The work described in this thesis deals with three aspects of quality assurance in the field of forensic toxicology: proficiency testing schemes, validation of analytical methods for the piperazine group of abused drugs and validation of the police field impairment test, used at the roadside to test drivers for drug-induced impairment. Proficiency Testing: Long term reviews were performed for two forensic external quality assurance schemes. Rounds 30 (in 2007) to 48 (in 2012) of the UKAS-accredited commercial Quartz Forensic Blood Toxicology Proficiency Testing Scheme (PTS), and a ten year period from 1999 to 2009 of the freely-available United Nations Office on Drugs and Crime (UNODC) International Collaborative Exercises (ICE). Only limited ICE data could be made available as much of the original data had been stored on a database which had become obsolete, hence the data were only available as the original results forms provided to UNODC by the ICE participants. Data was entered to Microsoft Excel® spreadsheets and Microsoft Access® databases from the original forms for the years 1999, 2001 (2 rounds), 2003 (2 rounds) and 2005 (2 rounds), and summary data was extracted from the UNODC round reports for the years 2007, 2008 and 2009. Four methods of scoring quantitative performance were reviewed and the most suitable, a z-score using an assigned ‘true’ value and a percentage of the true value as acceptable deviation, was applied to reanalyse the participants’ results and assess their performance. Methods of scoring proficiency which relied upon participants’ data to determine acceptable variation were found merely to describe the data rather than challenge participants on whether or not they were performing fit-for-purpose analyses. Factors such as participation, analytes tested, participants’ methods of analysis and participants performance were summarised for each scheme before the performance of the two schemes, and that of their participants, were compared. ICE tested more analytes per annum but from a smaller test menu than Quartz. This resulted in more repetitive testing and allowed for some trend analysis and performance monitoring. It was not possible to observe performance trends with Quartz due to the wide variety of analytes tested. The smaller array of potential analytes and more repetitive nature of ICE testing also meant that performance monitoring and detection of bias were easier to perform, and ICE was shown to be more effective as external quality assurance (EQA). Quartz provided a good educational resource as it incorporated the wide range of drugs which a forensic toxicology laboratory could realistically encounter. Following the review, however, it was recommended for QUARTZ that, to provide a safeguard against bias, more repetitive testing was required and this has now been adopted. Piperazines: All piperazine analogues are now illegal in the UK, registered as Class C of the Misuse of Drugs Act (1971) and schedule 2, part III of the Misuse of Drugs Regulations (2001). Piperazines can elicit similar effects to some ATS and methods for their detection should be available in forensic toxicology laboratories. In the present study, methods were developed for the detection of a range of piperazines in blood using LC-MS/MS (p-MeOPP, p-FPP, BZP, o-MeOPP, p-MPP and TFMPP) and GC-MS (p-FPP, BZP, TFMPP, p-MPP, o-MeOPP, m-CPP, p-MeOPP and p-CPP). Quality assurance required both methods to be validated. For all piperazine analytes accuracy was within ±15% (20% at low concentrations) and precision was within 15% (20% at low concentrations). For both methods LLOD of all analytes was 5 ng/ml of blood and upper limit of quantification was 2 µg/ml of blood. For the GC-MS method lower limits of quantification (LLOQs) were in the range 20 to 30 ng/ml of blood. For LC-MS/MS, LLOQs ranged from 50 to 60 ng/ml of blood, although quantification by the LC-MS/MS method was restricted by the lack of availability of appropriate internal standards. There were no apparent significant matrix effects and recovery by both methods was >60 % and, therefore, acceptable. Short term stability of the piperazine analytes was investigated. Piperazines remain sufficiently stable when stored in the fridge for at least one week, and are stable through three freeze-thaw cycles. There was no detectable degradation when blood samples were left on the bench-top or when extracted ‘in-process’ samples were left in the autosampler for up to 72 hours. The LC-MS/MS method could provide a readily applicable screening method. A small aliquot of a basic drug extract could be screened by LC-MS/MS for the presence of piperazines, leaving the majority of the extract for other analyses, for example, piperazines confirmation or amphetamines analysis. The GC-MS method was suitably validated to provide quantification but application to casework samples remains to be evaluated. It is recommended that piperazine testing be performed for all suspected MDMA or ‘club drug’ intoxication cases. The Field Impairment Test: The detection of drugged drivers primarily depends on the current method which is the driver field impairment test (FIT). FIT comprises measurement of pupil diameter and four physical tasks (the Romberg balance test, walk and turn test, one legged stand and finger to nose test) intended to simultaneously test comprehension, short term memory, balance and motor function. Despite FIT having ISO accreditation, it has been recognised that police officers lack confidence with the protocol and do not apply the test as often as is necessary. The main difficulty arises from the requirement to make a subjective judgement of impairment and officers lack confidence in their ability to do so. FIT has never been fully validated. The present study was designed to meet the urgent requirement to develop FIT into an objective measurement, by determining what constitutes “normal” performance in FIT by unimpaired adults of different ages. FIT performance was recorded for 79 individuals, a statistically determined cohort size, confirmed by breath and oral fluid analysis not to be under the influence of impairing substances. Each error made during FIT, as defined by the FIT standard operating procedure, was recorded and collated in a Microsoft Excel® spreadsheet for analysis. It was found that the definition of ‘errors’ was too stringent as many which are required to be recorded are normal physiological or behavioural characteristics, such as body sway, and most subjects would be unable to complete the task without displaying them. A less stringent, evidence-based definition of “error” was developed which allowed statistically more significant analysis to be performed on the FIT results. A statistically significant difference (P=0.00578) was shown to exist between the FIT performance of individuals under the age of forty years and those aged forty and over. Based on the principles of a PTS, robust mean and standard deviation were used to determine what constituted acceptable performance. Those in the younger age group could be considered impaired if the police officer witnessed more than seven errors, or, in the older age group, more than fifteen errors. Using these criteria the frequency of false positives, i.e. unimpaired drivers being assessed as impaired is estimated to be (less than 3%). Also, the ranges of errors observed in both groups was large and overlapped, such that it may be possible for an impaired person to appear unimpaired. This requires further investigation.

