In dem Bericht werden praktikable mikrobiologische Nachweismethoden für ausgewählte Indikatorkeime in zehn repräsentativen sächsischen Biogasanlagen aufgezeigt. Weiterhin sind verschiedene Möglichkeiten der Hygienisierung von Wirtschaftsdünger und Gärresten inklusive der Bewertung der technischen und ökonomischen Realisierbarkeit dargestellt. Aus mikrobiologischer und ökonomischer Sicht ist unter den beschriebenen Gegebenheiten eine zusätzliche Hygienisierung für Biogasanlagen nicht erforderlich. Bereits die mesophile Prozessführung bewirkt eine Reduktion der Keimzahlen. Der mikrobiologische Befund der untersuchten Gärrestproben war nicht schlechter als der Befund des Ausgangsproduktes Gülle. Es kann deshalb davon ausgegangen werden, dass das seuchenhygienische Risiko bei der Düngung mit Gärresten nicht höher ist als bei der Verwendung von Gülle. Die Studie richtet sich an Landwirtschaftsbetriebe, wissenschaftliche Einrichtungen und Behörden.

Obwohl Assoziationen zwischen einer SpA und einer parodontalen Entzündung in der Literatur wiederholt beschrieben wurden, ist ein möglicher Mechanismus einer Interaktion zwischen beiden Erkrankungen noch immer unklar. Potenzielle molekulare oder mikrobiologische Zusammenhänge zwischen den Krankheiten werden vermutet, sind aber noch nicht verstanden und bleiben somit spekulativ. Ziel dieser klinischen Querschnittsstudie ist, Patienten mit SpA hinsichtlich ihres dentalen und parodontalen Mundgesundheitszustandes sowie der Prävalenz ausgewählter potenziell parodontalpathogener Bakterien zu untersuchen und mit allgemein gesunden Probanden zu vergleichen. Darüber hinaus soll dargelegt werden, inwieweit zentrale SpA-bezogene Parameter, z. B. BASDAI, BAMSI, BAS-G und Krankheitsdauer, in Beziehung zu der parodontalen Situation bei SpA-Patienten stehen. Insgesamt wurden 52 diagnostizierte und therapierte SpA-Patienten in die Untersuchung einbezogen. Das durchschnittliche Alter dieser Patienten lag bei 47,7±15,8 Jahren. Von den 52 SpA-Patienten waren 24 Studienteilnehmer weiblich. Spezifische Informationen zu den SpA-Patienten, wie HLA-B27, BASDAI, BASMI, BASFI, BAS-G, geschwollene Gelenke, drucksensitive Gelenke, Morgensteifigkeit, CRP, BMI und SpA-Medikation, wurden der Patientenakte entnommen. Entsprechend dem Alter und Geschlecht wurde eine Kontrollgruppe (K) aus 52 allgemein gesunden Probanden zusammengestellt (durchschnittliches Alter: 49,9±10,9 Jahre; 24 weiblich). Die zahnärztliche Untersuchung umfasste den zahnärztlichen Befund (DMF-T), die Erfassung der gingivalen Entzündung (PBI) sowie die Aufnahme des Parodontalstatus mit Sondierungstiefen (ST) und Sondierungsbluten (BOP) sowie Attachmentverlust (AV). Anhand von ST und/oder AV erfolgte die Einteilung der Parodontalerkrankung in gesund/milde, moderate oder schwere Parodontitis (PAR). Für den Nachweis potenziell parodontalpathogener Bakterien wurden Proben der Sulkusflüssigkeit aus den tiefsten Zahnfleischtaschen entnommen, gepoolt und anschließend mithilfe der Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR) analysiert (Micro-IDentplus-Test, HainLifeScience, Nehren, Deutschland). Die statistische Auswertung erfolgte mit t-Test, Mann-Whitney-U-Test, Chi-Quadrat-Test oder exaktem Fisher-Test mit der Software SPSS Statistics (Version 22, IBM). Unterschiede zwischen den Gruppen wurden als signifikant für p-Werte <0,05 angesehen. Während der DMF-T (SpA: 16,4±6,2, K: 15,4±7,7), M-T (SpA: 4,4±6,1, K: 2,4±3,1) und die PBI (SpA: 0,85±0,62, K: 0,7±0,5) keinen signifikanten Unterschied zwischen SpA-Patienten und K-Probanden zeigten (p>0,05), wiesen SpA-Patienten signifikant mehr kariöse Läsionen (D-T) auf (SpA: 2,6±3,4, K: 1,3±2,1; p<0,05). Außerdem zeigten SpA-Patienten signifikant mehr ST und AV ≥ 4 mm sowie einen höheren BOP-Wert als K-Probanden (p<0,05). 