Einfluss schwacher Säuren auf den intrazellulären pH-Wert oviner Pansenepithelzellen - Mechanismen der Gegenregulation Müller, Frank Veterinär-Physiologisches Institut der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig Die Epithelzellen der Pansenwand sind einer permanenten und sehr hohen Belastung durch intraruminale Säuren und endogen anflutende Säuren ausgesetzt. Aufgrund der zahlreichen pH-sensiblen Enzyme im Zytoplasma hätte eine anhaltende intrazelluläre Übersäuerung letale Folgen für die Zelle. So müssen Pansenepithelzellen effektive pHi-regulierende Mechanismen exprimieren, um den intrazellulären pH-Wert stabil zu halten. Daher war es das Ziel der vorliegendenden Arbeit, zu untersuchen, wie Pansenepithelzellen auf Säurebelastungen reagieren und welche Mechanismen aktiviert werden, um die Zelle vor einer Übersäuerung zu schützen. Zu diesem Zweck wurden an kultivierten Pansenepithelzellen Versuchsserien mit unterschiedlichen Fragestellungen durchgeführt. Dazu wurden Pansenepithelzellen aus dem Pansenvorhof frisch geschlachteter Schafe isoliert und auf kollagenisierten Deckgläschen kultiviert. Der Nachweis, dass es sich um epitheliale Zellen handelt, wurde durch positive Zytokeratinfärbung erbracht. Für die pHi-Studien wurden die kultivierten Pansenepithelzellen mit dem pH-sensitiven Fluoreszenzfarbstoff BCECF beladen und der intrazelluläre pH-Wert mittels eines Lumineszenzspektrometers aufgezeichnet. Die Versuche des ersten Abschnitts sollten den Einfluss von Butyrat sowie die pHi-Regulation in Abwesenheit von HCO3- charakterisieren. Dabei wurden folgende Befunde erhoben: Die pHi-Gegenregulation nach intrazellulärer Ansäuerung mittels NH4+/NH3-Präpuls war durch EIPA (10 µM) oder HOE-694 (200 µM), spezifischen Hemmstoffen des Na+/H+-Austauschers, hemmbar. Butyrat (20 mM) führte zu einer schnellen intrazellulären Ansäuerung. Daraufhin erholte sich der intrazelluläre pH-Wert (Recovery). EIPA (10 µM) oder HOE-694 (200 µM) hemmten die pHi-Recovery nach butyratinduzierter intrazellulärer Azidifizierung.Die Untersuchungen des zweiten Abschnitts sollten die pHi-Regulation in Anwesenheit von CO2/HCO3- (5%/20 mM) charakterisieren und ergaben folgende Befunde: CO2 führte zu einer schnellen intrazellulären Ansäuerung, gefolgt von einer Erholung des pHi. Die pHi-Gegenregulation nach CO2-induzierter intrazellulärer Ansäuerung war durch 100 µM DIDS, einem Hemmstoff von HCO3--Transportsystemen, blockiert. Der letzte Versuchsabschnitt sollte klären, inwiefern der intrazelluläre pH-Wert durch Laktat, das im intrazellulären SCFA-Katabolismus entsteht, beeinflusst wird und welcher pHi-Regulationsmechanismus vorrangig an der Gegenregulation beteiligt ist. Die Untersuchungen brachten folgende Ergebnisse: Extrazellulär zugegebenes Laktat (20 mM) führte zu einer intrazellulären Ansäuerung. Nach Entfernung des extrazellulären Laktats erholte sich der intrazelluläre pH-Wert. pCMBS (400 µM) oder Phloretin (20 µM), Hemmstoffe des H+/Monokarboxylat-Kotransporters, hemmten sowohl die laktatinduzierte intrazelluläre Ansäuerung als auch die pHi-Recovery nach Entfernung von extrazellulärem Laktat. Schlussfolgerungen: Um sich vor einer intrazellulären Übersäuerung mit letalen Folgen zu schützen, bilden die Epithelzellen des Pansens effektive Schutzmechanismen aus. So wird der Protoneneinstrom durch die hohe exogene Säureanflutung über einen Na+/H+-Austauscher, einen Na+-HCO3--Kotransporter und/oder einen Na+-HCO3-/Cl--Austauscher kompensiert. Dem Problem der endogenen Säurebelastung begegnen die Pansenepithelzellen durch Expression eines H+/Monokarboxylat-Kotransporters (MCT), der die Zelle von den Kataboliten des intrazellulären SCFA-Abbaus, d.h. von den Monokarboxylsäuren, befreit. / Effect of weak acids on intracellular pH in ovine ruminal epithelial cells - mechanisms of counter-regulation Frank Müller Department of Veterinary Physiology, Leipzig University, Ruminal epithelial cells are permanently exposed to enormous amounts of intraruminal and endogenous acids. Since the latter of cytoplasmic enzymes is highly pH-sensitive, a long lasting intracellular acidification might cause severe damage and cell death. To maintain a stable cytoplasmic pH, ruminal epithelial cells have to express effective pH-regulating systems. The aim of this study was to investigate effects of weak acids on intracellular pH in ruminal epithelial cells and the active mechanisms to prevent intracellular acidification. Therefore different experiments on cultivated ruminal epithelial cells were performed. Epithelial cells were isolated from the atrium of sheep rumen and cultivated on collagen-coated coverslips. The epithelial origin of the cells was determined by positive staining for cytokeratin. For measurement of intracellular pH, cells were loaded with the pH sensitive dye BCECF. Intracellular pH was recorded by using a luminescence spectrometer. In the first set of experiments, effect of butyrate as well as regulation of pHi in the absence of bicarbonate had to be established. The following results were obtained: pHi-counter-regulation following intracellular acidification by NH4+/NH3 prepulse was inhibited by EIPA (10 µM) or HOE-694 (200 µM), specific inhibitors of Na+/H+ exchange. Butyrate (20 mM) led to a rapid fall in pHi. Intracellular acidification was followed by a pHi recovery. pHi recovery from butyrate-induced acid load was inhibited by EIPA (10 µM) and HOE-694 (200 µM), respectively. In the second set of experiments, regulation of pHi in the presence of CO2/HCO3- (5%/20 mM) was characterized. The following results were obtained: CO2 led to a rapid intracellular acidification, followed by a recovery of pHi.pHi recovery from CO2-induced intracellular acidification was blocked by DIDS (100 µM), a known inhibitor of HCO3--transporting systems. In the last set of experiments, influence of lactate - derived from intracellular SCFA catabolism - on pHi was determined. It had also to be established, which mechanism is mainly expressed to extrude lactate. The following results were obtained: Extracellular lactate (20 mM) led to a intracellular acidification.Removing extracellular lactate induced a recovery of pHi. Both intracellular acidification and pHi recovery were blocked by pCMBS (400 µM) or phloretin (20 µM), known inhibitors of H+/monocarboxylate cotransporter (MCT). Conclusions: To prevent intracellular acidification and cell death, ruminal epithelial cells express effective protective mechanisms. A Na+/H transporter, a Na+-HCO3- cotransporter and/or a Na+-HCO3-/Cl- transporter compensate the great H+ influx evoked by exogenous acids. Monocarboxylates derived from intracellular SCFA catabolism can effectively be extruded by a H+/monocarboxylate cotransporter, a prerequisite for stabilizing pHi in ruminal epithelial cells.