Osteoporotic fractures are a major and increasing clinical and public health concern internationally. Identification of individuals at high risk for fragility fractures may enable us to target preventive interventions more effectively. In this thesis, I aimed to evaluate novel risk factors for osteoporosis and develop a fracture risk assessment model among the middle-aged and older people. I used data from the European Prospective Investigation into Cancer (EPIC)-Norfolk study, which is a large population-based prospective study started in 1993. About 25,000 men and women were assessed at baseline and about 15,000 of them returned for a second examination 4 years later. All participants are followed up to the present for clinical events including fractures. My work is in two parts. For the first part, I examined the risk of fracture associated with some novel or less well studied risk factors. These risk factors included change in height over time, respiratory function, physical activity and body fat mass. We found that men and women with annual height loss >0.5 cm are at increased risk of hip and any fracture (relative risk=1.9 (95% CI 1.3-2.7) per cm/year height loss). One litre lower forced expiratory volume in 1 second (FEV1) was associated with a 2-fold risk of hip fracture in men and women. We also observed a non-linear association, independent of body mass index, between increasing body fat mass and lower fracture risk in women but not in men. I performed a systematic review and meta-analysis of studies evaluating the association between physical activity and hip fractures. Using a new validated questionnaire in EPIC-Norfolk, we observed varying relationships between physical activity in different domains of life and fracture risk in men and women. For the second part of the thesis, I developed a biostatistical model to calculate 10-year risk of developing a fracture among EPIC-Norfolk study participants. This model incorporates clinical and radiological assessments known to be associated with fractures and can be extended to other risk factors assessed in other prospective cohorts. This helps clinicians to achieve a better estimate of the prospective risk of fracture in their patients. I applied this model to compare the predictive value of two different clinical assessment methods for osteoporosis, namely dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) and quantitative ultrasound (QUS). We found that that the predictive power of QUS is comparable to, and independent of, predictive power of DXA. In summary, my studies have added to our knowledge about some novel and easy-to-use risk factors of osteoporosis and proposed a practical method to merge and utilise data from different risk factors for estimation of fracture risk in individuals.

Diabetes mellitus Typ 1 ist eine chronische Autoimmunkrankheit, bei der die Beta-Zellen der Langerhans-Inseln im Pankreas durch autoreaktive T Lymphozyten zerstört werden und somit die Insulinproduktion zum Erliegen kommt. Die vorliegende prospektive Querschnittsstudie untersucht die die Reaktion und Polarisierbarkeit der peripheren T Lymphozyten, die Zytokinproduktion der PBMCs und die Expression der spezifischen Transkriptionsfaktoren Tbet (Th1), FoxP3 (Th17) und RORc (Treg) nach Stimulation mit diabetesspezifischen Antigenen und Candida albicans bei sieben gesunden Kontrollen, neun erstmanifestierten T1DM Patienten und elf langzeiterkrankten T1DM Patienten. Bei der Untersuchung der spezifischen CD4+ T Zellen zeigte sich, dass EM sowohl im unstimulierten Ansatz, aber auch nach Stimulation mit den Antigenen eine größere Proliferationsaktivität aufwies als HD und LS. Interessanterweise war ein vergleichbarer Unterschied bei den CD8+ T Zellen lediglich nach Stimulation mit GAD65 zu sehen. Bei Betrachtung der CD4+ Subpopulationen erkennt man, dass es in allen Kohorten große interindividuelle Unterschiede gibt und man keine signifikanten Unterschiede zwischen den Kohorten beobachten kann. Trotzdem lässt sich sagen, dass sich die Subpopulationen nach den spezifischen Stimulationen in den drei Kohorten teilweise unterschiedlich verschieben und dies Anzeichen dafür ist, dass die T Zellen der T1DM Patienten auf diese Antigene anders verhalten als HD. Bei den CD8+ TEMRAs gibt es mehrere signifikante Unterschiede und es fällt auf, dass EM deutlich weniger TEMRA aufweisen als die anderen beiden Kohorten. Sowohl bei den CD25+ Tregs als auch bei den CD161+ Th17 Zellen zeigen sich keine relevanten Signifikanzen. Die Chemokinrezeptor tragenden weisen sowohl bei den CD4+-T Zellen als auch bei den CD8+ T Zellen Unterschiede und auch Parallelen zwischen den Kohorten auf. Während sich die CD4+CCR5+ Th1 Zellen bei EM durch die Antigene polarisieren lassen, findet bei HD keine Polarisierung statt. Dafür tragen die HD über allen Ansätzen mehr CD4+ und CD8+CXCR3+ Th1 Zellen als EM. Bei den Chemokinrezeptoren CCR6+ und CD25+CCR5+ zeigen sich keine bemerkenswerten Unterschiede oder Polarisierungen durch die Antigene. Im Einklang mit den Ergebnissen der Phänotypisierung der Th1, Th17 und Treg Zellen stehen die der spezifischen Transkriptionsfaktoren. Auch hier waren keine signifikanten Unterschiede zwischen den drei Kohorten vorhanden. Interessanterweise zeigte sich jedoch, dass die relative Transkription nach Stimulation mit den Antigenen in allen drei Kohorten fast ausnahmslos abnahm. Abschließend ist zu erwähnen, dass die Probandenzahl bei