With the current state of climate change and world peak oil on the horizon, it is important to focus our research efforts on alternative sources of energy. Ethanol obtained from the digestion of biomass (bioethanol) and oil harvesting from algae (biodiesel) are two promising fields of study for transportation fuel production. However, in their current state of development, neither option is capable of reasonably replacing the transportation fuel demand for this country. The land demand needed is too large for either process to become a viable option, albeit the land demand for biodiesel is considerably smaller than that of bioethanol. Therefore, when moving forward with alternative transportation fuel, harvesting oil from algae is a more promising option. Therefore, I investigated oil producing green algae to better understand algal growth, the algal cytoskeleton, and tried to establish a methodology to genetically manipulate algae. I developed a microgrowth assay in order to investigate algal growth and proliferation, while at the same time using considerably less material and space. This assay can directly monitor algal growth in response to media contents, and overcomes many of the limitations of existing microassays due to its use of solid media agar and fluorescent imaging. I also investigated algal genetic manipulation with the intention of creating a standard operating procedure, which could lead to further investigation of how to increase lipid output and increase lipid harvesting cycles through studying lipid production and cell division. Electroporation and PEG mediated transformation were the two chief methods investigated for nuclear transformation. Lastly, I performed an algal kinesin phylogenetic study to characterize the currently available algal kinesin superfamily, providing insight to proteins that are important for cell division as well as other functions within this superfamily. Kinesins 5, Kinesin 7s Class II and Class V, and Kinesin 14 Class I were identified to be important for algal cell division, while Kinesin 8, 12, 11, and some orphan kinesins will require further investigation due to their unknown plant function. Overall, this research provides a foundation for future algal studies required for optimal oil production necessary for a more sustainable future.

Das Konzept des Idealproteins (IAAR) bietet einen Ansatzpunkt zur umweltschonenden Tierproduktion. Das IAAR definiert genau die Relationen an AA, die der Körper für eine gewünschte Leistung, z.B. Wachstum, Reproduktion, etc., benötigt. Im Idealfall liegt keine AA im Überschuss oder im Mangel vor. In der Folge wirken alle AA gleichermaßen limitierend. Das Protein kann unter diesen Bedingungen mit der höchsten Effizienz genutzt werden. Stickstoff (N)-Exkretionen und Belastungen des Stoffwechsels werden minimiert. Bei der Umsetzung des IAAR-Konzepts wird die zu untersuchende AA in Relation zu einer Referenz-Aminosäure (AA), meistens Lysin (Lys), gesetzt. Eine umfassende Literaturrecherche zeigte, dass fundierte Angaben über die idealen Verhältnisse der verzweigtkettigen AA (engl.: branched-chain amino acids, BCAA) Leucin (Leu), Isoleucin (Ile) und Valin (Val) zu Lys beim Masthähnchen rar sind, insbesondere Angaben zum idealen Leu:Lys-Verhältnis. Das Ziel dieser Arbeit war daher die Ermittlung der idealen BCAA:Lys- Verhältnisse in Futtermischungen für männliche Masthähnchen der Genetik Ross 308 und eine anschließende Validierung der gefundenen Ergebnisse. Dabei erfolgte die Auswertung von aus Stoffwechselversuchen gewonnen NAnsatz- Daten mit Hilfe eines nicht-linearen N-Verwertungsmodells für wachsende Monogastride. Des Weiteren sollte der optimale Zeitpunkt für die Blutabnahme zur Analyse der verzweigtkettigen Ketosäuren, die wichtige Informationen zum Stoffwechsel der BCAA vermitteln können, definiert werden, da in der Literatur keine Hinweise auf einen optimalen Zeitpunkt gegeben sind. Drei aufeinander aufbauende Versuchskomplexe wurden durchgeführt, die neben N-Bilanz-Studien parallel Wachstumsversuche umfassten. Diese waren in eine Starter- und Growerperiode unterteilt. In den Bilanzversuchen schlossen sich an eine fünf-tägige Adaptationsperiode die zweimal fünftägigen Sammelperioden an (je 36 Tiere in der Starter- (10.