters
N2  - The question of why the Quran structure does not follow its chronology of revelation is a recurring one. Some Islamic scholars such as [1] have answered the question using hadiths, as well as other philosophical reasons based on internal evidences of the Quran itself. Unfortunately till today many are still wondering about this issue. Muslims believe that the Quran is a summary and a copy of the content of a preserved tablet called Lawhul-Mahfuz located in the heaven. Logically speaking, this suggests that the arrangement of the verses and chapters is expected to be similar to that of the Lawhul-Mahfuz. As for the arrangement of the verses in each chapter, there is unanimity that it was carried out by the Prophet himself under the guidance of Angel Gabriel with the recommendation of God. But concerning the ordering of the chapters, there are reports about some divergences [3] among the Prophet’s companions as to which chapter should precede which one. This paper argues that Quranic chapters might have been arranged according to months and seasons of revelation. In fact, based on some verses of the Quran, it is defendable that the Lawhul-Mahfuz itself is understood to have been structured in terms of the months of the year. In this study, philosophical and mathematical arguments for computing chapters’ months of revelation are discussed, and the result is displayed on an interactive scatter plot.
KW  - Text Mining
KW  - Visualisierung
KW  - Koran
KW  - Text mining
KW  - Visualization
KW  - Chronology of revelation
KW  - Chapters arrangement
KW  - Quran
KW  - Lawhul-Mahfuz
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-65784
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wenzel, Frank
T1  - Smell and repel: Resin based defense mechanisms and interactions between Australian ants and stingless bees
N2  - Bees are subject to permanent threat from predators such as ants. Their nests with large quantities of brood, pollen and honey represent lucrative targets for attacks whereas foragers have to face rivalry at food sources. This thesis focused on the role of stingless bees as third party interactor on ant-aphid-associations as well as on the predatory potential represented by ants and defense mechanisms against this threat. Regular observations of an aphid infested Podocarpus for approaching stingless bees yielded no results. Another aim of this thesis was the observation of foraging habits of four native and one introduced ant species for assessment of their predatory potential to stingless bees. All species turned out to be dietary balanced generalists with one mostly carnivorous species and four species predominantly collecting nectar roughly according to optimal foraging theory. Two of the species monitored, Rhytidoponera metallica and Iridomyrmex rufoniger were considered potential nest robbers. As the name implies, stingless bees lack the powerful weapon of their distant relatives; hence they specialized on other defense strategies. Resin is an important, multipurpose resource for stingless bees that is used as material for nest construction, antibiotic and for defensive means. For the latter purpose highly viscous resin is either directly used to stick down aggressors or its terpenic compounds are included in the bees cuticular surface. In a feeding choice experiment, three ant species were confronted with the choice between two native bee species - Tetragonula carbonaria and Austroplebeia australis - with different cuticular profiles and resin collection habits. Two of the ant species, especially the introduced Tetramorium bicarinatum did not show any preferences. The carnivorous R. metallica predominantly took the less resinous A. australis as prey. The reluctance towards T. carbonaria disappeared when the resinous compounds on its cuticle had been washed off with hexane. To test whether the repulsive reactions were related to the stickiness of the resinous surface or to chemical substances, hexane extracts of bees’ cuticles, propolis and three natural tree resins were prepared. In the following assay responses of ants towards extract treated surfaces were observed. Except for one of the resin extracts, all tested substances had repellent effects to the ants. Efficacy varied with the type of extract and species. Especially to the introduced T. bicarinatum the cuticular extract had no effect. GCMS-analyses showed that some of the resinous compounds were also found in the cuticular profile of T. carbonaria which featured reasonable analogies to the resin of Corymbia torelliana that is highly attractive for stingless bees. The results showed that repellent effects were only partially related to the sticky quality of resin but were rather caused by chemical substances, presumably sesqui- and diterpenes. Despite its efficacy this defense strategy only provides short time repellent effects sufficient for escape and warning of nest mates to initiate further preventive measures.
N2  - Bienen sind permanent Gefahren ausgesetzt, ihre Nester voll Brut, Pollen und Honig bieten ein ertragreiches Ziel für Räuber und auch bei der Nahrungssuche droht Konkurrenz an den Futterquellen, beispielsweise durch Ameisen. Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, welche Rolle stachellose Bienen in Australien als dritter Interaktionspartner an Ameisen-Blattlaus-Assoziationen einnehmen, welcher Bedrohung sie durch räuberische Ameisen ausgesetzt sind und wie sie sich gegen diese verteidigen. Regelmäßige Beobachtungen einer von Blattläusen befallenen Steineibe auf Besuche von stachellosen Bienen blieben erfolglos, es wurden keine Anflüge erfasst. Ein weiterer Fokus dieser Arbeit lag auf der Untersuchung des Nahrungseintrags von vier heimischen, sowie einer eingeschleppten Ameisenart zur Erfassung des räuberischen Potenzials gegenüber stachellosen Bienen. Alle Ameisenarten stellten sich als Generalisten mit ausgewogenem Nahrungseintrag heraus. Eine der Arten ernährte sich hauptsächlich räuberisch, während der Eintrag von Nektar für vier Arten die Hauptressource darstellte und annäherungsweise gemäß der „optimal foraging theory“ erfolgte. Zwei der untersuchten Arten, Rhytidoponera metallica und Iridomyrmex rufoniger, wurden als potenzielle Nesträuber eingestuft. Stachellose Bienen können sich nicht durch Stiche verteidigen, sie nutzen daher andere Strategien. Pflanzenharz stellt für Bienen eine vielseitige Ressource dar, welche als Baumaterial, Desinfiziens und auch zur Verteidigung eingesetzt wird. Das Harz wird entweder in zähflüssiger Form dazu verwendet, um Angreifer zu verkleben oder die darin enthaltenen Terpene gelangen in Bestandteilen auf die Oberfläche der Bienen. In einem Futterwahl-Experiment wurden Tetragonula carbonaria und Austroplebeia australis, zwei heimische Bienenarten mit unterschiedlichen Harzsammel-Gewohnheiten und Oberflächenprofilen, drei Ameisenarten als Beute vorgelegt. Während zwei der Ameisenarten, insbesondere die eingeführte Tetramorium bicarinatum, keinerlei Präferenzen zeigte, entschieden sich die karnivoren R. metallica vorrangig für A. australis, deren Oberflächenprofil weniger Harzkomponenten aufwies. Wurden die Oberflächenbestandteile von T. carbonaria durch Waschen mit Hexan entfernt, verschwand auch die Zurückhaltung der Räuber. Um zu untersuchen ob diese Abwehrreaktion durch die Klebrigkeit der Oberfläche oder durch chemische Substanzen verursacht wurde, wurden Hexan-Extrakte der Bienenoberflächen sowie von drei Baumharzen und Nestmaterial angefertigt. Die nachfolgenden Untersuchungen richteten sich daraufhin auf die Beobachtung der Reaktion von Ameisen bei Kontakt mit Extrakt-behandelten Oberflächen. Bis auf einen der Harzextrakte zeigten alle untersuchten Substanzen unterschiedlich stark abstoßende Effekte auf Ameisen. Die eingeführte T. bicarinatum wurde jedoch nicht durch Bienenextrakt in ihrem Verhalten beeinflusst. Eine GCMS-Analyse ergab, dass einige der Harzsubstanzen auch im Oberflächenprofil von T. carbonaria zu finden waren, welches vor allem Übereinstimmungen mit dem Harz von Corymbia torelliana aufwies, einer Pflanze deren Harz für Bienen besonders attraktiv ist. Es zeigte sich, dass nicht nur die Klebrigkeit, sondern auch chemische Substanzen, vermutlich Sesqui- und Diterpene, für abstoßende Effekte verantwortlich sind. Trotz der Effektivität dieses Mechanismus sorgt er nur für eine kurzzeitige Abwehrreaktion, ermöglicht jedoch die Gelegenheit zur Flucht und Warnung von Nestgenossen, sowie zur Einleitung weiterer Gegenwehr.
KW  - Stachellose Biene
KW  - Biene
KW  - Tierökologie
KW  - Verhaltensforschung
KW  - Ameisen
KW  - Interaktion
KW  - Abwehr
KW  - Verteidigung
KW  - Trophobiose
KW  - Nahrungserwerb
KW  - stingless bees
KW  - ants
KW  - interaction
KW  - resin
KW  - defense
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-65960
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TY  - THES
A1  - Riegler, Andreas
T1  - Ferromagnetic resonance study of the Half-Heusler alloy NiMnSb : The benefit of using NiMnSb as a ferromagnetic layer in pseudo-spin-valve based spin-torque oscillators
T1  - Ferromagnetische Resonanz Studie der Halb-Heusler Legierung NiMnSb
N2  - Seit der Entdeckung des Spin-Torque durch Berger und Slonczewsky im Jahre 1996 gewann dieser Effekt immer mehr an Einfluss in dem Gebiet der Spintronic. Dies geschah besonders durch den Einfluss des Spin-Torque auf die Informationsspeicher und Kommunikationstechnologien (z.B. die Möglichkeit einen magnetischen Zustand eines Speicherelementes mit Hilfe von Strom und nicht wie bisher durch das Anlegen eines magnetischen Feldes zu ändern, oder die Realisierung eines hochfrequenten Spin-Torque-Oszillator (STO). Aufgrund des direkten Zusammenhangs zwischen der Dämpfung in Ferromagneten und der kritischen Stromdichte, die nötig ist um ein Spin-Ventil zu schalten oder ein Präzidieren der Magnetisierung zu induzieren, wurde die Forschung an Ferromagneten mit geringer Dämpfung zunehmend forciert. In dieser Arbeit werden Studien der ferromagnetischen Resonanz (FMR) von NiMnSb Schichten und Transportmessungen an NiMnSb basierten Spin-Ventilen präsentiert. Das Halbmetall NiMnSb ist mit einer theoretischen 100%igen Spinpolarisation prädestiniert für die Verwendung in GMR Elementen. Neben der theoretisch vorhergesagten hohen Spinpolarisation zeigen die durchgeführten FMR Messungen einen überaus geringen Dämpfungsfaktor für dieses Material. Dieser liegt in der Größenordnung von wenigen 10-3. Somit ist die Dämpfung in NiMnSb um den Faktor zwei geringer als in Permalloy und gut vergleichbar mit epitaktisch gewachsenen Eisen-Schichten. Neben den guten Dämpfungseigenschaften zeigen jedoch theoretische Modelle den Verlust der 100%igen Spinpolarisation durch das Brechen der Translationssymmetrie an Grenzflächen und das Kollabieren der Aufspaltung im Minoritäts-Spin-Band. Da ein Wachstum in (111) Richtung diesen Prozess entgegen wirken kann, werden in dieser Arbeit zudem auf (111)(In,Ga)As gewachsene NiMnSb Schichten mittels FMR untersucht. Die Messungen an diesen Proben zeigen, im Vergleich zu (001) orientierten Schichten, eine erhöhte Dämpfung. Zudem kann bei diesen Schichten eine schichtdickenabhängige uni-direktionale magnetische Anisotropie gemessen werden. Im Hinblick auf den möglichen industriellen Einsatz in Speicherelementen werden überdies Messungen an Sub-Mikrometer großen NiMnSb Elementen auf (001) orientierten Substraten präsentiert. Die Elemente wurden mittels Elektronenstrahllithographie hergestellt und mittels FMR vermessen. Auch die so prozessierten Schichten zeigen einen Dämpfungsfaktor im unteren 10-3 Bereich. Das Auftreten von magnetostatischen Moden in den Messungen ist ein weiterer indirekter Nachweis der hohen Qualität der NiMnSb-Schichten. Im Jahre 2001 wurde von Mizukamie und seinen Kollegen eine dickenabhängige Erhöhung der Gilbertdämpfung bei, mit Metallen bedeckten, Permalloy-Schichten beobachtet. Im Jahr darauf wurde von Tserkovnyak, Brataas und Bauer eine Theorie erarbeitet die dieses Phänomen auf ein Pumpen von Spins aus dem Ferromagneten in die Metalschicht zurückführt. Aus diesem Grund werden Messungen von NiMnSb Schichten, die mit verschiedenen Metallen und Isolatoren in-situ vor Oxidation geschützt wurden, präsentiert. Nach diesen materialspezifischen Voruntersuchungen werden auf NiMnSb und Permalloy basierte Pseudo-Spin-Ventile unter Verwendung eines selbst ausrichtenden lithographischen Prozesses hergestellt. Transportmessungen an den Proben zeigen ein GMRVerhältnis von 3,4% bei Raumtemperatur und fast das doppelte bei tiefen Temperaturen. Diese sind sehr gut vergleichbar mit den besten veröffentlichten GMR-Verhältnissen für Einzelschichtsysteme. Überdies kann in den Experimenten eine viel versprechend geringe kritische Stromdichte, die nötig ist, um die magnetische Orientierung zu ändern, gemessen werden. Diese ist vergleichbar mit kritischen Stromdichten aktuellster metallbasierter GMR-Elemente oder auf dem Tunneleffekt basierenden Spin-Ventilen. Das eigentliche Potential der auf NiMnSb basierenden Spin-Ventile wird erst ersichtlich wenn diese als STO zum Emittieren hochfrequenter, durchstimmbarer und schmalbandiger elektromagnetischer Wellen verwendet werden. Auf Heusler basierende STO zeigen einen überdurchschnittlich hohen q-Faktor von 4180, sogar im Betrieb ohne extern angelegtes Magnetfeld. Dieser ist um mehr als eine Größenordnung höher als der höchste veröffentliche q-Faktor eines ohne externes Feld arbeitenden STO. Während die Heusler basierten STO ebenso wie alle anderen STO unter einer geringen Ausgangsleistung leiden, machen die Maßstäbe im Sub-Mikrometer Bereich eine On-Chip Herstellung möglich. Somit kann durch ein Parallelschalten von gekoppelten Oszillatoren eine Erhöhung der Ausgangsleistung erzielt werden.