Einfluss schwacher Säuren auf den intrazellulären pH-Wert oviner Pansenepithelzellen - Mechanismen der Gegenregulation Müller, Frank Veterinär-Physiologisches Institut der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig Die Epithelzellen der Pansenwand sind einer permanenten und sehr hohen Belastung durch intraruminale Säuren und endogen anflutende Säuren ausgesetzt. Aufgrund der zahlreichen pH-sensiblen Enzyme im Zytoplasma hätte eine anhaltende intrazelluläre Übersäuerung letale Folgen für die Zelle. So müssen Pansenepithelzellen effektive pHi-regulierende Mechanismen exprimieren, um den intrazellulären pH-Wert stabil zu halten. Daher war es das Ziel der vorliegendenden Arbeit, zu untersuchen, wie Pansenepithelzellen auf Säurebelastungen reagieren und welche Mechanismen aktiviert werden, um die Zelle vor einer Übersäuerung zu schützen. Zu diesem Zweck wurden an kultivierten Pansenepithelzellen Versuchsserien mit unterschiedlichen Fragestellungen durchgeführt. Dazu wurden Pansenepithelzellen aus dem Pansenvorhof frisch geschlachteter Schafe isoliert und auf kollagenisierten Deckgläschen kultiviert. Der Nachweis, dass es sich um epitheliale Zellen handelt, wurde durch positive Zytokeratinfärbung erbracht. Für die pHi-Studien wurden die kultivierten Pansenepithelzellen mit dem pH-sensitiven Fluoreszenzfarbstoff BCECF beladen und der intrazelluläre pH-Wert mittels eines Lumineszenzspektrometers aufgezeichnet. Die Versuche des ersten Abschnitts sollten den Einfluss von Butyrat sowie die pHi-Regulation in Abwesenheit von HCO3- charakterisieren. Dabei wurden folgende Befunde erhoben: Die pHi-Gegenregulation nach intrazellulärer Ansäuerung mittels NH4+/NH3-Präpuls war durch EIPA (10 µM) oder HOE-694 (200 µM), spezifischen Hemmstoffen des Na+/H+-Austauschers, hemmbar. Butyrat (20 mM) führte zu einer schnellen intrazellulären Ansäuerung. Daraufhin erholte sich der intrazelluläre pH-Wert (Recovery). EIPA (10 µM) oder HOE-694 (200 µM) hemmten die pHi-Recovery nach butyratinduzierter intrazellulärer Azidifizierung.Die Untersuchungen des zweiten Abschnitts sollten die pHi-Regulation in Anwesenheit von CO2/HCO3- (5%/20 mM) charakterisieren und ergaben folgende Befunde: CO2 führte zu einer schnellen intrazellulären Ansäuerung, gefolgt von einer Erholung des pHi. Die pHi-Gegenregulation nach CO2-induzierter intrazellulärer Ansäuerung war durch 100 µM DIDS, einem Hemmstoff von HCO3--Transportsystemen, blockiert. Der letzte Versuchsabschnitt sollte klären, inwiefern der intrazelluläre pH-Wert durch Laktat, das im intrazellulären SCFA-Katabolismus entsteht, beeinflusst wird und welcher pHi-Regulationsmechanismus vorrangig an der Gegenregulation beteiligt ist. Die Untersuchungen brachten folgende Ergebnisse: Extrazellulär zugegebenes Laktat (20 mM) führte zu einer intrazellulären Ansäuerung. Nach Entfernung des extrazellulären Laktats erholte sich der intrazelluläre pH-Wert. pCMBS (400 µM) oder Phloretin (20 µM), Hemmstoffe des H+/Monokarboxylat-Kotransporters, hemmten sowohl die laktatinduzierte intrazelluläre Ansäuerung als auch die pHi-Recovery nach Entfernung von extrazellulärem Laktat. Schlussfolgerungen: Um sich vor einer intrazellulären Übersäuerung mit letalen Folgen zu schützen, bilden die Epithelzellen des Pansens effektive Schutzmechanismen aus. So wird der Protoneneinstrom durch die hohe exogene Säureanflutung über einen Na+/H+-Austauscher, einen Na+-HCO3--Kotransporter und/oder einen Na+-HCO3-/Cl--Austauscher kompensiert. Dem Problem der endogenen Säurebelastung begegnen die Pansenepithelzellen durch Expression eines H+/Monokarboxylat-Kotransporters (MCT), der die Zelle von den Kataboliten des intrazellulären SCFA-Abbaus, d.h. von den Monokarboxylsäuren, befreit. / Effect of weak acids on intracellular pH in ovine ruminal epithelial cells - mechanisms of counter-regulation Frank Müller Department of Veterinary Physiology, Leipzig University, Ruminal epithelial cells are permanently exposed to enormous amounts of intraruminal and endogenous acids. Since the latter of cytoplasmic enzymes is highly pH-sensitive, a long lasting intracellular acidification might cause severe damage and cell death. To maintain a stable cytoplasmic pH, ruminal epithelial cells have to express effective pH-regulating systems. The aim of this study