This study aims to investigate the toxicity of copper material synthesized by chemical reduction method and effects of environmental variables on growth of phytoplankton community (dominated by Microcystis genus) in the Tien eutrophic lake, Hanoi, Vietnam. The variables analyzed include: physical (pH and Turbidity), chemical (content of NH4+, PO43- and copper metal), biological (content of Chlorophyll-a, cell density). The characteristic of nanomaterial was confirmed by using UVvisible spectrophotometer, XRD, SEM and TEM methods. The CuNPs showed they spherical form and uniform size about 20-40 nm. The experimental results showed that the treated with CuNPs inhibition on growth against phytoplankton after 8 days. The cell density of phytoplankton community and Microcystis genus in samples exposure with CuNPs declined after 8 days from 647.037 and 467.037 down to 381.111 and 202.592, respectively. / Mục đích của nghiên cứu này là khảo sát độc tính của vật liệu nano đồng được tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học và ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sinh trưởng và phát triển của quần xã thực vật nổi (chủ yếu là chi Microcystis) trong nước hồ Tiền phú dưỡng, tại Hà Nội, Việt Nam. Các thông số phân tích bao gồm: thủy lý (pH và độ đục), hóa học (hàm lượng amoni, photphat và hàm lượng đồng kim loại), sinh học (hàm lượng chất diệp lục, mật độ tế bào). Đặc trưng của vật liệu được xác định bằng các phương pháp quang phổ UV-VIS, XRD, SEM và TEM. Vật liệu nano đồng có dạng hình cầu, kích thước đồng nhất từ 20 đến 40 nm. Kết quả thử nghiệm sau 8 ngày cho thấy các mẫu có bổ sung vật liệu nano đồng ức chế sinh trưởng quần xã thực vật nổi ở nồng độ 1mg/l. Mật độ quần xã thực vật nổi và chi Microcystis trong mẫu xử lý với CuNPs đã giảm tương ứng sau 8 ngày từ 647.037 và 467.037 xuống còn 381.111 và 202.592.

Als ein Grund für die vertikale Transmission von HIV von der Mutter auf das Kind während der Schwangerschaft bzw. der Geburt wird der Transport von HIV durch die Eihaut diskutiert. Hierbei handelt es sich wahrscheinlich um einen rezeptorvermittelten Transport, der auf einer Interaktion zwischen einer Lektin-bindenden Domäne auf dem viralen Oberflächenglykoprotein gp120 und einem Rezeptor auf der epithelialen Oberfläche beruht. In der vorliegenden Arbeit konnte die in den Transport von zellfreien HIV-1 durch epitheliale Zellen beteiligte Domäne auf gp120 erstmals näher charakterisiert werden. Überlappende Oligopeptide –basierend auf der Aminosäurensequenz von gp120– wurden zur Hemmung der Transzytose von HIV-1 durch humane Amnionzellen verwendet. Vier dieser Oligopeptide inhibierten die Transzytose von HIV-1 signifikant. Ein synthetisches Peptid (Env362-420) mit einer Länge von 59 Aminosäuren, welches die Sequenz der inhibierenden Oligopeptide darstellt, reduzierte die Menge an transportierten Viren ebenfalls, unabhängig vom HIV-1 Subtyp. Im Weiteren konnte der Transport von HIV-1 durch polyklonale Antikörper in Seren HIV-Infizierter, die mit Env362-420 reagierten, und durch Seren, die durch eine Immunisierung von Kaninchen mit Env362-420 gewonnen wurden, inhibiert werden. Antikörper gegen die in den Transport involvierte Domäne konnte in Seren HIV-Infizierter zu jedem Stadium der Infektion nachgewiesen werden. Bei einer Expression der Antikörper in der frühen Infektionsphase wäre ein positiver Einfluss auf die Prognose der Krankheit vorstellbar. Ob ein Zusammenhang zwischen einer Antikörperexpression gegen Env362-420 in HIV-infizierten Schwangeren und der Wahrscheinlichkeit einer HIV-Transmission auf das Kind besteht, muss noch geklärt werden. Env362-420 kann zur Identifizierung des Rezeptors auf der epithelialen Oberfläche, welcher in die Transzytose von HIV involviert ist, und zur Entwicklung von Inhibitoren der Mutter–Kind-Übertragung von HIV herangezogen werden. / The transport of HIV through the fetal membranes is discussed as one possible reason for the vertical transmission of HIV from mother to child during pregnancy or labor. HIV can penetrate epithelial barriers by a receptor-mediated transport mechanism involving interaction of a lectin-like domain on the viral glycoprotein gp120 and a receptor