TY  - THES
A1  - Esch, Mandy
T1  - Novel Nucleic Acid Sensors for the Rapid Detection of Cryptosporidium Parvum
T1  - Neue Nukleinsäure-Sensoren für die Detektion von Cryptosporidium parvum
N2  - Recent advances in the development of immunoassays and nucleic acid assays have improved the performance and increased the sensitivity of sensors that are based on biochemical recognition. The new approaches taken by researchers include detecting pathogens by detecting their nucleic acids, using new nontoxic reporter entities for generating signals, and downscaling and miniaturizing sensors to micromigration and microfluidic formats. This dissertation connects some of these successful approaches, thereby leading to the development of novel nucleic acid sensors for rapid and easy detection of pathogens. The author's goal was to develop diagnostic tools that enable investigators to detect pathogens rapidly and on site. While the sensors can be used to detect any pathogen, the author first customized them for detecting particularly Cryptosporidium parvum, a pathogen whose detection is important, yet presents many challenges. Chapter 2 of this thesis presents a novel test-strip for the detection of C. parvum. The test-strip is designed to detect nucleic acids rather than proteins or other epitopes. While test strips are commonly used for sensors based on immunological recognition, this format is very new in applications in which nucleic acids are detected. Further, to indicate the presence or absence of a specific target on the test strip, dye-entrapped, oligonucleotide-tagged liposomes are employed. Using liposomes as reporter particles has advantages over using other reporter labels, because the cavity that the phospholipidic membranes of the liposomes form can be filled with up to 106 dye molecules. By using heterobifunctional linkers liposomes can be tagged with oligonucleotides, thereby enabling their use in nucleic acid hybridization assays. The developed test-strip provides an internal control. The limit of detection is 2.7 fmol/mL with a sample volume of 30 mL. In chapter 3 the detection of nucleic acids by means of oligonucleotide-tagged liposomes is scaled down to a microfluidic assay format. Because the application of biosensors to microfluidic formats is very new in the field of analytical chemistry, the first part of this chapter is devoted to developing the design and the method to fabricate the microchip devices. The performance of the microchips is then optimized by investigating the interactions of nucleic acids and liposomes with the material the chips consist of and by passivating the surface of the chips with blocking reagents. The developed microfluidic chip enabled us to reduce the sample volume needed for one assay to 12.5 mL. The limit of detection of this assay was determined to be 0.4 fmol/mL. Chapters 4 and 5 expand on the development of the microfluidic assay. A prototype microfluidic array that is able to detect multiple analytes in a single sample simultaneously is developed. Using such an array will enable investigators to detect pathogens that occur in the same environment, for example, C. parvum and Giardia duodenalis by conducting a single test. The array's ability to perform multiple sample analysis is shown by detecting different concentrations of target nucleic acids. Further, the author developed a microfluidic chip in which interdigitated microelectrode arrays (IDAs) that consist of closely spaced microelectrodes are integrated. The IDAs facilitate electrochemical detection of cryptosporidial RNA. Electrochemical detection schemes offer benefits of technical simplicity, speed, and sensitivity. In this project liposomes are filled with electrochemically active molecules and are then utilized to generate electrochemical signals. Chapter 6 explores the feasibility of liposomes for enhancing signals derived from nucleic acid hybridization in surface plasmon resonance (SPR) spectroscopy. SPR spectroscopy offers advantages because nucleic acid hybridization can be monitored in real time and under homogeneous conditions because no washing steps are required. SPR spectroscopy is very sensitive and it can be expected that, in the future, SPR will be integrated into microfluidic nucleic acid sensors.