was to investigate effects of weak acids on intracellular pH in ruminal epithelial cells and the active mechanisms to prevent intracellular acidification. Therefore different experiments on cultivated ruminal epithelial cells were performed. Epithelial cells were isolated from the atrium of sheep rumen and cultivated on collagen-coated coverslips. The epithelial origin of the cells was determined by positive staining for cytokeratin. For measurement of intracellular pH, cells were loaded with the pH sensitive dye BCECF. Intracellular pH was recorded by using a luminescence spectrometer. In the first set of experiments, effect of butyrate as well as regulation of pHi in the absence of bicarbonate had to be established. The following results were obtained: pHi-counter-regulation following intracellular acidification by NH4+/NH3 prepulse was inhibited by EIPA (10 µM) or HOE-694 (200 µM), specific inhibitors of Na+/H+ exchange. Butyrate (20 mM) led to a rapid fall in pHi. Intracellular acidification was followed by a pHi recovery. pHi recovery from butyrate-induced acid load was inhibited by EIPA (10 µM) and HOE-694 (200 µM), respectively. In the second set of experiments, regulation of pHi in the presence of CO2/HCO3- (5%/20 mM) was characterized. The following results were obtained: CO2 led to a rapid intracellular acidification, followed by a recovery of pHi.pHi recovery from CO2-induced intracellular acidification was blocked by DIDS (100 µM), a known inhibitor of HCO3--transporting systems. In the last set of experiments, influence of lactate - derived from intracellular SCFA catabolism - on pHi was determined. It had also to be established, which mechanism is mainly expressed to extrude lactate. The following results were obtained: Extracellular lactate (20 mM) led to a intracellular acidification.Removing extracellular lactate induced a recovery of pHi. Both intracellular acidification and pHi recovery were blocked by pCMBS (400 µM) or phloretin (20 µM), known inhibitors of H+/monocarboxylate cotransporter (MCT). Conclusions: To prevent intracellular acidification and cell death, ruminal epithelial cells express effective protective mechanisms. A Na+/H transporter, a Na+-HCO3- cotransporter and/or a Na+-HCO3-/Cl- transporter compensate the great H+ influx evoked by exogenous acids. Monocarboxylates derived from intracellular SCFA catabolism can effectively be extruded by a H+/monocarboxylate cotransporter, a prerequisite for stabilizing pHi in ruminal epithelial cells.

A major argument for incorporating deciduous tree species in coniferous forest stands is their role in the amelioration and stabilisation of biogeochemical cycles. Current forest management strategies in central Europe aim to increase the area of mixed stands. In order to formulate statements about the ecological effects of mixtures, studies at the stand level are necessary. In a mixed stand of Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) and silver birch (Betula pendula Roth) in the Ore Mountains (Saxony, Germany), the effects of these two tree species on chemical and microbial parameters in the topsoil were studied at one site in the form of a case study. Samples were taken from the O layer and A horizon in areas of the stand influenced by either birch, spruce or a mixture of birch and spruce. The microbial biomass, basal respiration, metabolic quotient, pH-value and the C and N contents and stocks were analysed in the horizons Of, Oh and A. Significantly higher contents of microbial N were observed in the Of and Oh horizons in the birch and in the spruce-birch strata than in the stratum containing only spruce. The same was found with respect to pH-values in the Of horizon and basal respiration in the Oh horizon. Compared to the spruce stratum, in the birch and spruce-birch strata, significantly lower values were found for the contents of organic C and total N in the A horizon. The findings of the case study indicated that single birch trees have significant effects on the chemical and microbial topsoil properties in spruce-dominated stands. Therefore, the admixture of birch in spruce stands may distinctly affect nutrient cycling and may also be relevant for soil carbon sequestration. Further studies of these functional aspects are recommended.