dieser Untersuchung sehr klein war und große interindividuelle Unterschiede vorlagen. Bei Betrachtung des Th1 spezifischen Zytokins IFN y fiel auf, dass HD und LS im unstimulierten Ansatz deutlich mehr produzierte als EM, während die Konzentrationen durch Stimulation mit den diabetesspezifischen Antigenen bei HD und LS stark abfiel und bei EM annähernd gleichgeblieben ist. Auffallend war außerdem, dass die durchschnittliche Produktion des Th17 spezifischen Zytokins IL 17 von EM in vielen Ansätzen deutlich größer war als von HD. Das hauptsächlich von den Treg Zellen produzierte IL-10 war bei den T1DM Patienten deutlich kleiner als bei HD. Ebenso wie IFN-y fiel die Konzentration durch die Stimulationen bei HD jedoch stark ab, während sie bei EM und LS gleichblieb oder anstieg. Insgesamt lässt sich sagen, dass es große interindividuelle Unterschiede innerhalb der Kohorten hinsichtlich der Produktion der Zytokine in den verschiedenen Ansätzen gab. Somit ist es von enormem Interesse, die Zytokinproduktion nach Stimulation mit den diabetesspezifischen Antigenen in den verschiedenen Kohorten an einer größeren Anzahl an Probanden zu untersuchen. Zusammenfassend ergeben sich einzelne Hinweise, dass sich die Reaktion der T Zellen auf diabetesspezifische Antigene bei erstmanifestierten T1DM von HD unterscheiden. Inwieweit einzelne Autoantigen-spezifische Subpopulationen, Transkriptionsfaktoren oder proinflammatorische bzw. antiinflammatorische Zytokine eine Rolle in der Pathogenese des T1DM spielen und diese ein Angriffsziel für Therapeutika sein könnten, gilt es weiterhin in humanen Studien herauszufinden. / Diabetes mellitus type 1 is a chronic autoimmune disease in which the beta cells of the islets of Langerhans in the pancreas are destroyed by autoreactive T lymphocytes, thus the insulin production is stopped. The present prospective cross-sectional study investigates the response and polarizability of peripheral T lymphocytes, the cytokine production of PBMCs and the expression of the specific transcription factors Tbet (Th1), FoxP3 (Th17) and RORc (Treg) after stimulation with diabetic specific antigens and Candida albicans in seven healthy controls, nine first manifested T1DM patients and eleven long-term T1DM patients. Examination of the specific CD4+ T cells showed that EM had a higher proliferation activity than HD and LS both in the unstimulated approach and after stimulation with the antigens. Interestingly, a comparable difference in CD8+ T cells was only seen after stimulation with GAD65. When looking at the CD4+ subpopulations, it is evident that there are large interindividual differences in all cohorts and no significant differences between the cohorts can be observed. Nevertheless, it can be said that the subpopulations shift differs after specific stimulation in the three cohorts and this is an indication that the T cells of T1DM patients respond differently to these antigens than HD. In CD8+ TEMRAs there are several significant differences and it is noticeable that EM show significantly less TEMRA than the other two cohorts. Both CD25+ Tregs and CD161+ Th17 cells do not show any relevant significance. The chemokine receptor carrying cells show differences and parallels between the cohorts in both CD4+ T cells and CD8+ T cells. While CD4+CCR5+ Th1 cells are polarized by the antigens in EM, no polarization occurs in HD. However, HD carries more CD4+ and CD8+CXCR3+ Th1 cells than EM. The chemokine receptors CCR6+ and CD25+CCR5+ do not show any remarkable differences or polarization by the antigens. The results of phenotyping of Th1, Th17 and Treg cells are consistent with those of the specific transcription factors. Again, there were no significant differences between the three cohorts. Interestingly, however, it was found that relative transcription decreased almost without exception in all three cohorts after stimulation with the antigens. Finally, it should be mentioned that the number of subjects in this study was very small and that there were large interindividual differences. When looking at the Th1 specific cytokine IFN-y, it was noticeable that HD and LS produced significantly more than EM in the unstimulated approach, whereas the concentrations dropped sharply in HD and LS after stimulation with the diabetic-specific antigens and remained approximately the same in EM. It was also remarkable that the average production of the Th17 specific cytokine IL-17 of EM was significantly higher in many approaches than in HD. The IL-10 produced mainly by Treg cells was significantly smaller in T1DM patients than in HD. Like IFN-y, however, the concentration decreased significantly in HD, while it remained the same or increased in EM and LS. Overall, it can be said that there were large interindividual differences within the cohorts regarding the production of cytokines in the different approaches. Therefore, it is of great interest to study the cytokine production after stimulation with the diabetic specific antigens in the different cohorts in a larger number of volunteers. In summary, there is some evidence that the response of T cells to diabetes-specific antigens differs from HD in first manifested T1DM. The extent to which individual autoantigen-specific subpopulations, transcription factors or proinflammatory or anti-inflammatory cytokines play a role in the pathogenesis of T1DM and could be a target for therapeutic agents remains to be determined in human studies.