on the epithelial surface. In this study the domain on gp120 involved in transcytosis of cell-free HIV-1 through epithelial cells was characterized in more detail. Overlapping oligopeptides of gp120 were used to inhibit transcytosis of HIV 1 through an amnion cell monolayer. Four oligopeptides significantly inhibited transcytosis of HIV 1. A synthetic oligopeptide (Env362-420) with a length of 59 amino acids representing the sequence of the four inhibiting oligopeptides significantly reduced the transport of HIV, independent of the HIV 1 subtype. Furthermore, human HIV-positive sera with antibodies reacting with the domain Env362-420 and rabbit sera raised against the oligopeptide Env362-420 also inhibited the transport of HIV-1. Antibodies directed against the transcytosis domain could be detected in sera from every stage of infection. The development of these antibodies in the early stage of infection might play a role in the outcome of the HIV disease.It has to be investigated whether HIV 1-infected women who developed these antibodies show a lower rate of HIV transmission to their offspring than those without such antibodies. Env362–420 can also be used as a tool to identify the receptor involved in transcytosis on the epithelial cell surface and to develop inhibitors that could help prevent mother-to-child transmission of HIV during pregnancy or labor.

Gashydrate sind natürlich vorkommende feste Verbindungen aus Wasser und Gas, deren Erschließung als zukünftige Energiequelle von Interesse ist. Für die bohrtechnische Erschließung mariner Gashydratlagerstätten ist eine leistungsfähige Bohrspülung notwendig. Das vom Bohrmeißel gelockerte Sediment und darin enthaltenes Gashydrat werden durch die Bohrspülung nach übertage transportiert. Die Gashydratpartikel verlassen beim Aufsteigen im Ringraum in ca. 300 m Wassertiefe ihren Stabilitätsbereich und dissoziieren in Wasser und Gas. Um eine Verdünnung und eine Dichteerniedrigung der Bohrspülung zu verhindern, soll das Gashydratbohrklein stabilisiert werden. Gleichzeitig darf sich in der Bohrspülung bei Anwesenheit von freiem Gas in der Lagerstätte kein neues Gashydrat bilden. Die Arbeit beschäftigt sich mit der Suche nach Additiven, welche die Gashydratneubildung und -dissoziation gleichzeitig hemmen. Es wurde ein Schüttelautoklav genutzt, um die Dissoziationstemperatur von Methanhydrat bei ca. 85 bar zu ermitteln und die Verzögerung des Hydratzerfalls bei Anwesenheit verschiedener Additive zu vergleichen. Es konnte ein Additiv gefunden werden, das diese Anforderungen erfüllt. Des Weiteren wurden neue rheologische Untersuchungsprogramme für verschiedene Spülungstypen erarbeitet, die eine detaillierte Charakterisierung der Fließfähigkeit, Thixotropie und Geleigenschaften von Bohrspülungen erlauben.

Gashydrate sind natürlich vorkommende feste Verbindungen aus Wasser und Gas, deren Erschließung als zukünftige Energiequelle von Interesse ist. Für die bohrtechnische Erschließung mariner Gashydratlagerstätten ist eine leistungsfähige Bohrspülung notwendig. Das vom Bohrmeißel gelockerte Sediment und darin enthaltenes Gashydrat werden durch die Bohrspülung nach übertage transportiert. Die Gashydratpartikel verlassen beim Aufsteigen im Ringraum in ca. 300 m Wassertiefe ihren Stabilitätsbereich und dissoziieren in Wasser und Gas. Um eine Verdünnung und eine Dichteerniedrigung der Bohrspülung zu verhindern, soll das Gashydratbohrklein stabilisiert werden. Gleichzeitig darf sich in der Bohrspülung bei Anwesenheit von freiem Gas in der Lagerstätte kein neues Gashydrat bilden. Die Arbeit beschäftigt sich mit der Suche nach Additiven, welche die Gashydratneubildung und -dissoziation gleichzeitig hemmen. Es wurde ein Schüttelautoklav genutzt, um die Dissoziationstemperatur von Methanhydrat bei ca. 85 bar zu ermitteln und die Verzögerung des Hydratzerfalls bei Anwesenheit verschiedener Additive zu vergleichen. Es konnte ein Additiv gefunden werden, das diese Anforderungen erfüllt. Des Weiteren wurden neue rheologische Untersuchungsprogramme für verschiedene Spülungstypen erarbeitet, die eine detaillierte Charakterisierung der Fließfähigkeit, Thixotropie und Geleigenschaften von Bohrspülungen erlauben.

Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss von Ionenströmen auf die Aktionspotentialgenerierung. Kapitel 1 zeigt den Einfluss der Chloridpermeabilität auf die Response und die Volumenregulation bei äußerer Erregung. In Kapitel 2 zeigen wir, dass passiven Leckströmen, für deren Kompensation neuronale Zellen einen enormen Energieaufwand betreiben, das Membranpotential gegen Fluktuationen in anderen funktionalen Ionenströmen stabilisieren und damit ein gesichertes Verarbeiten und Weiterleiten von Informationen in Form von Aktionspotentialen erst ermöglichen. Der zweite Teil beschäftigt sich mit dem Energiemetabolismus neuronaler Zellen. In Kapitel 3 bestimmen wir den Sauerstoffverbrauch in Hirnschnitten bei verschiedenen Aktivitätszuständen und zeigen, dass das Auftreten einer hämodynamische Response für hohe Aktivitätsformen notwendig ist. Wir schließen daraus, dass das vaskuläre System nur so weit angelegt ist, als es zur Vorsorgung bei hoher energetischer Belastung erforderlich ist. In Kapitel 4 verwenden wir ein von uns entwickeltes Modell des neuronalen Energiestoffwechsels um zu untersuchen, wie die Charakteristiken von NAD(P)H-Fluoreszenzkurven, auf die zelluläre glykolytische und respiratorische Aktivität zurückzuführen sind. Außerdem zeigen wir, wie die Fähigkeit neuronaler Zellen, Lactat alternativ zur Glukose als energielieferndes Substrat zu benutzen, von ihrer glykolytischen und oxidativen Kapazität abhängt. Da in viele neurodegenerativen Erkrankungen eine reduzierte Aktivität des Enzymkomplexes α-ketogluteratedehydrogenase (KGDHC) auftritt, haben wir in Kapitel 5 den Einfluss einer gestörten KGDHC Aktivität auf den neuronalen Energiestoffwechsel untersucht. Wir zeigen, wie eine reduzierte KGDHC Aktivität neuronale Leistungsfähigkeit kompromittiert. Außerdem identifizieren wir mögliche Bildungsstellen für reaktive Sauerstoffspezies (ROS) der Atmungskette und zeigen, dass eine Reduktion der KGDHC Aktivität die Bilddung von ROS vermindert. / The first part of this work deals with the influence of ion currents on the generation of action potentials (APs). Chapter 1 shows the influence of chloride on the fidelity of APs and cellular volume regulation. In chapter 2 we show that sufficiently large leak currents function as important stabilizers of the membrane potential and thus are required to allow robust AP firing. The second part deals with the energy metabolism of neuronal cells. In chapter 3 we determine the relative oxygen consumption rate of hippocampal brain slices under different activity states. We show that a hemodynamic response is necessary for sufficient oxygen supply during highly active states. We conclude that the effort spent on the structure of the vascular system is economized to just match the neuronal energy demand. In chapter 4 we use a model of the neuronal energy metabolism developed by us to show how the characteristics of NAD(P)H fluorescence curves relies on the cellular glycolytic and respirational activity. In addition we show how the ability of neuronal cells to use lactate instead of glucose as energy delivering substrate depends on their respective glycolytic and respiratory activity. Since a reduced activity of brain α-ketoglutarate dehydrogenase complex (KGDHC) occurs in a number of neurodegenerative diseases, we examined the influence of a reduced KGDHC activity on the neuronal energy metabolism and show how it leads to a compromised neuronal functionality. In addition we developed a detailed kinetic model of the respiratory chain (RC) and identified the possible sites for production of reactive oxygen species (ROS) by the RC. We show that a reduced KGDHC activity should decrease ROS production by the RC.

