Heidelberg, Universiẗat, Diss., 2001.

Konstanz, Univ., Diss., 2006.

Zugl.: Berlin, Freie Univ., Diss., 2007

Techn. Univ., Diss.--Berlin, 2001.

Schimmelpilze können in Abhängigkeit des Immunstatus und der Vorerkrankungen betroffener Patienten unterschiedliche Krankheitsbilder wie Hypersensitivitäts-erkrankungen oder lebensbedrohliche invasive Infektionen hervorrufen. Da die Diagnosestellung dieser Erkrankungen mitunter komplex und insensitiv ist, sollten im Rahmen dieser Arbeit unterschiedliche Ansätze neuer diagnostischer Assays untersucht werden. In den letzten Jahren wurden Assays entwickelt, die auf Basis durchflusszytometrisch quantifizierter Pilz-spezifischer T-Zellen aus peripherem Blut einen supportiven Biomarker zur Diagnostik invasiver Mykosen liefern könnten. Da die hierfür isolierten T-Zellen anfällig gegenüber präanalytischer Lagerzeiten und immunsuppressiver Medikation sind, wurden hier Protokolloptimierungen vorgenommen, um anhand eines Vollblut-basierten Assays mit zusätzlicher CD49d-Kostimulation diesen Limitationen entgegen zu wirken. In einer Studie an gesunden Probanden konnte dabei gezeigt werden, dass die Kombination der Durchflusszytometrie mit ausgewählten Zytokin-Messungen (IL-5, IL-10 und IL-17) zu einer verbesserten Erkennung vermehrt Schimmelpilz-exponierter Personen beitragen könnte. Neben Infektionen könnten dabei im umwelt- und arbeitsmedizinischen Kontext Polarisationen der T-Zell-Populationen detektiert werden, welche mit Sensibilisierungen und Hypersensitivität assoziiert werden. Zusätzlich wurde ein in vitro Transwell® Alveolarmodell zur Simulation pulmonaler Pilzinfektionen für Erreger der Ordnung Mucorales adaptiert, durch Reproduktion wichtiger Merkmale der Pathogenese von Mucormykosen validiert, und für Untersuchungen der Immunpathologie und Erreger-Invasion verwendet. Das Modell wurde anschließend zur in vitro Evaluation von radioaktiv markiertem Amphotericin B mit 99mTc oder 68Ga als nuklearmedizinischen Tracer verwendet. Die untersuchten Schimmelpilze zeigten dabei eine zeit- und dosis-abhängige Aufnahme der Tracer, während bakteriell infizierte Proben nicht detektiert wurden. Die erhobenen Daten dokumentieren ein vielversprechendes Potenzial von Amphotericin B-basierten Tracer, das in zukünftigen in vivo Studien weiter evaluiert werden sollte. / Depending on the immune constitution and predisposing illnesses, moulds can cause a variety of diseases ranging from hypersensitivity syndromes to life-threatening invasive infections. As the diagnosis of mould-associated diseases remains challenging, this work aimed to refine immunological assays and to develop molecular imaging protocols for pulmonary mould infections. Recently, a flow cytometric assay for mould specific T cell quantification has been proposed as a novel supportive biomarker to diagnose invasive mycoses. As these assays are susceptible to pre-analytic delays and immunosuppressive drugs, a whole blood-based protocol with enhanced CD28 plus CD49d co-stimulation was developed and was shown to be less prone to these limitations. In addition, a study on healthy volunteers demonstrated the applicability of flow cytometric antigen-reactive T cell quantification as a surrogate of environmental mould exposure, especially when combined with T-cellular cytokine measurements (specifically, IL-5, IL-10, and IL-17). Therefore, these assays could potentially be used to detect polarizations of T-cell populations associated with sensitization and hypersensitivity, e. g. in allergology and occupational medicine. Moreover, an in vitro Transwell® alveolar model of invasive pulmonary mould infections has been adapted to study mucormycoses, validated by recapitulation of known pathogenicity factors, and used to characterize the immunopathology and epithelial invasion of Mucorales. The Transwell® model was subsequently used to evaluate radioactively labelled Amphotericin B with either 99mTc or 68Ga as a potential nuclear medical tracer. Time- and dose-dependent enrichment of the tracers was found in both Aspergillus and Mucorales, whereas samples infected with bacteria showed negligible uptake. These in vitro data document a promising potential of radiolabeled amphotericin B for molecular imaging of invasive mycoses and encourage further evaluation in animal models.