Ziel dieser Arbeit war es, die Auswirkungen der Änderungen der Therapiestandards in der Behandlung des Kolonkarzinoms und die Auswirkungen der Einführung der Vorsorgekoloskopie auf die Überlebensraten der Patienten mit Kolonkarzinom zu untersuchen. Die umfassende Analyse der therapieabhängigen Überlebensraten von 1016 Patienten mit Kolonkarzinom aus 20 Jahren zeigt eine Verbesserung der Überlebenswahrscheinlichkeit durch den Einsatz adjuvanter Therapie und multimodaler Therapieregime. Durch Neuerungen in der Therapie konnten die 5-Jahres-Überlebensraten seit Anfang der 90er Jahre nahezu verdoppelt werden. Als wichtigste Prädiktoren für das Langzeitüberleben stellten sich das Alter der Patienten bei Erstdiagnose, das UICC Stadium und die Art der adjuvanten Therapie heraus. Der Überlebenszeit verlängernde Effekt war für den Einsatz der heutigen Standardtherapie mit 5-Flourouracil (5-FU) schon signifikant und zeigt sich für die Kombination mit neueren Medikamenten, insbesondere Oxaliplatin, noch deutlicher. Neue Operationstechniken, Fortschritte in der Metastasenchirurgie, ein optimiertes supportives Management und weitere Erkenntnisse onkologischer Prinzipien beeinflussten die erzielten Erfolge synergistisch. Das Gesamtüberleben der Patienten, die per Vorsorgekoloskopie detektiert werden ist besser als das der Patienten, die aufgrund klinischer Symptome diagnostiziert werden. Neben dem signifikanten Überlebensvorteil der Früherkennungs-Patienten, der sich durch die niedrigeren UICC Stadien in dieser Gruppe ergibt, finden sich auch Trends bezüglich eines besseren Outcomes dieser Patienten innerhalb der selben UICC Stadien. Die Patienten, deren Tumor im Rahmen des Screenings detektiert wurde, waren signifikant jünger, wiesen signifikant weniger Begleiterkrakungen auf und zeigten signifikant niedrigere Tumorstadien. Eine adjuvante Therapie wurde in der Screening-Gruppe signifikant häufiger durchgeführt. Mehr als einer von fünf tumorbedingten Todesfällen der Patienten, die augrund von Symptomen diagnostiziert wurden, hätte in dieser Studienpopulation verhindert werden können, wenn eine routinemäßige Vorsorgekoloskopie durchgeführt worden wäre. Das Fazit lautet: die Vorsorgekoloskopie ist effektiv. Die Tumorgenese kann durch Entfernung von Voräuferläsionen durchbrochen werden, Tumoren können in frühen asymptomatischen Stadien detektiert werden. Screeningprogramme sollten erweitert werden, um die Inzidenz und die Mortalität von Darmkrebs weiter zu senken. / The aim of this work was to investigate the impact of changes in the standards of therapy in the treatment of colon carcinoma and the impact of the introduction of screening colonoscopy on the survival rates of patients with colon carcinoma. The comprehensive analysis of the therapy-dependent survival rates of 1016 colon cancer patients over 20 years shows an improvement in the probability of survival through the use of adjuvant therapy and multimodal therapy regimens. Thanks to innovations in therapy, the 5-year survival rates have almost doubled since the early 1990s. The most important predictors of long-term survival were the age of the patients at initial diagnosis, the UICC stage and the type of adjuvant therapy. The survival-prolonging effect was already significant for the use of today's standard therapy with 5-Flourouracil (5-FU) and is even more evident when combined with newer drugs, especially oxaliplatin. New surgical techniques, advances in metastatic surgery, optimized supportive management and further findings of oncological principles synergistically influenced the successes achieved. The overall survival of patients detected by preventive colonoscopy is better than that of patients diagnosed with clinical symptoms. In addition to the significant survival advantage of screening patients resulting from the lower UICC stages in this group, there are also trends towards a better outcome of these patients within the same UICC stages. The patients whose tumor was detected in the screening were significantly younger, had significantly fewer concomitant lesions and showed significantly lower tumor stages. Adjuvant therapy was significantly more frequent in the screening group. More than one in five tumor-related deaths of patients diagnosed on the basis of symptoms could have been prevented in this study population if routine screening colonoscopy had been performed. The conclusion is that screening colonoscopy is effective. Tumour genesis can be interrupted by removing precursor lesions, and tumours can be detected in early asymptomatic stages. Screening programs should be expanded to further reduce the incidence and mortality of colorectal cancer.

Invasive Mykosen stellen bei Patienten mit hämatologischer Grunderkrankung eine lebensbedrohliche Komplikation dar. Im Rahmen dieser retrospektiven monozentrischen Studie wurde die Inzidenz und Letalität invasiver Mykosen bei erwachsenen Patienten mit einer neu diagnostizierten akuten lymphatischen Leukämie erfasst, sowie die Krankheitsverläufe und der Einfluss einer antimykotischen Prophylaxe analysiert. In der untersuchten Kohorte war eine erhöhte Inzidenz invasiver Mykosen feststellbar, ebenso wie eine negative Beeinflussung des Krankheitsverlaufs durch invasive Mykosen. Es konnte kein signifikanter Nutzen einer antimykotischen Prophylaxe verzeichnet werden. Eine diagnostisch gesteuerte Therapie der invasiven Mykosen ist anzustreben. Die Frage nach dem Nutzen einer antimykotischen Prophylaxe bleibt auch in dieser Arbeit nicht abschließend geklärt. Eine großangelegte prospektive Studie hierzu wäre wünschenswert. Durch Risiken insbesondere hinsichtlich schwerwiegender Medikamenteninteraktionen scheinen aktuell jedoch retrospektive Daten mit individuell angesetzter Prophylaxe die einzige mögliche Näherung an diese Fragestellung zu sein. / Invasive mycoses are a life-threatening complication for patients with underlying hematological diseases. In this retrospective monocentric study, incidence and lethality of invasive mycoses in adult patients with newly diagnosed acute lymphoblastic leukemia were recorded. Furthermore, the courses of disease and the effect of antifungal prophylaxis were analyzed. An increased incidence of invasive mycoses was observed, as well as a negative influence of invasive mycoses on the course of disease. No significant benefit of antimycotic prophylaxis was evident. To improve the patients’ outcomes, a diagnostic-driven therapy should be pursued. The benefit of antimycotic prophylaxis is not conclusively clarified in this study. A large-scale prospective study on this matter would be advisable. However, especially regarding severe drug interactions, retrospective data with individually applied prophylaxis seems to be the only reasonable approach at this time.