N2  - Jüngste Fortschritte in der Entwicklung von Immuno- und Nucleinsäure- Assays haben die Arbeitsleistung und die Spezifität von Sensoren, die auf biochemischer Erkennung basieren (Biosensoren), verbessert. Neu entwickelte Methoden umfassen die Detektion von Pathogenen durch die Detektion ihrer RNA oder DNA, das Benutzen von neuen nicht-toxischen Reporter Molekülen, um Signale in Sensoren zu erzeugen, und die Verkleinerung und Miniaturisierung von Sensoren zu Mikromigrations- und Mikrofluid Formaten. Die in dieser Dissertation entwickelten Sensoren, die der Detektion von Pathogenen dienen, verbinden einige der neu entwickelten Methoden. Das Ziel der Autorin war es, Sensoren zu entwickeln, die es ermöglichen, Pathogene an Ort und Stelle zu detektieren. Die entwickelten Sensoren können zur Detektion von einer Reihe von Pathogenen benutzt werden. In dieser Dissertation sind sie für die spezifische Detektion von Cryptosporidium parvum entwickelte worden. Kapitel 2 der Dissertation präsentiert einen neuen Teststreifen für die Detektion von C. parvum. Der Teststreifen detektiert die RNA von C. parvum, die als Reaktion auf einen Hitzeschock produziert wird. Das Teststreifen-Format ist üblich für Sensoren, die auf immunologischer Erkennung basieren. Es ist jedoch neu für Anwendungen in denen RNA oder DNA detektiert werden sollen. Die An- oder Abwesenheit eines bestimmten Ziel Moleküls wird durch Liposomen, die Oligonukleotide auf der Aussenseite ihrer Membranen enthalten und mit Farbstoff gefüllt sind, angedeutet. Die Experimente zeigten, dass die mit dem entwickelten Test-Streifen kleinste detektierbare Konzentration von RNA in einem 30 mL Probenvolumen 2.7 fmol/mL ist. In Kapitel 3 ist die Signalerzeugung durch Liposomen in ein Mikrofliess-System integriert. Da die Entwicklung von Mikrofliess-Systemen ein sehr neues Forschungsgebiet ist, befasst sich ein Teil dieses Kapitels mit dem Design und der Herstellung des Microchips. Die Untersuchung von Interaktionen von Nukleinsäuren und Liposomen mit dem Material aus dem der Chip hergestellt ist und die Passivierung dieses Materials ist dabei ein Schwerpunkt. Das Probenvolumen, dass zur Detektion mit dem entwickelten Mikrofliess-Sensor nötig ist, konnte auf 12.5 mL reduziert werden. Die kleinste detektierbare Konzentration von Nucleinsäuren ist 5 fmol/mL. In Kapitel 4 und 5 erweitert die Autorin die Entwicklung des Mikrofliess-Sensors aus Kapitel 3. Das Detektionsformat ist auf ein Array, das für die gleichzeitige Detektion von mehreren Pathogenen benutzt werden kann, angewandt. Eine Methode zum Herstellen eines Arrays-Prototypen ist entwickelt. Ferner, stellte die Autorin verzahnte Mikroelektroden her und benutzte diese um die elektrochemische Detektion der RNA von C. parvum zu ermöglichen. In Kapitel 6 ist die Anwendbarkeit von Liposomen zur Erhöhung von Signalen von Nukleinsäure-Hybridisierungen in Surface Plasmon Resonance Spectroscopy (SPR) untersucht.
KW  - Cryptosporidium
KW  - RNS
KW  - Biosensor
KW  - Nucleinsäure-Sensoren
KW  - RNA
KW  - Cryptosporidium parvum
KW  - Mikrofliess-System
KW  - Liposomen
KW  - Teststreifen
KW  - Nuleic Acids Sensors
KW  - RNA
KW  - Cryptosporidium parvum
KW  - Microfluidic Chip
KW  - Liposomes
KW  - Test-Strip
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-323
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schuh, Kai
T1  - Erzeugung und Analyse NF-ATp-defizienter Mäuse
T1  - Generation and Analysis of NF-ATp-deficient Mice