Gesunde sowie qualitativ hochwertige Nahrungsmittel sind wichtige Voraussetzungen, um einerseits die Lebensmittelsicherheit entlang der Wertschöpfungskette (Wachstum, Verarbeitung, Lagerung und Transport) und andererseits einen vorbeugenden Verbraucherschutz zu gewährleisten. Die Belastung der Nahrung mit Rückständen jeglicher Art war in letzter Zeit häufig Mittelpunkt heftiger öffentlicher Diskussionen. Zahlreiche Untersuchungen haben gezeigt, dass unter bestimmten Bedingungen durch Pilze gebildete Giftstoffe, so genannte Mykotoxine, die Ernteprodukte belasten und es bei deren Verzehr durch Menschen oder Tiere zu Vergiftungen kommen kann. Die FAO schätzt, dass etwa 25% der Weltproduktion von Nahrungsmitteln mit Mykotoxinen kontaminiert und in 20% der Getreideernte der Europäischen Union messbare Konzentrationen an Mykotoxinen detektierbar sind. Damit die Lebensmittelsicherheit weiterhin gewährleistet bleibt, werden neben den Routinemethoden schnellere und zerstörungsfreie Methoden benötigt, um die Lebensmittel direkt vor Ort auf Schimmelpilze und deren Mykotoxine zu untersuchen. In dieser Arbeit wird das Potenzial von ausgewählten optisch-basierten spektroskopischen Methoden für die in-situ bzw. in-line Detektion von Schimmelpilzen sowie Mykotoxinen in Getreide(produkten) untersucht. Es werden Absorptions- und Reflexionsmethoden einerseits und Fluoreszenztechniken andererseits eingesetzt. Die spektroskopischen Methoden werden dabei auf Proben unterschiedlicher Komplexität angewandt - beginnend mit der Untersuchung der photophysikalischen Eigenschaften der reinen Mykotoxine in Lösung über künstlich mit verschiedenen Mykotoxinen kontaminierten Getreideproben bis hin zu mit Pilzen befallenem Getreide und hochveredelte Lebensmittel (Wein und Bier) als Proben höchster Komplexität. / Problems of food safety have led to an increasing concern regarding contamination of foods and feeds with mycotoxins and the relevant toxigenic fungi, mainly Aspergillus, Penicillium and Fusarium genera. There is a real need for rapid, sensitive and inexpensive sensors for the detection of toxigenic fungi and mycotoxins, both in the field and after harvest in order to obtain real-time monitoring data on contamination and this assist in food safety assessment. This will result in an enormous cost saving to the farmers as well as to agro-food industry through the prevention and reduction of product recalls and reduced treatment costs. The German Ministry of Education and Research (BMBF) has provided funding of more than 1.9 million Euros from July 2006 to December 2009 for the large joint project "ProSeso.net2" on the development of innovative sensor-based techniques and processes in the field of food quality and safety. In this research-project "Exploration of sustainability potentials by use of sensor-based technologies and integrated assessment models in the production chain of plant related food" 13 partners from universities, non-university institutions and industry cooperate within seven subprojects. The expected results shall contribute to maintain freshness and improve safety of the food production chain. In the subproject “Indicators and sensor technology for the identification of mycotoxin producing fungi in the processing of grain” spectroscopic methods are tested for in-situ and in-line detection of moulds and/or mycotoxins. This presentation focuses on some possible spectroscopic methods for the rapid detection of mycotoxins and fungi on grains. Methods based on one- and two-photon-induced fluorescence spectroscopy are highly attractive because of their outstanding sensitivity and selectivity. In order to utilize a fluorescence technique for the analysis of the mycotoxins in food and feedstuff as well as for basic research on the fungal metabolism, the photochemistry and photophysics of the mycotoxins and fungi need to be elucidated in detail, especially the influence of solvent parameters such as polarity and pH value. Consequently, for a sensitive and selective spectroscopic analysis, it is indispensable to take the specific photophysic of the known mycotoxins into account in order to minimize serious limitations upon sensitivity, selectivity, and accuracy of a potential fluorescence-based sensing application. The spectroscopic techniques are complemented by chemometric tools (Principle Component Analysis) to extract the desired chemical information, e.g. with respect to presence of contaminations. The combination of data obtained from different spectroscopic methods (such as optimal excitation and emission wavelength, fluorescence decay times, and fluorescence quantum efficiency) on the one hand side and NIR spectroscopy on the other side shows promising results for the qualitative as well as quantitative identification of mycotoxins grains. Moreover, NIR reflectance spectra yield additional information on ingredients, moisture content, and the presence (or absence) of fungi in the sample.