N2  - Since the discovery of spin torque in 1996, independently by Berger and Slonczewski, and given its potential impact on information storage and communication technologies, (e.g. through the possibility of switching the magnetic configuration of a bit by current instead of a magnetic field, or the realization of high frequency spin torque oscillators (STO), this effect has been an important field of spintronics research. One aspect of this research focuses on ferromagnets with low damping. The lower the damping in a ferromagnet, the lower the critical current that is needed to induce switching of a spin valve or induce precession of its magnetization. In this thesis ferromagnetic resonance (FMR) studies of NiMnSb layers are presented along with experimental studies on various spin-torque (ST) devices using NiMnSb. NiMnSb, when crystallized in the half-Heusler structure, is a half-metal which is predicted to have 100% spin polarization, a consideration which further increases its potential as a candidate for memory devices based on the giant magnetoresistance (GMR) effect. The FMR measurements show an outstandingly low damping factor for NiMnSb, in low 10-3 range. This is about a factor of two lower than permalloy and well comparable to lowest damping for iron grown by molecular beam epitaxy (MBE). According to theory the 100% spin polarization properties of the bulk disappear at interfaces where the break in translational symmetry causes the gap in the minority spin band to collapse but can remain in other crystal symmetries such as (111). Consequently NiMnSb layers on (111)(In,Ga)As buffer are characterized in respect of anisotropies and damping. The FMR measurements on these samples indicates a higher damping that for the 001 samples, and a thickness dependent uniaxial in-plane anisotropy. Investigations of the material for device use is pursued by considering sub-micrometer sized elements of NiMnSb on 001 substrates, which were fabricated by electron-beam lithography and measured by ferromagnetic resonance. The damping remains in the low 10-3 range as determined directly by extracting the Gilbert damping from the line width. Additionally magnetostatic modes are observed in arrays of elements, which is further evidence of high material quality of the samples. By sputtering various metals on top of the NiMnSb, spin pumping from the ferromagnet into the non-magnetic layer is investigated. After these material investigations, pseudo-spin-valves using NiMnSb as one of the ferromagnet, in combination with Permalloy were fabricating using a self-aligned lithography process. These samples show a GMR ratio of 3.4% at room temperature and almost double at low temperature, comparing favourably to the best single stack GMR structures reported to date. Moreover, current induced switching measurements show promisingly low current densities are necessary to change the magnetic orientation of the free layer. These current densities compete with state-of-the-art GMR devices for metal based structures and almost with tunnel junction devices. The true potential of these devices however comes to light when they are operated as spin torque oscillators to emit high frequency, tunable, narrow spectrum electromagnetic waves. These Heusler based STOs show an outstanding q-factor of 4180, even when operating in the absence of an external field, a value which bests the highest value in the literature by more than an order of magnitude. While these devices currently still suffer from the same limited output power as all STO reported to date, their sub-micron lateral dimensions make the fabrication of an on-chip array of coupled oscillators, which is a promising path forward towards industrially relevant output power.
KW  - Nickelverbindungen
KW  - Manganverbindungen
KW  - Antimonide
KW  - Riesenmagnetowiderstand
KW  - GMR
KW  - ferromagnetische Resonanz
KW  - NiMnSb
KW  - Spin Drehmoment
KW  - NiMnSb
KW  - STO
KW  - GMR
KW  - ferromagnetic resonance
KW  - NiMnSb
KW  - spin torque
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66305
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TY  - THES
A1  - Saumweber, Timo
T1  - Mechanism of Learning and Plasticity in Larval Drosophila
T1  - Lern- und Plastizitätsmechanismen in Drosophila Larven
N2  - According to a changing environment it is crucial for animals to make experience and learn about it. Sensing, integrating and learning to associate different kinds of modalities enables animals to expect future events and to adjust behavior in the way, expected as the most profitable. Complex processes as memory formation and storage make it necessary to investigate learning and memory on different levels. In this context Drosophila melanogaster represents a powerful model organism. As the adult brain of the fly is still quite complex, I chose the third instar larva as model - the more simple the system, the easier to isolate single, fundamental principles of learning. In this thesis I addressed several kinds of questions on different mechanism of olfactory associative and synaptic plasiticity in Drosophila larvae. I focused on short-term memory throughout my thesis. First, investigating larval learning on behavioral level, I developed a one-odor paradigm for olfactory associative conditioning. This enables to estimate the learnability of single odors, reduces the complexity of the task and simplify analyses of "learning mutants". It further allows to balance learnability of odors for generalization-type experiments to describe the olfactory "coding space". Furthermore I could show that innate attractiveness and learnability can be dissociated and found finally that paired presentation of a given odor with reward increase performance, whereas unpaired presentations of these two stimuli decrease performance, indicating that larva are able to learn about the presence as well as about the absence of a reward. Second, on behavioral level, together with Thomas Niewalda and colleagues we focussed on salt processing in the context of choice, feeding and learning. Salt is required in several physiological processes, but can neither be synthesized nor stored. Various salt concentrations shift the valence from attraction to repulsion in reflexive behaviour. Interestingly, the reinforcing effect of salt in learning is shifted by more than one order of magnitude toward higher concentrations. Thus, the input pathways for gustatory behavior appear to be more sensitive than the ones supporting gustatory reinforcement, which is may be due to the dissociation of the reflexive and the reinforcing signalling pathways of salt. Third, in cooperation with Michael Schleyer we performed a series of behavioral gustatory, olfactory preference tests and larval learning experiments. Based on the available neuroanatomical and behavioral data we propose a model regarding chemosensory processing, odor-tastant memory trace formation and the 'decision' like process. It incorporates putative sites of interaction between olfactory and gustatory pathways during the establishment as well as behavioral expression of odor-tastant memory. We claim that innate olfactory behavior is responsive in nature and suggest that associative conditioned behavior is not a simple substitution like process, but driven more likely by the expectation of its outcome. Fourth, together with Birgit Michels and colleagues we investigated the cellular site and molecular mode of Synapsin, an evolutionarily conserved, presynaptic vesicular phosphoprotein and its action in larval learning. We confirmed a previously described learning impairment upon loss of Synapsin. We localized this Synapsin dependent memory trace in the mushroom bodies, a third-order "cortical" brain region, and could further show on molecular level, that Synapsin is as a downstream element of the AC-cAMP-PKA signalling cascade. This study provides a comprehensive chain of explanation from the molecular level to an associative behavioral change. Fifth, in the main part of my thesis I focused on molecular level on another synaptic protein, the Synapse associated protein of 47kDa (Sap47) and its role in larval behavior. As a member of a phylogenetically conserved gene family of hitherto unknown function. It is localized throughout the whole neuropil of larval brains and associated with presynaptic vesicles. Upon loss of Sap47 larvae exhibit normal sensory detection of the to-be-associated stimuli as well as normal motor performance and basic synaptic transmission. Interestingly, short-term plasticity is distorted and odorant–tastant associative learning ability is reduced. This defect in associative function could be rescued by restoring Sap47 expression. Therefore, this report is the first to suggest a function for Sap47 and specifically argues that Sap47 is required for synaptic as well as for behavioral plasticity in Drosophila larva. This prompts the question whether its homologs are required for synaptic and behavioral plasticity also in other species. Further in the last part of my thesis I contributed to the study of Ayse Yarali. Her central topic was the role of the White protein in punishment and relief learning in adult flies. Whereas stimuli that precede shock during training are subsequently avoided as predictors for punishment, stimuli that follow shock during training are later on approached, as they predict relief. Concerning the loss of White we report that pain-relief learning as well as punishment learning is changed. My contribution was a comparison between wild type and the white1118 mutant larvae in odor-reward learning. It turned out that a loss of White has no effect on larval odorant-tastant learning. This study, regarding painrelief learning provides the very first hints concerning the genetic determinants of this form of learning.
N2  - In einer belebten, sich stetig wandelnden Umwelt ist es essenziell für Lebewesen, Informationen wahrzunehmen und Erfahrungen zu sammeln, um ihr Verhalten entsprechend zu modifizieren. Verschiedene Arten von Reizen werden wahrgenommen, integriert und gespeichert. Dies ermöglicht Tieren künftige Ereignisse vorherzusehen und ihr Verhalten entsprechend ihren Erwartungen anzupassen. Die Komplexität von Lernprozessen und Gedächtnisspeicherung macht es notwendig, diese Prozesse auf unterschiedlichen Ebenen zu untersuchen. In diesem Zusammenhang hat sich Drosophila melanogaster als besonders geeigneter Modellorganismus herauskristallisiert. Trotz einer relativ geringen neuronalen Komplexität im Vergleich zu höheren Organismen, zeigt sie ein reichhaltiges Verhaltensrepertoire. Dennoch ist das Gehirn von adulten Furchtfliegen ein hoch komplexes System. Je einfacher ein System ist, umso vielversprechender ist es scheinbar, einzelne fundamentale Aspekte dieses Systems zu isolieren und zu untersuchen. In meiner Arbeit nutzte ich daher als Modelorganismus das dritte Larvenstadium der Fliege und untersuchte auf verschiedenen Ebenen unterschiedliche Mechanismen olfaktorischer, assoziativer und synaptischer Plastizität. Dabei fokussierte ich mich stets auf Kurzzeitgedächtnis. Zunächst untersuchte ich assoziatives Lernen auf Verhaltensebene. Hierfür entwickelte ich ein Ein-Duft-Lernparadigma für olfaktorische klassische Konditionierung von Drosophila Larven. Dies ermöglicht, die Lernbarkeit von einzelnen Düften zu untersuchen, reduziert die Komplexität der Aufgabenstellung für die Larven und vereinfacht die Analyse von Lernmutanten. Weiterhin erlaubt es die Lernbarkeit von Düften für Generalisierungs-experimente zu balancieren, um zu beschreiben, wie Duftidentitäten im Nervensystem kodiert werden. Ich konnte zeigen, dass die Lernbarkeit von Düften nicht unmittelbar mit der naiven Duftpräferenz korreliert. Ferner konnte in dieser Studie nachgewiesen werden, dass durch gepaarte Präsentation von Duft und Zuckerbelohnung die Präferenz im Bezug auf diesen Duft zunimmt, wohingegen ungepaarte Präsentation dieser beiden Reize zu einer Abnahme der Duftpräferenz führt. Dies weist darauf hin, dass es Larven auch möglich ist etwas über die Abwesenheit der Belohnung zu lernen. In einer zweiten Studie befasste ich mich, in Zusammenarbeit mit Thomas Niewalda, mit der Verarbeitung von Salz im Bezug auf das Wahl-, Fress- und Lernverhalten von Drosophila Larven. Salze spielen in mehreren physiologischen Prozessen eine bedeutende Rolle, können von Larven aber weder synthetisiert noch gespeichert werden. Unterschiedliche Salzkonzentrationen haben unterschiedliche Auswirkungen auf das Larvenverhalten. Während niedrige Konzentrationen von Larven bevorzugt werden, werden hohe Salzkonzentrationen vermieden. Lernexperimente zeigten, dass Salz ebenfalls dosisabhängig als positiver oder negativer Verstärker wirkt. Interessanterweise zeigt sich im Vergleich zum Wahl- und Fressverhalten, dass der Punkt, an dem Salz von einem appetitiven zu einem aversiven Stimulus wird, um mehr als eine Größenordnung in Richtung höherer Konzentrationen verschoben ist. Die Sensitivität der gustatorischen Transduktion ist somit höher als die Transduktion des Verstärkersignals. Möglicherweise liegt dies an der Dissoziation dieser beiden Transduktionswege. In der dritten Studie dieser Arbeit wurden, in Kooperation mit Michael Schleyer, eine Vielzahl an olfaktorischen und gustatorischen Präferenztests, sowie eine Reihe an Lernexperimenten durchgeführt. Basierend auf bekannten Neuroanatomiestudien und unseren Verhaltensdaten, propagieren wir ein Model für Duft- und Geschmacksprozessierung, die Etablierung von Gedächtnisspuren, sowie Entscheidungsprozessen. Sowohl mögliche Interaktionen zwischen olfaktorischen und gustatorischen Transduktionswegen, sowie der Abruf von Gedächtnisinhalten werden berücksichtigt. Wir schlagen vor, dass naives olfaktorisches Verhalten natürlicherweise reflexiv ist. Assoziativ konditioniertes Verhalten kann allerdings nicht als reiner Substitutionsprozess betrachtet werden, sondern wird besser interpretiert im Hinblick auf die Erwartung, die er auslöst, woraufhin ein bestimmtes Verhaltensprogramm gestartet wird. In Zusammenarbeit mit Birgit Michels untersuchte ich auf zellulärer Ebene die molekulare Funktion von Synapsin im assoziativen Lernen von Drosophila Larven. Synapsin gehört zu den