N2  - Ziel dieser Arbeit war es, NF-AT1-Gen-defiziente Mauslinien zu erzeugen und die Folgen dieser genetischen Manipulation in vivo zu untersuchen. Die Untersuchung sollte die durch die Gendefizienz erwarteten Mängel während der Entwicklung (Embryogenese) und, im Besonderen, die Auswirkungen auf das Immunsytem und die Entwicklung und Differenzierung der T-Zellen aufzeigen. Zur Untersuchung der genomischen Organisation des Maus-NF-AT1-Gens wurde eine genomische l-Phagen-DNA-Bibliothek "gescreent" (durchgeführt von Dr. E. Jankevics, Universität von Riga, Lettland), die entsprechenden l-Phagen, die das NF-AT1-Gen enthielten, isoliert und die DNA präpariert. Nach Analyse der klonierten Phagen (Subklonierung und Sequenzierung) wurde eine Restriktionskarte der entsprechenden Bereiche erstellt und der "targeting-vector" erstellt. Der "targeting-vector" wurde durch Elektroporation in embryonale Stammzellen (ES-Zellen) eingebracht und die Integration in das Genom ("Homologe Rekombination") durch Southern Blotting- bzw. PCR-Analyse untersucht. Manipulierte ES-Zellklone wurden in C57Bl/6-Blastozysten injiziert, diese in scheinschwangere Ammentiere transferiert und die Nachkommen nach Geburt anhand der Fellfarben klassifiziert. Nachkommen mit einem hohen Anteil hellen Fells wurden mit C57 Bl/6-Tieren verpaart und die Integration des manipulierten Zellklons in die Keimbahn wurde anhand der wildtypischen Fellfarbe und Genotypisierung nachgewiesen. Bezüglich des manipulierten NF-ATp-Gens heterozygote F1-Tiere wurden miteinander verpaart, um eine homozygote NF-ATp-defiziente Mäuse zu erhalten. Die Deletion des NF-ATp-Proteins wurde durch in Western-Blotting-Experimenten und EMSAs ("electrophoretic mobility shift assays") nachgewiesen. Die NF-ATp-/--Tiere zeigten keine augenscheinlichen Veränderungen während der Entwicklung und, bei jungen Tieren, keine offensichtlichen Veränderungen bei der Entwicklung des Immunsystems. In älteren Tieren (> 6 Wochen) war eine Hyperproliferation der Zellen des Immunsystems zu beobachten, was mit einer Splenomegalie, einer verstärkten Bildung von Keimzentren in lymphatischen Organen, vergrößerten Lymphknoten und einer verlangsamten Involution des Thymus einherging. Weitergehende Untersuchungen der Ursache dieser hyperproliferativen Erkrankung offenbarten eine verminderte klonale Deletion nach Aktivierung. Die Ursachen dieses überraschenden Effekts sind wahrscheinlich vielfältig, da NF-AT-Faktoren an der Regulation der Expression vieler Gene beteiligt sind, u.a. des Apoptose-assoziierten CD95-Liganden. Da sich bezüglich der IL-2-Expression keine Unterschiede zwischen NF-ATp-defizienten Tieren und Kontrollen zeigten, jedoch eine erhöhte IL-2-Konzentration im Medium kultivierter NF-ATp-defizienter T-Zellen beobachtet wurde, wurde die Bindung von NF-ATp an putative NF-AT-Bindungssequenzen des CD25-Promotors, die transkriptionelle Aktivierung des Promotors mittels Luciferase-Assays und die Expression der IL-2R-alpha-Kette (CD25) untersucht. Es konnte gezeigt werden, daß (1.) NF-ATp an zwei Regionen des CD25-Promotors bindet, (2.) der CD25-Promotor durch NF-ATp transkriptionell stark stimuliert wird und (3.) T-Zellen NF-ATp-defizienter Tiere nach Stimulation eine verminderte CD25-Expression zeigen. In NF-ATp-defizienten Tieren war die Expression von CD25 moderat reduziert, was eine Erklärung für den abgeschwächten Phänotyp dieser Tiere - im Vergleich zu IL-2- oder CD25-defizienten Tieren - sein kann. Die hyperproliferativen Erkrankungen dieser verschiedenen Mauslinien weisen auf eine Beteiligung der NF-AT-/IL-2-/IL-2R-Signalwege nicht nur während der T-Zell-Aktivierung hin, sondern auch auf eine Beteiligung an Signalwegen, die zur anschließenden Inaktivierung und Apoptose der T-Lymphozyten nötig sind.
