Antibiotics are essential drugs in modern medicine. After consumption antibiotics are excreted in unmetabolized form in the urine and reach our sewage treatment plants (STP). STP are not able to degrade all antibiotics leading to release of antibiotics into the aquatic environment. Aquatic animals are thus continuously exposed to antibiotics. This study involved assessment of the toxicity of eight antibiotics previously detected in the river Fyrisån, Uppsala, Sweden, in developing zebrafish (Danio rerio) embryos up to day six of age. The experiments included assessment of embryonal toxicity for the individual antibiotics as well as mixtures of all antibiotics.  The mixtures were based on previously measured concentrations in river Fyrisån and tested in increasing concentrations up to 1000-times higher concentrations. In the toxicity assessment different lethal and sublethal endpoints were observed, such as early movements, heart rate, hatching time and length. These experiments were followed by behaviour study observing the swimming activity during alternating dark-light alternations. Lastly, a bioaccumulation study was performed on mixtures of antibiotics to determine if these antibiotics were bioaccumulative in zebrafish embryos. The results showed that these eight antibiotics, individually and as a mixture did not affect any of the endpoints. As for bioaccumulation, none of the eight antibiotics were bioaccumulating in zebrafish embryos. These antibiotics seem to be non-toxic during fish embryonal development. However, the results cannot determine the long-term effects of antibiotic exposure and thus further studies are needed to assess the potential toxicity of environmentally present antibiotics to fish.

Wunden, die über eine Zeit von mehreren Monaten nicht abheilen, werden als chronische Wunden bezeichnet. Vor allem ältere Menschen sind betroffen. Infektionen mit Antibiotika-resistenten Bakterien können weitere Schwierigkeiten bei der Behandlung und Heilung hervorrufen. Zur Behandlung von chronischen Wunden entwickeln wir daher eine Hydrogel-basierte Wundauflage, welche heilungsfördernde Substanzen in die Wunde abgibt. Diese sind zum einen Bakteriophagen, also Viren, die Bakterien befallen und so die Infektion bekämpfen und zum anderen Wachstumsfaktoren, welche die Bildung von gesundem Gewebe anregen. Das Hydrogel wird mit diesen angereichert und reagiert mit Proteasen in der Wunde, sodass es sich teilweise auflöst und die Substanzen freigesetzt werden. Das Hydrogel basiert auf dem Polymer starPEG, welches gut verträglich ist. An einigen Stellen werden Peptide in das Hydrogel eingebaut, die von den Proteasen, welche von Bakterien oder dem Immunsystem produziert werden, zerschnitten werden. Die menschlichen Wachstumsfaktoren werden in Hefe produziert, indem die entsprechende DNA per Plasmid in diese eingebaut wird. Ein System zur effizienten Sekretion der Wachstumsfaktoren wird getestet, wodurch die Reinigung dieser für den medizinischen Einsatz erleichtert werden soll. Weiterhin wird eine computergestützte Design-Pipeline entwickelt, die es erlauben soll, verschiedene Hydrogel-Kompositionen in-silico zu testen. Damit sollen Kosten und Aufwand für Entwicklung und Anpassungen reduziert werden. Das Projekt findet im Rahmen des iGEM-Wettbewerbs im Bereich der Synthetischen Biologie statt und läuft bis zum Oktober 2022. Ziel ist es, bis dahin die einzelnen Bestandteile des Produkts zu entwickeln und im Labor getrennt zu testen. Es soll gezeigt werden, dass Bakteriophagen vom Hydrogel abgegeben werden und immer noch in der Lage sind, Bakterien abzutöten. Weiterhin soll die Diffusion der produzierten Wachstumsfaktoren aus dem Hydrogel quantifiziert werden.:Chronic wounds A new dressing for treating chronic wounds Results

Infections caused by antibiotic resistant pathogenic bacteria is an increasing issue inhealthcare, and development of new antimicrobial substances could contribute to combat the continued spread. Plants have historically been used in traditional medicine, have intrinsic defense mechanisms against microbes, and could therefore be a source for new antimicrobial agents. At the Department of Chemistry and Biomedicine at Linnaeus University, Kalmar, a total of 18 extracts made from 9 different combinations of Swedish-growing plants were available.The purpose of the current thesis was to investigate possible antimicrobial effects of the plant extracts in vitro, on a selection of Gram-positive (n=3) and Gram-negative (n=4) bacterial strains. Initial screening of all 18 extracts was performed with agar-based methods including agar well diffusion and direct application on inoculated agar. Detection of concentration-dependent antimicrobial effects was performed with four extracts on Staphylococcus aureus and Enterococcus faecalis. At inhibitory concentrations, viability was estimated as colony forming units/ml (CFU/ml).Screening showed that 11 of 18 extracts affected the growth of at least one of the strains tested. Gram-positive species were affected to a greater extent than Gram-negatives. Estimation of concentration dependency showed inhibitory effects at 50 mg/l in the most potent extracts. Viability estimation revealed an average reduction for both S. aureus and E. faecalis, as compared to the positive control. In conclusion, the study showed possible antimicrobial effects of several extract-bacteria combinations, disclosing potential substances for further investigations.

