TY  - THES
A1  - Schneider, Felicitas Maria Hannelore
T1  - Vergleichende Evaluierung verschiedener Ansätze des Memory Enhancement bei neurodegenerativen Prozessen
T1  - Comparative evaluation of different approaches of memory enhancement in neurodegenerative disease
N2  - Angesichts des dramatischen, weltweiten Anstiegs der Prävalenz von Demenzerkrankungen und der aktuellen, unzureichenden Therapieansätze ist die Bereitstellung neuer, wirkungsvoller Behandlungsoptionen von größter Bedeutung. Technologische, pharmakologische und verhaltensbasierte Verfahren des Memory Enhancement könnten zur Lösung dieses Problems beitragen: Hierzu zählt die Stammzelltransplantation, die in mehreren Tierstudien zu einer Verbesserung der Gedächtnisfunktion führte. Zudem wird seit Längerem an einer Impfung gegen die Alzheimer-Krankheit mittels β-Amyloid-Antikörpern geforscht. Ein weiterer therapeutischer Ansatz für die Alzheimer-Krankheit besteht in der optogenetischen Stimulation spezifischer hippocampaler Engramm-Zellen, durch die bei einem Maus-Modell verloren gegangene Erinnerungen wiederhergestellt werden konnten. Unkonventionelle Pharmazeutika wie Erythropoetin führten in Tierstudien und bei Patienten mit neuropsychiatrischen Erkrankungen zu einer Verbesserung der kognitiven Fähigkeiten und des Gedächtnisses. Eine Modifikation der Ernährung und der Einsatz von Pro- und Präbiotika beeinflussen das Gedächtnis über eine Manipulation der Darm-Hirn-Achse. Verhaltensbasierte Maßnahmen wie körperliche Aktivität und der Einsatz von Mnemotechniken stellen effektive Ansätze des Memory Enhancement dar, welche bereits heute von gesunden Individuen implementiert werden können. Für die Anwendung von Augmented Reality (AR) konnten kognitionsfördernde Wirkungen beim Lernen neuroanatomischer Themen und dem Zusammenbau von Objekten nachgewiesen werden. Besonders vielversprechend stellt sich die Entwicklung einer Gedächtnisprothese dar, durch die vergessene Informationen bei Personen mit stattgehabtem Schädel-Hirn-Trauma und apoplektischem Insult reaktiviert werden könnten. Memory Enhancement ist prinzipiell bereits heute bei gesunden und kranken Individuen anwendbar und verspricht wirksame zukünftige Präventions- und Therapieoptionen. Ein realer Einsatz in der klinischen Praxis ist in naher Zukunft jedoch noch nicht zu erwarten.
N2  - Due to the worldwide increasing prevalence of dementia and the current, inadequate therapeutic approaches, it is very important to develop new, effective treatment options. Technological, pharmacological and behavior-based methods of memory enhancement could help to solve this problem: This includes stem cell transplantation, which has led to an improvement in memory function in several animal studies. In addition, research into vaccination against Alzheimer's disease using β-amyloid antibodies has been done for several years. Another therapeutic approach for Alzheimer's disease is the optogenetic stimulation of specific hippocampal engram cells, through which lost memories could be restored in a mouse model. Unconventional pharmaceuticals such as erythropoietin have improved cognitive skills and memory in animal studies and in patients with neuropsychiatric disorders. A diet modification and the use of probiotics and prebiotics affect memory by manipulating the gut-brain axis. Behavioral approaches such as physical activity and the use of mnemonics represent effective approaches of memory enhancement that healthy individuals can already implement today. The application of augmented reality (AR) was associated to cognition-promoting effects when learning neuroanatomical topics and assembling objects. The development of a memory prosthesis seems to be particularly promising and could be used to reactivate forgotten information in people with traumatic brain injury and apoplectic insult. In principle, memory enhancement can already be used today in healthy and diseased individuals and promises effective future prevention and therapy options. However, a real use in clinical practice cannot be expected in the near future.
KW  - Neurodegeneration
KW  - Langzeitgedächtnis
KW  - Alzheimerkrankheit
KW  - memory enhancement
KW  - neuroenhancement
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-207562
ER  - 
TY  - THES
A1  - Olivares-Baerwald, Silvana
T1  - Die Rolle von Calcineurin im Nukleus von Kardiomyozyten und ein innovativer Inhibitor als neuer therapeutischer Ansatz bei kardialer Hypertrophie
T1  - The role of calcineurin in the nucleus of cardiomyocytes and an innovative inhibitor as a new therapy approach to treat cardiac hypertrophy
N2  - Die Calcineurin/NFAT-Signalkaskade spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung einer kardialen Hypertrophie. Im Zytoplasma von Kardiomyozyten wird die Phosphatase Calcineurin nach Stimulierung der Zellen, z. B. durch Dehnungsreize, Angiotensin II (Ang II) oder Endothelin I (ET-1), und einen daraus folgenden intrazellulären Ca2+-Strom aktiviert. Dies führt zur Dephosphorylierung von NFAT und zu dessen nukleärer Translokation. In früheren Arbeiten von Ritter et al. wurden sowohl eine nukleäre Lokalisationssequenz (NLS) als auch eine nukleäre Exportsequenz (NES) innerhalb von Calcineurin identifiziert, die den Transport von Calcineurin zwischen dem Zytoplasma und dem Nukleus ermöglichen. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde das Import Blocking Peptid (IBP) entwickelt. Dieses Peptid entspricht der NLS von Calcineurin und blockiert die Calcineurin-Bindungsstellen des Shuttleproteins (Karyopherins) Importin β1. So wird die Translokation von Calcineurin in den Nukleus unterbunden und die Signalkaskade zur Aktivierung von Hypertrophie-Genen in Kardiomyozyten unterbrochen. Dabei blieb die Phosphatase-Aktivität von Calcineurin unbeeinflusst. Eines der Ziele dieser Arbeit war, IBP weiter zu optimieren und den „proof of principle“ auch in vivo zu führen. Hierfür wurden u. a. ein geeignetes Lösungsmittel bestimmt (biokompatibel und an die Peptidcharakteristika angepasst), die Peptidstruktur modifiziert (Erhöhung der Spezifität/Wirksamkeit) und die erforderliche Dosis weiter eingegrenzt (Belastungs- und Kostenreduktion). Unter Verwendung einer TAMRA-markierten Wirkstoffvariante konnten der Weg des Peptids in Mäusen nachverfolgt und die Ausscheidung quantifiziert werden.
Aufbauend auf den Ergebnissen von Burkard et al., die die Entstehung einer konstitutiv-aktiven und nukleären Calcineurin-Isoform nach proteolytischer Spaltung durch Calpain nachwiesen, wurde die Rolle von Calcineurin im Zellkern genauer untersucht. Außerdem sollte die Frage beantwortet werden, wie (über Calcineurin?) die Herzmuskelzelle zwischen Calciumschwankungen im Zuge der Exzitations-Kontraktions-Kopplung (ECC) und vergleichsweise schwachen Calciumsignalen zur Transkriptionsteuerung unterscheidet.  Mit Hilfe von nukleären Calcineurin-Mutanten, die einen Defekt in der Ca2+-Bindung aufwiesen, konnte die Bedeutung von Calcineurin als Calciumsensor für die NFAT-abhängige Transkription nachgewiesen werden. Im Mausmodell waren unter Hypertrophie-Bedingungen die Ca2+-Transienten in der nukleären Mikrodomäne signifikant stärker als im Zytosol, wodurch die Hypothese, dass die Aktivierung der Calcineurin/NFAT-Signalkaskade unabhängig von zytosolischem Ca2+ erfolgt, gestützt wird. Messungen von nukleären und zytosolischen Ca2+-Transienten in IP3-Sponge-Mäusen zeigten im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen keine Erhöhung des Ca2+-Spiegels während der Diastole, was auf eine Rolle von Inositoltrisphosphat (IP3) in der Signalkaskade deutet. Außerdem zeigten isolierte Zellkerne ventrikulärer adulter Kardiomyozyten eine erhöhte Expression des IP3-Rezeptors 2 (IP3R2) nach Ang II-Stimulierung. Diese gesteigerte Expression war abhängig von der Calcineurin/NFAT-Kaskade und bestand sogar 

3 Wochen nach Entfernung des Ang II-Stimulus fort. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass nukleäres Calcineurin als ein Ca2+-Sensor agiert, dass die lokale Ca2+-Freisetzung im Kern über IP3-Rezeptoren detektiert wird und dass dies im Zusammenspiel mit NFAT die Transkription von Hypertrophiegenen initiiert.
N2  - The Calcineurin/NFAT signaling pathway plays an important role in the development of cardiac hypertrophy. Calcineurin is activated in the cytoplasm of cardiac myocytes by the interaction of different factors, e.g. Ang II or ET-1, with structures of the cell surface, this leads to the desphosphorylation of NFAT and its translocation into the nucleus. Previous works by the working group led to the detection of a nuclear localization sequence (NLS) and a nuclear export signal (NES) within the Calcineurin domains. They are required for the transport of Calcineurin through the nuclear membrane. Supported by these findings the import blocking peptide (IBP) was conceived. IBP mimics the NLS of Calcineurin and binds to the shuttle protein Importin β1, thereby blocking the binding sites for Calcineurin and inhibiting the transport of Calcineurin to the nucleus. One characteristic of the peptide is that it does not affect the phosphatase activity of Calcineurin. The aim of this project was to improve the peptide and to investigate its efficacy in vivo. We identified the optimal solvent and were able to significantly improve the solubility of IBP. We developed new isoforms of IBP with higher specificity. We were able to identify the minimal effective dose and studied the degradation and excretion of the substance in vivo.
As shown by Burkard et al., Calcineurin is proteolytically cleaved by calpain, which leads to a constitutively active Calcineurin form. We investigated the role of this isoform in the nucleus. Furthermore, we investigated how Calcineurin is able to differentiate between Ca2+ fluctuations in the course of excitation contraction coupling (ECC) and Ca2+ signals for a hypertrophic response. Nuclear Calcineurin mutants defective for Ca2+ binding failed to activate NFAT-dependent transcription. Under hypertrophic conditions Ca2+ transients in the nuclear microdomain were significantly higher than in the cytosol providing a basis for sustained Calcineurin/NFAT mediated signaling uncoupled from cytosolic Ca2+. Measurements of nuclear and cytosolic Ca2+ transients in IP3 sponge mice showed no increase of Ca2+ levels during diastole as we detected in wildtype mice. Nuclei, isolated from ventricular myocytes of mice after chronic Ang II treatment, showed an elevation of IP3R2 expression which was dependent from calcineurin/NFAT signaling and persisted for 3 weeks after removal of the Ang II stimulus. Thus, we demonstrate that nuclear calcineurin was able to act as a nuclear Ca2+ sensor detecting local Ca2+ release from the nuclear envelope via IP3R.