Einleitung: Monocarboxylattransporter (MCT) 1 & 4 sind in zahlreichen Geweben als Kotransporter für Monocarboxylate und Protonen beschrieben. Auch im Pansenepithel werden MCT benötigt, um kurzkettige Fettsäuren (SCFA) aus dem Pansenlumen in die Pansenepithelzelle aufzunehmen (MCT4) und um SCFA und deren Metabolite aus der Pansenepithelzelle in das Blut auszuschleusen (MCT1). Die transepitheliale Permeation von SCFA über die Pansenwand ist von enormer Bedeutung, da sie die wichtigste Energiequelle der Wiederkäuer darstellen. Die beteiligten Transportprozesse müssen dementsprechend einer Anpassung an variierende Mengen von SCFA unterliegen. Bisherige Studien bei anderen Spezies deuten auf eine Regulation des MCT1 auf mRNA Ebene über den Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptor α (PPARα) hin. Ziele der Untersuchung: Das Ziel dieser Arbeit war herauszufinden, ob MCT1 in ovinen Pansenepithelzellen über PPARα reguliert wird und ob auch MCT4 dieser Regulation unterliegt. Eine gleichzeitige Regulation beider Transporter läge nahe, da sie gemeinsam an der transepithelialen Permeation beteiligt sind. Die Auswirkungen solch einer Regulation auf die Proteinexpression und die Transportleistung der MCT sollte charakterisiert werden. Ebenfalls war das Potenzial der bei erhöhter Kraftfutterfütterung vermehrt anfallenden SCFA Butyrat auf die MCT1 Expression zu untersuchen. Material & Methoden: Aus dem Vorhof von Schafen wurden Pansenepithelzellen gewonnen und entsprechend einer bereits etablierten Methode kultiviert. Nach einer Subkultivierung wurden die Zellen immunzytochemisch mit Antikörpern gegen MCT1, MCT4 und Na+/K+-ATPase untersucht, um deren Lokalisation in den kultivierten Pansenepithelzellen zu bestimmen. Weiterhin erfolgte eine Behandlung mit WY 14.643, einem spezifischen, synthetischen PPARα Agonisten, sowie mit GW 6471, einem Antagonisten des PPARα. Mittels qPCR wurden die relativen mRNA Mengen von MCT1, MCT4, ACO, CPT1A und CACT bestimmt und auf die Referenzgene GAPDH und Na+/K+-ATPase normalisiert. Die Proteinexpression von MCT1 und MCT4 wurde mittels Western Blot bestimmt. Zur funktionellen Quantifizierung wurde der intrazelluläre pH-Wert der Zellen mittels Spektrofluorometrie gemessen und der laktatabhängige Protonentransport als Vergleichswert zwischen den Behandlungen genutzt. Um den MCT-abhängigen Teil des Transportes zu bestimmen, wurde ein spezifischer MCT1 & 4 Inhibitor, die p-Hydroxymercuribenzensulfonsäure (pHMB) eingesetzt. Die Zellen wurden mit Butyrat über einen Zeitraum von 6 und 48 h induziert. Die Erfassung der MCT1 Expression erfolgte mittels semiquantitativer PCR. Ergebnisse: MCT1 & 4 sind sowohl in der Zellmembran als auch intrazellulär in den Pansenepithelzellen lokalisiert. Die mRNA Expressionsdaten konnten zeigen, dass MCT1 und die PPARα Zielgene durch WY 14.643 hochreguliert werden konnten, wohingegen die MCT4 Expression keine eindeutige Antwort auf die Stimulation zeigt. Die Behandlung mit den Antagonisten zeigt eine Abhängigkeit der MCT1 Expression von PPARα, die MCT4 Expression konnte dagegen nicht beeinflusst werden. Mittels pHMB gelang es, den laktatabhängigen Protonenexport fast vollständig zu blocken. Sowohl laktatabhängiger Protonenexport als auch die Proteinexpression zeigten keine Änderung durch WY 14.643 Stimulation. Die Butyratexposition veränderte die Morphologie der Pansenepithelzellen und schien nicht geeignet für Untersuchungen der mRNA Expression zu sein. Schlussfolgerungen: Es konnte in dieser Arbeit erstmals gezeigt werden, dass MCT1 in Pansenepithelzellen über PPARα reguliert wird, nicht aber MCT4. PPARα scheint demnach einer der entscheidenden Angriffspunkte für die Regulation des SCFA Transportes zu sein, dessen natürliche Liganden im Pansen aber noch nicht bekannt sind. Damit legt diese Arbeit den Grundstein für regulative Studien am intakten Pansenepithel. / Introduction: Monocarboxylate transporters (MCT) 1 & 4 are cotransporters of monocarboxylates and protons in a variety of mammalian cell types. In the ruminal epithelium MCT are necessary to transport short-chain fatty acids (SCFA) from the lumen into the ruminal epithelial cell (MCT4) and to discharge SCFA and their metabolites from the cell into the blood (MCT1). Transepithelial permeation of SCFA is of great importance, because they are the main source of energy for ruminants. The regulation of appropriate transport proteins should thus be subject to the adaptation to varying SCFA amounts. Previous studies in other species suggested that gene expression of MCT1 is regulated by peroxisome proliferator-activated receptor α (PPARα), a ligand-activated nuclear receptor. Aims: The aim of the study was to examine if MCT1 in ruminal epithelial cells is regulated by PPARα and furthermore if MCT4 can be regulated by PPARα, as well. A simultaneous regulation seems likely, because both are acting jointly in the transepithelial transporting of SCFA. The implications of such a regulation on protein expression and transport capacity of MCT should be characterized. The effect of butyrate, a SCFA which increases under concentrate feeding, on MCT1 expression was determined. Materials & Methods: Ruminal epithelial cells of sheep were cultivated according to methods previously established. After subcultivation, immunocytochemistry with antibodies against MCT1, MCT4 and Na+/K+-ATPase was performed to determine their localization in ruminal epithelial cells. For studying the influence of PPARα, WY 14.643, a synthetic and selective ligand of PPARα, and GW 6471, a synthetic antagonist of PPARα, were applied to the culture medium of the cells. After processing the specimens, the relative amount of mRNA of MCT1, MCT4 and the target genes ACO, CPT1A and CACT were analyzed by qPCR and normalized on the reference genes GAPDH and Na+/K+-ATPase. Protein abundance of MCT1 & 4 was measured by using the Western Blot method. Functional quantification was measured by the intracellular pH (pHi) of cells using spectrofluorometry as well as comparing the effect of WY 14.643 treatment on lactate-dependent proton export. To determine the MCT-dependent part of the pHi recovery, p-hydroxymercuribenzoic acid (pHMB), a specific inhibitor of MCT1 & 4, was applied. Cells were also treated with butyrate for 6 h and 48 h and the mRNA abundance of MCT1 was analyzed by semiquantitative PCR. Results: Both MCT1 and MCT4 were localized in the cell membrane as well as in the cytoplasm of ruminal epithelial cells. By qPCR it could be demonstrated that the mRNA abundance of MCT1 and PPARα target genes in the ruminal epithelial cells was increased by WY 14.643 in comparison to untreated cells, whereas the response of MCT4 did not yield distinct results. Treatment with the PPARα antagonist pointed out, that MCT1 is influenced by PPARα, but not MCT4. Lactate-dependent proton export was blocked almost completely by pHMB. Both lactate-dependent proton export and protein expression were not altered by WY 14.643 treatment. Butyrate exposure changed the morphology of ruminal epithelial cells and seemed unsuitable for the analysis of mRNA expression. Conclusion: For the first time, it could be demonstrated, that MCT1 in ruminal epithelial cells is regulated by PPARα, but not MCT4. PPARα seems to be a vital target in the rumen for SCFA transport regulation, whose natural triggers have yet to be identified. Furthermore, this study provides the basis for regulative studies on intact ruminal epithelium.