hochkonservierten, präsynaptischen, vesikulären Phosphoproteinen. Wir konnten einen früher bereits beschriebenen Lernphänotyp von Synapsin Mutanten Larven bestätigen. Die Synapsin abhängige Gedächtnisspur konnten wir auf wenige Zellen im Pilzkörper, einer dem olfaktorischen Cortex der Vertebraten homologen Struktur, lokalisieren. Auf molekularer Ebene wurde nachgewiesen, dass Synapsin ein Zielprotein in der bekannten AC-cAMP-PKA Lernkaskade ist. Diese Studie zeigt einen Zusammenhang zwischen molekularen Mechanismen assoziativer Plastizität und einer daraus resultierenden Verhaltensänderung der Tiere. In meinem Hauptprojekt befasste ich mich auf molekularer Ebene mit einem weiteren synaptischen Protein, dem Synapsen assoziierten Protein von 47kDa (Sap47) und seiner Rolle im Verhalten von Drosophila Larven. Sap47 wird in allen neuropilen Bereichen expremiert und ist mit synaptischen Vesikeln assoziiert. Das Fehlen von Sap47 beeinflusst weder die Detektion der zu assoziierenden Reize, noch das Kriechverhalten der Larven. Auch die synaptische Übertragung, ausgelöst durch einzelne Stimulationen an der neuromuskulären Synapse, ist nicht beeinträchtigt. Interessanterweise führt das Fehlen von Sap47 sowohl zu veränderter Kurzzeit-Plastizität an dieser Synapse, sowie zu einer Einschränkung in der Bildung von Duft-Zucker-Gedächtnis. Diese Studie liefert einen ersten Hinweis auf eine Funktion von Sap47 in synaptischer und assoziativer Plastizität. Es stellt sich die Frage, ob auch in anderen Organismen die zu Drosophila Sap47-homologen Proteine notwendig für synaptische und Lernplastizität sind. Im letzten Teil meiner Dissertation war ich an einem Projekt von Ayse Yarali beteiligt. Die zentrale Fragestellung in dieser Studie war, ob eine Mutation im white Gen Bestrafungs- und/ oder Erleichterungslernen beeinflusst. Wird ein neutraler Reiz während einer Trainingsphase mit einem Elektroschock bestraft, wird dieser später konsequent vermieden, da er einen Elektroschock vorhersagt (Bestrafungslernen). Eine Umkehrung der Reihenfolge der Stimulipräsentation, sodass dem Schock stets ein neutraler Stimulus folgt, führt später, in der Testphase, zu einer positiven Reaktion auf diesen naiv neutralen Reiz (Erleichterungslernen). Ein Verlust des White Proteins in white1118 Mutanten verändert beide Arten von Gedächtnissen in adulten Fliegen. Meine Beteiligung an dieser Arbeit war ein Vergleich zwischen wildtypischen Larven und white1118 mutanten Larven in Duft-Zucker Assoziationsexperimenten. Es zeigte sich, dass der Verlust dieses Proteins auf larvale Duft-Zucker Konditionierung keinen Einfluss hat. Im Larvenlernen kann somit das Verhalten von transgenen Tieren, die zumeist eine Mutation im white Gen als Markergen tragen, interpretiert werden, ohne die Funktion des white Gens berücksichtigen zu müssen. Im Bezug auf Erleichterungslernen liefert diese Arbeit einen ersten Hinweis auf eine genetische Komponente, der entscheidend für diese Art des assoziativen Lernens ist.
KW  - Taufliege
KW  - Larve
KW  - Verhalten
KW  - Lernen
KW  - Geruchswahrnehmung
KW  - Drosophila Larve
KW  - Olfaktion
KW  - Attraktion
KW  - Drosophila Larva
KW  - Behavior
KW  - Learning
KW  - Olfaction
KW  - Attraction
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66354
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TY  - THES
A1  - El Hajj, Nady
T1  - Epimutations in Germ-Cell and Embryo Development: Possible Consequences for Assisted Reproduction
T1  - Epimutationen in der Keimzell- und Embryonalentwicklung : Mögliche Konsequenzen für die assistierte Reproduktion
N2  - Assisted reproductive technologies (ART) emerged in the late 1970’s as a therapy for human infertility. Up till now more than 3 million babies have been conceived through ART, demonstrating the safety and efficiency of the technique. Published reports showed an increase in the rate of imprinting disorders (Beckwith Wiedemann Syndrome, Angelman Syndrome, etc.) in babies born after ART. What are the effects imposed through ART and should researchers reassess its safety and implications on the future offspring? Throughout this thesis, I analyzed the methylation patterns of germ cells and embryos to determine whether in vitro maturation and in vitro fertilization have a negative impact on the epigenetic patterns. Furthermore, DNA methylation was compared between sperm of infertile and presumably fertile controls in order to understand whether epigenetic disturbances lead to infertility at the first place. The occurrence of methylation aberrations in germ cells of infertile patients could be transmitted to new-borns and then cause epigenetic disorders. In order to elucidate the imprinting status within single cells, I developed a new technique based on limiting dilution where bisulfite treated DNA is distributed across several wells before amplification. This allowed methylation measurement at the single allele level as well parent of origin detection. In a total of 141 sperm samples from couples undergoing in vitro fertilization (IVF) or intracytoplasmic sperm injection (ICSI) including 106 with male factor or combined infertility and 28 with female infertility, I detected a significant correlation between lower quality of semen parameters (sperm count, percentage of abnormal sperm, and percentage of motile sperm) and the rate of imprinting errors. ALU repeats displayed a higher methylation in sperm DNA of patients leading to a pregnancy and live birth, compared to patients in which pregnancy was not achieved or a spontaneous abortion occurred. A discriminant analysis based on ALU methylation allowed correct classification of >70% of cases. Preliminary data from illumina methylation arrays where more than 27,000 CpGs were analyzed determined that only a single CpG site from the open reading frame C14orf93 was significantly different between the infertile and presumably fertile control group. However, further improvements on data normalization might permit detection of other differentially methylated regions. Comparison of embryos after natural conception, in vitro fertilized embryos from superovulated oocytes, and embryos achieved through fertilization of in vitro cultured oocytes revealed no dramatic effect on the imprinting patterns of Igf2r, H19, and Snrpn. Oocyte cryotop vitrification did not result in a dramatic increase of imprinting mutations in oocytes even though the rate of sporadic methylation errors in single Snrpn CpGs were higher within the in-vitrified group. Collectively, the results I will present within this thesis suggest an increase in the rate of imprinting errors within the germ cells of infertile patients, in addition to a decrease in genome wide methylation of ALU repetitive elements. I did not observe a detrimental effect on the methylation patterns of oocytes and the resulting embryos using in vitro maturation of oocytes and/or standard IVF with in vivo grown superovulated oocytes.
N2  - Assistierte Reproduktionstechniken (ART) wurden in den späten 1970er Jahren als Therapie für unfruchtbare Paare mit Kinderwunsch etabliert. Bis zum heutigen Tage wurden dank ART weltweit mehr als 3 Millionen Kinder geboren, ein eindrucksvoller Beweis für die Sicherheit und Effizienz dieser Methode. Dennoch zeigen veröffentlichte Studien einen Anstieg in der Rate von Imprinting-Erkrankungen (Beckwith Wiedemann-Syndrom, Angelman-Syndrom, etc.) bei Kindern, die nach assistierter Reproduktion geboren wurden. Es stellt sich die Frage, welche Effekte durch ART ausgelöst werden können und ob eine neue Einschätzung dieser Methode bezüglich ihrer gesundheitlichen Implikationen für künftige Generationen notwendig ist. In dieser Arbeit habe ich mögliche negative Effekte von in vitro-Maturation und -Fertili-sierung auf Methylierungsmuster humaner und muriner Keimzellen, sowie Maus-Embryonen untersucht. Aberrante DNA-Methylierungsmuster in Keimzellen von infertilen Patienten könnten auf die Neugeborenen übertragen werden und epigenetische Erkrankungen zur Folge haben. Ob epigenetische Störungen im Zusammenhang mit Infertilität stehen, wurde außerdem durch den Vergleich der DNA-Methylierung von Spermien infertiler und fertiler Männer untersucht. Um den Imprintigstatus auf Einzelzellebene zu bestimmen, habe ich basierend auf „Limiting Dilution“ eine neue Methode entwickelt. Bei diesem Verfahren wird Bisulfit-behandelte DNA vor der PCR-Amplifikation in mehrere Reaktionsgefässe verdünnt. Dies erlaubt die Methylierungsanalyse einzelner Allele und die Detektion elternspezifischer Methylierungsmuster. Mit insgesamt 141 Sperma-Proben von Paaren, die sich einer in vitro- Fertilisierung (IVF) oder einer Intrazytoplasmischen Spermieninjektion (ICSI) unterzogen hatten, davon 28 mit weiblicher und 106 mit männlicher oder kombinierter Unfruchtbarkeit, konnte ich einen positiven Zusammenhang zwischen der Rate an Imprinting-Fehlern und geringer Sperma-Qualität (gemessen an Standardparametern) ableiten. ALU-Sequenzen zeigten in Spermien-DNA von Patienten mit erfolgreicher Schwangerschaft und Geburt eine höhere Methylierung als von Patienten mit fehlgeschlagener Schwangerschaft oder Spontanabort. Eine auf der ALU-Methylierung basierende Diskriminanzanalyse konnte mehr als 70% aller Fälle korrekt klassifizieren. Vorläufige Daten aus Experimenten mit Illumina Methylierungs-Arrays mit einer Auflösung von mehr als 27.000 CpG-Positionen identifizierten einen signifikanten Gruppenunterschied zwischen Patienten- und Kontrollgruppe für eine CpG-Position innerhalb des offenen Leserahmens C14orf93. Verbesserungen der Datenauswertung (Normalisierung, Testung etc.) sollten die Entdeckung weiterer differenziell methylierter Regionen erlauben. Der Vergleich von Mausembryos aus natürlicher Konzeption, aus in vitro kultivierten und fertilisierten Oozyten und aus in vitro Fertilisation nach Superovulation zeigte keine dramatischen Effekte auf die Imprinting-Muster der geprägten Gene Igf2r, H19 und Snrpn. Das gilt auch für Cryo-Top vitrifizierte Oozyten, wenn auch die Rate sporadischer Methylierungsfehler einzelner CpG-Positionen in Snrpn etwas höher war als in den Kontrollgruppen. Zusammengenommen lassen die in dieser Arbeit präsentieren Resultate auf eine Zunahme an Imprinting-Fehlern und eine genomweite Abnahme der Methylierung repetitiver ALU-Sequenzen in den Keimzellen infertiler Patienten schließen.
KW  - Reproduktionsmedizin
KW  - Epigenotypus
KW  - Mutation
KW  - assistierte Reproduktion
KW  - Keimzell- und Embryonalentwicklung
KW  - Epimutation
KW  - Epigenetics
KW  - Asisted Reproduction
KW  - Imprinting
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-65995
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TY  - THES
A1  - Dieler, Alica Christina
T1  - Investigation of variables influencing cognitive inhibition: from the behavioral to the molecular level
T1  - Untersuchung der Einflussgrößen kognitiver Unterdrückung:  Vom verhaltensorientierten zum molekularen Ansatz
N2  - The present work investigated the neural mechanisms underlying cognitive inhibition/thought suppression in Anderson’s and Green’s Think/No-Think paradigm (TNT), as well as different variables influencing these mechanisms at the cognitive, the neurophysiological, the electrophysiological and the molecular level. Neurophysiological data collected with fNIRS and fMRI have added up to the existing evidence of a fronto-hippocampal network interacting during the inhibition of unwanted thoughts. Some evidence has been presented suggesting that by means of external stimulation of the right dlPFC through iTBS thought suppression might be improved, providing further evidence for an implication of this region in the TNT. A combination of fNIRS with ERP has delivered evidence of a dissociation of early condition-independent attentional and later suppression-specific processes within the dlPFC, both contributing to suppression performance. Due to inconsistencies in the previous literature it was considered how stimulus valence would influence thought suppression by manipulating the emotional content of the to-be-suppressed stimuli. Findings of the current work regarding the ability to suppress negative word or picture stimuli have, however, been inconclusive as well. It has been hypothesized that performance in the TNT might depend on the combination of valence conditions included in the paradigm. Alternatively, it has been suggested that inconsistent findings regarding the suppression of negative stimuli or suppression at all might be due to certain personality traits and/or genetic variables, found in the present work to contribute to thought inhibition in the TNT. Rumination has been shown to be a valid predictor of thought suppression performance. Increased ruminative tendencies led to worse suppression performance which, in the present work, has been linked to less effective recruitment of the dlPFC and in turn less effective down-regulation of hippocampal activity during suppression trials. Trait anxiety has also been shown to interrupt thought suppression despite higher, however, inefficient recruitment of the dlPFC. Complementing the findings regarding ruminative tendencies and decreased thought inhibition a functional polymorphism in the KCNJ6 gene, encompassing a G-to-A transition, has been shown to disrupt thought suppression despite increased activation of the dlPFC. Through the investigation of thought suppression at different levels, the current work adds further evidence to the idea that the TNT reflects an executive control mechanism, which is sensitive to alterations in stimulus valence to some extent, neurophysiological functioning as indicated by its sensitivity to iTBS, functional modulations at the molecular level and personality traits, such as rumination and trait anxiety.