Hintergrund: Geflüchtete haben ein hohes Risiko, Multiresistente Erreger (MRE) zu tragen. Infektionen mit MRE (Multiresistente Gram-negative Bakterien [MRGN] und Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus [MRSA]) sind mit einer erhöhten Mortalität, Krankenhausaufenthaltsdauer und Krankenhauskosten assoziiert. Der Einfluss von prädisponierenden Faktoren für eine Besiedlung mit MRE ist für Geflüchtete noch unzureichend erforscht. Kenntnisse über prädisponierende Faktoren können helfen, Infektionsschutzmaßnahmen für Geflüchtete in Krankenhäusern anzupassen. Methodik: Von November 2015 bis April 2016 wurden 134 Geflüchtete am Universitätsklinikum Würzburg auf MRE im Nasen-/Rachen- (MRSA), Rektal- (MDRGN-Enterobacteriaceae, MDRGN-Pseudomonas aeruginosa) und Haut-/Rachenabstrich (MDRGN-Acinetobacter baumannii) gescreent. Ergebnisse: 62,7% von 134 gescreenten Flüchtlingen waren männlichen Geschlechts und das Durchschnittsalter lag bei 19 Jahren [IQR: 7–31]. 23,9% (n=32) zeigten einen positiven MRE-Befund (MRSA: 3,4 % von 118, 2MDRGN-Neopäd: 19,3 % von 57, 3MDRGN: 13,6 % von 125, 4MDRGN: 0 % von 125). Es wurden 25 Escherichia coli (98,3%), 3 Klebsiella pneumoniae (10,7%) und keine positiven Befunde auf Pseudomonas aeruginosa oder Acinetobacter baumannii gefunden. 3 Geflüchtete (9,6%) zeigten eine Mehrfachbesiedlung und 2 Geflüchtete (6,2%) wiesen eine durch MRE bedingte Infektionserkrankung auf (submandibulärer Abszess, Pyelonephritis). Bei 94 Geflüchteten mit vollständigem Screening waren Geflüchtete mit positivem MRE-Befund im Vergleich zu Geflüchteten mit negativem MRE-Befund jüngeren Alters (Medianalter: 8 Jahre [IQR: 3–36] vs. 24 Jahre [IQR: 14–33]) und vermehrt weiblichen Geschlechts (61,1%). Geflüchtete mit positivem MRE-Befund wiesen zudem im Vergleich vermehrt prädisponierende Faktoren auf, bspw. einen vorherigen Krankenhausaufenthalt (61,1 % vs. 35,5%), chronische Pflegebedürftigkeit (16,7 % vs. 1,3 %) oder eine Fluchtanamnese ≤ 3 Monate (80,0 % vs. 29,4 %). Schlussfolgerung: Prädisponierende Faktoren spielen eine große Rolle für eine Besiedlung mit MRE. Prospektive Studien sollten folgen, um prädisponierende Faktoren für eine Besiedlung mit MRE bei Geflüchteten besser charakterisieren zu können. / Background: Refugees are at high risk to carry multidrug-resistant organisms (MDRO). Infections with MDRO (multidrug-resistant gram-negative organisms [MDRGN] and methicillin-resistant Staphylococcus aureus [MRSA]) are associated with increased mortality, duration of hospital stay and hospital costs. The influence of risk factors for MDRO is still insufficient for refugees. Knowledge about risk factors of refugees can help to adapt infection control measures for refugees at hospitals. Methods From November 2015 to April 2016, 134 refugees were screened at the University Hospital of Würzburg for MDRO with naso/pharyngeal (MRSA), rectal swab (MDRGN-Enterobacteriaceae, MDRGN-Pseudomonas aeruginosa) and skin/pharyngeal swab (MDRGN-Acinetobacter baumannii). Results 62.7% of 134 screened refugees were masculine and the median age was 19 years [IQR: 7-31]. 23.9% (n=32) were positive for at least one MDRO (MRSA: 3.4% of 118, 2MDRGN-Neopäd: 19.3% of 57, 3MDRGN: 13.6% of 125, 4MDRGN: 0% of 125). 25 Escherichia coli (98.3%), 3 Klebsiella pneumoniae (10.7%) and neither Pseudomonas aeruginosa nor Acinetobacter baumannii were found. We detected co-colonization with 2 pathogens in 3 refugees (9.6%) and an infection of MRDO (submandibular abscess, pyelonephritis) in 2 refugees (6.2%). In a subsample of 94 refugees screened simultaneously with all swabs abovementioned, refugees with MDRO were younger (median age: 8 years [IQR: 3-36] vs. 24 years [IQR: 14-33]) and more feminine (61.1%) in comparison to MDRO-negative refugees. Refugees screened positive for MDRO had more risk factors than refuges screened negative, e.g. previous hospital stay (61.1% vs. 35.5%), presence of care level (16.7% vs. 1.3%) or duration of stay in Germany ≤3 months (80.0% vs. 29.4%). Conclusion Risk factors are associated with higher prevalence of MDRO. Prospective studies need to follow to better understand the risk factors in refugees.