96 % der SpA-Patienten (moderat: n=26, schwer: n=23) und 75 % der K-Probanden (moderat: n=34, schwer: n=5) wiesen definitionsgemäß eine Parodontitis auf (p<0,001). Hinsichtlich des Nachweises parodontalpathogener Bakterien konnten keine Unterschiede zwischen SpA und K festgestellt werden (p>0,05). Bei den klinischen parodontalen Befunden zeigten SpA-Patienten mit höheren BASMI-Werten erhöhte AV- und ST-Werte (p<0,01). Darüber hinaus wurden bei längerer SpA-Dauer statistisch höhere AV- (p=0,01) und ST-Werte (p<0,01) detektiert. Keiner der anderen untersuchten SpA-verwandten Parameter (BASDAI, BAS-G und HLA-B27) zeigte eine statistisch signifikante Assoziation zu ST, AV oder BOP. Die vorliegende Studie lässt demnach folgende Schlussfolgerungen zu: • Der parodontale Gesundheitszustand bei Patienten mit SpA steht im Zusammenhang mit den SpA-relevanten Parametern BASMI und Krankheitsdauer. • SpA-Patienten litten im Vergleich zur Kontrollgruppe unter einer schlechteren Mundgesundheitssituation dental und parodontal. • Dabei konnten keine Assoziationen zwischen parodontalpathogenen Bakterien und SpA gefunden werden. • Zur abschließenden Klärung der kausalen Zusammenhänge zwischen Parodontitis und SpA bedarf es weiterer Studien. • Eine besondere Aufmerksamkeit in Bezug auf Zahnpflege und Mundhygiene scheint bei SpA-Patienten angemessen zu sein. Patienten mit SpA sollten routinemäßig einem parodontologisch tätigen Zahnarzt vorgestellt werden.  :1 Einführung 1 1.1 Erkrankung des Zahnhalteapparates – Parodontitis 2 1.2 Zusammenhang von Parodontitis und Allgemeinerkrankungen 4 1.3 Spondylarthropathie 5 1.4 Assoziation von Parodontitis und Spondylarthropathie 8 1.5 Zielsetzung und Fragestellung der vorliegenden Studie 10 2 Publikationsmanuskript 11 3 Zusammenfassung der Arbeit 21 4 Ausblick 24 5 Literatur 25

The soil microbial community has a major impact on ecosystem processes on a global scale. Anthropogenic stress has a significant effect on the composition, biomass and activity of the microbial community. In addition, this effect depends not only on the anthropogenic activity, but also on the environmental conditions. Modern analytical and molecular methods, including the use of biochemical markers, can be well used to monitor changes in the microbial community. These methods do not monitor the community directly, but detect the substances that are secreted and transformed by microbes and, last but not least, those that are part of them. The amount of these biochemical markers reflects the biomass, condition and taxonomic composition of a particular microbial community. In the presented work, these markers were used to monitor the response of microorganisms in various ecosystems which are affected directly or indirectly by human activity. The results of the dissertation are presented in four articles. Three of them have been published in international journals with IF and one is prepared in the form of a manuscript for publication. The first publication presents the results of research exploring the impact of traditional agriculture in Papua New Guinea on the soil microbial communities, soil...