KW  - kardiale Hypertrophie
KW  - Calcineurin
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-208080
ER  - 
TY  - THES
A1  - Klepsch, Maximilian Andreas
T1  - Small RNA-binding complexes in Chlamydia trachomatis identified by Next-Generation Sequencing techniques
T1  - Identifizierung von kleinen RNA-bindenden Komplexen in Chlamydia trachomatis mittels Hochdurchsatz- Sequenziertechniken
N2  - Chlamydia infect millions worldwide and cause infertility and blinding trachoma. Chlamydia trachomatis (C. trachomatis) is an obligate intracellular gram-negative pathogen with a significantly reduced genome. This bacterium shares a unique biphasic lifecycle in which it alternates between the infectious, metabolically inert elementary bodies (EB) and the non-infections, metabolically active replicative reticular bodies (RB).
One of the challenges of working with Chlamydia is its difficult genetic accessibility. In the present work, the high-throughput method TagRNA-seq was used to differentially label transcriptional start sites (TSS) and processing sites (PSS) to gain new insights into the transcriptional landscape of C. trachomatis in a coverage that has never been achieved before. Altogether, 679 TSSs and 1067 PSSs were detected indicating its high transcriptional activity and the need for transcriptional regulation. Furthermore, the analysis of the data revealed potentially new non-coding ribonucleic acids (ncRNA) and a map of transcriptional processing events. Using the upstream sequences, the previously identified σ66 binding motif was detected.
In addition, Grad-seq for C. trachomatis was established to obtain a global interactome of the RNAs and proteins of this intracellular organism. The Grad-Seq data suggest that many of the newly annotated RNAs from the TagRNA-seq approach are present in complexes. Although Chlamydia lack the known RNA-binding proteins (RBPs), e.g. Hfq and ProQ, observations in this work reveal the presence of a previously unknown RBP. 
Interestingly, in the gradient analysis it was found that the σ66 factor forms a complex with the RNA polymerase (RNAP). On the other hand, the σ28 factor is unbound. This is in line with results from previous studies showing that most of the genes are under control of σ66. The ncRNA IhtA is known to function via direct base pairing to its target RNA of HctB, and by doing so is influencing the chromatin condensation in Chlamydia. This study confirmed that lhtA is in no complex. On the other hand, the ncRNA ctrR0332 was found to interact with the SNF2 protein ctl0077, a putative helicase. Both molecules co-sedimented in the gradient and were intact after an aptamer-based RNA pull-down. The SWI2/SNF2 class of proteins are nucleosome remodeling complexes. The prokaryotic RapA from E. coli functions as transcription regulator by stimulating the RNAP recycling. This view might imply that the small ncRNA (sRNA) ctrR0332 is part of the global regulation network in C. trachomatis controlling the transition between EBs and RBs via interaction with the SNF2 protein ctl0077.
The present work is the first study describing a global interactome of RNAs and proteins in C. trachomatis providing the basis for future interaction studies in the field of this pathogen.
N2  - Chlamydien verursachen jährlich Millionen Neuinfektionen weltweit und können zu Spätschäden wie Unfruchtbarkeit und Erblindung führen. Chlamydien sind obligat intrazelluläre, gram-negative Pathogene mit einem stark reduzierten Genom. Sie besitzen einen einzigartigen biphasischen Lebenszyklus, bei dem der Erreger zwischen den metabolisch inaktiven, infektiösen Elementarkörperchen (EBs) und den nicht infektiösen, metabolisch aktiven und replikativen Retikularkörperchen (RBs) alterniert.
Eine Problemantik beim Arbeiten mit Chlamydien ist die Schwierigkeit der gezielten genetischen Manipulation des Pathogens. 
In der vorliegenden Arbeit wurde die Hochdurchsatz-Sequenziermethode TagRNA-Seq genutzt, um die transkriptionelle Organisation von Chlamydia trachomatis (C. trachomatis) zu analysieren und besser zu verstehen. Transkriptionelle Start Stellen (TSS) und Prozessierungsstellen (PSS) werden dabei unterschiedlich markiert, sodass eine zuverlässigere und genauere Auflösung erreicht wird als bisher durch in anderen Studien verwendete Methoden. Insgesamt konnten so 679 TSSs und 1067 PSSs detektiert werden. Es konnte gezeigt werden, dass das Transkriptom von C. trachomatis weitaus aktiver ist als bisher angenommen und eine Regulation auf transkriptioneller Ebene bedarf. Die Methode erlaubte zudem die Identifizierung von potenziell neuen nicht-kodierende RNAs sowie die Kartierung von transkriptionellen Prozessierungsereignissen. Unter Verwendung der 5’-upstreamliegenden Sequenzen konnte außerdem das in anderen Bakterien bereits bekannte σ66-Bindemotiv detektiert werden.
In der vorliegenden Arbeit wurde zudem die Methode Grad-Seq in C. trachomatis etabliert, um ein globales Interaktom für RNAs (engl. ribonucleic acid) und Proteine des intrazellulären Organismus zu erstellen. 
Für viele der im TagRNA-Seq Ansatz identifizierten und neu annotierten RNAs konnte so eine Komplexbildung beobachtet werden. Dies deutet auf das Vorhandensein eines bislang unbekanntes RNA-Bindeprotein (RBP) hin, da Chlamydien keines der bekannten RBPs, z.B. Hfq oder ProQ, besitzen.
Die Gradienten-Analyse ergab, dass der σ66-Faktor in einem Komplex mit der RNA-Polymerase (RNAP) vorliegt und dass der σ28-Faktor ungebunden ist. Diese Beobachtung entspricht den Ergebnissen vorheriger Studien, die zeigten das die meisten Gene durch σ66 kontrolliert werden. Die Daten bestätigen außerdem, dass IhtA, eine ncRNA (engl. non-coding ribonucleic acid), die über direkte Basenpaarbindung mit ihrem Ziel-RNA von hctB interagiert, nicht in einem Komplex vorliegt. Für die ncRNA ctrR0332 hingegen konnte das SNF2-Protein ctl0077 als Interaktionspartner identifiziert werden. Beide Moleküle co-sedimentieren im Gradienten und konnten mittels eines Aptamer-basierenden RNA Pull-Downs in intakter Form isoliert werden. Die Klasse der SWI2/SNF2-Proteine gehört zu den Nukleosomen-Remodeling-Komplexen. In Prokaryoten konnte für das in E. coli vorkommende RapA, welches ebenfalls zu den SWI2/SNF2-Proteinen zählt, die Funktion eines Transkriptionsregulators nachgewiesen werden, indem die RNAP-Wiederverwertung stimuliert wird. Dies könnte bedeuten, dass die ncRNA ctrR0332 ebenfalls Teil eines globalen Regulationsnetzwerks ist, welches durch Interaktion mit dem SNF2-Protein ctl0077 die Transition zwischen dem RB- und EB-Stadium reguliert. 
In der vorliegenden Arbeit konnte erstmals ein globales Interaktom von RNAs und Proteinen in C. trachomatis erstellt werden, welches als Grundlage für zukünftige Interaktionsstudien des Pathogens genutzt werden kann.
KW  - High throughput screening
KW  - Small RNA
KW  - Chlamydia trachomatis
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-199741
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kurz, Andreas
T1  - Correlative live and fixed cell superresolution microscopy
T1  - Korrelative hochauflösende Mikroskopie an lebenden und fixierten Zellen
N2  - Over the last decade life sciences have made an enormous leap forward. The development of complex analytical instruments, in particular in fluorescence microscopy, has played a decisive role in this. Scientist can now rely on a wide range of imaging techniques that offer different advantages in terms of optical resolution, recording speed or living cell compatibility. With the help of these modern microscopy techniques, multi-protein complexes can be resolved, membrane receptors can be counted, cellular pathways analysed or the internalisation of receptors can be tracked. However, there is currently no universal technique for comprehensive experiment execution that includes dynamic process capture and super resolution imaging on the same target object. In this work, I built a microscope that combines two complementary imaging techniques and enables correlative experiments in living and fixed cells. With an image scanning based laser spot confocal microscope, fast dynamics in several colors with low photodamage of the cells can be recorded. This novel system also has an improved resolution of 170 nm and was thoroughly characterized in this work. The complementary technique is based on single molecule localization microscopy, which can achieve a structural resolution down to 20-30 nm. Furthermore I implemented a microfluidic pump that allows direct interaction with the sample placed on the microscope. Numerous processes such as living cell staining, living cell fixation, immunostaining and buffer exchange can be observed and performed directly on the same cell. Thus, dynamic processes of a cell can be frozen and the structures of interest can be stained and analysed with high-resolution microscopy. Furthermore, I have equipped the detection path of the single molecule technique with an adaptive optical element. With the help of a deformable mirror, imaging functions can be shaped and information on the 3D position of the individual molecules can be extracted.