Geosorption processes play an important role as retardation mechanism in subsurface transport of organic water constituents. Geosorption behaviour of Ionisable Hydrophobic Organic compounds (IHOCs) especially influence of dissolved natural organic materials on their sorption coefficients is poorly investigated. In this study influence of pH and NOM on the sorption of three different phenols (2-methyl-4,6-dinitrophenol, 2,4,6-trichlorophenol and pentachlorophenol) on a natural sandy aquifer material collected from a bank filtration site was studied in flow through column experiments. In first step the sorption coefficients of investigated phenols from NOM-free solutions with different pH values were determined. Single as well as multi (mixed) solutes experiments confirmed that there was no competition effect among the phenols investigated. An increasing sorption/retardation was observed with decreasing pH. A linear model was used to resolve the apparent sorption coefficient into an ionised species and neutral species component. This model allows a prediction of apparent sorption coefficients for any pH value. Analysis of data also revealed that the anion of 2-M-4,6-DNP show no significant sorption and a simple model based on the neutral form sorption coefficient was useful in predicting the apparent sorption coefficient over the entire pH range investigated. For 2,4,6-TCP and PCP, the anion sorption is much lower than that of the neutral species but cannot be neglected completely. For PCP, the anion sorption is even as high as the sorption of neutral 2,4,6-TCP. Thus for such hydrophobic phenols prediction of sorption based only on the partitioning of non-dissociated species may lead to an error, especially at high pH values (> pKa), where ionised form is present predominantly. On the other hand prediction of sorption based on the partitioning of non-dissociated species is useful at pH < pKa or in cases where the anion sorption can be neglected. The advantage of this prediction is that it allows predicting the pH-dependent sorption only on the basis of LFER correlations. It was shown that the organic carbon normalized sorption coefficients of the neutral forms of the phenols can be predicted better by solubility based regression correlations than by n-octanol-water partition coefficient based correlations. In second step the apparent sorption coefficients of investigated phenols from NOM-containing solutions (mixed solution of phenols dissolved in natural river water) with different pH values were determined; the sorption coefficients obtained from this step were compared with the results of the first step examinations. Analysis of data revealed that binding of 2-M-4,6-DNP by dissolved humic substances (DHS) reduces the sorption coefficient significantly. In contrast to it, the sorption of the more hydrophobic chlorinated phenols was not affected by DHS. A strong reduction of sorption onto aquifer material caused by complex formation with DHS was also observed for a second nitrophenol (2,4-DNP) and seems to be typically for nitrophenols. A combined sorption and complex formation model was proposed which could be used successfully to describe the effect of pH and NOM concentration on sorption reduction and to estimate binding constants. The binding constant found for 2-M-4,6-DNP is much higher than those reported by Ohlenbusch and Frimmel, 2001, for chlorophenols associated with Aldrich humic acid. This can be interpreted as a result of specific interactions between the nitrophenol and DHS. This phenomenon may cause an increase of the amount of nitrophenols, which can be transported with the groundwater flow and has to be considered in transport modelling, especially in cases where pH is lower than pKa. The models developed here are a useful tool to describe the influence of pH and NOM on geosorption processes and to estimate the Kd values which have to be used in transport models.

Die Toxoplasmose gehört zu den bedeutsamsten Zoonosen. Sie wird durch den weltweit verbreiteten Erreger T. gondii ausgelöst und verläuft bei immunkompetenten Menschen meist subklinisch. Dennoch können Rezidivierungen und schwere Krankheitsverläufe auftreten. Besonders gefährdete Personen sind Immunsupprimierte und seronegative Schwangere. T. gondii kann alle warmblütigen Lebewesen infizieren. In der Folge kommt es zur Bildung von Gewebezysten in Muskulatur und Organen. Daten zum Vorkommen und zur Verbreitung des Erregers bei deutschen Schlachtputen liegen nicht vor und sollten im Rahmen dieser Arbeit gewonnen werden. Das hohe Infektionsrisiko bei oraler Aufnahme von rohem oder nicht vollständig durchgegartem zystenhaltigem Fleisch ist bekannt. Exakte Erkenntnisse zur Tenazität der T.-gondii-Gewebezysten gegenüber dem Einfluss von Salz, pH-Wert und Wurstreifungsprozessen liegen jedoch nicht vor. Da sowohl Schweine- als auch Putenfleisch häufig zur Herstellung von Fleischerzeugnissen wie z. B. Rohwürsten und Rohschinken eingesetzt wird, sollte die Persistenz der Gewebezysten unter dem Einfluss verschiedener Salzgehalte und pH-Werte sowie kombiniert im Rahmen der Wurstreifungsprozesse untersucht werden. Ziel ist eine genauere Beurteilung des Infektionsrisikos beim Verzehr kurz gereifter Rohwürste (Mettwurst) und anderer nicht erhitzter Fleischzeugnisse. Untersuchungen: 1. Es wurden 1913 Blutserumproben von Schlachtputen aus 14 Mastbetrieben in fünf Bundesländern mittels kinetischem ELISA auf das Vorkommen von IgG-Antikörpern gegen T. gondii untersucht. 2. In den In-vitro-Studien wurde der Einfluss von NaCl bzw. Nitritpökelsalz (NPS) in wurstrelevanten Konzentrationen (2,0, 2,5 3,0 %) und des pH-Wertes (5, 6, 7) auf die Gewebezysten in Mäusemuskulatur und -hirn untersucht. Die Überprüfung der Infektiosität der exponierten Gewebezysten erfolgte mittels Maus-Bioassay. 