The thesis deals with fermented vegetables. Firstly, it reviews literature focused on consumption of vegetables and their composition. Later, it deals with lactic acid fermentation of various vegetables and their microbiological properties. The thesis then focuses on microorganisms in these products which are beneficial as well as harmful to human health. I touch upon strategies of eliminating harmful microorganisms in this food. The empirical part examines groups of microorganisms in samples of mass-produced fermented cabbage (sauerkraut), cucumber, kimchi and self-made pickled vegetables. For analysis, I used plate count cultivation method. The results indicate that there was a much higher count of microorganisms (including lactic acid bacteria) in self-made fermented vegetables (10

The diploma thesis deals with antibacterial properties of kitchen worktops surface finishes. The thesis compares the antibacterial, physical-mechanical, utility and appearance properties of various surface treatments on solid wood of oak, acacia and pear wood. The research was carried out on alkydurethane and water-borne varnish. Escherichia coli and Staphylococcus aureus were used for the assesment of antibacterial activity. The thesis describes the risks associated with microorganisms and kitchen environment. Furthermore, the requirements for surface finishes of kitchen worktops were analyzed.

Gegenwärtig erlangen marinierte, vorverpackte Schweinefleischzubereitungen als typisches Convenience-Produkt eine zunehmende Marktbedeutung. Dem stehen allerdings wenig repräsentative Daten zur mikrobiologischen Sicherheit und Haltbarkeit dieser Produkte gegenüber. Ziel dieser Arbeit war es daher, im Interesse eines hohen Verbraucherschutzniveaus fundierte Daten über das Vorkommen und die Überlebensfähigkeit pathogener und toxinogener Mikroorganismen in vorverpackten marinierten Schweinefleischzubereitungen zu gewinnen. Darauf basierend sollten Empfehlungen für produktspezifische mikrobiologische Kriterien und Mindesthaltbarkeitsfristen abgeleitet werden. Während der Grillsaison der Jahre 2008 und 2009 wurden hierfür zwei Marktstudien über marinierte, vorverpackte Schweinenackensteaks (jeweils n=150) aus dem lokalen SB-Handel durchgeführt. Dabei erfolgte aufgrund der großen Produktvielfalt eine Einteilung der Produkte in Nackensteaks mit Senf-/Biermarinaden, Paprikamarinaden und Kräutermarinaden. Bei der Untersuchung wurden der pH-Wert, der mikrobiologische Status und das Vorkommen von verschiedenen pathogenen Keimen jeweils zum Zeitpunkt des Erwerbs und am Ende des MHD erfasst. Zudem wurden je Produktgruppe 10 für die industrielle Herstellung dieser Fleischzubereitungen verwendeten Flüssigmarinaden (n=30) mikrobiologisch auf die gleichen Parameter untersucht sowie pH- und aW-Werte in den Marinaden bestimmt. Auf Grundlage der Ergebnisse der Marktstudien wurde darüber hinaus die Überlebensfähigkeit von Salmonella spp. und Listeria monocytogenes in artifiziell kontaminierten Flüssigmarinaden jeder Kategorie während einer Lagerung für 42 Tage bei 4 und 22 °C überprüft. Die Gesamtkeimzahlen in den marinierten Schweinfleischsteaks lagen in einem Bereich von 2,8 x 103 bis 9,7 x 108 KbE/g, die Anzahl der Milchsäurebakterien zwischen 10 und 9,5 x 108 KbE/g und die der Enterobacteriaceae zwischen < 10 und 3,6 x 108 KbE/g. Bis zum Ende des MHD fand ein Anstieg der Gesamtkeimzahl und der Milchsäurebakterien bei gleichzeitigem pH-Wert-Abfall statt. Vermehrungsfähige Salmonellen wurden in 6 von 300 Proben (2,0 %) und