N2  - Im letzten Jahrzehnt hat der Bereich der Lebenswissenschaften einen enormen Sprung nach vorne gemacht. Maßgeblich dafür waren die Entwicklung von komplexen Analysegeräten insbesondere in der Fluoreszenz Mikroskopie. Die Anwender können nun auf eine Vielzahl von Bildgebungstechniken zurückgreifen die unterschiedliche Vorzüge hinsichtlich optischer Auflösung, Aufnahmegeschwindigkeit oder Lebend Zell Kompatibilität bieten. Mithilfe dieser modernen Mikroskopietechniken lassen sich beispielsweise Multiproteinkomplexe auflösen, Membranrezeptoren zählen, zelluläre Signalwege analysieren oder die Internalisierung von Rezeptoren verfolgen. Für eine umfassende Experimentdurchführung, die Erfassung dynamischer Prozesse sowie superhochauflösende Bildgebung an ein und demselben Zielobjekt beinhalten, gibt es derzeit keine einheitliche Technik. In dieser Arbeit habe ich ein Mikroskop aufgebaut, das zwei komplementäre Bildgebungstechniken vereint und korrelative Experimente von lebend zu fixierten Zellen ermöglicht. Mit einem Image Scanning basierten Konfokal Mikroskop können schnelle Dynamiken in mehreren Farben mit geringer Photoschädigung der Zellen aufgenommen werden. Dieses neuartige System weist zudem eine Auflösungsverbesserung von 170 nm auf und wurde im Rahmen der Arbeit ausführlich charakterisiert. Die komplementäre Technik basiert auf der Einzel-Molekül Lokalisations Mikroskopie, mit der sich eine strukturelle Auflösung von bis zu 20 nm erreichen lässt. Desweiteren habe ich eine Mikrofluidpumpe implementiert, die eine direkte Interaktion mit der auf dem Mikroskop platzierten Probe erlaubt. Zahlreiche Prozesse wie Lebend-Zell Färbung, Lebend-Zell Fixierung, Immuno-Färbung und Puffertausch können damit direkt an der gleichen Zelle beobachtet und durchgeführt werden. So können dynamische Prozesse einer Zelle sozusagen eingefroren werden und die Strukturen von Interesse gefärbt und mit höchstauflösender Mikroskopie analysiert werden. Desweiteren habe ich den Detektionspfad der Einzel-Molekül Technik mit einem adaptiven optischen Element ausgestattet. Mithilfe eines deformierbaren Spiegels lässt sich so Abbildungsfunktion formen und Information zur 3D Position der einzelnen Moleküle gewinnen.
KW  - Einzelmolekülmikroskopie
KW  - Adaptive Optik
KW  - Image-Scanning Microscope
KW  - Correlative microscopy
KW  - Adaptive Optics
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-199455
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Blättner, Sebastian
A1  - Das, Sudip
A1  - Paprotka, Kerstin
A1  - Eilers, Ursula
A1  - Krischke, Markus
A1  - Kretschmer, Dorothee
A1  - Remmele, Christian W.
A1  - Dittrich, Marcus
A1  - Müller, Tobias
A1  - Schuelein-Voelk, Christina
A1  - Hertlein, Tobias
A1  - Mueller, Martin J.
A1  - Huettel, Bruno
A1  - Reinhardt, Richard
A1  - Ohlsen, Knut
A1  - Rudel, Thomas
A1  - Fraunholz, Martin J.
T1  - Staphylococcus aureus Exploits a Non-ribosomal Cyclic Dipeptide to Modulate Survival within Epithelial Cells and Phagocytes
JF  - PLoS Pathogens
N2  - Community-acquired (CA) Staphylococcus aureus cause various diseases even in healthy individuals. Enhanced virulence of CA-strains is partly attributed to increased production of toxins such as phenol-soluble modulins (PSM). The pathogen is internalized efficiently by mammalian host cells and intracellular S. aureus has recently been shown to contribute to disease. Upon internalization, cytotoxic S. aureus strains can disrupt phagosomal membranes and kill host cells in a PSM-dependent manner. However, PSM are not sufficient for these processes. Here we screened for factors required for intracellular S. aureus virulence. We infected escape reporter host cells with strains from an established transposon mutant library and detected phagosomal escape rates using automated microscopy. We thereby, among other factors, identified a non-ribosomal peptide synthetase (NRPS) to be required for efficient phagosomal escape and intracellular survival of S. aureus as well as induction of host cell death. By genetic complementation as well as supplementation with the synthetic NRPS product, the cyclic dipeptide phevalin, wild-type phenotypes were restored. We further demonstrate that the NRPS is contributing to virulence in a mouse pneumonia model. Together, our data illustrate a hitherto unrecognized function of the S. aureus NRPS and its dipeptide product during S. aureus infection.
KW  - cell death
KW  - cytotoxicity
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - host cells
KW  - neutrophils
KW  - macrophages
KW  - transposable elements
KW  - epithelial cells
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180380
VL  - 12
IS  - 9
ER  - 
TY  - THES
A1  - Vollmuth, Nadine
T1  - Role of the proto-oncogene c-Myc in the development of Chlamydia trachomatis
T1  - Die Rolle des proto-onkogenes c-Myc in der Entwicklung von Chlamydia trachomatis
N2  - Chlamydia trachomatis, an obligate intracellular human pathogen, is the world’s leading cause of infection related blindness and the most common, bacterial sexually transmitted disease. In order to establish an optimal replicative niche, the pathogen extensively interferes with the physiology of the host cell. Chlamydia switches in its complex developmental cycle between the infectious non-replicative elementary bodies (EBs) and the non-infectious replicative reticulate bodies (RBs). The transformation to RBs, shortly after entering a host cell, is a crucial process in infection to start chlamydial replication. Currently it is unknown how the transition from EBs to RBs is initiated. In this thesis, we could show that, in an axenic media approach, L glutamine uptake by the pathogen is crucial to initiate the EB to RB transition. L-glutamine is converted to amino acids which are used by the bacteria to synthesize peptidoglycan. Peptidoglycan inturn is believed to function in separating dividing Chlamydia. The glutamine metabolism is reprogrammed in infected cells in a c-Myc-dependent manner, in order to accomplish the increased requirement for L-glutamine. Upon a chlamydial infection, the proto-oncogene c-Myc gets upregulated to promote host cell glutaminolysis via glutaminase GLS1 and the L-glutamine transporter SLC1A5/ASCT2. Interference with this metabolic reprogramming leads to limited growth of C. trachomatis. Besides the active infection, Chlamydia can persist over a long period of time within the host cell whereby chronic and recurrent infections establish. C. trachomatis acquire a persistent state during an immune attack in response to elevated interferon-γ (IFN-γ) levels. It has been shown that IFN-γ activates the catabolic depletion of L-tryptophan via indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), resulting in the formation of non-infectious atypical chlamydial forms. In this thesis, we could show that IFN-γ depletes the key metabolic regulator c-Myc, which has been demonstrated to be a prerequisite for chlamydial development and growth, in a STAT1-dependent manner. Moreover, metabolic analyses revealed that the pathogen de routs the host cell TCA cycle to enrich pyrimidine biosynthesis. Supplementing pyrimidines or a-ketoglutarate helps the bacteria to partially overcome the persistent state. Together, the results indicate a central role of c-Myc induced host glutamine metabolism reprogramming and L-glutamine for the development of C. trachomatis, which may provide a basis for anti-infectious strategies. Furthermore, they challenge the longstanding hypothesis of L-tryptophan shortage as the sole reason for IFN-γ induced persistence and suggest a pivotal role of c-Myc in the control of the C. trachomatis dormancy.
N2  - Chlamydia trachomatis, ein obligat intrazellul¨ares humanes Pathogen, ist weltweit fu¨hrende Ursache fu¨r infektionsbedingte Erblindung und die h¨aufigste, bakterielle sexuell u¨bertragbare Krankheit. Um eine optimale Replikationsnische zu etablieren, interagiert das Pathogen in tensiv mit der Physiologie der Wirtszelle. Chlamydien wechseln in ihrem komplexen Entwick lungszyklus zwischen den infekti¨osen nicht replizierenden Elementark¨orperchen (EBs) und den nicht infekti¨osen replizierenden Retikulark¨orperchen (RBs), und diese Umwandlung in RBs kurz nach dem Eintritt in die Wirtszelle ist ein entscheidender Prozess in der Infektion, um die Replikation des Bakteriums einzuleiten. Derzeit ist noch nicht bekannt, wodurch diese Transformation von EBs zu RBs eingeleitet wird. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass bei einer zellfreien Kultivierung des Pathogens die Aufnahme von Glutamin durch den Erreger entscheidend ist, um den ¨Ubergang von EB zu RB zu initiieren. Vor kurzem wurde Peptidoglykan in den Septen von sich replizierenden Chlamydien nachgewiesen. Fu¨r die Syn these des Peptidoglykans nutzen die Bakterien das aufgenommene Glutamin. Der Glutamin metabolismus wird in infizierten Zellen c-Myc abh¨angig umprogrammiert, um den erh¨ohten Bedarf an Glutamin zu bew¨altigen. Bei einer Chlamydieninfektion wird das Proto-Onkogen c-Myc zur F¨orderung der Glutaminolyse der Wirtszelle u¨ber die Glutaminase GLS1 und den Glutamin Transporter SLC1A5/ASCT2 hochreguliert. Ein Eingreifen in diese metabolische Neuprogrammierung fu¨hrt zu einem reduzierten Wachstum von C. trachomatis. Neben der aktiven Infektion k¨onnen Chlamydien u¨ber einen sehr langen Zeitraum in der Wirtszelle persistieren, wodurch es zur Etablierung von chronischen und wiederkehrenden Infektionen kommt. C. trachomatis verf¨allt bei einem Immunangriff in Persistenz, wenn sie auf das freigesetzte Interferon-γ treffen. Es ist bekannt, dass Interferon-γ den Katabolismus von Tryptophan mittels indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO) aktiviert, was zur Bildung von nicht infekti¨osen atypischen Chlamydienformen fu¨hrt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Interferon-γ den zentralen Stoffwechselregulator c-Myc, der sich fu¨r die Entwicklung und das Wachstum von Chlamydien als essentiell erwiesen hat, in Abh¨angigkeit von STAT1 herunter reguliert. Daru¨ber hinaus zeigte die Analyse des Metabolismus, dass das Pathogen den TCA Zyklus der Wirtszelle umleitet, um die Pyrimidinbiosynthese zu unterstu¨tzen. Die Zugabe von Pyrimidinen oder α-Ketoglutarat hilft den Bakterien den Status der Persistenz teilweise zu u¨berwinden. Zusammengenommen deuten die Ergebnisse auf eine zentrale Rolle der c-Myc induzierten Umprogrammierung des Glutaminmetabolismus und des Glutamins selbst fu¨r die Entwicklung von C. trachomatis hin. Diese Befunde k¨onnten eine Basis fu¨r Strategien gegen eine Infektion darstellen. Weiterhin stellen sie die seit langem bestehende Hypothese des Trypotphanmangels als alleiniger Grund fu¨r die von Interferon-γ induzierte Persistenz in Frage und legen eine zentrale Rolle von c-Myc bei der Kontrolle der C. trachomatis Dormanz nahe.