3. Putenrohwurstbrät (2,0 % NaCl oder NPS, mit und ohne Starterkultur) wurde mit zystenhaltiger Mäusemuskulatur beimpft. Während der Wurstreifung wurde die Infektiosität der Zysten im Maus-Bioassay untersucht. Ergebnisse:  Die T.-gondii-Gesamtseroprävalenz in deutschen Schlachtputenbeständen betrug 18,4 %. Dieser Wert ist überraschend hoch. Es handelt sich um die ersten in Deutschland durchgeführten Erhebungen. Jahreszeitliche Schwankungen wurden beobachtet, wobei in den Wintermonaten gemästete Putenherden eine höhere Prävalenz zeigten als die im Sommer gehaltenen Tiere.  Gewebezysten besitzen eine gewisse pH-Wert-Toleranz. Sie blieben bei pH-Werten von 5 bis 7 bis zu 26 Tage infektiös.  Gewebezysten sind gegenüber dem Einfluss von Salz empfindlich. Bei NaCl Konzentrationen von 2,0 % blieben sie bis zu acht Tagen infektiös, bei  2,5 % maximal ein Tag.  Gegenüber NPS sind die Zysten offenbar empfindlicher als gegenüber NaCl; sie blieben bei 2,0 % NPS-Konzentration vier Tage infektiös.  Bei Kombination der Effekte von Salz und pH-Wert verkürzt sich die Infektionsfähigkeit der Zysten in der Rohwurstreifung auf ca. 24 Stunden. Schlussfolgerungen: Die unerwartet hohen Seroprävalenzen weisen daraufhin, dass Putenfleisch ein Infektionsrisiko für Toxoplasmose darstellen kann. Weiterführende Untersuchungen zum Vorkommen des Erregers in Schlachtputen sind notwendig. Tendenziell zeigen die Ergebnisse der Tenazitätsuntersuchungen einen raschen Verlust der Infektiosität des Erregers, so dass in lang gereiften Rohwürsten oder in herkömmlich produzierten kurz gereiften Rohwürsten (NPS > 2,5 %) nicht mit einem Vorkommen von infektiösen Zysten zu rechnen ist. Eine Ausnahme könnten allerdings salzreduzierte (NaCl  2,0 %), ohne NPS hergestellte oder sehr kurz gereifte Rohwürste darstellen, hierbei kann ein Infektionsrisiko nicht vollständig ausgeschlossen werden. Zur Beurteilung von Rohschinken sind weitere Untersuchungen notwendig.

A major argument for incorporating deciduous tree species in coniferous forest stands is their role in the amelioration and stabilisation of biogeochemical cycles. Current forest management strategies in central Europe aim to increase the area of mixed stands. In order to formulate statements about the ecological effects of mixtures, studies at the stand level are necessary. In a mixed stand of Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) and silver birch (Betula pendula Roth) in the Ore Mountains (Saxony, Germany), the effects of these two tree species on chemical and microbial parameters in the topsoil were studied at one site in the form of a case study. Samples were taken from the O layer and A horizon in areas of the stand influenced by either birch, spruce or a mixture of birch and spruce. The microbial biomass, basal respiration, metabolic quotient, pH-value and the C and N contents and stocks were analysed in the horizons Of, Oh and A. Significantly higher contents of microbial N were observed in the Of and Oh horizons in the birch and in the spruce-birch strata than in the stratum containing only spruce. The same was found with respect to pH-values in the Of horizon and basal respiration in the Oh horizon. Compared to the spruce stratum, in the birch and spruce-birch strata, significantly lower values were found for the contents of organic C and total N in the A horizon. The findings of the case study indicated that single birch trees have significant effects on the chemical and microbial topsoil properties in spruce-dominated stands. Therefore, the admixture of birch in spruce stands may distinctly affect nutrient cycling and may also be relevant for soil carbon sequestration. Further studies of these functional aspects are recommended.

Einleitung: Monocarboxylattransporter (MCT) 1 & 4 sind in zahlreichen Geweben als Kotransporter für Monocarboxylate und Protonen beschrieben. Auch im Pansenepithel werden MCT benötigt, um kurzkettige Fettsäuren (SCFA) aus dem Pansenlumen in die Pansenepithelzelle aufzunehmen (MCT4) und um SCFA und deren Metabolite aus der Pansenepithelzelle in das Blut auszuschleusen (MCT1). Die transepitheliale Permeation von SCFA über die Pansenwand ist von enormer Bedeutung, da sie die wichtigste Energiequelle der Wiederkäuer darstellen. Die beteiligten Transportprozesse müssen dementsprechend einer Anpassung an variierende Mengen von SCFA unterliegen. Bisherige Studien bei anderen Spezies deuten auf eine Regulation des MCT1 auf mRNA Ebene über den Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptor α (PPARα) hin. Ziele der Untersuchung: Das Ziel dieser Arbeit war herauszufinden, ob MCT1 in ovinen Pansenepithelzellen über PPARα reguliert wird und ob auch MCT4 dieser Regulation unterliegt. Eine gleichzeitige Regulation beider Transporter läge nahe, da sie gemeinsam an der transepithelialen Permeation beteiligt sind. Die Auswirkungen solch einer Regulation auf die Proteinexpression und die Transportleistung der MCT sollte charakterisiert werden. Ebenfalls war das Potenzial der bei erhöhter Kraftfutterfütterung vermehrt anfallenden SCFA Butyrat auf die MCT1 Expression zu untersuchen. Material & Methoden: Aus dem Vorhof von Schafen wurden Pansenepithelzellen gewonnen und entsprechend einer bereits etablierten Methode kultiviert. Nach einer Subkultivierung wurden die Zellen immunzytochemisch mit Antikörpern gegen MCT1, MCT4 und Na+/K+-ATPase untersucht, um deren Lokalisation in den kultivierten Pansenepithelzellen zu bestimmen. Weiterhin erfolgte eine Behandlung mit WY 14.643, einem