-20. Lebenstag (LT)) und Growerperiode (25.-35.LT)). Im Wachstumsversuch gliederten sich die Versuchsabschnitte vom 1.-12. 13.-24. und 25.-36. Lebenstag in Experiment 1. In Experiment 2 und 3 umfasste die Starterperiode den 1.-21. LT bzw. 10.-20. LT und die Growerperiode den 21.-35. LT bzw. 25.-35. LT. Für jeden Abschnitt wurden jeweils 240 Tiere verwendet. Zu Beginn und zum Ende jedes Wachstumsabschnittes wurden repräsentative Tiere für eine Ganzkörperanalyse ausgewählt, 24h genüchtert, eingeschläfert, autoklaviert, homogenisiert und im Hinblick auf XP, TS und XA analysiert. Dies ermöglichte die Berechnung des N-Ansatzes der Versuchstiere für den jeweiligen Wachstumsabschnitt. Hauptkomponenten der Diäten in allen Versuchen waren Weizen, Weizenkleber, Sojaproteinkonzentrat und Fischmehl. Das zunächst als Referenz angenommene IAAR basierte auf Literaturdaten. Die Diätgestaltung erfolgte nach dem Prinzip der Verdünnungsmethode. Zur Bestimmung des optimalen Blutabnahmezeitpunktes wurden 40 Tiere verwendet. Nur Tiere, die eine AA-balancierte Kontrollmischung erhalten hatten, kamen zur Anwendung. Über einen gestaffelten Zeitraum wurde den Masthähnchen Blut am 36. LT abgenommen. Die Bestimmung des Gehalts an verzweigtkettigen α-Ketosäuren erfolgte mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC). Nachfolgend sind die Ergebnisse der einzelnen Versuchskomplexe dargestellt: Experiment 1 diente der Ermittlung der Modellparameter des täglichen NErhaltungsbedarfs (NMR) sowie des täglichen maximalen N-Retentionsvermögens (NRmaxT) für die Ergebnisevaluierung nach dem exponentiellen N-Verwertungsmodell. Auf Grundlage der N-Bilanz-Daten ergaben sich ein NMR und NRmaxT von 113 mg N/LMkg0,67/d und 4705 mg N/LMkg0,67/d für die Starter-, sowie von 215 mg N/LMkg0,67/d und 4516 mg N/LMkg0,67/d für die Growerperiode. Weiterhin konnte basierend auf der ermittelten Lys-Effizienz der Lys-Bedarf für unterschiedliche Leistungsziele (g XP-Ansatz/d), verschieden unterstellte Futteraufnahmen sowie für eine definierte Lebendmasse quantifiziert werden. In Experiment 2 erfolgte die Ermittlung des IAAR für die BCAA in Relation zu Lys (IAARBCAA). Es ergab sich für die Starter- bzw. Growerperiode ein IAARBCAA von Lys:Leu:Ile:Val = 100:94:55:65 bzw. 100:106:56:72. Die Ergebnisse deuteten an, dass für die Growerperiode ein erhöhter relativer Bedarf an Leu und Val vorlag. Die ermittelten Werte des IAARBCAA lagen deutlich unterhalb des Referenz IAARBCAA (100:110:68:79). Die Analyse der verzweigtkettigen α-Ketosäuren zeigte, dass 3 – 12h nach Futterentzug keine signifikanten Konzentrationsänderungen im Blutplasma für alle drei α-Ketosäuren vorlag (p<0,05). Es wurde geschlussfolgert, dass dieser Zeitraum für weitere Untersuchungen zu präferieren ist. Experiment 3 diente der Validierung eines im Vergleich zum Referenz IAARBCAA (Lys:Leu:Ile:Val = 100:110:68:79) deutlich reduzierten BCAA-Anteils im Broilerfutter (Lys:Leu:Ile:Val = 100:89:53:63 in der Starter- und 100:97:56:70 in der Growerperiode). Es konnte festgehalten werden, dass sich die Einstellung eines im Vergleich zur Literatur niedrigeren IAARBCAA nicht negativ auf die Leistung von Masthähnchen auswirkte. Weiterer Forschungsbedarf besteht einerseits in der Methodik. Neben einer weiteren Optimierung von Stoffwechsel- und Wachstumsversuchen wäre auch ein Vergleich unterschiedlicher Modelle (z.B. N-Verwertungsmodell und Supplementationsmethode) zur Ableitung des AA-Bedarfs/des IAAR innerhalb eines Versuchskomplexes wünschenswert. Andererseits könnten nachfolgende Untersuchungen neben den Gehalt an verzweigtkettigen α- Ketosäuren im Blutplasma von Masthähnchen weitere Parameter, wie den AA- oder Harnsäure-Gehalt mit einbeziehen. Somit könnte ein Beitrag zu einem noch besseren Verständnis für den BCAA-Metabolismus und dessen Auswirkungen auf die Tierleistung und –gesundheit geleistet werden.