KW  - Chlamydia trachomatis
KW  - Persistence
KW  - trachomatis
KW  - chlamydia
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-203655
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Figueiredo, Ludmilla
A1  - Krauss, Jochen
A1  - Steffan-Dewenter, Ingolf
A1  - Cabral, Juliano Sarmento
T1  - Understanding extinction debts: spatio-temporal scales, mechanisms and a roadmap for future research
JF  - Ecography
N2  - Extinction debt refers to delayed species extinctions expected as a consequence of ecosystem perturbation. Quantifying such extinctions and investigating long‐term consequences of perturbations has proven challenging, because perturbations are not isolated and occur across various spatial and temporal scales, from local habitat losses to global warming. Additionally, the relative importance of eco‐evolutionary processes varies across scales, because levels of ecological organization, i.e. individuals, (meta)populations and (meta)communities, respond hierarchically to perturbations. To summarize our current knowledge of the scales and mechanisms influencing extinction debts, we reviewed recent empirical, theoretical and methodological studies addressing either the spatio–temporal scales of extinction debts or the eco‐evolutionary mechanisms delaying extinctions. Extinction debts were detected across a range of ecosystems and taxonomic groups, with estimates ranging from 9 to 90% of current species richness. The duration over which debts have been sustained varies from 5 to 570 yr, and projections of the total period required to settle a debt can extend to 1000 yr. Reported causes of delayed extinctions are 1) life‐history traits that prolong individual survival, and 2) population and metapopulation dynamics that maintain populations under deteriorated conditions. Other potential factors that may extend survival time such as microevolutionary dynamics, or delayed extinctions of interaction partners, have rarely been analyzed. Therefore, we propose a roadmap for future research with three key avenues: 1) the microevolutionary dynamics of extinction processes, 2) the disjunctive loss of interacting species and 3) the impact of multiple regimes of perturbation on the payment of debts. For their ability to integrate processes occurring at different levels of ecological organization, we highlight mechanistic simulation models as tools to address these knowledge gaps and to deepen our understanding of extinction dynamics.
KW  - Anthropocene
KW  - biotic interaction
KW  - extinction dynamics
KW  - mechanistic modelling
KW  - time lag
KW  - transient dynamics
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-204859
VL  - 42
IS  - 12
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Stieb, Sara Mae
A1  - Kelber, Christina
A1  - Wehner, Rüdiger
A1  - Rössler, Wolfgang
T1  - Antennal-Lobe Organization in Desert Ants of the Genus Cataglyphis
JF  - Brain, Behavior and Evolution
N2  - Desert ants of the genus Cataglyphis possess remarkable visual navigation capabilities. Although Cataglyphis species lack a trail pheromone system, Cataglyphis fortis employs olfactory cues for detecting nest and food sites. To investigate potential adaptations in primary olfactory centers of the brain of C. fortis, we analyzed olfactory glomeruli (odor processing units) in their antennal lobes and compared them to glomeruli in different Cataglyphis species. Using confocal imaging and 3D reconstruction, we analyzed the number, size and spatial arrangement of olfactory glomeruli in C. fortis, C.albicans, C.bicolor, C.rubra, and C.noda. Workers of all Cataglyphis species have smaller numbers of glomeruli (198–249) compared to those previously found in olfactory-guided ants. Analyses in 2 species of Formica – a genus closely related to Cataglyphis – revealed substantially higher numbers of olfactory glomeruli (c. 370), which is likely to reflect the importance of olfaction in these wood ant species. Comparisons between Cataglyphis species revealed 2 special features in C. fortis. First, with c. 198 C. fortis has the lowest number of glomeruli compared to all other species. Second, a conspicuously enlarged glomerulus is located close to the antennal nerve entrance. Males of C. fortis possess a significantly smaller number of glomeruli (c. 150) compared to female workers and queens. A prominent male-specific macroglomerulus likely to be involved in sex pheromone communication occupies a position different from that of the enlarged glomerulus in females. The behavioral significance of the enlarged glomerulus in female workers remains elusive. The fact that C. fortis inhabits microhabitats (salt pans) that are avoided by all other Cataglyphis species suggests that extreme ecological conditions may not only have resulted in adaptations of visual capabilities, but also in specializations of the olfactory system.
KW  - olfactory glomeruli
KW  - plasticity
KW  - ant
KW  - antennal lobe
KW  - glomerulus
KW  - insects
KW  - interspecific comparison
KW  - macroglomerulus
KW  - olfaction
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-196815
SN  - 0006-8977
SN  - 1421-9743
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  - 77
IS  - 3
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Grebinyk, Anna
A1  - Prylutska, Svitlana
A1  - Buchelnikov, Anatoliy
A1  - Tverdokhleb, Nina
A1  - Grebinyk, Sergii
A1  - Evstigneev, Maxim
A1  - Matyshevska, Olga
A1  - Cherepanov, Vsevolod
A1  - Prylutskyy, Yuriy
A1  - Yashchuk, Valeriy
A1  - Naumovets, Anton
A1  - Ritter, Uwe
A1  - Dandekar, Thomas
A1  - Frohme, Marcus
T1  - C60 fullerene as an effective nanoplatform of alkaloid Berberine delivery into leukemic cells
JF  - Pharmaceutics
N2  - A herbal alkaloid Berberine (Ber), used for centuries in Ayurvedic, Chinese, Middle-Eastern, and native American folk medicines, is nowadays proved to function as a safe anticancer agent. Yet, its poor water solubility, stability, and bioavailability hinder clinical application. In this study, we have explored a nanosized carbon nanoparticle—C60 fullerene (C60)—for optimized Ber delivery into leukemic cells. Water dispersions of noncovalent C60-Ber nanocomplexes in the 1:2, 1:1, and 2:1 molar ratios were prepared. UV–Vis spectroscopy, dynamic light scattering (DLS), and atomic force microscopy (AFM) evidenced a complexation of the Ber cation with the negatively charged C60 molecule. The computer simulation showed that π-stacking dominates in Ber and C\(_{60}\) binding in an aqueous solution. Complexation with C\(_{60}\) was found to promote Ber intracellular uptake. By increasing C\(_{60}\) concentration, the C\(_{60}\)-Ber nanocomplexes exhibited higher antiproliferative potential towards CCRF-CEM cells, in accordance with the following order: free Ber < 1:2 < 1:1 < 2:1 (the most toxic). The activation of caspase 3/7 and accumulation in the sub-G1 phase of CCRF-CEM cells treated with C\(_{60}\)-Ber nanocomplexes evidenced apoptosis induction. Thus, this study indicates that the fast and easy noncovalent complexation of alkaloid Ber with C\(_{60}\) improved its in vitro efficiency against cancer cells.
KW  - C60 fullerene
KW  - Berberine
KW  - noncovalent nanocomplex
KW  - UV–Vis
KW  - DLS and AFM measurements
KW  - drug release
KW  - leukemic cells
KW  - uptake
KW  - cytotoxicity
KW  - apoptosis
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193216
SN  - 1999-4923
VL  - 11
IS  - 11
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Aurast, Anna
A1  - Gradl, Tobias
A1  - Pernes, Stefan
A1  - Pielström, Steffen
T1  - Big Data und Smart Data in den Geisteswissenschaften
JF  - Bibliothek Forschung und Praxis
N2  - Kein Abstract verfügbar.
KW  - Textanalyse
KW  - unstrukturierte Daten
KW  - Natural Language Processing
KW  - Text analysis
KW  - unstructured data
KW  - natural language processing
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-195237
SN  - 1865-7648
SN  - 0341-4183
N1  - Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.
VL  - 40
IS  - 2
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sauer, Mark
T1  - Die microRNA-26 Familie kontrolliert über den REST-Komplex ein für die Neurogenese essentielles regulatorisches RNA Netzwerk
T1  - The microRNA-26 family controls a regulatory RNA network which is essential for neurogenesis via the REST-complex
N2  - In einem sich entwickelnden multizellulären Organismus ist die räumlich-zeitliche Regulation der Genexpression von entscheidender Bedeutung für die Bildung, Identität und Funktion von Zellen. Der REST (repressor element silencing transcription factor) Komplex spielt bei der neuronalen Differenzierung und bei der Aufrechterhaltung des neuronalen Status eine essentielle Rolle, indem er in nicht neuronalen Zellen und neuralen Vorläufern die Expression neuronaler Gene unterdrückt, in deren Promotorregion eine RE1 (repressor element 1) Erkennungssequenz vorhanden ist. Während der neuronalen Differenzierung wird der REST-Komplex schrittweise inaktiviert, was zur Einleitung eines neuronalen Genexpression-Programms führt. Es wird daher angenommen, dass die Inhibierung des REST-Komplexes ein essentieller Vorgang der Neurogenese ist. Wichtige Bestandteile für die transkriptionell repressive Funktion des REST-Komplexes sind kleine Phosphatasen (CTDSP = C-terminal domain small phosphatases), welche die Polymerase-II-Aktivität an Zielgenen inhibieren. Im Zebrafisch wurde gezeigt, dass ctdsp2 durch die miR-26b negativ reguliert wird. Alle miR-26 Familienmitglieder sind in Vertebraten evolutionär konserviert und in Introns von Ctdsp Genen kodiert. Sie sind in der Lage, die Expression ihres eigenen Wirtsgens mittels einer autoregulatorischen Rückkopplungsschleife zu regulieren.