L'irrigation par les eaux usées est une pratique intéressante dans les régions arides et semi-arides où la ressource en eau subit une pression accrue. Cependant, cette pratique risque de contaminer les sols par des contaminants chimiques tels que les polluants organiques émergents comme les médicaments. Les mécanismes de transfert et de transformation de ces molécules sont encore peu connus. L'objectif de cette thèse a été d'étudier les processus de biodégradation et de sorption des médicaments en conditions contrôlées, avec une réflexion dans le contexte de la réutilisation des eaux usées pour l'irrigation. Nous avons exploité la signature chirale de l'antidépresseur venlafaxine (VEN) et de son métabolite humain majeur O-desméthyl venlafaxine (ODV) afin de discriminer le processus biologique et les processus abiotiques. Les résultats au laboratoire ont montré une corrélation entre le taux de biodégradation et le changement de fraction énantiomérique. La fraction énantiomérique de la VEN a été ensuite suivie à la sortie d'une STEP et dans une rivière recevant ce rejet, où un changement de la fraction énantiomérique a été observé, montrant l'intérêt de mieux développer cette approche pour des études de biodégradation in situ. Le processus de sorption des molécules cationiques VEN et ODV a été étudié avec deux approches, statique en batch et dynamique en colonne de lixiviation, avec une comparaison avec les molécules neutres carbamazépine et son métabolite trans-10,11-dihydro-10,11-dihydroxy carbamazepine. L'étude en batch a montré que pH et force ionique a influencé la sorption des molécules cationiques mais pas celle des molécules neutres. L'échange cationique pourrait ainsi jouer un rôle important dans la sorption des molécules cationiques. L'étude de la lixiviation a montré que les molécules neutres ont été plus mobiles que les molécules cationiques et elles sont susceptibles de contaminer l'eau souterraine dans le cas de l'irrigation par des eaux usées. / Wastewater irrigation represents great interest in arid and semi-arid regions where water demand is important. However, wastewater irrigation results in, for example, soil contamination by emerging organic pollutants such as pharmaceuticals. Transport and transformation mechanisms of these substances are still poorly understood. The objective of this thesis was to study the processes of biodegradation and sorption of pharmaceutical products in laboratory experiments, with a special reflection in the context of wastewater irrigation. Firstly, we exploited the chiral signature of the antidepressant venlafaxine (VEN) and its major human metabolite O-desmethyl venlafaxine (ODV) in order to discriminate the biological processes from other processes. Laboratory experiment showed a correlation between the biodegradation rate and the change in enantiomer fraction. The VEN was then monitored at the outlet of a WWTP and in the river receiving the discharge. A change in enantiomer fraction showed the interest for a better development of this application to investigate in situ biodegradation. Secondly, the sorption of cationic molecules VEN and ODV, as well as the neutral molecules antiepileptic carbamazepine and its human metabolite trans-10,11-dihydro-10,11-dihydroxy carbamazepine, was studied in batch and soil column leaching experiments. The pH and ionic strength conditions in batch experiment influenced the sorption of VEN and ODV, while there was little impact for neutral compounds. The cationic exchange should play an important role in the sorption process of cationic molecules. Leaching study showed that neutral compounds are much more mobile than cationic compounds; therefore they may contaminate groundwater in the case of wastewater irrigation.

The evolutionary conserved Myb-MuvB (MMB) multiprotein complex has an essential role in transcriptional activation of mitotic genes. MMB target genes as well as the MMB associated transcription factor B-Myb and FoxM1 are highly expressed in a range of different cancer types. The elevated expression of these genes correlates with an advanced tumor state and a poor prognosis. This suggests that MMB could contribute to tumorigenesis by mediating overexpression of mitotic genes. Although MMB has been extensively characterized biochemically, the requirement for MMB to tumorigenesis in vivo remains largely unknown and has not been tested directly so far. In this study, conditional knockout of the MMB core member Lin9 inhibits tumor formation in vivo in a mouse model of lung cancer driven by oncogenic K-Ras and loss of p53. The incomplete recombination observed within tumors points towards an enormous selection pressure against the complete loss of Lin9. RNA interference (RNAi)-mediated depletion of Lin9 or the MMB associated subunit B-Myb provides evidence that MMB is required for the expression of mitotic genes in lung cancer cells. Moreover, it was demonstrated that proliferation of lung cancer cells strongly depends on MMB. Furthermore, in this study, the relationship of MMB to the p53 tumor suppressor was investigated in a primary lung cancer cell line with restorable p53 function. Expression analysis revealed that mitotic genes are downregulated after p53 re-expression. Moreover, activation of p53 induces formation of the repressive DREAM complex and results in enrichment of DREAM at mitotic gene promoters. Conversely, MMB is displaced at these promoters. Based on these findings the following model is proposed: In p53-negative cells, mitogenic stimuli foster the switch from DREAM to MMB. Thus, mitotic genes are overexpressed and may promote chromosomal instability and tumorigenesis. This study provides evidence that MMB contributes to the upregulation of G2/M phase-specific genes in p53-negative cells and suggests that inhibition of MMB (or its target genes) might be a strategy for treatment of lung cancer. / Der evolutionär konservierte Myb-MuvB (MMB) Multiproteinkomplex hat eine wesentliche Rolle in der transkriptionellen Aktivierung mitotischer Gene. Zielgene des MMB sowie die MMB assoziierten Transkriptionsfaktoren B-Myb und FoxM1 sind hoch exprimiert in einer Bandbreite verschiedener Krebsarten. Die erhöhte Expression dieser Gene korreliert mit einem fortgeschrittenen Tumorstadium und einer geringen Prognose. Das weißt auf darauf hin, dass MMB an der Tumorentstehung beteiligt sein könnte indem es die Überexpression mitotischer Gene fördert. Obwohl MMB