Shigatoxin bildende Escherichia coli in 7 von 300 Proben (2,3 %) nachgewiesen. In 5 Proben (1,7 %) wurde Listeria monocytogenes mit bis zu 95 KbE/g und in 25 Proben (8,3 %) Staphylococcus aureus mit Keimzahlen bis 340 KbE/g detektiert. Bacillus cereus wurde in 64 Handelsproben (21,3 %) mit Keimzahlen bis zu 450 KbE/g und sulfitreduzierende Clostridien in 73 marinierten Schweinenackensteaks (24,3 %) mit Werten bis 500 KbE/g gefunden. Die Untersuchung der Flüssigmarinaden der drei Kategorien (n=30) erbrachte Gesamtkeimzahlen von 1,3 x 102 bis 4,2 x 105. Enterobacteriaceae und Milchsäurebakterien wurden jeweils nur in zwei Marinadenproben mit bis zu 180 bzw. 750 KbE/g nachgewiesen. Keine der Marinaden enthielt Salmonellen, Shigatoxin bildende Escherichia coli, Listeria monocytogenes oder Staphylococcus aureus. Positive Befunde wurden nur für Bacillus cereus und sulfitreduzierende Clostridien erhoben: 16 Proben (53,3 %) enthielten Bacillus cereus mit Keimzahlen von bis zu 230 KbE/g und 14 Proben (46,7 %) sulfitreduzierende Clostridien mit maximalen Keimzahlen von 120 KbE/g. Die aW-Werte der Marinaden variierten zwischen 0,2 und 0,94, die pH-Werte zwischen 3,57 und 6,53. Bei den Tenazitätsstudien in Marinaden wurde eine kontinuierliche Keimreduktion für beide Pathogene festgestellt: Sowohl L. monocytogenes als auch Salmonella spp. zeigten in Senfmarinaden sowie bei 22 °C Lagerungstemperatur eine deutlichere Absterbekinetik als in Paprika- bzw. Kräutermarinaden und bei 4 °C Lagerungstemperatur. Basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit können vorverpackte, marinierte Schweinenackensteaks auch nach MHD-Fristen von 18 Tagen als lebensmittelhygienisch sicher beurteilt werden. Allerdings können Lebensmittelinfektionserreger in den Produkten vorkommen und zum Teil bis zum Ende des MHD überleben. Im Hinblick auf den vorbeugenden Verbraucherschutz können folgende Empfehlungen für mikrobiologische Richtwerte von marinierten Schweinenackensteaks abgeleitet werden: Salmonellen: nicht nachweisbar in 25 g STEC: nicht nachweisbar in 25 g L. monocytogenes: < 102 KbE/g St. aureus: 1,0 x 102 KbE/g B. cereus: 1,0 x 104 KbE/g Sulfitreduzierende Clostridien: 1,0 x 104 KbE/g Aufgrund von teils starken Zunahmen der Gesamtkeimzahl und der Keimzahlen von Milchsäurebakterien und Enterobacteriaceae sollte die MHD-Frist auf maximal 7-10 Tage beschränkt werden, um eine mikrobiologisch annehmbare Qualität für den Verbraucher garantieren zu können. Bei der Zubereitung sollte auf eine Vermeidung von Kreuzkontaminationen und vor dem Verzehr auf eine vollständige Durcherhitzung geachtet werden.

Die Fourier-Transform-Infrarot-(FTIR)-Spektroskopie ist prinzipiell in der Lage, Mikroorganismen auf Stammesebene zu trennen und zu differenzieren. Das Projekt hat zum Inhalt, bestehende FT-IR-Datenbanken um handelsübliche probiotische Futterzusatzstoffe zu erweitern. Nach der erfolgreichen Erarbeitung einer Datenbank zur sicheren Differenzierung von ubiquitären und probiotischen B. cereus-Stämmen wurden die Datenbanken um probiotische Sporenbildner der Spezies B. subtilis und B. licheniformis sowie um probiotische Milchsäurebakterien (Enterococcus, Lactobacillus, Pediococcus) erweitert. Alle probiotischen Stämme lassen sich sicher von ubiquitär vorkommenden Mikrooganismen der gleichen Spezies trennen, zumeist gelingt auch die Differenzierung der Probiotika untereinander. Diese einfache, preiswerte, schnelle und dennoch exakte Methode stellt einen enormen Fortschritt für die Futtermittelmikrobiologie dar.