Das Ziel der Untersuchungen war die Ermittlung der Grenzbedingungen von Lagerungsdichte und äußerer Luftabschlußgüte (Gasdurchlässigkeit des Zudeckmaterials), unter denen Schimmelpilzwachstum während der Silagelagerung eingeschränkt wird. Den Schwerpunkt bildeten 10 Praxis- und Laborsilierversuche mit extensiv erzeugtem Grünfutter, das aufgrund relativ hoher Rohfasergehalte allgemein schwer verdichtbar ist. In den Silagen wurde die Pilzkeimzahl sowie der Gehalt an Ergosterin und Roquefortin C bestimmt. Für die Analyse des Ergosteringehaltes wurde eine neue Methode entwickelt. Die Gasdurchlässigkeit von 1 - 8 Folienlagen der verwendeten Silierstretchfolie wurde radiometrisch gemessen. Im Versuchszeitraum (1995 - 1997) wurde Grünfutter von jahreszeitlich verschiedenen Aufwüchsen unter landwirtschaftlichen Praxisbedingungen einsiliert. Mit Hilfe drei verschiedener Ballenpressen wurden insgesamt 165 Silageballen mit unterschiedlichen Lagerungsdichten erzeugt. Die Folienlagenzahl und die Lagerdauer bei den Silageballen wurde gestaffelt. Hierdurch sollte der Einfluß des Luftabschlusses auf Gärqualität, Pilzbefall und Mykotoxingehalt in den Silagen untersucht werden. Im Labor wurden Einflußfaktoren wie der Trockenmassegehalt (T-Gehalt) des Siliergutes geprüft. In den Praxisversuchen trat bei einem T-Gehalt < 400 g/kg unabhängig von Lagerungsdichte und äußerem Luftabschluß eine relativ starke Buttersäurebildung in den Silagen auf. Dagegen wurden bei einem T-Gehalt > 450 g/kg bei ausreichendem Luftabschluß buttersäurefreie (£ 0,3 % T) Silagen erzielt. Hier lag offenbar ein ausreichender T-Gehalt zur Sicherung einer guten Gärqualität vor. In allen Versuchen stellte die Erhöhung der Lagerungsdichte die primäre Grundlage zur Erzeugung eines ausreichenden Luftabschlusses in den Silagen dar. Die äußere Luftabschlußgüte besaß im Vergleich dazu sekundären Charakter. Als notwendige Grenzbedingungen des Luftabschlusses zur Erzeugung einer guten Gärqualität sowie zur Einschränkung von Pilzbefall in den Silagen erwiesen sich: (1) eine Lagerungsdichte von mindestens 200-210 kg T/m³ und (2) eine maximale Gasdurchlässigkeit des Zudeckmaterials von 1,7 l/m² in 24 Stunden (6 Folienlagen der verwendeten Silierstretchfolie). Ein ausreichender Luftabschluß war die Voraussetzung für die Wirksamkeit von Silierzusätzen hinsichtlich der Einschränkung von Pilzbefall und der Verbesserung der Gärqualität in den Silagen. Die Mykotoxinbildung in den Silagen, die am Beispiel des Vorkommens von Roquefortin C (ROF) untersucht worden ist, wurde ungeachtet von Lagerungsdichte und äußerem Luftabschluß vor allem durch den T-Gehalt des Siliergutes beeinflußt. Bei einem T-Gehalt < 450 g/kg enthielten etwa 88 % der in diesem T-Bereich vorliegenden Silagen Roquefortin C. Bei einem T-Gehalt zwischen 450 und 550 g/kg enthielten noch etwa 10 % der hier vorliegenden Silagen Roquefortin C, überwiegend aber im Bereich der Nachweisgrenze von ³ 0,05 mg ROF/kg T. Bei einem T-Gehalt > 550 g/kg wurde in den Silagen Roquefortin C nicht nachgewiesen. Die insgesamt in den Silagen gemessenen Gehalte an Roquefortin C waren mit < 1,0 mg ROF/kg T relativ niedrig. Sie sind bei Verfütterung der Silagen an Wiederkäuer nach dem gegenwärtigen Erkenntnisstand toxikologisch als nicht kritisch einschätzbar. / The goal of the investigation was to determine the boundary conditions of compactness and hermetic level of covering material (permeability of the covering material) to inhibit mould growth during silage storage. The emphasis was based on 10 practical and lab ensiling experiments with green forage having a relatively high content of raw fiber, which in general is difficult to compress. The silages were investigated for their mould count, as well as for their content of ergosterol and roquefortine C. A new method was developed to analyse the ergosterol content. The permeability of 1 - 8 numbers of wraps of the used ensiling stretch film was measured by radiometric methods. During the experimental time (1995 - 1997), green forage from seasonally different bites were ensiled under practical agricultural conditions. Using three different balers, a total of 165 bales were wrapped at various compactness levels. The numbers of wraps and the storage period of the bales were staggered. Hereby the influence of air exclusion on fermentation quality, mould growth and mycotoxin content in the silage should be tested. In the lab, factors such as the dry matter content (d-content) of the green forage were tested. In the practical experiments, the results showed that at a d-content of < 400 g/kg, a relatively high amount of butyric acid formed in the silages, independent of the compactness and hermetic level of the covering material. Whereas, at a d-content of > 450 g/kg, no butyric acid (£ 0,3 % dry matter) was found in the silages with sufficient air exclusion. Here, the d-content to ensure a good fermentation quality was sufficient. In all experiments, the primary way to generate sufficient air exclusion in the silages was to increase the compactness. Compared with this, the hermetic level of covering material had secondary character. To get a sufficient fermentation quality, as well as an inhibition of mould growth in the silages, necessary boundary conditions of air exclusion were: (1) a compactness of at least 200-210 kg T/m³ and (2) a maximum permeability of the covering material of 1,7 l /m² in 24 hours (6 numbers of wraps of the used ensiling stretch film). Sufficient air exclusion was necessary for the effectiveness of the silage additives in inhibiting mould growth and improving the fermentation quality in the silages. The mycotoxin formation in the silages, investigated by measuring the occurrence of roquefortine C (ROF), was influenced mainly by the dry matter content of the ensiled material, regardless of the compactness and hermetic level of covering material. At a dry matter content of < 450 g/kg, about 88 % of the silages contained roquefortine C. Between 450 to 550 g/kg dry matter about 10 % of the silages containing roquefortine C, however, at low levels in the range of the detectable content of ³ 0,05 mg ROF/kg dry matter. At a dry matter content of > 550 g/kg, no roquefortine C was found in the silages. Summarised, the measured amounts of < 1,0 mg ROF/kg roquefortine C in the silages is considered to be relatively low. Within the actual state of knowledge of toxicology, it is not considered dangerous to feed ruminant animals with silages containing these low amounts of roquefortine C.