N2  - Aim of this work was the generation of NF-ATp-deficient mice and to investigate the effects of this genetic manipulation in vivo. The investigation included observation of defects during embryogenesis and, in particular, effects on development and differentiation of T cells of the immune system. To characterize the genomic organisation of the NF-ATp gene, a genomic DNA library was screened (done by E. Jankevics, PhD, University of Riga, Latvia), the NF-ATp gene containing phages isolated and analyzed (subcloning and sequencing). A restriction map was made, necessary for construction of the targeting vector. The targeting vector was brought into E14.1 embryonic stem cells by electroporation and integration through "homologous recombination" was confirmed by Southern blotting and PCR analysis. Successfully manipulated ES cell clones were injected in C57 Bl/6 blastocystes, injected blastocystes transferred into pseudo-pregnant foster mice, and the offsprings classified according to coat colour. Offsprings showing a high level of fair coat colour were mated to C57Bl/6 inbreed animals, integration of the manipulated cell clone into germline was verified by wild-type coat colour and genotyping. Heterozygous animals were crossbred to obtain homozygous NF-ATp-deficient animals. Loss of NF-ATp protein was confirmed in Western blotting assays and EMSAs. NF-ATp-deficient mice showed no obvious changes in embryogenesis and no differences in the development of the immune system. Older Animals (> 6 weeks) developed a hyperproliverative disorder of lymphatic cells going along with splenomegalie, enlarged lymph nodes and retarted involution of the thymus. Further investigations revealed a normal activation but reduced clonal deletion of T cells after activation. This may be due to different causes, since NF-AT factors are involved in the regulation of many genes, e.g. the apoptosis-associated CD95 ligand. Phenotypical similarities with interleukin 2- (IL-2) or IL-2 receptor- (IL-2R) deficient mice and, in contrast, the observation of elevated IL-2 levels in supernatants of cultivated NF-ATp-deficient T cells, suggested a role of NF-ATp in the regulation of the IL-2/IL-2R system. Since no difference in IL-2 expression between NF-ATp-/--mice and controls was observed, binding of NF-ATp to putative NF-AT concensus sequences of the CD25 (IL-2R alpha chain) promoter, transcriptional activation by NF-ATp, and expression of CD25 were investigated. It was demonstrated that (1) NF-ATp binds to two regions of the CD25 promoter, (2) that NF-ATp is a stimulator of the CD25 promoter, and (3) T cells of NF-ATp-deficient mice display a decreased expression of CD25 after stimulation, compared to wild-type controls. The expression of CD25 is moderately decreased in NF-ATp-deficient mice, proposing an explanation for the "weak phenotype" of NF-ATp-/--mice, compared to IL-2- or IL2R-deficient mice. The hyperprolifertive disorders of these different mouse lines are pointing towards a participation of NF-AT-/IL-2-/IL-2R signaling not only in activation of T cells, but also in pathways necessary for subsequent inactivation.
KW  - Maus
KW  - Induzierte Mutation
KW  - T-Lymphozyt
KW  - T-Zellen
KW  - NF-AT
KW  - knock-out
KW  - Mäuse
KW  - T cells
KW  - NF-AT
KW  - knock-out
KW  - mice
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-117
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lamatsch, Dunja
T1  - Molekulargenetische und zytogenetische Untersuchungen zur paternalen Introgression beim gynogenetischen Amazonenkärpfling, Poecilia formosa
T1  - Molecular and cytogenetic analysis of paternal introgression in the gynogenetic Amazon molly, Poecilia formosa
N2  - Die Frage nach der Entstehung und Beibehaltung von sexueller Reproduktion nimmt in der Biologie eine zentrale Stellung ein. Dazu werden seit langem die Vor- und Nachteile asexueller Fortpflanzung diskutiert, da man sich von einer vergleichenden Betrachtungsweise wichtige Aufschlüsse erwartet. Dem kurzfristigen Vorteil der schnelleren Vermehrung stehen langfristige Nachteile entgegen: Aufgrund fehlender genetischer Rekombinationsprozesse können sich schädliche Mutationen im Laufe der Generationen anhäufen ("Muller’s ratchet"), und schnelle Anpassung an eine veränderte Umwelt oder neue Abwehrstrategien gegen Parasiten werden erschwert. Der Amazonenkärpfling, Poecilia formosa, stellt einen Organismus dar, dessen Fortpflanzung in Folge eines interspezifischen Hybridisierungsereignisses vom üblichen bisexuellen Muster abweicht: Es treten normalerweise nur Weibchen auf, die sich gynogenetisch