N2  - Diese Arbeit befasste sich mit der Untersuchung der neuronalen Grundlagen kognitiver Inhibition /Gedankenunterdrückung in Anderson’s und Green’s ‘Think/No-Think‘ Paradigma (TNT), sowie der Erfassung verschiedener Einflussgrößen auf der kognitiven, der neurophysiologischen, der elektrophysiologischen und der molekularen Ebene. Mit fNIRS und fMRT durchgeführte neurophysiologische Studien haben die Annahme der Beteiligung eines Fronto-Hippocampalen Netzwerkes an der Unterdrückung unerwünschter Gedanken bekräftigt. Hinweise auf eine Verbesserung der Unterdrückungsleistung mittels externer Manipulation der neuronalen Aktivität durch iTBS unterstützen die Annahme einer Beteiligung des dlPFC an den Mechanismen innerhalb des TNT weiter. Durch die Kombination von fNIRS und ERP wurde eine Dissoziation zwischen frühen bedingungsunabhängigen Aufmerksamkeits- und späteren unterdrückungsspezifischen Prozessen innerhalb des dlPFC aufgezeigt. Vor dem Hintergrund widersprüchlicher Resultate bezüglich des Einflusses der Stimulus-Valenz auf die kognitive Inhibition in der vorhandenen Literatur wurde dieser Aspekt auch in der vorliegenden Arbeit berücksichtigt. Auch in dieser Arbeit aufgetretene widersprüchliche Ergebnisse bezüglich der Unterdrückung negativer Stimuli führten zu der Hypothese, dass die Unterdrückungsleistung in dem TNT in Abhängigkeit der Valenz der weiteren eingeschlossenen Stimuli erfolgt. Alternativ wurde eine Abhängigkeit von Persönlichkeitsmerkmalen und/oder genetischen Variablen vorgeschlagen, welche in der vorliegenden Arbeit als Einflussgrößen nachgewiesen wurden. So konnte gezeigt werden, dass die Erhebung ruminativer Tendenzen eine zuverlässige Vorhersage der Unterdrückungsleistung zulässt. Höhere ruminative Tendenzen führten zu signifikant verschlechterter Unterdrückungsleistung. Dies konnte auf eine ineffektive Rekrutierung des dlPFC gefolgt von ungenügender Aktivierungsabnahme im Hippocampus während der Gedankeninhibition zurückgeführt werden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass mit der Zunahme ängstlicher Persönlichkeitsmerkmale die Unterdrückungsleistung trotz erhöhter Aktivität im dlPFC abnimmt. In Ergänzung zu den Ergebnissen bezüglich ruminativer Tendenzen und gestörter kognitiver Inhibition konnte ein störender Einfluss eines funktionellen genetischen Polymorphismus im KCNJ6 Gen unter Einbeziehung einer Punktmutation (G-A Transition) nachgewiesen werden. Durch die Untersuchung der Gedankenunterdrückung auf unterschiedlichen Ebenen, konnte die vorliegende Arbeit weitere Hinweise dafür liefern, dass mit dem TNT exekutive Kontrollfunktionen abgegriffen werden, welche durch Stimulusvalenz, neurophysiologische Prozesse (durch eine die iTBS betreffende Sensitivität angezeigt), funktionelle Modulationen auf der molekularen Ebene, sowie Persönlichkeitsmerkmale wie ruminative Tendenzen und Ängstlichkeit beeinflussbar sind.
KW  - Kognitiver Prozess
KW  - Inhibition
KW  - Kognitive Inhibition
KW  - Funktionelle Bildgebung
KW  - Think/No-Think
KW  - Emotion
KW  - Bildgebendes Verfahren
KW  - Molekulare Bildgebung
KW  - Genetik
KW  - cognitive inhibition
KW  - functional imaging
KW  - think/no-think
KW  - emotion
KW  - personality traits
KW  - genomic imaging
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-65955
ER  - 
TY  - THES
A1  - Issing, Sven
T1  - Correlation between Lattice Dynamics and Magnetism in the Multiferroic Manganites
T1  - Korrelation von Kristallgitterdynamik und Magnetismus in den Multiferroischen Manganaten
N2  - In this thesis a systematic analysis of the correlation effects between lattice dynamics and magnetism in the Multiferroic Manganites RMnO3 with Pnma structure was conducted. For this task, Raman and FT-IR Spectroscopy were employed for an investigation of all optically accessible lattice vibrations, i.e. phonons. To study the correlation effects as well as their specific connections to symmetry and compositional properties of the Multiferroic Manganites, the polarisation and temperature dependence of the phonons were considered explicitly. In combination with lattice dynamical calculations based on Density Functional Theory, two coupling effects - Spin-Phonon Coupling and Electromagnon-Phonon Coupling - were systematically analysed.
N2  - Grundlegendes Verständnis der physikalischen Zusammenhänge innerhalb multifunktionaler Materialien im Hinblick auf spätere potentielle Anwendungen ist eines der Hauptziele der heutigen Forschungsbemühungen in der Festkörperphysik. Im Wesentlichen geht es dabei um das Ausnutzen von intrinsischen Kopplungseffekten, um zusätzliche Funktionalität im Vergleich zur heutigen auf Miniaturisierung von halbleiterbasierten Bauelementen aufbauenden Informationstechnologie zu erreichen. Die vorgelegte Dissertation zielt in dies em Themengebiet auf die systematische Untersuchung der Kopplungseffekte zwischen Kristallgitterdynamik und Magnetismus in den multiferroischen Manganaten ab. Konkret geht es um das Modelsystem der multiferroischen Selten-Erd-Manganate RMnO3 mit orthorhombischer Pnma-Struktur. Die zu diesem Zweck verwendeten experimentellen Techniken waren Raman und Fourier-Transform Infrarot (FT-IR) Spektroskopie, mit deren Hilfe alle optisch aktiven Kristallgitterschwingungen dieser Systeme spektroskopiert werden konnten. Zur Untersuchung der Kopplungseffekte wurden die spektroskopischen Experimente polarisationssensitiv und unter Variation der Probentemperatur durchgeführt, um insbesondere Renormalisierungseffekte der Gitterschwingungen im Temperaturbereich magnetischer Phasenübergänge nachweisen zu können. In Verbindung mit gitterdynamischen Rechnungen, die auf der Dichtefunktionaltheorie (DFT) basieren, wurden zwei Kopplungseffekte systematisch untersucht: Spin-Phonon Kopplung (SPC) sowie Elektromagnon-Phonon Kopplung (EMPC).
KW  - FT-IR-Spektroskopie
KW  - Multiferroikum
KW  - Magnetoelektrischer Effekt
KW  - Manganate
KW  - Magneto-Elektrischer Effekt
KW  - Raman-Spektroskopie
KW  - Manganate
KW  - Dichtefunktionalformalismus
KW  - Magneto-Electric Effect
KW  - Multiferroics
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66283
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pahl, Mario
T1  - Honeybee Cognition: Aspects of Learning, Memory and Navigation in a Social Insect
T1  - Kognition bei Honigbienen: Aspekte zu Lernverhalten, Gedächtnis und Navigation bei einem sozialen Insekt
N2  - Honeybees (Apis mellifera) forage on a great variety of plant species, navigate over large distances to crucial resources, and return to communicate the locations of food sources and potential new nest sites to nest mates using a symbolic dance language. In order to achieve this, honeybees have evolved a rich repertoire of adaptive behaviours, some of which were earlier believed to be restricted to vertebrates. In this thesis, I explore the mechanisms involved in honeybee learning, memory, numerical competence and navigation. The findings acquired in this thesis show that honeybees are not the simple reflex automats they were once believed to be. The level of sophistication I found in the bees’ memory, their learning ability, their time sense, their numerical competence and their navigational abilities are surprisingly similar to the results obtained in comparable experiments with vertebrates. Thus, we should reconsider the notion that a bigger brain automatically indicates higher intelligence.
N2  - Honigbienen (Apis mellifera) furagieren an vielen verschiedenen Pflanzenarten, und navigieren über große Distanzen zu wichtigen Ressourcen. Die räumliche Lage von Futterquellen und potentiellen neuen Nistplätzen teilen sie ihren Nestgenossinnen mithilfe einer symbolischen Tanzsprache mit. Um all dies leisten zu können, haben sie ein reiches Repertoire von adaptiven Verhaltensweisen evolviert. Mehr und mehr Verhaltensweisen, die man nur bei Vertebraten vermutet hätte, werden auch bei der Honigbiene entdeckt. In meiner Dissertation habe ich einige der Mechanismen erforscht, die beim Lernverhalten, der Gedächtnisbildung, der numerischen Kompetenz und der Navigation eine wichtige Rolle spielen. Die Ergebnisse, die in meiner Dissertation erzielt wurden, zeigen dass Honigbienen keineswegs die einfachen, reflexgesteuerten Organismen sind, als die sie lange Zeit angesehen wurden. Die Komplexität die ich im Gedächtnis, der Lernfähigkeit, dem Zeitsinn, der numerischen Kompetenz und der Navigationsfähigkeit der Bienen gefunden habe, ist erstaunlich ähnlich zu den Ergebnissen, die in vergleichbaren Experimenten mit Vertebraten erzielt wurden. Deshalb sollten wir die allgemeine Annahme, dass ein größeres Gehirn automatisch höhere Intelligenz bedeutet, überdenken.
KW  - Biene
KW  - Visuelles Gedächtnis
KW  - Räumliches Gedächtnis
KW  - Assoziatives Gedächtnis
KW  - Navigation
KW  - Zählen
KW  - Kognitives Lernen
KW  - Kognition
KW  - Honigbiene
KW  - Gedächtnis
KW  - Zählen
KW  - Honeybee
KW  - Memory
KW  - Counting
KW  - Subitizing
KW  - Cognition
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66165
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TY  - THES
A1  - Weißflog, Lena
T1  - Molecular Genetics of Emotional Dysregulation in Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder
T1  - Molekulargenetik emotionaler Dysregulation bei Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätssyndrom
N2  - Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is a genetically complex childhood onset neurodevelopmental disorder which is highly persistent into adulthood. Several chromo-somal regions associated with this disorder were identified previously in genome-wide linkage scans, association (GWA) and copy number variation (CNV) studies. In this work the results of case-control and family-based association studies using a can-didate gene approach are presented. For this purpose, possible candidate genes for ADHD have been finemapped using mass array-based SNP genotyping. The genes KCNIP4, CDH13 and DIRAS2 have been found to be associated with ADHD and, in addition, with cluster B and cluster C personality disorders (PD) which are known to be related to ADHD. Most of the associations found in this work would not withstand correction for multiple testing. However, a replication in several independent populations has been achieved and in conjunction with previous evidence from linkage, GWA and CNV studies, it is assumed that there are true associations between those genes and ADHD. Further investigation of DIRAS2 by quantitative real-time PCR (qPCR) revealed expression in the hippocampus, cerebral cortex and cerebellum of the human brain and a significant increase in Diras2 expression in the mouse brain during early development. In situ hybrid-izations on murine brain slices confirmed the results gained by qPCR in the human brain. Moreover, Diras2 is expressed in the basolateral amygdala, structures of the olfactory system and several other brain regions which have been implicated in the psychopatholo-gy of ADHD. In conclusion, the results of this work provide further support to the existence of a strong genetic component in the pathophysiology of ADHD and related disorders. KCNIP4, CDH13 and DIRAS2 are promising candidates and need to be further examined to get more knowledge about the neurobiological basis of this common disease. This knowledge is essential for understanding the molecular mechanisms underlying the emergence of this disorder and for the development of new treatment strategies.
N2  - Bei Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätssyndrom (ADHS) handelt es sich um eine ge-netisch komplexe neuronale Entwicklungsstörung, die im Kindesalter einsetzt und eine hohe Persistenz ins Erwachsenenalter aufweist. Mehrere chromosomale Regionen zeigten eine Assoziation mit dieser Erkrankung in genomweiten Kopplungsanalysen, Assoziations- (GWA) und Copie Number Variation (CNV) Studien. In dieser Arbeit werden die Ergebnisse von Fall-Kontroll- und Familien-basierten Assozia-tionsstudien, basierend auf der Annahme bestimmter Kandidatengene, vorgestellt. Die möglichen Kandidatengene wurden mit Hilfe eines massenspektrometrischen Verfahrens für SNP Genotypisierungen untersucht. Für die Gene KCNIP4, CDH13 und DIRAS2 konnte eine Assoziation mit ADHS und zudem mit Persönlichkeitsstörungen gefunden werden. Die meisten der in dieser Arbeit berichteten Assoziationen würden einer Korrektur für multiples Testen nicht standhalten. Dennoch kann von einer tatsächlichen Assoziation dieser Gene mit ADHS ausgegangen werden da eine Replikation in verschiedenen unab-hängigen Stichproben stattgefunden hat und zudem vorangegangene Kopplungsanalysen, GWA und CNV Studien auf eine Assoziation hindeuten. Die weitere Untersuchung des DIRAS2 Gens mit Hilfe von quantitativer real-time PCR (qPCR) ergab eine Expression des Gens im Hippocampus, dem zerebralen Kortex und dem Kleinhirn des Menschen. Zudem wurde ein signifikanter Anstieg der Diras2 Expression im murinen Gehirn während der frühen Entwicklungsstadien beobachtet. In situ Hybridisie-rungen auf Maushirnschnitten bestätigten die Ergebnisse der qPCR im menschlichen Ge-hirn. Außerdem wird Diras2 in der basolateralen Amygdala, in Komponenten des olfakto-rischen Systems und in mehreren anderen Hirnarealen, die vermutlich an der Pathologie von ADHS beteiligt sind, exprimiert. Zusammenfassend untermauern die Ergebnisse dieser Arbeit die Tatsache dass eine star-ke genetische Komponente an der Entstehung von ADHS beteiligt ist. KCNIP4, CDH13 und DIRAS2 sind vielversprechende Kandidatengene und sollten weiter untersucht werden um nähere Einblicke in die Neurobiologie dieser häufigen Erkrankung zu erhalten. Das dadurch erlangte Wissen ist notwendig um die molekularen Mechanismen die ADHS zu-grunde liegen zu verstehen und um neue Behandlungsstrategien entwickeln zu können.
KW  - Aufmerksamkeits-Defizit-Syndrom
KW  - Molekulargenetik
KW  - Assoziation
KW  - ADHD
KW  - genetics
KW  - association studies
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-69345
ER  - 
TY  - THES
A1  - Liebler, Stefan
T1  - LHC phenomenology and higher order electroweak corrections in supersymmetric models with and without R-parity
T1  - LHC Phänomenologie und elektroschwache Korrekturen in SUSY Modellen mit und ohne R-Parität