Im Rahmen dieser Dissertation wurde als Modellsystem für die Neurogenese ein neurales Differenzierungssystem, welches auf murinen, embryonalen Stammzellen (ESCs) aufbaut, eingesetzt. Zur funktionellen Analyse der miR-26 Familie wurden mit Hilfe der CRISPR/Cas9-Methode verschiedene miR-26 Knockout (KO) ESC-Linien hergestellt. Hierbei wurden die Sequenzen der einzelnen Familienmitglieder und der gesamten miR-26 Familie im Genom von Wildtyp (Wt) ESCs deletiert. Diese miR-26-defizienten ESCLinien behielten ihre Pluripotenz und zeigten keinen Phänotyp hinsichtlich Proliferation, Morphologie und Identität der Zellen während der Differenzierung bis zum neuralen Vorläuferzellstadium (NPCs, engl.: neural progenitor cells). Jedoch führte die Deletion sowohl der gesamten miR-26 Familie als auch einzelner Mitglieder bei der terminalen Differenzierung zu einem spezifischen Entwicklungsstillstand im NPC Stadium und infolgedessen zu einer starken Reduktion der Anzahl von Neuronen und Astroglia. Die Transkriptom-Analyse der differenzierten miR-26-KO ESCs mittels RNA-Seq zeigte, dass die Expression von Genen die mit der Neurogenese und der neuronalen Differenzierung, aber auch der Gliogenese assoziert sind, herunterreguliert war. Die Abwesenheit der miR-26 Familie führte außerdem zu einer selektiven Reduzierung bestimmter miRNAs (REST-miRs), die einerseits die Expression von REST-Komplex Komponenten unterdrücken können, und andererseits selbst unter dessen transkriptioneller Kontrolle stehen. Zu diesem REST-miR Netzwerk gehören einige miRNAs (miR-9, miR-124, miR-132 und miR-218), die wichtige Funktionen bei verschiedenen Prozessen der neuronalen Entwicklung haben. Weiterhin führte der miR-26-KO zu einer Derepression der Proteinlevel von REST und CTDSP2 während der terminalen Differenzierung. Funktionelle Analysen mit miRNA mimics zeigten, dass erhöhte miR-26 Level zu einer Hochregulation von REST-miRs führen. Weitere Experimente, die darauf zielten, die Hierarchie des REST-miR Netwerks aufzuklären zeigten, dass die miR-26 Familie stromaufwärts die REST-miR Expression reguliert.
Zusammengefasst weisen die in dieser Arbeit gezeigten Daten darauf hin, dass die miR-26 Familie als Initiator der schrittweisen Inaktivierung des REST-Komplexes eine zentrale Rolle bei der Differenzierung von neuralen Vorläuferzellen zu postmitotischen Neuronen spielt.
N2  - The spatio-temporal control of gene expression in a developing multicellular organism is a key determinant for the formation, cellular identity and function of cells. The REST (repressor element silencing transcription factor) complex plays a crucial role in the process of neuronal differentiation and the maintenance of the neuronal status by suppressing neuronal genes which contain a RE1 (repressor element 1) recognition sequence within their promotor region in non-neuronal cells or in neural progenitors. During neuronal differentiation, the REST complex is gradually inactivated, leading to the initiation of a neuronal gene expression program. It is therefore assumed that the regulation of the REST complex is an essential component for the initiation of neurogenesis. Critical effector proteins of the REST complex are small phosphatases (CTDSPs = C-terminal domain small phosphatases), which reduces the polymerase II activity on target genes. In zebrafish it was shown that the REST complex-associated phosphatase ctdsp2 is negatively regulated by miR-26b. All miR-26 family members are evolutionarily conserved in vertebrates and located in introns of Ctdsp genes. Furthermore the miR-26 family members repress their own host genes through an intrinsic autoregulatory negative feedback loop.
In this study, a murine embryonic stem cell (ESC) -based neural differentiation paradigm was used as a model system for neurogenesis. To analyze the function of the miR-26 family, the CRISPR/Cas9 technology was employed to generate various miR-26 knockout (KO) ESC lines, with deletions of individual family members and the entire miR-26 family in the genome of ESCs. These miR-26-deficient ESCs retained their pluripotency and did not show altered proliferation, morphology, or cell identity during neural differentiation up to the neural progenitor cell (NPC) stage. However, deletion of the entire miR-26 family as well as of single members disrupted the terminal differentiation and led to a specific developmental arrest at the NPC stage and consequently a strong reduction of neuron and astroglia cell frequencies. Global gene expression analyses in differentiated miR-26-KO ESCs further revealed that genes, which are associated with neurogenesis, neuronal differentiation, but also gliogenesis, were downregulated. The absence of the miR-26 familiy resulted in the selective reduction of a specific set of miRNAs (REST-miRs), which on the one hand suppress the expression of REST complex components and on the other hand are themselves under the transcriptional control of the REST complex. Among others, several miRNAs (miR-9, miR-124, miR-132 and miR-218), which play an important role in various processes of neuronal development, belong to this REST-miR network. Moreover, the miR-26-KO led to the derepression of REST and CTDSP2 protein levels during terminal differentiation. Functional analyses with miRNA mimics showed that increased miR-26 levels resulted in an upregulation of REST-miRs. Further experiments aimed at elucidating the hierarchy of REST-miR regulation revealed that the miR-26 family act upstream to regulate RESTmiR expression and presumably has an initial function in the regulation of this network.
Taken together, the data presented in this work suggest that the miR-26 family act as an initiator for the stepwise inactivation of the REST complex during neural differentiation. Therefore, these findings are consistent with the notion that the miR-26 family represents a central regulator for neural progenitor cell differentiation into postmitotic neurons.
KW  - Neurogenese
KW  - miR-26
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-184008
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Dandekar, Thomas
T1  - Biological heuristics applied to cosmology suggests a condensation nucleus as start of our universe and inflation cosmology replaced by a period of rapid Weiss domain-like crystal growth
N2  - Cosmology often uses intricate formulas and mathematics to derive new theories and concepts. We do something different in this paper: We look at biological processes and derive from these heuristics so that the revised cosmology agrees with astronomical observations but does also agree with standard biological observations. We show that we then have to replace any type of singularity at the start of the universe by a condensation nucleus and that the very early period of the universe usually assumed to be inflation has to be replaced by a period of rapid crystal growth as in Weiss magnetization domains.
Impressively, these minor modifications agree well with astronomical observations including removing the strong inflation perturbations which were never observed in the recent BICEP2 experiments. Furthermore, looking at biological principles suggests that such a new theory with a condensation nucleus at start and a first rapid phase of magnetization-like growth of the ordered, physical laws obeying lattice we live in is in fact the only convincing theory of the early phases of our universe that also is compatible with current observations.
We show in detail in the following that such a process of crystal creation, breaking of new crystal seeds and ultimate evaporation of the present crystal readily leads over several generations to an evolution and selection of better, more stable and more self-organizing crystals. Moreover, this explains the “fine-tuning” question why our universe is fine-tuned to favor life: Our Universe is so self-organizing to have enough offspring and the detailed physics involved is at the same time highly favorable for all self-organizing processes including life.
This biological theory contrasts with current standard inflation cosmologies. The latter do not perform well in explaining any phenomena of sophisticated structure creation or self-organization. As proteins can only thermodynamically fold by increasing the entropy in the solution around them we suggest for cosmology a condensation nucleus for a universe can form only in a “chaotic ocean” of string-soup or quantum foam if the entropy outside of the nucleus rapidly increases. We derive an interaction potential for 1 to n-dimensional strings or quantum-foams and show that they allow only 1D, 2D, 4D or octonion interactions. The latter is the richest structure and agrees to the E8 symmetry fundamental to particle physics and also compatible with the ten dimensional string theory E8 which is part of the M-theory. Interestingly, any other interactions of other dimensionality can be ruled out using Hurwitz compositional theorem. Crystallization explains also extremely well why we have only one macroscopic reality and where the worldlines of alternative trajectories exist: They are in other planes of the crystal and for energy reasons they crystallize mostly at the same time, yielding a beautiful and stable crystal. This explains decoherence and allows to determine the size of Planck´s quantum h (very small as separation of crystal layers by energy is extremely strong).
Ultimate dissolution of real crystals suggests an explanation for dark energy agreeing with estimates for the “big rip”. The halo distribution of dark matter favoring galaxy formation is readily explained by a crystal seed starting with unit cells made of normal and dark matter.
That we have only matter and not antimatter can be explained as there may be right handed mattercrystals and left-handed antimatter crystals. Similarly, real crystals are never perfect and we argue that exactly such irregularities allow formation of galaxies, clusters and superclusters. Finally, heuristics from genetics suggest to look for a systems perspective to derive correct vacuum and Higgs Boson energies.
KW  - heuristics
KW  - inflation
KW  - cosmology
KW  - crystallization
KW  - crystal growth
KW  - E8 symmetry
KW  - Hurwitz theorem
KW  - evolution
KW  - Lee Smolin
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-183945
ER  - 
TY  - THES
A1  - Eidel, Matthias T. A. M.
T1  - Training Effects of a Tactile Brain-Computer Interface System During Prolonged Use by Healthy And Motor-Impaired People
T1  - Trainingseffekte eines Taktilen Brain-Computer Interface Systems bei längerer Nutzung von gesunden sowie motorisch eingeschränkten Personen
N2  - Background 
- Brain-Computer Interfaces (BCI) enable their users to interact and communicate with the environment without requiring intact muscle control. To this end, brain activity is directly measured, digitized and interpreted by the computer. Thus, BCIs may be a valuable tool to assist severely or even completely paralysed patients. Many BCIs, however, rely on neurophysiological potentials evoked by visual stimulation, which can result in usability issues among patients with impaired vision or gaze control. Because of this, several non-visual BCI paradigms have been developed. Most notably, a recent study revealed promising results from a tactile BCI for wheelchair control. In this multi-session approach, healthy participants used the BCI to navigate a simulated wheelchair through a virtual apartment, which revealed not only that the BCI could be operated highly efficiently, but also that it could be trained over five sessions. The present thesis continues the research on this paradigm in order to - confirm its previously reported high performance levels and trainability - reveal the underlying factors responsible for observed performance increases - establish its feasibility among potential impaired end-users 

Methods 
- To approach these goals, three studies were conducted with both healthy participants and patients with amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Brain activity during BCI operation was recorded via electroencephalography (EEG) and interpreted using a machine learning-based linear classifier. Wheelchair navigation was executed according to the classification results and visualized on a monitor. For offline statistical analysis, neurophysiological features were extracted from EEG data. Subjective data on usability were collected from all participants. Two specialized experiments were conducted to identify factors for training. 

Results and Discussion 
- Healthy participants: Results revealed positive effects of training on BCI performances and their underlying neurophysiological potentials. The paradigm was confirmed to be feasible and (for a non-visual BCI) highly efficient for most participants. However, some had to be excluded from analysis of the training effects because they could not achieve meaningful BCI control. Increased somatosensory sensitivity was identified as a possible mediator for training-related performance improvements. Participants with ALS: Out of seven patients with various stages of ALS, five could operate the BCI with accuracies significantly above chance level. Another ALS patient in a state of near-complete paralysis trained with the BCI for several months. Although no effects of training were observed, he was consistently able to operate the system above chance level. Subjective data regarding workload, satisfaction and other parameters were reported. 