spezifischen, synthetischen PPARα Agonisten, sowie mit GW 6471, einem Antagonisten des PPARα. Mittels qPCR wurden die relativen mRNA Mengen von MCT1, MCT4, ACO, CPT1A und CACT bestimmt und auf die Referenzgene GAPDH und Na+/K+-ATPase normalisiert. Die Proteinexpression von MCT1 und MCT4 wurde mittels Western Blot bestimmt. Zur funktionellen Quantifizierung wurde der intrazelluläre pH-Wert der Zellen mittels Spektrofluorometrie gemessen und der laktatabhängige Protonentransport als Vergleichswert zwischen den Behandlungen genutzt. Um den MCT-abhängigen Teil des Transportes zu bestimmen, wurde ein spezifischer MCT1 & 4 Inhibitor, die p-Hydroxymercuribenzensulfonsäure (pHMB) eingesetzt. Die Zellen wurden mit Butyrat über einen Zeitraum von 6 und 48 h induziert. Die Erfassung der MCT1 Expression erfolgte mittels semiquantitativer PCR. Ergebnisse: MCT1 & 4 sind sowohl in der Zellmembran als auch intrazellulär in den Pansenepithelzellen lokalisiert. Die mRNA Expressionsdaten konnten zeigen, dass MCT1 und die PPARα Zielgene durch WY 14.643 hochreguliert werden konnten, wohingegen die MCT4 Expression keine eindeutige Antwort auf die Stimulation zeigt. Die Behandlung mit den Antagonisten zeigt eine Abhängigkeit der MCT1 Expression von PPARα, die MCT4 Expression konnte dagegen nicht beeinflusst werden. Mittels pHMB gelang es, den laktatabhängigen Protonenexport fast vollständig zu blocken. Sowohl laktatabhängiger Protonenexport als auch die Proteinexpression zeigten keine Änderung durch WY 14.643 Stimulation. Die Butyratexposition veränderte die Morphologie der Pansenepithelzellen und schien nicht geeignet für Untersuchungen der mRNA Expression zu sein. Schlussfolgerungen: Es konnte in dieser Arbeit erstmals gezeigt werden, dass MCT1 in Pansenepithelzellen über PPARα reguliert wird, nicht aber MCT4. PPARα scheint demnach einer der entscheidenden Angriffspunkte für die Regulation des SCFA Transportes zu sein, dessen natürliche Liganden im Pansen aber noch nicht bekannt sind. Damit legt diese Arbeit den Grundstein für regulative Studien am intakten Pansenepithel. / Introduction: Monocarboxylate transporters (MCT) 1 & 4 are cotransporters of monocarboxylates and protons in a variety of mammalian cell types. In the ruminal epithelium MCT are necessary to transport short-chain fatty acids (SCFA) from the lumen into the ruminal epithelial cell (MCT4) and to discharge SCFA and their metabolites from the cell into the blood (MCT1). Transepithelial permeation of SCFA is of great importance, because they are the main source of energy for ruminants. The regulation of appropriate transport proteins should thus be subject to the adaptation to varying SCFA amounts. Previous studies in other species suggested that gene expression of MCT1 is regulated by peroxisome proliferator-activated receptor α (PPARα), a ligand-activated nuclear receptor. Aims: The aim of the study was to examine if MCT1 in ruminal epithelial cells is regulated by PPARα and furthermore if MCT4 can be regulated by PPARα, as well. A simultaneous regulation seems likely, because both are acting jointly in the transepithelial transporting of SCFA. The implications of such a regulation on protein expression and transport capacity of MCT should be characterized. The effect of butyrate, a SCFA which increases under concentrate feeding, on MCT1 expression was determined. Materials & Methods: Ruminal epithelial cells of sheep were cultivated according to methods previously established. After subcultivation, immunocytochemistry with antibodies against MCT1, MCT4 and Na+/K+-ATPase was performed to determine their localization in ruminal epithelial cells. For studying the influence of PPARα, WY 14.643, a synthetic and selective ligand of PPARα, and GW 6471, a synthetic antagonist of PPARα, were applied to the culture medium of the cells. After processing the specimens, the relative amount of mRNA of MCT1, MCT4 and the target genes ACO, CPT1A and CACT were analyzed by qPCR and normalized on the reference genes GAPDH and Na+/K+-ATPase. Protein abundance of MCT1 & 4 was measured by using the Western Blot method. Functional quantification was measured by the intracellular pH (pHi) of cells using spectrofluorometry as well as comparing the effect of WY 14.643 treatment on lactate-dependent proton export. To determine the MCT-dependent part of the pHi recovery, p-hydroxymercuribenzoic acid (pHMB), a specific inhibitor of MCT1 & 4, was applied. Cells were also treated with butyrate for 6 h and 48 h and the mRNA abundance of MCT1 was analyzed by semiquantitative PCR. Results: Both MCT1 and MCT4 were localized in the cell membrane as well as in the cytoplasm of ruminal epithelial cells. By qPCR it could be demonstrated that the mRNA abundance of MCT1 and PPARα target genes in the ruminal epithelial cells was increased by WY 14.643 in comparison to untreated cells, whereas the response of MCT4 did not yield distinct results. Treatment with the PPARα antagonist pointed out, that MCT1 is influenced by PPARα, but not MCT4. Lactate-dependent proton export was blocked almost completely by pHMB. Both lactate-dependent proton export and protein expression were not altered by WY 14.643 treatment. Butyrate exposure changed the morphology of ruminal epithelial cells and seemed unsuitable for the analysis of mRNA expression. Conclusion: For the first time, it could be demonstrated, that MCT1 in ruminal epithelial cells is regulated by PPARα, but not MCT4. PPARα seems to be a vital target in the rumen for SCFA transport regulation, whose natural triggers have yet to be identified. Furthermore, this study provides the basis for regulative studies on intact ruminal epithelium.