N2  - During the last decades the standard model of particle physics has evolved to one of the most precise theories in physics, describing the properties and interactions of fundamental particles in various experiments with a high accuracy. However it lacks on some shortcomings from experimental as well as from theoretical point of view: There is no approved mechanism for the generation of masses of the fundamental particles, in particular also not for the light, but massive neutrinos. In addition the standard model does not provide an explanation for the observance of dark matter in the universe. Moreover the gauge couplings of the three forces in the standard model do not unify, implying that a fundamental theory combining all forces can not be formulated. Within this thesis we address supersymmetric models as answers to these various questions, but instead of focusing on the most simple supersymmetrization of the standard model, we consider basic extensions, namely the next-to-minimal supersymmetric standard model (NMSSM), which contains an additional singlet field, and R-parity violating models. R-parity is a discrete symmetry introduced to guarantee the stability of the proton. Using lepton number violating terms in the context of bilinear R-parity violation and the munuSSM we are able to explain neutrino physics intrinsically supersymmetric, since those terms induce a mixing between the neutralinos and the neutrinos. Since 2009 the Large Hadron Collider (LHC) at CERN explores the new energy regime of Tera-electronvolt, allowing the production of potentially existing heavy particles by the collision of protons. Thus the near future might provide answers to the open questions of mass generation in the standard model and show hints towards physics beyond the standard model. Therefore this thesis works out the phenomenology of the supersymmetric models under consideration and tries to point out differences to the well-known features of the simplest supersymmetric realization of the standard model. In case of the R-parity violating models the decays of the light neutralinos can result in displaced vertices. In combination with a light singlet state these displaced vertices might offer a rich phenomenology like non-standard Higgs decays into a pair of singlinos decaying with displaced vertices. Within this thesis we present some calculations at next order of perturbation theory, since one-loop corrections provide possibly large contributions to the tree-level masses and decay widths. We are using an on-shell renormalization scheme to calculate the masses of neutralinos and charginos including the neutrinos and leptons in case of the R-parity violating models at one-loop level. The discussion shows the similarities and differences to existing calculations in another renormalization scheme, namely the DRbar scheme. Moreover we consider two-body decays of the form chi_j^0 -> chi_l^\pm W^\mp involving a heavy gauge boson in the final state at one-loop level. Corrections are found to be large in case of small or vanishing tree-level decay widths and also for the R-parity violating decay of the lightest neutralino chi_1^0 -> l^\pm W^\mp. An interesting feature of the models based on bilinear R-parity violation is the correlation between the branching ratios of the lightest neutralino decays and the neutrino mixing angles. We discuss these relations at tree-level and for two-body decays chi_1^0 -> l^\pm W^\mp also at one-loop level, since only the full one-loop corrections result in the tree-level expected behavior. The appendix describes the two programs MaCoR and CNNDecays being developed for the analysis carried out in this thesis. MaCoR allows for the calculation of mass matrices and couplings in the models under consideration and CNNDecays is used for the one-loop calculations of neutralino and chargino mass matrices and the two-body decay widths.
N2  - Das heutige Standardmodell der Teilchenphysik ist eine der präzisesten Theorien der Physik, welche die Eigenschaften der bekannten Elementarteilchen und deren Wechselwirkungen in zahlreichen Experimenten mit hoher Genauigkeit beschreibt. Gleichwohl zeigt es Schwachpunkte auf experimenteller wie theoretischer Seite: Zwar gibt es mit dem Higgs-Mechanismus einen theoretischen Ansatz für die Erzeugung von Massen der Elementarteilchen im Standardmodell, jedoch ist dieser experimentell (noch) nicht nachgewiesen. Insbesondere benötigt das Standardmodell für die Erklärung der leichten Massen der Neutrinos noch eine Erweiterung. Darüber hinaus liefert das Standardmodell keinen Kandidaten für dunkle Materie, welche den dominanten Anteil der Materie im Universum ausmacht. Antworten auf viele dieser Fragestellungen liefern supersymmetrische Modelle, auf denen auch diese Arbeit fußt. Statt der einfachsten supersymmetrischen Realisierung des Standardmodells beschäftigen wir uns mit Erweiterungen, darunter das nächstminimale supersymmetrischen Standardmodell (NMSSM), welches ein zusätzliches Singletfeld enthält, sowie R-Paritätsverletzende Modelle. R-Parität ist eine diskrete Symmetrie, die die Stabilität des Protons in supersymmetrischen Erweiterungen garantiert. Die Nutzung von leptonzahlverletzenden Termen im Kontext von bilinearer R-Paritätsverletzung und dem munuSSM erlaubt die Erklärung von Neutrinodaten, da besagte Terme eine Mischung der Neutralinos mit den Neutrinos bewirken. Seit 2009 stößt der Large Hadron Collider'' (Großer Hardonenbeschleuniger, LHC) am CERN in Genf in den Energiebereich von Teraelektronenvolt vor und erlaubt so die Produktion von schweren, noch unbekannten Teilchen. Somit könnte die nahe Zukunft die Frage nach der Massenerzeugung im Standardmodell beantworten und Hinweise auf neue Physik liefern. Daher arbeiten wir die Phänomenologie der oben erwähnten supersymmetrischen Modelle an Beschleunigerexperimenten heraus und diskutieren die Unterschiede zur einfachsten supersymmetrischen Realisierung des Standardmodells. Im Falle von R-Paritätsverletzung können die Zerfälle des leichtesten Neutralinos Vertices mit Abstand zum Wechselwirkungspunkt erzeugen. In Kombination mit leichten singletartigen Teilchen können diese Zerfälle eine reiche Phänomenologie bereithalten wie beispielsweise Higgszerfälle in leichte singletartige Neutralinos, welche vor ihrem Zerfall eine messbare Strecke im Detektor zurücklegen. In dieser Arbeit präsentieren wir auch Rechnungen in der nächsthöheren Ordnung Störungs-theorie, da Einschleifenbeiträge große Korrekturen zu den Massen und Zerfallsbreiten auf Baumgraphenniveau liefern können. Wir berechnen die Massen von Neutralinos und Charginos, welche im Falle der R-Paritätsverletzung Neutrinos und Leptonen beinhalten, in nächsthöherer Ordnung und heben die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zu exisitierenden Rechnungen in anderen Renormierungsschemata hervor. Darüberhinaus betrachten wir Zweikörperzerfälle der Form chi_j^0 -> chi_l^\pm W^\mp auf Einschleifenniveau. Im Falle von verschwindenden Zerfallsbreiten auf Baumgraphenniveau können die Korrekturen groß werden, genauso auch für die $R$-Paritäts-verletzenden Zerfälle des leichtesten Neutralinos chi_1^0 -> l^\pm W^\mp. Ein Charakteristikum von Modellen basierend auf bilinearer R-Paritätsverletzung ist die Korrelation zwischen den Verzweigungsverhältnissen der leichtesten Neutralinozerfälle und den Neutrinomischungswinkeln. Wir zeigen diese Beziehungen auf Baumgraphenniveau und für die Zweikörperzerfälle chi_1^0 -> l^\pm W^\mp auch in nächsthöherer Ordnung, da nur die volle Einschleifenkorrektur das erwartete Ergebnis liefert. Im Anhang werden die zwei für diese Arbeit erzeugten Programme MaCoR und CNNDecays vorgestellt. Während MaCoR die Berechnung von Massenmatrizen und Kopplungen in den besagten Modellen erlaubt, wurde mit CNNDecays die numerische Auswertung der Einschleifenrechnungen vorgenommen.
KW  - Supersymmetrie
KW  - LHC
KW  - Neutrino
KW  - Elementarteilchenphysik
KW  - R-Paritaet
KW  - Schleifendiagramm
KW  - Renormierung
KW  - supersymmetry
KW  - LHC phenomenology
KW  - R-parity
KW  - electroweak corrections
KW  - on-shell renormalization
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-69367
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TY  - THES
A1  - Elsässer, Dominik Martin
T1  - Indirect Search for Dark Matter in the Universe - the Multiwavelength and Multiobject Approach
T1  - Indirekte Suche nach Dunkler Materie im Universum - die Multiwellenlängen und Multiobjekt Strategie
N2  - Dunkle Materie ist ein zentraler Bestandteil der modernen Kosmologie, und damit von entscheidender Bedeutung für unser Verständnis der Strukturbildung im Universum. Das offensichtliche Fehlen von elektromagnetischer Wechselwirkung in Kombination mit unabhängigen Messungen der Energiedichte der baryonischen Materie über die Häufigkeit der primordialen leichten Elemente weisen auf eine nicht-baryonische Natur der Dunklen Materie hin. Die Wirkung der Dunklen Materie bei der Strukturbildung zeigt weiterhin dass ihre Konstituenten kalt sind, also zum Zeitpunkt des Gleichgewichts zwischen Strahlung und Materie eine Temperatur kleine als ihre Ruhemasse aufwiesen. Generische Kandidaten für das Dunkelmaterie-Teilchen sind stabile, schwach wechselwirkende Teilchen mit Ruhemassen von der Größenordnung der Skala der elektroschwachen Symmetriebrechung, wie sie zum Beispiel in der Supersymmetrie bei erhaltener R-Parität vorkommen. Derartige Teilchen frieren auf natürliche Weise im frühen Universum mit kosmologisch relevanten Reliktdichten aus. Die fortschreitende Strukturbildung im Universum führt dann zur Bildung von überdichten Regionen, in denen die Dunkelmaterie-Teilchen wiederum in signifikantem Ausmaß annihilieren können. Dadurch würde ein potentiell detektierbarer Fluß von Hochenergie-Teilchen einschließlich Photonen aus den instabilen Zwischenprodukten der Annihilationsereignisse erzeugt. Die Spektren dieser Teilchen würden Rückschlüsse auf die Masse und den Annihilations-Querschnitt als wichtige Größen zur mikrophysikalischen Identifikation der Dunkelmaterie-Teilchen erlauben. Darin liegt die zentrale Motivation für indirekte Suchen nach der Dunklen Materie. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt jedoch haben weder diese indirekten Suchen, noch direkte Methoden zur Suche nach elastischen Streuereignissen zwischen Dunkelmaterie-Teilchen und Atomkernen sowie Beschleunigerexperimente einen eindeutigen Nachweis von Dunkelmaterie-Teilchen erbracht. Das an sich stellt keine Überraschung dar, denn die zu erwartenden Signale sind aufgrund der schwachen Wechselwirkung der Teilchen nur von geringer Intensität. Im Falle der indirekten Suchen steht zu erwarten, dass selbst für die größten Massekonzentrationen im Universum die Stärke des Annihilationssignals der Dunklen Materie den durch astrophysikalische Quellen verursachten Untergrund nicht überschreitet. Die Möglichkeit der sicheren Unterscheidung zwischen einem möglichen Signal aus der Annihilation der Dunklen Materie und eben diesem Untergrund ist daher entscheidend für die Erfolgsaussichten der indirekten Suchen. In der vorliegenden Arbeit wird eine neuartige Suchstrategie ausgearbeitet und vorgestellt, deren zentrale Komponente die Auswahl von Beobachtungszielen aus einem breiten Massebereich, die Kontrolle der astrophysikalischen Untergründe, und die Einbeziehung von Daten aus mehreren Wellenlängenbereichen ist. Die durchgeführten Beobachtungen werden vorgestellt und interpretiert. Ein Ergebnis ist, dass die Unsicherheiten in Bezug auf die Verteilung der Dunklen Materie in Halos und deren individuelle Dichtestruktur, sowie in Bezug auf die mögliche Verstärkung des Annihilationssignales durch Substruktur, im Falle der massearmen Halos (wie zum Beispiel bei den Zwerggalaxien) größer ist als bei massereichen Halos, wie denen der Galaxienhaufen. Andererseits weisen die massereichen Halos größere Unsicherheiten in Hinblick auf die zu erwartenden rein astrophysikalischen Untergründe auf. Die Unsicherheiten in Bezug auf die bisher unbekannte Teilchenphysik jenseits des Standardmodells schließlich sind unabhängig von der Masse der beobachteten Halos. Im Zusammenspiel ermöglichen es diese unterschiedlichen Skalierungsverhalten, die globale Unsicherheit durch eine kombinierte Analyse der Beobachtungen von Halos mit verschiedenen Massen, die einen bedeutenden Teil der Masseskala abdecken, nennenswert zu reduzieren. Diese Strategie wurde im Rahmen des wissenschaftlichen Beobachtungsprogrammes des MAGIC Teleskopsystems implementiert. Es wurden Beobachtungen von Zwerggalaxien sowie des Virgo- und des Perseus-Galaxienhaufens durchgeführt. Die resultierenden Grenzen auf Gammastrahlung aus der Annihilation von schwach wechselwirkenden, massereichen Teilchen gehören zum Zeitpunkt dieser Niederschrift zu den stärksten Grenzen aus indirekten Suchen nach der Dunklen Materie. Die so gewonnenen Grenzen auf die Annihilations-Flüsse schränken einige in der Literatur diskutierte und durch aussergewöhnlich große Annihilations-Flüsse gekennzeichnete Szenarien stark ein.