Significance 
- The tactile BCI was evaluated on the example of wheelchair control. In the future, it could help impaired patients to regain some lost mobility and self-sufficiency. Further, it has the potential to be adapted to other purposes, including communication. Once visual BCIs and other assistive technologies fail for patients with (progressive) motor impairments, vision-independent paradigms such as the tactile BCI may be among the last remaining alternatives to interact with the environment. The present thesis has strongly confirmed the general feasibility of the tactile paradigm for healthy participants and provides first clues about the underlying factors of training. More importantly, the BCI was established among potential end-users with ALS, providing essential external validity.
N2  - Hintergrund 
- Brain-Computer Interfaces (BCI) ermöglichen ihren Benutzern die Interaktion und Kommunikation mit der Außenwelt, ohne dabei die Funktionstüchtigkeit der Muskeln voraus zu setzen. Zu diesem Zweck wird die Gehirnaktivität vom Computer direkt gemessen, digitalisiert und schließlich interpretiert. BCIs könnten daher eine wertvolle Methode sein, schwer körperlich beeinträchtigten oder sogar vollständig gelähmten Patienten zu assistieren. Viele BCI Ansätze basieren allerdings auf neurophysiologischen Potentialen, welche mittels visueller Stimulation evoziert werden. Dies kann zur Folge haben, dass das BCI von Patienten mit Sehbehinderung oder fehlender Kontrolle über die eigene Blickrichtung nicht erfolgreich benutzt werden kann. Deshalb wurden bereits einige nicht-visuelle BCI Paradigmen entwickelt. Insbesondere eine aktuelle Studie über ein taktiles BCI zur Rollstuhlkontrolle lieferte vielversprechende Ergebnisse: In fünf Trainingssitzungen navigierten gesunde Studienteilnehmer per BCI einen simulierten Rollstuhl durch eine virtuelle Wohnung. Hierbei konnte gezeigt werden, dass das BCI System nicht nur sehr effizient genutzt werden konnte, sondern auch, dass sich die Kontrolle durch das Training über mehrere Sitzungen verbesserte. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der weiterführenden Erforschung eben dieses Paradigmas, insbesondere mit den Zielen: . die zuvor berichtete hohe Performanz und Trainierbarkeit zu bestätigen . aufzuklären, welche Faktoren der Steigerung der BCI-Leistung zugrunde liegen . die Anwendbarkeit des Paradigmas bei beeinträchtigten Endnutzern zu etablieren Methoden - Um diese Ziele zu erreichen wurden drei Studien sowohl mit gesunden als auch mit Teilnehmern mit amyotropher Lateralsklerose (ALS) durchgeführt. Während der BCI-Nutzung wurde die Gehirnaktivität per Elektroenzephalographie (EEG) aufgezeichnet und von einem linearen Klassifikator (basierend auf Maschinenlernverfahren) interpretiert. Die Navigation des Rollstuhls wurde entsprechend der Ergebnisse des Klassifikators umgesetzt und auf einem Bildschirm visualisiert. Zur späteren statistischen Analyse wurden aus den EEG Daten neurophysiologische Merkmale extrahiert. Zudem wurden Fragebogendaten zur Nutzbarkeit des Systems von allen Teilnehmern erhoben. Zwei Experimente zur Identifizierung von Trainingsfaktoren wurden durchgeführt. 

Ergebnisse und Diskussion 
- Gesunde Teilnehmer: Die Ergebnisse zeigten positive Effekte des Trainings auf die BCI Performanz und deren zugrundeliegenden neurophysiologischen Potentiale. Es konnte bestätigt werden, dass das Paradigma anwendbar und für die meisten Teilnehmer hocheffizient nutzbar war (im Vergleich zu anderen nicht-visuellen Ansätzen). Einige Teilnehmer mussten jedoch von der Analyse der Trainingseffekte ausgeschlossen werden, da sie keine ausreichende Kontrolle über das BCI ausüben konnten. Eine Steigerung der somatosensorischen Empfindlichkeitsschwelle wurde als ein möglicher Faktor für die Trainierbarkeit und Verbesserung der Performanz identifiziert. Teilnehmer mit ALS: Fünf von sieben Teilnehmern in verschiedenen ALS-Stadien konnten das BCI signifikant überzufällig benutzen. Ein weiterer ALS Patient mit nahezu vollständiger Lähmung trainierte den Umgang mit dem BCI über mehrere Monate hinweg. Er war beständig in der Lage, das System mit Genauigkeiten über dem Zufallsniveau zu steuern, jedoch konnten keine Trainingseffekte gezeigt werden. Fragebogendaten zur subjektiven Arbeitsbelastung, Zufriedenheit und einigen weiteren Parametern wurden ausführlich berichtet. 

Bedeutung 
- Das taktile BCI wurde am Beispiel der Rollstuhlkontrolle evaluiert. In naher Zukunft könnte es beeinträchtigten Patienten helfen, ihre verlorene Mobilität und Selbstständigkeit zurück zu erlangen. Zudem kann es für viele weitere Zwecke adaptiert werden, insbesondere zur Kommunikation. Sobald visuelle BCIs oder andere technische Hilfsmittel bei Patienten mit (progressiver) motorischer Lähmung scheitern, könnten nicht-visuelle Paradigmen wie das taktile BCI zu den letzten verbleibenden Alternativen gehören, die eine Interaktion mit der Außenwelt noch erlauben. Die vorliegende Arbeit hat die grundsätzliche Anwendbarkeit des taktilen Paradigmas für gesunde Benutzer klar bestätigt. Zudem liefert sie erste Hinweise darauf, welche Faktoren den beobachteten Trainingseffekten zugrunde liegen könnten. Das BCI hat sich zudem bei potentiellen End-Nutzern mit ALS bewährt, was der externen Validität der Studienergebnisse enorm zuträgt.
KW  - Myatrophische Lateralsklerose
KW  - Gehirn-Computer-Schnittstelle
KW  - Elektroencephalographie
KW  - Rollstuhl
KW  - Brain-Computer Interface
KW  - Amyotrophic Lateral Sclerosis
KW  - Wheelchair Navigation
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-208511
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Beer, Katharina
A1  - Schenk, Mariela
A1  - Helfrich-Förster, Charlotte
A1  - Holzschuh, Andrea
T1  - The circadian clock uses different environmental time cues to synchronize emergence and locomotion of the solitary bee Osmia bicornis
JF  - Scientific Reports
N2  - Life on earth adapted to the daily reoccurring changes in environment by evolving an endogenous circadian clock. Although the circadian clock has a crucial impact on survival and behavior of solitary bees, many aspects of solitary bee clock mechanisms remain unknown. Our study is the first to show that the circadian clock governs emergence in Osmia bicornis, a bee species which overwinters as adult inside its cocoon. Therefore, its eclosion from the pupal case is separated by an interjacent diapause from its emergence in spring. We show that this bee species synchronizes its emergence to the morning. The daily rhythms of emergence are triggered by temperature cycles but not by light cycles. In contrast to this, the bee’s daily rhythms in locomotion are synchronized by light cycles. Thus, we show that the circadian clock of O. bicornis is set by either temperature or light, depending on what activity is timed. Light is a valuable cue for setting the circadian clock when bees have left the nest. However, for pre-emerged bees, temperature is the most important cue, which may represent an evolutionary adaptation of the circadian system to the cavity-nesting life style of O. bicornis.
KW  - Behavioural ecology
KW  - Evolutionary developmental biology
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-202721
VL  - 9
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Maierhofer, Anna
A1  - Flunkert, Julia
A1  - Oshima, Junko
A1  - Martin, George M.
A1  - Poot, Martin
A1  - Nanda, Indrajit
A1  - Dittrich, Marcus
A1  - Müller, Tobias
A1  - Haaf, Thomas
T1  - Epigenetic signatures of Werner syndrome occur early in life and are distinct from normal epigenetic aging processes
JF  - Aging Cell
N2  - Werner Syndrome (WS) is an adult‐onset segmental progeroid syndrome. Bisulfite pyrosequencing of repetitive DNA families revealed comparable blood DNA methylation levels between classical (18 WRN‐mutant) or atypical WS (3 LMNA‐mutant and 3 POLD1‐mutant) patients and age‐ and sex‐matched controls. WS was not associated with either age‐related accelerated global losses of ALU, LINE1, and α‐satellite DNA methylations or gains of rDNA methylation. Single CpG methylation was analyzed with Infinium MethylationEPIC arrays. In a correspondence analysis, atypical WS samples clustered together with the controls and were clearly separated from classical WS, consistent with distinct epigenetic pathologies. In classical WS, we identified 659 differentially methylated regions (DMRs) comprising 3,656 CpG sites and 613 RefSeq genes. The top DMR was located in the HOXA4 promoter. Additional DMR genes included LMNA, POLD1, and 132 genes which have been reported to be differentially expressed in WRN‐mutant/depleted cells. DMRs were enriched in genes with molecular functions linked to transcription factor activity and sequence‐specific DNA binding to promoters transcribed by RNA polymerase II. We propose that transcriptional misregulation of downstream genes by the absence of WRN protein contributes to the variable premature aging phenotypes of WS. There were no CpG sites showing significant differences in DNA methylation changes with age between WS patients and controls. Genes with both WS‐ and age‐related methylation changes exhibited a constant offset of methylation between WRN‐mutant patients and controls across the entire analyzed age range. WS‐specific epigenetic signatures occur early in life and do not simply reflect an acceleration of normal epigenetic aging processes.
KW  - (classical and atypical) Werner syndrome
KW  - bisulfite pyrosequencing
KW  - methylation array
KW  - premature aging
KW  - segmental progeria
KW  - transcription deficiency
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-202733
VL  - 18
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - El Hajj, Nady
A1  - Dittrich, Marcus
A1  - Böck, Julia
A1  - Kraus, Theo F. J.