Das Projekt hat zum Inhalt, Hefen aus Futtermitteln sicher mittels Fourier-Transform-Infrarot (FT-IR)-Spektroskopie identifizieren zu können. Die am Zentralinstitut für Ernährungs- und Lebensmittelforschung der TU München bestehende Datenbank zur Identifizierung von Hefen mittels FT-IR-Spektroskopie konnte durch eine Datenerweiterung für die Futtermittelmikrobiologie nutzbar gemacht werden. So wurde die sichere Differenzierung der naheverwandten Arten der Gattungen Issatchenkia und Pichia möglich, die einen wesentlichen Anteil an der Gesamthefeflora von Futtermitteln pflanzlichen Ursprungs ausmachen. Desgleichen gelang die sichere spektrometrische Trennung der handelsüblichen probiotischen Saccharomyces cerevisiae-Stämme von ubiquitären Stämmen sowie eine Differenzierung der probiotischen Zusatzstoffe untereinander. Durch die Nutzung der FT-IR-Spektroskopie kann die mikrobiologische Qualität von Futtermitteln durch genaue Identifizierung der Hefespezies besser charakterisiert sowie ein Gesundheitsrisiko für die Tiere schnell und effizient beurteilt werden.

Im Rahmen der Arbeit Molekularbiologische Charakterisierung des Glukose Phosphotransferase System Regulators MtfA aus Escherichia coli wurde das als Mlc titration factor A charakterisierte Protein MtfA auf genetischer, biochemischer und physiologischer Ebene näher charakterisiert. Mit Hilfe von gezielten Austauschen konservierter Aminosäuren konnte im aminoterminalen Bereich eine leuzinreiche Dimerisierungsdomäne und im carboxyterminalen Bereich eine Mlc Wechselwirkungsdomäne identifiziert werden. Letzteres konnte mit Hilfe von Di-Hybrid Studien unabhängig bestätigt werden. Die EIIBGlc Domäne des Glukosetransporters vermag Mlc zu binden. Durch die Membranassoziation des Transporters kann Mlc von seiner Operatorsequenz durch Titration entfernt werden. Lösliches EIIBGlc bindet ebenfalls an Mlc. Es löst aber keine Inaktivierung des Repressors aus. MtfA dagegen liegt cytoplasmatisch vor und inaktiviert Mlc vermutlich über die Inhibierung seiner Tetramerisierung. Eine parallele Expression von MtfA und EIIBGlc zeigte einen inhibitorischen Einfluss von EIIBGlc auf die Wechselwirkung von MtfA und Mlc. Physiologische Untersuchungen von MtfA weisen auf einen Einfluss des Proteins auf das Chemotaxisverhalten von E.coli hin. Darüber hinaus konnte ein relativ schwacher mtfA-Promotor nachgewiesen werden. Im Rahmen von Wachstumskompetitionsversuchen wurde ein Wachstumsvorteil des MtfA Wildtyps im Vergleich zur Mutante beim Wachstum auf Glukose und bei 42°C beobachtet. Außerdem stellte sich bei diesen Versuchen ein Unterschied in der Regulation von MtfA in den Stämmen K-12 und LJ110 heraus. Dieser konnte im Rahmen von RT-RT PCR Studien sowie mittels Western-Blot Analysen bestätigt werden. Die erfolgreiche Reinigung des Proteins ermöglichte den Nachweis der Dimerisierung in verschiedenen biochemischen Analysen, sowie die Herstellung spezifischer Antikörper.