N2  - Cold dark matter constitutes a basic tenet of modern cosmology, essential for our understanding of structure formation in the Universe. Since its first discovery by means of spectroscopic observations of the dynamics of the Coma cluster some 80 years ago, mounting evidence of its gravitational pull and its impact on the geometry of space-time has build up across a wide range of scales, from galaxies to the entire Hubble flow. The apparent lack of electromagnetic coupling and independent measurements of the energy density of baryonic matter from the primordial abundances of light elements show the non-baryonic nature of dark matter, and its clustering properties prove that it is cold, i.e. that it has a temperature lower than its mass during the time of radiation-matter equality. A generic particle candidate for cold dark matter are weakly interacting massive particles at the electroweak symmetry-breaking scale, such as the neutralinos in R-parity conserving supersymmetry. Such particles would naturally freeze-out with a cosmologically relevant relic density at early times in the expanding Universe. Subsequent clustering of matter would recover annihilation interactions between the dark matter particles to some extent and thus lead to potentially observable high-energy emission from the decaying unstable secondaries produced in annihilation events. The spectra of the secondaries would permit a determination of the mass and annihilation cross section, which are crucial for the microphysical identification of the dark matter. This the central motivation for indirect dark matter searches. However, presently neither the indirect searches, nor the complementary direct searches based on the detection of elastic scattering events, nor the production of candidate particles in collider experiments, has yet provided unequivocal evidence for dark matter. This does not come as a surprise, since the dark matter particles interact only through weak interactions and therefore the corresponding secondary emission must be extremely faint. It turns out that even for the strongest mass concentrations in the Universe, the dark matter annihilation signal is expected to not exceed the level of competing astrophysical sources. Thus, the discrimination of the putative dark matter annihilation signal from the signals of the astrophysical inventory has become crucial for indirect search strategies. In this thesis, a novel search strategy will be developed and exemplified in which target selection across a wide range of masses, astrophysical background estimation, and multiwavelength signatures play the key role. It turns out that the uncertainties regarding the halo profile and the boost due to surviving substructure are bigger for halos at the lower end of the observed mass scales, i.e. in the regime of dwarf galaxies and below, while astrophysical backgrounds tend to become more severe for massive dark matter halos such as clusters of galaxies. By contrast, the uncertainties due to unknown details of particle physics are invariant under changes of the halo mass. Therefore, the different scaling behaviors can be employed to significantly cut down on the uncertainties in observations of different targets covering a major part of the involved mass scales. This strategical approach was implemented in the scientific program carried out with the MAGIC telescope system. Observations of dwarf galaxies and the Virgo- and Perseus clusters of galaxies have been carried out and, at the time of writing, result in some of the most stringent constraints on weakly interacting massive particles from indirect searches. Here, the low-threshold design of the MAGIC telescope system plays a crucial role, since the bulk of the high-energy photons, produced with a high multiplicity during the fragmentation of unstable dark matter annihilation products, are emitted at energies well below the dark matter mass scale. The upper limits severely constrain less generic, but more prolific scenarios characterized by extraordinarily high annihilation efficiencies.
KW  - Gammastrahlung
KW  - MAGIC-Teleskop
KW  - Dunkle Materie
KW  - Kosmologie
KW  - Gamma Rays
KW  - Cosmology
KW  - Dark Matter
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-69464
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TY  - THES
A1  - Schwartz, Alexandra
T1  - Mathematical Programs with Complementarity Constraints: Theory, Methods and Applications
T1  - Mathematische Programme mit Komplementaritätsrestriktionen: Theorie, Verfahren und Anwendungen
N2  - The subject of this thesis are mathematical programs with complementarity conditions (MPCC). At first, an economic example of this problem class is analyzed, the problem of effort maximization in asymmetric n-person contest games. While an analytical solution for this special problem could be derived, this is not possible in general for MPCCs. Therefore, optimality conditions which might be used for numerical approaches where considered next. More precisely, a Fritz-John result for MPCCs with stronger properties than those known so far was derived together with some new constraint qualifications and subsequently used to prove an exact penalty result. Finally, to solve MPCCs numerically, the so called relaxation approach was used. Besides improving the results for existing relaxation methods, a new relaxation with strong convergence properties was suggested and a numerical comparison of all methods based on the MacMPEC collection conducted.
N2  - Das Thema dieser Dissertation sind mathematische Programme mit Komplementaritätsrestriktionen (MPCC). Zunächst wurde eine ökonomische Anwendung dieses Problemklasse betrachtet, das sogenannte Wettbewerbsdesignproblem. Während es für dieses spezielle Problem möglich war eine analytische Lösung herzuleiten, ist dies im Allgemeinen nicht möglich. Daher wurden anschließend Optimalitätsbedingungen, die für eine numerische Lösung verwendet werden können, betrachtet. Genauer wurde ein stärkeres Fritz-John Resultat als die bisher bekannten zusammen mit neuen Constraint Qualifications hergeleitet und anschließend zum Beweis eines exakten Penaltyresultates benutzt. Schließlich wurden zur numerischen Lösung von MPCCs sogenannte Relaxationsverfahren betrachtet. Zusätzlich zur Verbesserung der Resultate für bekannte Verfahren wurde eine neue Relaxierung mit starken Konvergenzeigenschaften vorgeschlagen und ein numerischer Vergleich aller Verfahren auf Basis der MacMPEC Testsammlung durchgeführt.
KW  - Zwei-Ebenen-Optimierung
KW  - Nash-Gleichgewicht
KW  - Constraint-Programmierung
KW  - Wettbewerbsdesign
KW  - Nichtlineare Optimierung
KW  - Nichtkonvexe Optimierung
KW  - Kombinatorische Optimierung
KW  - Numerik
KW  - MPEC
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-64891
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TY  - THES
A1  - Baumann, Andreas
T1  - Charge Transport and Recombination Dynamics in Organic Bulk Heterojunction Solar Cells
T1  - Ladungstransport und Rekombination in organischen Heterogemisch-Solarzellen
N2  - The charge transport in disordered organic bulk heterojunction (BHJ) solar cells is a crucial process affecting the power conversion efficiency (PCE) of the solar cell. With the need of synthesizing new materials for improving the power conversion efficiency of those cells it is important to study not only the photophysical but also the electrical properties of the new material classes. Thereby, the experimental techniques need to be applicable to operating solar cells. In this work, the conventional methods of transient photoconductivity (also known as "Time-of-Flight" (TOF)), as well as the transient charge extraction technique of "Charge Carrier Extraction by Linearly Increasing Voltage" (CELIV) are performed on different organic blend compositions. Especially with the latter it is feasible to study the dynamics, i.e. charge transport and charge carrier recombination, in bulk heterojunction (BHJ) solar cells with active layer thicknesses of 100-200 nm. For a well performing organic BHJ solar cells the morphology is the most crucial parameter finding a trade-off between an efficient photogeneration of charge carriers and the transport of the latter to the electrodes. Besides the morphology, the nature of energetic disorder of the active material blend and its influence on the dynamics are discussed extensively in this work. Thereby, the material system of poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) and [6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester (PC61BM) serves mainly as a reference material system. New promising donor or acceptor materials and their potential for application in organic photovoltaics are studied in view of charge dynamics and compared with the reference system. With the need for commercialization of organic solar cells the question of the impact of environmental conditions on the PCE of the solar cells raises. In this work, organic BHJ solar cells exposed to synthetic air for finite duration are studied in view of the charge carrier transport and recombination dynamics. Finally, within the framework of this work the technique of photo-CELIV is improved. With the modified technique it is now feasible to study the mobility and lifetime of charge carriers in organic solar cells under operating conditions.
N2  - Der Ladungstransport in ungeordneten organischen "bulk heterojunction" (Heterogemisch, Abk.: BHJ) Solarzellen stellt einen kritischen Prozess dar, der den Wirkungsgrad wesentlich beeinflusst. Aufgrund der großen Nachfrage neuer, vielversprechender Materialien für die organische Photovoltaik, ist es um so wichtiger nicht nur ihre photophysikalischen sondern auch deren elektrischen Eigenschaften zu charakterisieren. Gerade letztere erfordern experimentelle Messmethoden, die an funktionsfähigen Solarzellen angewandt werden können. Zur experimentellen Untersuchung des Landungstransportes in organischen Solarzellen werden in dieser Arbeit die Methoden der transienten Photoleitfähigkeit, auch bekannt als "Time-of-Flight" (TOF), sowie die transiente Ladungsextraktionsmethode "Charge Carrier Extraction by Linearly Increasing Voltage'' (CELIV) verwendet. Gerade Letztere ermöglicht es an Dünnschichtsystemen von nur wenigen 100 nm, eine typische Schichtdicke bei organischen Solarzellen, den Ladungstransport aber auch die Rekombination von Elektronen und Löchern zu untersuchen. Entscheidend für eine vielversprechende funktionsfähige organische BHJ Solarzelle ist dabei eine günstige Morphologie, die eine effiziente Generation von Ladungsträger, sowie deren Abführung zu den Elektroden erlaubt. Dabei wird in dieser Arbeit der Einfluss der räumlichen, als auch der der energetischen Unordnung der photoaktiven Schicht auf den Ladungstransport und der Rekombination der Ladungsträger untersucht. Das weit verbreitete Materialsystem bestehend aus Poly-3-(Hexyl) Thiophen (P3HT) und [6,6]-Phenyl C61 Buttersäure Methylester (PC61BM) dient dabei als Donator-Akzeptor Referenzsystem. Neuartige Donator- bzw. Akzeptor-Materialien und deren Potential für künftige Anwendungen in der organischen Photovoltaik werden hinsichtlich ihrer Ladungsträgereigenschaften mit dem Referenzmaterialsystem verglichen. Im Zuge der Kommerzialisierung organischer Solarzellen bzw. Solarmodulen ist die Anfälligkeit der Zellen gegenüber äußeren Umwelteinflüssen, wie Sauerstoff oder Wasser, in den Vordergrund des wissenschaftlichen Interesses gerückt. Dementsprechend wird in dieser Arbeit auch der Einfluss von synthetischer Luft auf den Transport und die Rekombination von Ladungsträgern und somit auf den Wirkungsgrad der Solarzelle untersucht und diskutiert. Schließlich wird im Rahmen dieser Arbeit eine Erweiterung der photo-CELIV Messmethode vorgestellt. Diese ermöglicht es die Lebensdauer und den Transport von Ladungsträgern in organischen Dünnschicht-Solarzellen unter realen Arbeitsbedingungen, d.h. Beleuchtung unter einer Sonne bei Raumtemperatur, zu bestimmen.
KW  - Photovoltaik
KW  - Ladungstransport
KW  - Rekombination
KW  - organische Photovoltaik
KW  - Ladungsträgerrekombination
KW  - photo-CELIV
KW  - organic solar cells
KW  - organic semicondcutors
KW  - recombination
KW  - photo-CELIV
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-64915
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hoffmann, Linda S
A1  - Schmidt, Peter M
A1  - Keim, Yvonne
A1  - Hoffmann, Carsten
A1  - Schmidt, Harald H H W
A1  - Stasch, Johannes-Peter
T1  - Fluorescence Dequenching Makes Haem-Free Soluble Guanylate Cyclase Detectable in Living Cells
JF  - PLOS ONE
N2  - In cardiovascular disease, the protective NO/sGC/cGMP signalling-pathway is impaired due to a decreased pool of NO-sensitive haem-containing sGC accompanied by a reciprocal increase in NO-insensitive haem-free sGC. However, no direct method to detect cellular haem-free sGC other than its activation by the new therapeutic class of haem mimetics, such as BAY 58-2667, is available. Here we show that fluorescence dequenching, based on the interaction of the optical active prosthetic haem group and the attached biarsenical fluorophor FlAsH can be used to detect changes in cellular sGC haem status. The partly overlap of the emission spectrum of haem and FlAsH allows energy transfer from the fluorophore to the haem which reduces the intensity of FlAsH fluorescence. Loss of the prosthetic group, e. g. by oxidative stress or by replacement with the haem mimetic BAY 58-2667, prevented the energy transfer resulting in increased fluorescence. Haem loss was corroborated by an observed decrease in NO-induced sGC activity, reduced sGC protein levels, and an increased effect of BAY 58-2667. The use of a haem-free sGC mutant and a biarsenical dye that was not quenched by haem as controls further validated that the increase in fluorescence was due to the loss of the prosthetic haem group. The present approach is based on the cellular expression of an engineered sGC variant limiting is applicability to recombinant expression systems. Nevertheless, it allows to monitor sGC's redox regulation in living cells and future enhancements might be able to extend this approach to in vivo conditions.
KW  - spontaneously hypersensitive-rats
KW  - nitric-oxide
KW  - down-regulation
KW  - energy-transfer
KW  - cyclic-gmp
KW  - protein
KW  - activation
KW  - identification
KW  - in-vivo
KW  - no
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-139631
VL  - 6
IS  - 8
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bittner, Stefan
A1  - Bobak, Nicole
A1  - Feuchtenberger, Martin
A1  - Herrmann, Alexander M
A1  - Göbel, Kerstin
A1  - Kinne, Raimund W
A1  - Hansen, Anker J
A1  - Budde, Thomas
A1  - Kleinschnitz, Christoph
A1  - Frey, Oliver
A1  - Tony, Hans-Peter
A1  - Wiendl, Heinz
A1  - Meuth, Sven G
T1  - Expression of K\(_2\)\(_P\)5.1 potassium channels on CD4\(^+\)T lymphocytes correlates with disease activity in rheumatoid arthritis patients
JF  - Arthritis Research & Therapy
N2  - Introduction