Die Tetrapyrrolbiosynthese (TBS) führt zu wichtigen Endprodukten wie Häm und Chlorophyll. Das gemeinsame Vorstufenmolekül aller Tetrapyrrole ist die 5-Aminolävulinsäure (ALA), die in Pflanzen über den C5-Weg aus Glutamat synthetisiert wird. Das erste spezifische Enzym der ALA-Synthese und somit auch der TBS ist die Glutamyl-tRNA Reduktase (GluTR). Sie unterliegt als Schlüsselenzym einer strengen Regulation. Aufgrund der unterschiedlichen Expression der HEMA-Gene in Arabidopsis wird ein differenzieller Beitrag der GluTR-Isoformen zu den Endprodukten der TBS vermutet. Analysen von knockout-Mutanten gaben Aufschluss darüber, inwiefern die Isoformen den Verlust des jeweils anderen kompensieren können. Die knockout-Mutante von HEMA1 zeigte einen blassgrünen Phänotyp, war nicht mehr in der Lage photoautotroph zu wachsen und demonstrierte eine essentielle Rolle der GluTR1 gegenüber GluTR2, wohingegen hema2-Mutanten einen wildtypartigen Phänotyp aufzeigten. Die Bedeutung der N-terminalen GluTR-Domäne in der posttranslationalen Regulation der ALA-Synthese wurde durch BiFC-Analysen und Komplementationsversuche aufgeklärt. BiFC-Analysen zeigten eine Interaktion der N-terminalen Domäne der GluTR1 mit Proteinen der Clp Proteasen und dem GluTR-Bindeprotein (GBP). Veränderte GluTR-Stabilitäten in gbp-Mutanten lassen eine schützende Funktion des GBP gegenüber dem Abbau des Proteins postulieren. Die Expression einer N-terminal verkürzten GluTR1 komplementierte hema1-Mutanten vollständig. Die in diesen Pflanzen und in clp-Mutanten beobachteten erhöhten GluTR1-Proteinstabilitäten im Dunkeln lassen einen Abbau der GluTR durch Clp Proteasen vermuten, bei dem der N-Terminus des Enzyms für die Substraterkennung notwendig zu sein scheint. Die Detektion von erhöhten Pchlid-Mengen als Folge der erhöhten Proteinstabilität in Linien, die die verkürzte GluTR1 exprimierten, demonstriert erstmals die Bedeutung einer kontrollierten Proteolyse der GluTR in der Regulation der ALA-Synthese. / In plants 5-aminolevulinic acid (ALA) is the common precursor of all tetrapyrrols and formed from glutamate via the C5 pathway. Glutamyl-tRNA reductase (GluTR) is the initial enzyme of ALA synthesis and thus tetrapyrrole biosynthesis (TBS). The most important control point of the TBS is the synthesis of ALA and GluTR is the key enzyme, that is tightly regulated. Due to the different expression of HEMA genes in Arabidopsis, a differential contribution to endproducts of the TBS is proposed for GluTR isoforms. Analysis of knockout mutants gave some indications of how the isoforms can compensate each other. I introduced a new knockout mutant of HEMA1 that was pale-green and not able to grow photoautotrophically, indicating that the remaining GluTR2 does not sufficiently compensate ALA synthesis for the extensive needs of chlorophyll. In contrast, hema2 mutants were wild-type-like. The function of the N-terminal region of GluTR1 in posttranslational regulation has been analyzed by BiFC analysis and complementation experiments of hema1. BiFC analysis showed an interaction of the N-terminal region of GluTR1 with the GluTR binding protein (GBP) and with proteins of the Clp proteases. Mutants of GBP revealed a decreased GluTR1 stability during the dark period, indicating a protective role of GBP against proteolysis of GluTR1 in darkness. The expression of a GluTR1 lacking the N-terminal amino acid residues successfully complemented hema1. These plants as well as clp mutants revealed an increased GluTR1 stability in darkness, suggesting a degradation of the protein through Clp proteases. Thereby, the N-terminal region of GluTR1 seems to be necessary for the recognition by Clp proteins. The observed high amount of truncated GluTR1 in transformed hema1 mutants was caused by the increased GluTR1 stability and lead to an accumulation of Pchlide in prolonged dark periods, demonstrating the importance of a controlled proteolysis of GluTR in the regulation of ALA synthesis.