Growth of mould fungi on packaging material reduces the product quality. Eco-fungicidal substances ensure an environmentally friendly approach to prevent this problem during the service life of the product. The bark of poplar trees, as a by-product of short rotation plantations, can be a new source for obtaining bio-fungicidal substances. The types and amount of the eco-fungicidal substances in different poplar clones were investigated with GC/MS and extracted from the raw material with different methods and adapted solvent series. After applying the eco-fungicidal substances to packaging material exposed to a mixture of mould fungi, the resistance against mould growth was monitored for several weeks. The bark extracts have shown promising results in reducing the growth speed of the mould and testing of separate fungicidal substances in the bark showed that substances such as phenol, chatecol and salicylic alcohol can prevent the mould growth.:1 Introduction 2 Material and Methods 2.1 Poplar bark 2.2 Bark Extraction 2.3 Bark fibre production 2.4 Laboratory sheets 2.5 Mould fungi 3 Results and discussion 3.1 Fungicidal components in poplar bark 3.2 Evaluating the fungicidal properties 4 Outlook 5 Acknowledgement 6 Literature / Ein Wachstum von Schimmelpilzen auf Verpackungsmaterialien reduziert deren Produktqualität. Biofungizide Substanzen stellen eine umweltfreundliche Variante zur Vermeidung dieses Problems während der Nutzungsdauer des Produktes dar. Pappelrinde als Nebenprodukt von Kurzumtriebsplantagen ist neue Quelle für die Gewinnung fungizider Substanzen. Art und Menge der biofungiziden Substanzen wurden mittels GC/MS untersucht, die geeigneten Substanzen wurden mittels verschiedener Methoden und angepasster Lösemittelreihen aus dem Rohmaterial gewonnen. Verpackungsmaterialien mit applizierten biofungiziden Substanzen wurden einer Mischung aus verschiedenen Schimmelpilzen ausgesetzt. Die Resistenz gegenüber dem Wachstum der Schimmelpilze wurde über mehrere Wochen beobachtet. Die Rindenextrakte zeigten vielversprechende Ergebnisse bei der Reduzierung der Geschwindigkeit des Wachstums der Schimmelpilze. Die Prüfung ausgewählter, in der Rinde vorhandener Substanzen hat gezeigt, dass beispielsweise Phenol, Brenzcatechin und Salizylalkohol das Wachstum von Schimmelpilzen einschränken kann.:1 Introduction 2 Material and Methods 2.1 Poplar bark 2.2 Bark Extraction 2.3 Bark fibre production 2.4 Laboratory sheets 2.5 Mould fungi 3 Results and discussion 3.1 Fungicidal components in poplar bark 3.2 Evaluating the fungicidal properties 4 Outlook 5 Acknowledgement 6 Literature