CD4+ T cells express K2P5.1 (TWIK-related acid-sensitive potassium channel 2 (TASK2); KCNK5), a member of the two-pore domain potassium channel family, which has been shown to influence T cell effector functions. Recently, it was shown that K2P5.1 is upregulated upon (autoimmune) T cell stimulation. The aim of this study was to correlate expression levels of K2P5.1 on T cells from patients with rheumatoid arthritis (RA) to disease activity in these patients.

Methods

Expression levels of K2P5.1 were measured by RT-PCR in the peripheral blood of 58 patients with RA and correlated with disease activity parameters (C-reactive protein levels, erythrocyte sedimentation rates, disease activity score (DAS28) scores). Twenty patients undergoing therapy change were followed-up for six months. Additionally, synovial fluid and synovial biopsies were investigated for T lymphocytes expressing K2P5.1.

Results

K2P5.1 expression levels in CD4+ T cells show a strong correlation to DAS28 scores in RA patients. Similar correlations were found for serological inflammatory parameters (erythrocyte sedimentation rate, C-reactive protein). In addition, K2P5.1 expression levels of synovial fluid-derived T cells are higher compared to peripheral blood T cells. Prospective data in individual patients show a parallel behaviour of K2P5.1 expression to disease activity parameters during a longitudinal follow-up for six months.

Conclusions

Disease activity in RA patients correlates strongly with K2P5.1 expression levels in CD4+ T lymphocytes in the peripheral blood in cross-sectional as well as in longitudinal observations. Further studies are needed to investigate the exact pathophysiological mechanisms and to evaluate the possible use of K2P5.1 as a potential biomarker for disease activity and differential diagnosis.
KW  - neurology
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-139334
VL  - 13
IS  - R21
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Petritsch, Bernhard
A1  - Goltz, Jan Peter
A1  - Hahn, Dietbert
A1  - Wendel, Frank
T1  - Extensive craniocervical bone pneumatization
JF  - Diagnostic and Interventional Radiology
N2  - We report a case of extensive abnormal craniocervical bone pneumatization accidentally found in a patient without any history of trauma or surgery. The patient had only mild unspecific thoracic pain and bilateral paresthesia that did not correlate with computed tomography findings.
KW  - vertebral pneumaticity
KW  - sauropod dinosaurs
KW  - bone
KW  - skull
KW  - cervical vertebrae pneumatization
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-139349
VL  - 17
IS  - 4
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wippel, Carolin
A1  - Förtsch, Christina
A1  - Hupp, Sabrina
A1  - Maier, Elke
A1  - Benz, Roland
A1  - Ma, Jiangtao
A1  - Mitchell, Timothy J
A1  - Iliev, Asparouh I
T1  - Extracellular Calcium Reduction Strongly Increases the Lytic Capacity of Pneumolysin From Streptococcus Pneumoniae in Brain Tissue
JF  - The Journal of Infectious Diseases
N2  - Background

Streptococcus pneumoniae causes serious diseases such as pneumonia and meningitis. Its major pathogenic factor is the cholesterol-dependent cytolysin pneumolysin, which produces lytic pores at high concentrations. At low concentrations, it has other effects, including induction of apoptosis. Many cellular effects of pneumolysin appear to be calcium dependent.