A1  - Nanda, Indrajit
A1  - Müller, Tobias
A1  - Seidmann, Larissa
A1  - Tralau, Tim
A1  - Galetzka, Danuta
A1  - Schneider, Eberhard
A1  - Haaf, Thomas
T1  - Epigenetic dysregulation in the developing Down syndrome cortex
JF  - Epigenetics
N2  - Using Illumina 450K arrays, 1.85% of all analyzed CpG sites were significantly hypermethylated and 0.31% hypomethylated in fetal Down syndrome (DS) cortex throughout the genome. The methylation changes on chromosome 21 appeared to be balanced between hypo- and hyper-methylation, whereas, consistent with prior reports, all other chromosomes showed 3-11times more hyper- than hypo-methylated sites. Reduced NRSF/REST expression due to upregulation of DYRK1A (on chromosome 21q22.13) and methylation of REST binding sites during early developmental stages may contribute to this genome-wide excess of hypermethylated sites. Upregulation of DNMT3L (on chromosome 21q22.4) could lead to de novo methylation in neuroprogenitors, which then persists in the fetal DS brain where DNMT3A and DNMT3B become downregulated. The vast majority of differentially methylated promoters and genes was hypermethylated in DS and located outside chromosome 21, including the protocadherin gamma (PCDHG) cluster on chromosome 5q31, which is crucial for neural circuit formation in the developing brain. Bisulfite pyrosequencing and targeted RNA sequencing showed that several genes of PCDHG subfamilies A and B are hypermethylated and transcriptionally downregulated in fetal DS cortex. Decreased PCDHG expression is expected to reduce dendrite arborization and growth in cortical neurons. Since constitutive hypermethylation of PCDHG and other genes affects multiple tissues, including blood, it may provide useful biomarkers for DS brain development and pharmacologic targets for therapeutic interventions.
KW  - trisomy 21
KW  - DNA methylation
KW  - Down syndrome
KW  - fetal brain development
KW  - frontal cortex
KW  - protocadherin gamma cluster
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-191239
VL  - 11
IS  - 8
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Dotterweich, Julia
A1  - Schlegelmilch, Katrin
A1  - Keller, Alexander
A1  - Geyer, Beate
A1  - Schneider, Doris
A1  - Zeck, Sabine
A1  - Tower, Robert J. J.
A1  - Ebert, Regina
A1  - Jakob, Franz
A1  - Schütze, Norbert
T1  - Contact of myeloma cells induces a characteristic transcriptome signature in skeletal precursor cells-implications for myeloma bone disease
JF  - Bone
N2  - Physical interaction of skeletal precursors with multiple myeloma cells has been shown to suppress their osteogenic potential while favoring their tumor-promoting features. Although several transcriptome analyses of myeloma patient-derived mesenchymal stem cells have displayed differences compared to their healthy counterparts, these analyses insufficiently reflect the signatures mediated by tumor cell contact, vary due to different methodologies, and lack results in lineage-committed precursors. To determine tumor cell contact-mediated changes on skeletal precursors, we performed transcriptome analyses of mesenchymal stem cells and osteogenic precursor cells cultured in contact with the myeloma cell line INA-6. Comparative analyses confirmed dysregulation of genes which code for known disease-relevant factors and additionally revealed upregulation of genes that are associated with plasma cell homing, adhesion, osteoclastogenesis, and angiogenesis. Osteoclast-derived coupling factors, a dysregulated adipogenic potential, and an imbalance in favor of anti-anabolic factors may play a role in the hampered osteoblast differentiation potential of mesenchymal stem cells. Angiopoietin-Like 4 (ANGPTL4) was selected from a list of differentially expressed genes as a myeloma cell contact-dependent target in skeletal precursor cells which warranted further functional analyses. Adhesion assays with full-length ANGPTL4-coated plates revealed a potential role of this protein in INA6 cell attachment. This study expands knowledge of the myeloma cell contact-induced signature in the stromal compartment of myelomatous bones and thus offers potential targets that may allow detection and treatment of myeloma bone disease at an early stage.
KW  - marrow stromal cells
KW  - Endothelial growth-factor
KW  - precedes multiple-myeloma
KW  - monoclonial gammopathy
KW  - in-vitro
KW  - mesenchymal stem-cells
KW  - undetermined significance
KW  - angiogenic cytokines
KW  - peripheral-blood
KW  - gene-expression
KW  - Multiple myeloma
KW  - Bone disease
KW  - Angiopoietin-like 4
KW  - Gene expression profiling
KW  - Mesenchymal stem cells
KW  - Osteogenic precursor cells
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-186688
VL  - 93
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Scharaw, Sandra
A1  - Iskar, Murat
A1  - Ori, Alessandro
A1  - Boncompain, Gaelle
A1  - Laketa, Vibor
A1  - Poser, Ina
A1  - Lundberg, Emma
A1  - Perez, Franck
A1  - Beck, Martin
A1  - Bork, Peer
A1  - Pepperkok, Rainer
T1  - The endosomal transcriptional regulator RNF11 integrates degradation and transport of EGFR
JF  - Journal of Cell Biology
N2  - Stimulation of cells with epidermal growth factor (EGF) induces internalization and partial degradation of the EGF receptor (EGFR) by the endo-lysosomal pathway. For continuous cell functioning, EGFR plasma membrane levels are maintained by transporting newly synthesized EGFRs to the cell surface. The regulation of this process is largely unknown. In this study, we find that EGF stimulation specifically increases the transport efficiency of newly synthesized EGFRs from the endoplasmic reticulum to the plasma membrane. This coincides with an up-regulation of the inner coat protein complex II (COP II) components SEC23B, SEC24B, and SEC24D, which we show to be specifically required for EGFR transport. Up-regulation of these COP II components requires the transcriptional regulator RNF11, which localizes to early endosomes and appears additionally in the cell nucleus upon continuous EGF stimulation. Collectively, our work identifies a new regulatory mechanism that integrates the degradation and transport of EGFR in order to maintain its physiological levels at the plasma membrane.
KW  - Epidermal growth-factor
KW  - finger protein 11
KW  - receptor tyrosine kinases
KW  - early secretory pathway
KW  - breast-cancer
KW  - brefeldin-a
KW  - E3 ligase
KW  - trafficking
KW  - export
KW  - endoplasmic-reticulum
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-186731
VL  - 215
IS  - 4
ER  - 
TY  - THES
A1  - Seitz, Nicola
T1  - Bee demise and bee rise: From honey bee colony losses to finding measures for advancing entire bee communities
T1  - Bienenschwund und Bienenaufschwung: Von Honigbienen-Kolonieverlusten zur Förderung von gesamten Bienengemeinschaften
N2  - My dissertation comprises three studies: (1) an assessment of honey bee colony losses in the USA between 2014 and 2015, (2) an exploration of the potential of reclaimed sand mines as bee habitat, and (3) an evaluation of native and non-native pollinator friendly plants in regard to their attraction to bees. While the first study focuses on honey bees, the latter two studies primarily take wild bees or entire bee communities in focus.

The study on honey bee colony losses was conducted within the framework of the Bee Informed Partnership (BIP, beeinformed.org) and aligns with the annual colony loss surveys which have been conducted in the USA since the winter of 2006/2007. It was the fourth year for which summer and annual losses were calculated in addition to winter losses. Among participants, backyard beekeepers were the largest group (n = 5690), although sideline (n = 169) and commercial (n = 78) beekeepers managed the majority (91.7 %) of the 414 267 surveyed colonies. Overall, 15.1 % of the estimated 2.74 million managed colonies in the USA were included in the study. Total honey bee colony losses (based on the entirety of included colonies) were higher in summer (25.3 %) than in winter (22.3 %) and amounted to 40.6 % for the entire 2014/2015 beekeeping year. Average colony losses per beekeeper or operation were higher in winter (43.7 %) than in summer (14.7 %) and amounted to 49 % for the entire 2014/2015 beekeeping year. Due to the dominance of backyard beekeepers among participants, average losses per operation (or unweighted loss) stronger reflected this smaller type of beekeeper. Backyard beekeepers mainly named colony management issues (e.g., starvation, weak colony in the fall) as causes for mortality, while sideline and commercial beekeepers stronger emphasized parasites or factors outside their control (e.g., varroa, nosema, queen failure).

The second study took place at reclaimed sand mines. Sand mines represent anthropogenically impacted habitats found worldwide, which bear potential for bee conservation. Although floral resources can be limited at these habitats, vegetation free patches of open sandy soils and embankments may offer good nesting possibilities for sand restricted and other bees. We compared bee communities as found in three reclaimed sand mines and at adjacent roadside meadows in Maryland, USA, over two years. Both sand mines and roadsides hosted diverse bee communities with 111 and 88 bee species, respectively. Bee abundances as well as richness and Shannon diversity of bee species were higher in sand mines than at roadsides and negatively correlated with the percentage of vegetational ground cover. Species composition also differed significantly between habitats. Sand mines hosted a higher proportion of ground nesters, more uncommon and more ‘sand loving’ bees similar to natural sandy areas of Maryland. Despite the destruction of the original pre-mining habitat, sand mines thus appear to represent a unique habitat for wild bees, particularly when natural vegetation and open sand spots are encouraged. Considering habitat loss, the lack of natural disturbance regimes, and ongoing declines of wild bees, sand mines could add promising opportunities for bee conservation which has hitherto mainly focused on agricultural and urban habitats.

The third study was an experimental field study on pollinator friendly plants. Bees rely on the pollen and nectar of plants as their food source. Therefore, pollinator friendly plantings are often used for habitat enhancements in bee conservation. Non-native pollinator friendly plants may aid in bee conservation efforts, but have not been tested and compared with native pollinator friendly plants in a common garden experiment. In this study, we seeded mixes of 20 native and 20 non-native pollinator friendly plants in two separate plots at three sites in Maryland, USA. For two years, we recorded flower visitors to the plants throughout the blooming period and additionally sampled bees with pan traps. A total of 3744 bees (120 species) were sampled in the study. Of these, 1708 bees (72 species) were hand netted directly from flowers for comparisons between native and non-native plants. Depending on the season, bee abundance and species richness was either similar or lower (early season and for richness also late season) at native plots compared to non-native plots. Additionally, the overall bee community composition differed significantly between native and non-native plots. Furthermore, native plants were associated with more specialized plant-bee visitation networks compared to non-native plants. In general, visitation networks were more specialized in the early season than the later seasons. Four species (Bombus impatiens, Halictus poeyi/ligatus, Lasioglossum pilosum, and Xylocopa virginica) out of the five most abundant bee species (also including Apis mellifera) foraged more specialized on native than non-native plants. Our study showed that non-native plants were well accepted by a diverse bee community and had a similar to higher attraction for bees compared to native plants. However, we also demonstrated alterations in foraging behavior, bee community assemblage, and visitation networks. As long as used with caution, non-native plants can be a useful addition to native pollinator friendly plantings. This study gives a first example of a direct comparison between native and non-native pollinator friendly plants.