Die Toxoplasmose gehört zu den bedeutsamsten Zoonosen. Sie wird durch den weltweit verbreiteten Erreger T. gondii ausgelöst und verläuft bei immunkompetenten Menschen meist subklinisch. Dennoch können Rezidivierungen und schwere Krankheitsverläufe auftreten. Besonders gefährdete Personen sind Immunsupprimierte und seronegative Schwangere. T. gondii kann alle warmblütigen Lebewesen infizieren. In der Folge kommt es zur Bildung von Gewebezysten in Muskulatur und Organen. Daten zum Vorkommen und zur Verbreitung des Erregers bei deutschen Schlachtputen liegen nicht vor und sollten im Rahmen dieser Arbeit gewonnen werden. Das hohe Infektionsrisiko bei oraler Aufnahme von rohem oder nicht vollständig durchgegartem zystenhaltigem Fleisch ist bekannt. Exakte Erkenntnisse zur Tenazität der T.-gondii-Gewebezysten gegenüber dem Einfluss von Salz, pH-Wert und Wurstreifungsprozessen liegen jedoch nicht vor. Da sowohl Schweine- als auch Putenfleisch häufig zur Herstellung von Fleischerzeugnissen wie z. B. Rohwürsten und Rohschinken eingesetzt wird, sollte die Persistenz der Gewebezysten unter dem Einfluss verschiedener Salzgehalte und pH-Werte sowie kombiniert im Rahmen der Wurstreifungsprozesse untersucht werden. Ziel ist eine genauere Beurteilung des Infektionsrisikos beim Verzehr kurz gereifter Rohwürste (Mettwurst) und anderer nicht erhitzter Fleischzeugnisse. Untersuchungen: 1. Es wurden 1913 Blutserumproben von Schlachtputen aus 14 Mastbetrieben in fünf Bundesländern mittels kinetischem ELISA auf das Vorkommen von IgG-Antikörpern gegen T. gondii untersucht. 2. In den In-vitro-Studien wurde der Einfluss von NaCl bzw. Nitritpökelsalz (NPS) in wurstrelevanten Konzentrationen (2,0, 2,5 3,0 %) und des pH-Wertes (5, 6, 7) auf die Gewebezysten in Mäusemuskulatur und -hirn untersucht. Die Überprüfung der Infektiosität der exponierten Gewebezysten erfolgte mittels Maus-Bioassay. 3. Putenrohwurstbrät (2,0 % NaCl oder NPS, mit und ohne Starterkultur) wurde mit zystenhaltiger Mäusemuskulatur beimpft. Während der Wurstreifung wurde die Infektiosität der Zysten im Maus-Bioassay untersucht. Ergebnisse:  Die T.-gondii-Gesamtseroprävalenz in deutschen Schlachtputenbeständen betrug 18,4 %. Dieser Wert ist überraschend hoch. Es handelt sich um die ersten in Deutschland durchgeführten Erhebungen. Jahreszeitliche Schwankungen wurden beobachtet, wobei in den Wintermonaten gemästete Putenherden eine höhere Prävalenz zeigten als die im Sommer gehaltenen Tiere.  Gewebezysten besitzen eine gewisse pH-Wert-Toleranz. Sie blieben bei pH-Werten von 5 bis 7 bis zu 26 Tage infektiös.  Gewebezysten sind gegenüber dem Einfluss von Salz empfindlich. Bei NaCl Konzentrationen von 2,0 % blieben sie bis zu acht Tagen infektiös, bei  2,5 % maximal ein Tag.  Gegenüber NPS sind die Zysten offenbar empfindlicher als gegenüber NaCl; sie blieben bei 2,0 % NPS-Konzentration vier Tage infektiös.  Bei Kombination der Effekte von Salz und pH-Wert verkürzt sich die Infektionsfähigkeit der Zysten in der Rohwurstreifung auf ca. 24 Stunden. Schlussfolgerungen: Die unerwartet hohen Seroprävalenzen weisen daraufhin, dass Putenfleisch ein Infektionsrisiko für Toxoplasmose darstellen kann. Weiterführende Untersuchungen zum Vorkommen des Erregers in Schlachtputen sind notwendig. Tendenziell zeigen die Ergebnisse der Tenazitätsuntersuchungen einen raschen Verlust der Infektiosität des Erregers, so dass in lang gereiften Rohwürsten oder in herkömmlich produzierten kurz gereiften Rohwürsten (NPS > 2,5 %) nicht mit einem Vorkommen von infektiösen Zysten zu rechnen ist. Eine Ausnahme könnten allerdings salzreduzierte (NaCl  2,0 %), ohne NPS hergestellte oder sehr kurz gereifte Rohwürste darstellen, hierbei kann ein Infektionsrisiko nicht vollständig ausgeschlossen werden. Zur Beurteilung von Rohschinken sind weitere Untersuchungen notwendig.

A major argument for incorporating deciduous tree species in coniferous forest stands is their role in the amelioration and stabilisation of biogeochemical cycles. Current forest management strategies in central Europe aim to increase the area of mixed stands. In order to formulate statements about the ecological effects of mixtures, studies at the stand level are necessary. In a mixed stand of Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) and silver birch (Betula pendula Roth) in the Ore Mountains (Saxony, Germany), the effects of these two tree species on chemical and microbial parameters in the topsoil were studied at one site in the form of a case study. Samples were taken from the O layer and A horizon in areas of the stand influenced by either birch, spruce or a mixture of birch and spruce. The microbial biomass, basal respiration, metabolic quotient, pH-value and the C and N contents and stocks were analysed in the horizons Of, Oh and A. Significantly higher contents of microbial N were observed in the Of and Oh horizons in the birch and in the spruce-birch strata than in the stratum containing only spruce. The same was found with respect to pH-values in the Of horizon and basal respiration in the Oh horizon. Compared to the spruce stratum, in the birch and spruce-birch strata, significantly lower values were found for the contents of organic C and total N in the A horizon. The findings of the case study indicated that single birch trees have significant effects on the chemical and microbial topsoil properties in spruce-dominated stands. Therefore, the admixture of birch in spruce stands may distinctly affect nutrient cycling and may also be relevant for soil carbon sequestration. Further studies of these functional aspects are recommended.