biochemisch eingehend untersucht wurde, ist die Erfordernis von MMB zur Tumorentstehung in vivo weitestgehend unbekannt und wurde bisher nicht direkt getestet. In dieser Studie hemmt der konditionale Knockout der MMB Kerneinheit Lin9 die Tumorbildung in vivo in einem Lungenkrebs-Mausmodell angetrieben durch onkogenes K-Ras und den Verlust von p53. Die unvollständige Rekombination welche in Tumoren beobachtet wurde deutet auf einen starken Selektionsdruck gegen den kompletten Verlust von Lin9 hin. Die Verminderung von Lin9 und der MMB- assoziierten Untereinheit B-Myb durch RNAi-Interferenz (RNAi) liefert Beweise dafür, dass MMB für die Expression mitotischer Gene in Lungenkrebszellen notwendig ist. Zudem wurde gezeigt, dass das Zellwachstum von Lungenkrebszellen stark von MMB abhängig ist. Weiterhin wurde der Zusammenhang zwischen MMB und dem p53-Tumorsuppressor in einer primären Lungenkrebszelllinie mit wiederherstellbarer p53-Funktion untersucht. Expressionsanalysen zeigen, dass mitotische Gene nach Re-expression von p53 runterreguliert werden. Außerdem induziert die Aktivierung von p53 die Bildung des repressiven DREAM-Komplexes und führt zu einer Anreicherung von DREAM an Promotoren mitotischer Gene. Im Gegenzug wird MMB an den Promotoren verdrängt. Basierend auf den Ergebnissen wird das folgende Model vorgeschlagen: In p53- negativen Zellen begünstigen mitogene Reize den Wechsel von DREAM zu MMB. Dadurch werden mitotische Gene überexprimiert und können so chromosomale Instabilität und Tumorentstehung fördern Diese Studie liefert Hinweise, dass MMB an der Hochregulation G2/M- Phasenspezifischer Gene in p53-negativen Zellen beteiligt ist und dass die Hemmung von MMB (oder seiner Zielgene) eine Strategie zur Behandlung von Lungenkrebs sein könnte.

The evolutionary conserved Myb-MuvB (MMB) multiprotein complex is a transcriptional master regulator of mitotic gene expression. The MMB subunits B-MYB, FOXM1 as well as target genes of MMB are often overexpressed in different cancer types. Elevated expression of these genes correlates with an advanced tumor state and a poor prognosis for patients. Furthermore, it has been reported that pathways, which are involved in regulating the mitotic machinery are attractive for a potential treatment of cancers harbouring Ras mutations (Luo et al., 2009). This suggest that the MMB complex could be required for tumorigenesis by mediating overactivity of mitotic genes and that the MMB could be a useful target for lung cancer treatment. However, although MMB has been characterized biochemically, the contribution of MMB to tumorigenesis is largely unknown in particular in vivo. In this thesis, it was demonstrated that the MMB complex is required for lung tumorigenesis in vivo in a mouse model of non small cell lung cancer. Elevated levels of B-MYB, NUSAP1 or CENPF in advanced tumors as opposed to low levels of these proteins levels in grade 1 or 2 tumors support the possible contribution of MMB to lung tumorigenesis and the oncogenic potential of B-MYB.The tumor growth promoting function of B-MYB was illustrated by a lower fraction of KI-67 positive cells in vivo and a significantly high impairment in proliferation after loss of B-Myb in vitro. Defects in cytokinesis and an abnormal cell cycle profile after loss of B-Myb underscore the impact of B-MYB on proliferation of lung cancer cell lines. The incomplete recombination of B-Myb in murine lung tumors and in the tumor derived primary cell lines illustrates the selection pressure against the complete loss of B-Myb and further demonstrats that B-Myb is a tumor-essential gene. In the last part of this thesis, the contribution of MMB to the proliferation of human lung cancer cells was demonstrated by the RNAi-mediated depletion of B-Myb. Detection of elevated B-MYB levels in human adenocarcinoma and a reduced proliferation, cytokinesis defects and abnormal cell cycle profile after loss of B-MYB in human lung cancer cell lines underlines the potential of B-MYB to serve as a clinical marker. / Der evolutionär konservierte Myb-MuvB (MMB) Multiproteinkomplex ist ein transkriptionaler Meisterregulator der mitotischen Genexpression. Die MMB Untereinheiten B-MYB, FOXM1 und ihre Zielgene sind oft überexprimiert in verschiedenen Krebsarten. Die erhöhte Expression dieser Gene korreliert mit einem fortgeschrittenen Tumorstadium und einer schlechten Prognose für Patienten. Außerdem wurde berichtet, dass Signalwege, die die Mitosemaschinerie betreffen, reizvoll sind als mögliches Target für die Behandlung von Ras mutierten Krebsarten (Lao et al., 2009). Dies weißt auf darauf hin, dass der MMB Komplex an der Tumorentstehung beteiligt sein könnte, indem er die Überexpression mitotischer Gene fördert und damit ein geeignetes Target zur Behandlung von Krebs darstellen könnte. Obwohl der MMB biochemisch eingehend untersucht wurde, ist die Beteiligung des MMB an der Tumorgenese weitestgehend unbekannt speziell in vivo. In dieser Doktorarbeit wurde anhand eines NSCLC Mausmodells gezeigt, dass der MMB für die Lungentumorgenese in vivo erforderlich ist. Erhöhte Level von B-MYB, NUSAP1 oder CENPF in fortgeschrittenen Tumoren und im Gegenzug niedrigen Leveln in Grad 1 und 2 Tumoren unterstreichen die mögliche Beteiligung des MMB an der Lungentumorgenese und das onkogene Potential von B-MYB. Die Tumorwachstum-fördernde Funktion von B-MYB wurde veranschaulicht durch eine geringere Anzahl an KI-67 positiven Zellen in vivo und einem signifikant hohen Beeinträchtigung der Proliferation nach dem Verlust von B-MYB in vitro. Defekte in der Zytokinese und ein abnormales Zellzyklusprofil nach dem Verlust von B-MYB heben den Einfluss von B-Myb auf die Proliferation von Lungenkrebszelllinien hervor. Die unvollständige Rekombination von B-Myb in murinen Lungentumoren und den daraus hergestellten primären Tumorzelllinien veranschaulichen den Selektionsdruck auf den kompletten Verlust von B-MYB und zeigen zusätzlich, dass B-MYB ein für den Tumor essentielles Gen ist. Im letzten Teil der Doktorarbeit konnte die Beteiligung des MMB auf die Proliferation auf Lungenkrebszellen gezeigt werden durch den Verlust von B-MYB durch RNAi-Interferenz (RNAi). Detektion erhöhter B-Myb Level in humanen Adenokarzinomen und eine verminderte Proliferation, Zytokinese-Defekte und ein abnormales Zellzyklusprofil nach B-MYB Verlust in humanen Lungenkrebszelllinien unterstreichen das Potential von B-MYB als klinischer Marker zu fungieren.