vermehren. Hierbei werden die unreduzierten diploiden Eizellen durch Spermien sympatrisch vorkommender sexueller Wirtsmännchen nahe verwandter Arten (P. latipinna oder P. mexicana) stimuliert, um eine parthenogenetische Entwicklung der Embryonen zu initiieren. Es findet keine Karyogamie statt, so daß die Nachkommen in der Regel untereinander und mit ihren Müttern genetisch identisch (klonal) sind. Molekularbiologische Untersuchungen ergaben jedoch, daß P. formosa wesentlich älter ist, als dies auf der Basis von "Muller’s ratchet" zu erwarten war. Eine mögliche Erklärung dafür wäre, daß in seltenen Fällen väterliches Erbmaterial an die Nachkommen weitergegeben werden kann (paternale Introgression). Sowohl in natürlichen Lebensräumen als auch unter Laborbedingungen konnten nur zwei Formen paternaler Introgression identifiziert werden: Kommt es aufgrund von Karyogamie zu einer tatsächlichen Befruchtung der diploiden Oozyte durch das haploide Spermium entstehen triploide Individuen. In anderen Fällen verbleiben nach der Aktivierung durch das artfremde Spermium nur geringe DNA-Mengen in der Oozyte, die in den Kern aufgenommen werden und im Karyotyp als überzählige Chromosomen, sog. Mikrochromosomen, zu identifizieren sind. Die beiden Formen paternaler Introgression können jedoch auch kombiniert vorliegen. In diesen Fällen entwickelten sich die Individuen überraschenderweise zu phänotypischen Männchen. Die vorliegenden Ergebnisse über paternale Introgression können zur Aufklärung der Frage beitragen, warum P. formosa und andere asexuelle Organismen offenbar länger überlebten, als vorhergesagt. Im Gegensatz zu den bisherigen Annahmen könnte es sich bei spermienabhängiger Parthenogenese nicht etwa nur um eine unvollkommene Parthenogenese handeln, sondern um einen gut angepaßten Fortpflanzungsmodus, der die Vorteile von asexueller mit denen sexueller Fortpflanzung kombiniert.
N2  - One of the greatest challenges in evolutionary biology is explaining the widespread occurrence of sexual reproduction and the associated process of genetic recombination. Comparing the advantages and disadvantages of sexual and asexual reproduction is expected to give major insights to that "queen of questions". Whereas asexual females have the short term advantage of producing twice as many daughters as sexual females, they are also expected to suffer from long-term constraints: Due to the absence of genetic recombination, asexuals are prone to accumulate deleterious mutations (Muller´s ratchet), and adaptation to changing environments or the escape from parasite load will be aggravated. The Amazon molly, P. formosa, resembles an organism which shows an alternative reproductive mode to the ubiquitous bisexual reproduction. Being an all-female species due to interspecific hybridization, it reproduces gynogenetically: Unreduced diploid eggs are only activated by sperm of males of closely related sympatric species. Without karyogamy the oocytes develop parthenogenetically leading to genetically identical (clonal) offspring. Molecular phylogenetic data suggest that P. formosa might have survived longer than predicted by Muller´s ratchet. To explain this paradox, two phenomena which have been observed in natural populations as well as in laboratory broods are taken into consideration: Triploidy and occurrence of microchromosomes as a consequence of paternal introgression. Triploidy results from the successful insemination of the unreduced diploid eggs with haploid host sperm and subsequent karyogamy, whereas microchromosomes are small supernumerary chromosomes that seem to be the left over of the enzymatic machinery which normally clears the egg from the sperm nucleus after activation has occurred. Both forms of paternal introgression may also occur in combination. Surprisingly, these individuals developed spontaneously into males. The results on paternal introgression obtained here can contribute to answer the question why P. formosa as well as other unisexual vertebrates survived longer than predicted. Contradictory to common knowledge, gynogenesis might not be an imperfect parthenogenesis but a well adapted reproductive mode combining the advantages of asexual and sexual reproduction.
KW  - Amazon Molly
KW  - Introgression
KW  - Jungfernzeugung
KW  - lebendgebärende Zahnkarpfen
KW  - Gynogenese
KW  - spermienabhängige Parthenogenese
KW  - B-Chromosomen
KW  - Polyploidie
KW  - livebearing poeciliid
KW  - sperm-dependent parthenogenesis
KW  - gynogenesis
KW  - B chromosomes
KW  - polyploidy
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-108
ER  -