Stickstoff ist ein lebenswichtiger Bestandteil der aller Organismen. Dazu gehören auch Pflanzen, die der Ernährung von Tier und Mensch dienen. Terrestrische Pflanzen nehmen Stickstoff über die Wurzeln und damit aus dem Boden auf. Die verschiedenen Stickstoffverbindungen sind durch biogeochemische Prozesse miteinander verknüpft. Zusammen bilden diese Prozesse den Stickstoffkreislauf. Mikrobielle Nitrifikation und Denitrifikation gehören zu den häufig in Grünlandböden vorkommenden Prozessen. Die Aktivität der Mikroorganismen und damit die Geschwindigkeit und Intensität, mit welcher die Transformationsprozesse ablaufen, sind stark abhängig von den vorliegenden Umweltbedingungen. Insbesondere der mikrobiell im Boden verfügbare Sauerstoff spielt hier eine bedeutende Rolle: Während die Nitrifikation von seiner Anwesenheit abhängt, wird die Denitrifikation durch ihn gehemmt. Die Denitrifizierer dagegen können, aber müssen nicht Sauerstoff verwenden. Dadurch entsteht eine gekoppelte, nicht lineare Abhängigkeit der Prozesse vom Sauerstoffgehalt.Der Sauerstoffgehalt im Boden schwankt durch natürliche Faktoren, wie Niederschlagsereignisse, aber ändert sich auch mit der Landnutzung. Die Übergänge zwischen aeroben und anaeroben Bedingungen sind dabei fließend, so dass eine strikte Trennung der beiden Prozesse in der Modellierung nicht sinnvoll ist. In meiner Dissertation im Rahmen des Teilprojekts „InDiLaNi“ im DFG Schwerpunktprogramm „Biodiversitätsexploratorien“ entwickelte ich ein Simulationsmodell für eine gekoppelte Nitrifikations- und Denitrifikationsdynamik. Diese Dynamik ist abhängig vom Sauerstoffgehalt und den Abundanzen der Nitrifizierer und Denitrifizierer. Das Modell brachte dabei Erkenntnisse über den Einfluss von Sauerstoff auf die Nitrifikations-Denitrifikationsdynamik, dient jedoch nicht der Abschätzung von tatsächlichen Stickstoffkonzentrationen im Boden. Mittels eines rein aeroben und eines strikt anaeroben Sauerstoffszenarios wurde das Modell auf seine Gültigkeit überprüft. Aerobe Bedingungen führten zu einer Nitrifikationsdynamik und anaerobe Bedingungen zu einer Denitrifikationsdynamik. Ein transientes Szenario, welches unter Annahme eines niedrigen Sauerstoffgehaltes simuliert wurde, zeigte die Verknüpfung beider Prozesse. Eine Sensitivitätsanalyse diente der Eingrenzung der Modellparameter auf diejenigen, welche den größten Einfluss auf die Modelldynamik haben. Über einen Zeitraum von mehr als 1000 Stunden zeigte sich dabei, dass besonders die Wachstums- und Sterberaten der Nitrifizierer und Denitrifizierer Einfluss auf die Modelldynamik haben. Mit Hilfe experimentellen Daten sollten einige Modellparameter angepasst werden. Dies erwies sich als schwierig, da die Datengrundlage nicht zu einer wirklichen Parameteroptimierung ausreichte und so lediglich eine Anpassung per Hand erfolgen konnte. Dabei konnte mit leichten Veränderungen der Umsatzgeschwindigkeiten der Teilprozesse die modellierte Dynamik dem experimentellen Verlauf angenähert werden. Durch die Biodiversitätsexploratorien standen mir Zeitreihen für den Bodenwassergehalt und die Bodentemperatur zur Verfügung. Aus der Reihe für den Bodenwassergehalt konnte ich Sauerstoffgehalte berechnen und so das Modell mit variablem Sauerstoffgehalt nutzen. Zusätzlich konnte ich den Einfluss von Temperatur und Bodenwassergehalt auf das mikrobielle Wachstum einbringen. Dabei zeigte sich, dass die Sauerstoffgehalte in den Böden im aeroben Bereich lagen, so dass vor allen Dingen die Nitrifikationsdynamik zu beobachten war. Der Einfluss der Temperatur führte zu einer leichten Verlangsamung der Prozesse, da sie immer etwas unter dem mikrobiellen Optimum lag. Weiterhin konnte ich aufgrund von Informationen aus den Biodiversitätsexploratorien Dünge- und Beweidungsereignisse zu modellieren. Durch den Eintrag von Ammonium und Nitrat durch Mineraldünger werden Transformationsprozesse angestoßen und es kommt es zu starken Veränderungen in den Stickstoffkonzentrationen im Boden. Durch Beweidung erfolgt ein Ammoniumeintrag über den gesamten Beweidungszeitraum. Diese externen Einträge sind so stark, dass sie alle anderen, eventuell vorher ablaufenden Stickstoffumwandlungsprozesse überdecken.