Methods 

Live imaging of primary mouse astroglia exposed to sublytic amounts of pneumolysin at various concentrations of extracellular calcium was used to measure changes in cellular permeability (as judged by lactate dehydrogenase release and propidium iodide chromatin staining). Individual pore properties were analyzed by conductance across artificial lipid bilayer. Tissue toxicity was studied in continuously oxygenated acute brain slices.

Results 

The reduction of extracellular calcium increased the lytic capacity of the toxin due to increased membrane binding. Reduction of calcium did not influence the conductance properties of individual toxin pores. In acute cortical brain slices, the reduction of extracellular calcium from 2 to 1 mM conferred lytic activity to pathophysiologically relevant nonlytic concentrations of pneumolysin.

Conclusions 

Reduction of extracellular calcium strongly enhanced the lytic capacity of pneumolysin due to increased membrane binding. Thus, extracellular calcium concentration should be considered as a factor of primary importance for the course of pneumococcal meningitis. "
KW  - bacteria
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-139356
VL  - 204
IS  - 6
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Lindemann, Dirk
A1  - Rethwilm, Axel
T1  - Foamy Virus Biology and Its Application for Vector Development
JF  - Viruses
N2  - Spuma- or foamy viruses (FV), endemic in most non-human primates, cats, cattle and horses, comprise a special type of retrovirus that has developed a replication strategy combining features of both retroviruses and hepadnaviruses. Unique features of FVs include an apparent apathogenicity in natural hosts as well as zoonotically infected humans, a reverse transcription of the packaged viral RNA genome late during viral replication resulting in an infectious DNA genome in released FV particles and a special particle release strategy depending capsid and glycoprotein coexpression and specific interaction between both components. In addition, particular features with respect to the integration profile into the host genomic DNA discriminate FV from orthoretroviruses. It appears that some inherent properties of FV vectors set them favorably apart from orthoretroviral vectors and ask for additional basic research on the viruses as well as on the application in Gene Therapy. This review will summarize the current knowledge of FV biology and the development as a gene transfer system.
KW  - terminal gag domain
KW  - env leader protein
KW  - enhance viral transcription
KW  - subviral particle release
KW  - cell-cycle dependence
KW  - foamyviruses
KW  - retroviral vectors
KW  - LAD
KW  - Fanconi Anemia
KW  - cis-acting sequences
KW  - dna-binding protein
KW  - pol messenger-rna
KW  - reverse-transcriptase
KW  - gene-expression
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-139811
VL  - 3
IS  - 5
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Taubenböck, H
A1  - Wurm, M
A1  - Netzband, M
A1  - Zwenzner, H
A1  - Roth, A
A1  - Rahman, A
A1  - Dech, S
T1  - Flood risks in urbanized areas - multi-sensoral approaches using remotely sensed data for risk assessment
JF  - NATURAL HAZARDS AND EARTH SYSTEM SCIENCES
N2  - Estimating flood risks and managing disasters combines knowledge in climatology, meteorology, hydrology, hydraulic engineering, statistics, planning and geography - thus a complex multi-faceted problem. This study focuses on the capabilities of multi-source remote sensing data to support decision-making before, during and after a flood event. With our focus on urbanized areas, sample methods and applications show multi-scale products from the hazard and vulnerability perspective of the risk framework. From the hazard side, we present capabilities with which to assess flood-prone areas before an expected disaster. Then we map the spatial impact during or after a flood and finally, we analyze damage grades after a flood disaster. From the vulnerability side, we monitor urbanization over time on an urban footprint level, classify urban structures on an individual building level, assess building stability and quantify probably affected people. The results show a large database for sustainable development and for developing mitigation strategies, ad-hoc coordination of relief measures and organizing rehabilitation.
KW  - damage assessment disaster
KW  - satellite data
KW  - management
KW  - radar
KW  - inundation
KW  - disaster
KW  - sar
KW  - gis
KW  - integration
KW  - earthquake
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-139605
VL  - 11
IS  - 2
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Puschmann, Anne-Katrin
A1  - Sommer, Claudia
T1  - Hypervigilance or avoidance of trigger related cues in migraineurs? - A case-control study using the emotional stroop task
JF  - BMC Neurology
N2  - Background

"Negative affect" is one of the major migraine triggers. The aim of the study was to assess attentional biases for negative affective stimuli that might be related to migraine triggers in migraine patients with either few or frequent migraine and healthy controls.

Methods

Thirty-three subjects with frequent migraine (FM) or with less frequent episodic migraine, and 20 healthy controls conducted two emotional Stroop tasks in the interictal period. In task 1, general affective words and in task 2, pictures of affective faces (angry, neutral, happy) were used. For each task we calculated two emotional Stroop indices. Groups were compared using one-way ANOVAs.

Results

The expected attentional bias in migraine patients was not found. However, in task 2 the controls showed a significant attentional bias to negative faces, whereas the FM group showed indices near zero. Thus, the FM group responded faster to negative than to positive stimuli. The difference between the groups was statistically significant.

Conclusions

The findings in the FM group may reflect a learned avoidance mechanism away from affective migraine triggers.
KW  - migraineur
KW  - cue
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-137750
VL  - 11
IS  - 141
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Gella, Alejandro
A1  - Segura, Mònica
A1  - Durany, Núria
A1  - Pfuhlmann, Bruno
A1  - Stöber, Gerald
A1  - Gawlik, Micha
T1  - Is Ankyrin a genetic risk factor for psychiatric phenotypes?
JF  - BMC Psychiatry
N2  - Background
Genome wide association studies reported two single nucleotide polymorphisms in ANK3 (rs9804190 and rs10994336) as independent genetic risk factors for bipolar disorder. Another SNP in ANK3 (rs10761482) was associated with schizophrenia in a large European sample. Within the debate on common susceptibility genes for schizophrenia and bipolar disorder, we tried to investigate common findings by analyzing association of ANK3 with schizophrenia, bipolar disorder and unipolar depression.

Methods
We genotyped three single nucleotide polymorphisms (SNPs) in ANK3 (rs9804190, rs10994336, and rs10761482) in a case-control sample of German descent including 920 patients with schizophrenia, 400 with bipolar affective disorder, 220 patients with unipolar depression according to ICD 10 and 480 healthy controls. Sample was further differentiated according to Leonhard's classification featuring disease entities with specific combination of bipolar and psychotic syndromes.

Results
We found no association of rs9804190 and rs10994336 with bipolar disorder, unipolar depression or schizophrenia. In contrast to previous findings rs10761482 was associated with bipolar disorder (p = 0.015) but not with schizophrenia or unipolar depression. We observed no association with disease entities according to Leonhard's classification.

Conclusion
Our results support a specific genetic contribution of ANK3 to bipolar disorder though we failed to replicate findings for schizophrenia. We cannot confirm ANK3 as a common risk factor for different diseases.
KW  - Ankyrin
KW  - genetic risk factor
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-137769
VL  - 11
IS  - 103
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - von Rahden, Burkhard H.A.
A1  - Kircher, Stefan
A1  - Lazariotou, Maria
A1  - Reiber, Christoph
A1  - Stuermer, Luisa
A1  - Otto, Christoph
A1  - Germer, Christoph T.
A1  - Grimm, Martin
T1  - LgR5 expression and cancer stem cell hypothesis: clue to define the true origin of esophageal adenocarcinomas with and without Barrett's Esophagus?
JF  - Journal of Experimental & Clinical Cancer Research
N2  - Background
Investigation of the expression of an intestinal stem cell marker in esophageal adenocarcinomas (EAC) with and without Barrett's Esophagus (BE), with respect to a cancer stem cell (CSC) hypothesis.

Materials and methods
Expression of a putative intestinal stem cell marker LgR5 was analyzed in esophageal cancer specimen (n = 70: 41 EAC with BE, 19 EAC without BE, and n = 10 esophageal squamous-cell carcinomas, ESCC) and in the adenocarcinoma cell line OE-33. Ki-67 and Cdx-2 were co-labelled with LgR5 in double staining experiments. Immunhistochemical expression results were confirmed by RT-PCR and correlated with tumor stage and five-year survival rates.

Results
LgR5was found expressed in 35 of 41 (85%) EAC with BE and in 16 of 19 (81%) EAC without BE. By contrast, LgR5 was not found to be expressed in ESCC. Quantification of immunolabeling showed 15% LgR5+ cells in EAC with BE, 32% LgR5+ cells in adjacent BE and 13% in EAC without BE. Immunofluorescence double staining experiments with LgR5 and Ki-67 revealed a subpopulation (~5%) of proliferating LgR+/Ki-67+ cells. On mRNA-level, expression of LgR5 was higher in BE in comparison to EAC (p = 0.0159). High levels of LgR5 expression in BE associated EAC were associated with poorer survival in univariate analysis.

Conclusion
The stem cell marker LgR5 is expressed in EAC, irrespective of association with BE, and appears to have negative impact on survival. The subset of proliferating LgR5+ cells (<5%) might resemble rapidly cycling CSCs, which needs to be substantiated in further investigations.
KW  - Barrett-Ösophagus
KW  - Krebs
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-137783
VL  - 30
IS  - 23
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Weise, Gesa
A1  - Basse-Lüsebrink, Thomas C.
A1  - Kleinschnitz, Christoph
A1  - Kampf, Thomas
A1  - Jakob, Peter M.
A1  - Stoll, Guido
T1  - In Vivo Imaging of Stepwise Vessel Occlusion in Cerebral Photothrombosis of Mice by \(^{19}\)F MRI
JF  - PLoS One
N2  - Background
\(^{19}\)F magnetic resonance imaging (MRI) was recently introduced as a promising technique for in vivo cell tracking. In the present study we compared \(^{19}\)F MRI with iron-enhanced MRI in mice with photothrombosis (PT) at 7 Tesla. PT represents a model of focal cerebral ischemia exhibiting acute vessel occlusion and delayed neuroinflammation.

Methods/Principal Findings
Perfluorocarbons (PFC) or superparamagnetic iron oxide particles (SPIO) were injected intravenously at different time points after photothrombotic infarction. While administration of PFC directly after PT induction led to a strong \(^{19}\)F signal throughout the entire lesion, two hours delayed application resulted in a rim-like \(^{19}\)F signal at the outer edge of the lesion. These findings closely resembled the distribution of signal loss on T2-weighted MRI seen after SPIO injection reflecting intravascular accumulation of iron particles trapped in vessel thrombi as confirmed histologically. By sequential administration of two chemically shifted PFC compounds 0 and 2 hours after illumination the different spatial distribution of the \(^{19}\)F markers (infarct core/rim) could be visualized in the same animal. When PFC were applied at day 6 the fluorine marker was only detected after long acquisition times ex vivo. SPIO-enhanced MRI showed slight signal loss in vivo which was much more prominent ex vivo indicative for neuroinflammation at this late lesion stage.

Conclusion
Our study shows that vessel occlusion can be followed in vivo by \(^{19}\)F and SPIO-enhanced high-field MRI while in vivo imaging of neuroinflammation remains challenging. The timing of contrast agent application was the major determinant of the underlying processes depicted by both imaging techniques. Importantly, sequential application of different PFC compounds allowed depiction of ongoing vessel occlusion from the core to the margin of the ischemic lesions in a single MRI measurement.
KW  - in vivo imaging
KW  - magnetic resonance imaging
KW  - macrophages
KW  - emulsions
KW  - infarction
KW  - fluorine
KW  - prefrontal cortex
KW  - developmental signaling
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-137792
VL  - 6
IS  - 12
ER  -