Candida glabrata ist die zweithäufigste Ursache von Candidämien und invasiven Hefepilzinfektionen in Europa. Im Gegensatz zu C. albicans zeigt C. glabrata eine reduzierte Empfindlichkeit gegen bestimmte Antimykotika und kann unter Therapie rasch Resistenzen entwickeln. Diese Arbeit umfasst eine systematische geno- und phänotypische Resistenzanalyse einer der größten europäischen - durch das NRZMyk in 5 Jahren zusammengetragenen - C. glabrata Stammsammlungen bestehend aus 176 klinisch relevanter Isolate. 84 der Stämme wurden anhand Referenztestung nach EUCAST zunächst als Anidulafungin (AND) resistent eingestuft. 71 wiesen konkordante Mutationen in den für die Glucan-Synthetase kodierenden FKS-Genen auf (13 % in FKS1, 87 % in FKS2). Vor allem die Position Ser-663 (FKS2-HS1) imponierte mit signifikant erhöhten AND MHK-Werten. 11 FKS-Wildtyp-Isolate, die ursprünglich als AND resistent klassifiziert wurden, wiesen in multiplen Nachtestungen um den Breakpoint undulierende AND MHK-Werte auf. 2 FKS-Wildtyp Isolate zeigten durchgängig hohe AND MHK-Werte und mussten daher - trotz fehlender Zielgenmutationen - als resistent eingestuft werden. Diese extremen Phänotypen wurden durch einen verblindeten nationalen Ringversuch bestätigt. Über ein Drittel der Isolate war multiresistent. Stämme aus Blutstrominfektionen und Ser-663 Mutation waren mit einer erhöhten Mortalität assoziiert. Ein weiteres Kernelement war die Detektion von Azol-resistenten C. glabrata petite-Phänotypen in der Routinediagnostik. Hier wurden innerhalb von 8 Monaten 20 relevante Isolate identifiziert. Die Ergebnisse belegen das regelmäßige Auftreten single- / multidrug-resistenter C. glabrata Isolate in Deutschland. Phänotypische Resistenztestungen können zu Fehlklassifizierung von sensiblen Isolaten führen. FKS-Genotypisierungen hingegen sind ein nützliches Tool zur Identifizierung relevanter Resistenzen. In seltenen Fällen scheint jedoch eine Echinocandin-Resistenz ohne genotypisches Korrelat möglich zu sein. / Candida glabrata is the second most common cause of candidaemia and invasive yeast infections in Europe. In contrast to C. albicans, C. glabrata shows reduced susceptibility to certain antifungal agents and can rapidly acquire resistance under therapy. This work comprises a systematic geno- and phenotypic resistance analysis of one of the largest European C. glabrata strain collections - compiled by NRZMyk in 5 years - consisting of 176 clinically relevant isolates. 84 of the strains were initially classified as anidulafungin (AND) resistant by reference testing according to EUCAST. 71 showed concordant mutations in FKS genes encrypting the glucan synthetase (13 % in FKS1, 87 % in FKS2). In particular, the position Ser-663 (FKS2-HS1) impressed with significantly increased AND MIC-values. 11 FKS wild-type isolates, originally classified as AND resistant, showed fluctuating AND MIC-values near the clinical breakpoint after retests with multiple assays. Two FKS wild-type isolates showed consistently high AND MIC values and therefore had to be classified as resistant - despite the absence of target gene mutations. These extreme phenotypes were confirmed in a blinded national ring trial. More than one third of echinocandin-resistant isolates showed concordant fluconazole resistance. Strains from bloodstream infections and Ser-663 mutation were associated with high mortality. Another core element was the detection of azole-resistant C. glabrata petite phenotypes in routine diagnostics. Here, 20 relevant isolates were identified within 8 months, which could be assigned to 8 patients. These results demonstrate the regular occurrence of single- / multidrug-resistant C. glabrata isolates in Germany. Phenotypic resistance testing can lead to misclassification of susceptible isolates. FKS genotyping, on the other hand, is a useful tool for identifying resistant strains. However, in rare cases, echinocandin resistance without a genotypic correlate seems to be possible.