N2  - Meine Dissertation umfasst drei Studien: (1) eine Erfassung von Honigbienen-Kolonieverlusten in den USA zwischen 2014 und 2015, (2) die Erforschung des Potenzials renaturierter Sandminen als Habitat für Bienen und (3) eine Evaluierung nativer sowie standortfremder bestäuberfreundlicher Pflanzen hinsichtlich ihrer Attraktivität für Bienen. Während die erste Studie Honigbienen im Fokus hat, verschiebt sich der Fokus der zwei weiteren Studien hin zu Wildbienen bzw. gesamten Bienengemeinschaften.

Die Studie zu Honigbienenkolonieverlusten wurde im Rahmen des Bee Informed Partnerships (BIP, beeinformed.org) durchgeführt und reiht sich ein in die seit dem Winter 2006/2007 jährlich durchgeführten Untersuchungen in den USA. Es ist das vierte Jahr in dem Sommer- und Jahresverluste zusätzlich zu den Winterverlusten kalkuliert wurden. Unter den Teilnehmern bildete die Gruppe der Hobby-Imker den größten Anteil (n = 5690), obwohl nebenberufliche (n = 169) und kommerzielle (n = 78) Imker den Großteil (91,7 %) der 414 267 begutachteten Bienenvölkern bzw. Kolonien hielten. Insgesamt enthielt die Studie 15,1 % der auf 2,74 Mio. geschätzten Gesamtzahl an gehaltenen Bienenvölkern in den USA. Die Gesamtverluste an Honigbienenvölkern (basierend auf der Gesamtheit der erfassten Völker) waren im Sommer mit 25,3 % höher als im Winter mit 22,3 % und bezifferten sich auf 40,6 % für das gesamte Imkerjahr in 2014/2015. Durchschnittliche Kolonieverluste pro Imkerbetrieb waren höher im Winter (43,7 %) als im Sommer (14,7 %) und betrugen 49 % für das gesamte Imkerjahr in 2014/2015. Aufgrund der hohen Anzahl an Hobby-Imkern unter den Teilnehmern reflektieren die durchschnittlichen Kolonieverluste pro Imkerbetrieb (oder ungewichtete Verluste) v.a. die Situation dieser kleineren Imkerbetriebe. Hobby-Imker nannten als Gründe für die Honigbienenmortalität hauptsächlich Probleme des Koloniemanagements (z.B. Verhungerung, schwache Völker im Herbst), während nebenberufliche und kommerzielle Imker stärker Faktoren betonten, die außerhalb ihrer Kontrolle lagen (z.B. Varroamilben, Nosemasporen, Versagen der Königin).

Die zweite Studie fand in renaturierten Sandminen statt. Sandminen sind weltweit zu findende anthropogen veränderte Landschaften, die ein Potenzial für Bienenschutz haben. Obwohl florale Ressourcen in diesen Habitaten limitiert sein können, könnten die vegetationsfreien Flecken auf offenen Sandböden und Böschungen gute Nistplätze für auf Sand spezialisierte und andere Bienen bieten. Wir haben Bienengemeinschaften aus drei renaturierten Sandminen sowie jeweils nahe gelegenen bepflanzten Straßenrändern in Maryland, USA verglichen. Sowohl die Sandminen als auch die Straßenränder enthielten vielfältige Bienengemeinschaften mit 111 (Sandminen) und 88 (Straßenränder) Bienenarten. Bienenabundanz, Artenreichtum und Shannon Diversität waren höher in den Sandminen als an den Straßenrändern und korrelierten negativ mit dem Anteil an vorhandener Bodenvegetation. Darüber hinaus unterschied sich die Artzusammensetzung signifikant zwischen den beiden Habitattypen. Sandminen enthielten einen größeren Anteil an Bodennistern, mehr seltene Arten und mehr sandliebende Arten, ähnlich natürlicher sandiger Gebiete in Maryland. Trotz der Zerstörung des ursprünglichen prä-Minen Habitats, scheinen Sandminen daher ein einzigartiges Bienenhabitat für Wildbienen darzustellen, besonders wenn die natürliche Besiedlung von Vegetation und offene Sandflächen gefördert werden. Im Hinblick auf Habitatverluste, auf das Fehlen von natürlichen Landschaftsstörungen und auf den weiterschreitenden Rückgang an Wildbienen, könnten Sandminen eine vielversprechende Möglichkeit für Bienenschutz darstellen, der sich bisher stark auf landwirtschaftliche und urbane Habitate konzentrierte.

Bei der dritten Studie handelt es sich um eine experimentelle Feldstudie zu bestäuberfreundlichen Pflanzen. Bienen sind auf Pollen und Nektar von Pflanzen als Nahrungsquelle angewiesen. Aus diesem Grund werden bestäuberfreundliche Pflanzen oft für Habitatverbesserungen im Rahmen von Bienenschutzmaßnahmen gepflanzt. Standortfremde bestäuberfreundliche Pflanzen können dabei die Bienenschutzmaßnahmen unterstützen, wurden aber bisher nicht in einem Common Garden Experiment zusammen mit nativen bestäuberfreundlichen Pflanzen getestet bzw. verglichen. In dieser Studie haben wir Saatgutmischungen mit jeweils 20 nativen und 20 standortfremden Pflanzen in zwei separaten Plots in drei Gebieten in Maryland, USA ausgesät. Zwei Jahre lang protokollierten wir über die gesamten Blühzeiträume hinweg Pflanzenbesucher und sammelten Bienen mit Farbschalen. Insgesamt erfassten wir 3744 Bienen (120 Arten), von denen 1708 Individuen (72 Arten) per Hand direkt von den Blüten gesammelt wurden für die Vergleiche zwischen nativen und standortfremden Pflanzen. Abhängig von der Saison waren Bienenabundanz und Artenreichtum entweder ähnlich oder niedriger (frühe Saison und für Artenreichtum auch späte Saison) in nativen Plots verglichen mit den standortfremden Plots. Zusätzlich unterschied sich die Zusammensetzung der Bienengemeinschaft signifikant zwischen nativen und standortfremnden Pflanzen. Darüber hinaus waren die Bienen-Pflanzen-Besuchs-Netzwerke nativer Pflanzen spezialisierter als die Besuchs-Netzwerke standortfremder Pflanzen. Im Allgemeinen waren die Besuchs-Netzwerke in der frühen Saison spezialisierter als in der späten Saison. Vier Arten (Bombus impatiens, Halictus poeyi/ligatus, Lasioglossum pilosum, und Xylocopa virginica) der fünf am häufigsten vorkommenden Arten (zusätzlich auch Apis mellifera) fouragierten spezialisierter auf nativen Pflanzen als auf standortfremden Pflanzen. Unsere Studie zeigte, dass standortfremde Pflanzen weitläufig von einer artenreichen Bienengemeinschaft angenommen wurden und eine ähnliche bis höhere Attraktivität für Bienen aufwiesen verglichen mit nativen Pflanzen. Allerdings demonstrierten wir auch Änderungen im Fouragierverhalten, in der Zusammensetzung der Bienengemeinschaft und in den Besuchs-Netzwerken. Insgesamt kann ein vorsichtiger Einsatz standortfremder Pflanzen eine sinnvolle Ergänzung zu nativen bestäuberfreundlichen Anpflanzungen sein. Diese Studie stellt ein erstes Beispiel eines direkten Vergleichs von nativen und standortfremden bestäuberfreundlichen Anpflanzungen dar.
KW  - Biene
KW  - Wildbienen
KW  - Renaturierung <Ökologie>
KW  - Naturschutz
KW  - Honigbienen
KW  - exotische Pflanzen
KW  - Sandminen
KW  - Pflanzen-Bienen-Netzwerke
KW  - bestäuberfreundliche Pflanzen
KW  - wild bees
KW  - honey bees
KW  - sand mine
KW  - pollinator friendly plants
KW  - plant-bee visitation networks
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-184180
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kaluza, Benjamin F.
A1  - Wallace, Helen
A1  - Keller, Alexander
A1  - Heard, Tim A.
A1  - Jeffers, Bradley
A1  - Drescher, Nora
A1  - Blüthgen, Nico
A1  - Leonhardt, Sara D.
T1  - Generalist social bees maximize diversity intake in plant species-rich and resource-abundant environments
JF  - Ecosphere
N2  - Numerous studies revealed a positive relationship between biodiversity and ecosystem functioning, suggesting that biodiverse environments may not only enhance ecosystem processes, but also benefit individual ecosystem members by, for example, providing a higher diversity of resources. Whether and how the number of available resources affects resource collection and subsequently consumers (e.g., through impacting functions associated with resources) have, however, been little investigated, although a better understanding of this relationship may help explain why the abundance and richness of many animal species typically decline with decreasing plant (resource) diversity. Using a social bee species as model (Tetragonula carbonaria), we investigated how plant species richness—recorded for study sites located in different habitats—and associated resource abundance affected the diversity and functionality (here defined as nutritional content and antimicrobial activity) of resources (i.e., pollen, nectar, and resin) collected by a generalist herbivorous consumer. The diversity of both pollen and resin collected strongly increased with increasing plant/tree species richness, while resource abundance was only positively correlated with resin diversity. These findings suggest that bees maximize resource diversity intake in (resource) diverse habitats. Collecting more diverse resources did, however, not increase their functionality, which appeared to be primarily driven by the surrounding (plant) source community in our study. In generalist herbivores, maximizing resource diversity intake may therefore primarily secure collection of sufficient amounts of resources across the entire foraging season, but it also ensures that the allocated resources meet all functional needs. Decreasing available resource diversity may thus impact consumers primarily by reduced resource abundance, but also by reduced resource functionality, particularly when resources of high functionality (e.g., from specific plant species) become scarce.
KW  - functional complementarity
KW  - functional redundancy
KW  - Meliponini
KW  - nutritional ecology
KW  - plant–insect interactions
KW  - pollinator decline
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-171155
VL  - 8
IS  - 3
ER  -