Purpose Anastomotic leakage (AL) and surgical site infection (SSI) account for most postoperative complications in colorectal surgery. The aim of this retrospective trial was to investigate whether perioperative selective decontamination of the digestive tract (SDD) reduces these complications and to provide a cost-effectiveness model for elective colorectal surgery. Methods All patients operated between November 2016 and March 2020 were included in our analysis. Patients in the primary cohort (PC) received SDD and those in the historical control cohort (CC) did not receive SDD. In the case of rectal/sigmoid resection, SDD was also applied via a transanally placed Foley catheter (TAFC) for 48 h postoperatively. A propensity score-matched analysis was performed to identify risk factors for AL and SSI. Costs were calculated based on German diagnosis-related group (DRG) fees per case. Results A total of 308 patients (154 per cohort) with a median age of 62.6 years (IQR 52.5–70.8) were analyzed. AL was observed in ten patients (6.5%) in the PC and 23 patients (14.9%) in the CC (OR 0.380, 95% CI 0.174–0.833; P = 0.016). SSI occurred in 14 patients (9.1%) in the PC and 30 patients in the CC (19.5%), representing a significant reduction in our SSI rate (P = 0.009). The cost-effectiveness analysis showed that SDD is highly effective in saving costs with a number needed to treat of 12 for AL and 10 for SSI. Conclusion SDD significantly reduces the incidence of AL and SSI and saves costs for the general healthcare system.

Antibiotikaresistens är en av de största globala utmaningarna i sjukvården och om den mängdantibiotika som används idag fortsätter att användas i framtiden riskerar det att kosta 10 miljonermänniskor om livet varje år från år 2050. Antibiotikarester i akvatiska miljöer ökar risken förspridning av antibiotikaresistenta bakterier. Vissa antibiotikum är även toxiska för vattenlevandeorganismer. Dagens vattenreningsverk är inte utformade att rena vatten från antibiotikaresteroch därför följer resterna med vattnet ut i recipienten. För att lösa det här problemet behövervattenreningsverk utvecklas med nya reningsmetoder för att kunna rena antibiotika och vårdenmåste minska användandet i sjukvården. De kopplade globala målen kopplade till detta problemär mål 3 “God hälsa och välbefinnande”, 6 “rent vatten och sanitet”, 11 “hållbara städer ochsamhällen”, 14 “hav och marina resurser” (Globala målen, 2021a; Globala målen, 2021b;Globala målen, 2021c; Globala målen, 2021d). Arbetet undersöker potentiella lösningar förutveckling av vattenreningsverk och alternativa behandlingsmetoder för att minska användandetav antibiotika inom sjukvården. För att göra detta har intervjuer med respondenter på Gävlesjukhus och Duvbackens reningsverk genomförts för att hitta brister i dagens teknik.Förbättringsförslagen är baserade på vetenskapliga artiklar och myndigheters hemsidor. I EUfinns det inga krav gällande att producenterna av läkemedel ska granska den verkligamiljöpåverkan läkemedlet har efter att det har godkänts för försäljning. Antibiotikaläkemedel ärbiologiskt aktiva föreningar vilka, även i små mängder, kan påverka det akvatiska ekosystemetnegativt. Penicillin är det vanligaste använda antibiotikan i Gävles sluten- och primärvård.Slutenvården utgör den största gruppen av antibiotikaanvändare men beaktas bör att det är okänthuruvida dessa användare tidigare kommer från primärvården. Det är också okänt hur stor andelav inköpta läkemedel som faktiskt använts. De reningstekniker bäst lämpade att använda påvattenreningsverk för att rena antibiotikarester varierar och beror bland annat på klimat,resurser och vilken typ av antibiotika som finns i avloppsvattnet. Ozonering är positivt eftersomdet är effektivt mot antibiotikasubstanser med brett spektrum. Det ger heller inte någonpåverkan på slam från vattenreningsverket eftersom ozonet löses upp och blir till syre efterreningen. Ozonering är ofta mest effektiv i kombination med andra reningstekniker vilket kallasför hybridprocesser. Adsorption är effektivt för rening av antibiotikarester och den vanligametoden kolbaserad adsorption är effektiv vid rening av tetracyklinrester. Metoden är effektiveftersom det tar upp mycket av resterna samt att energikostnaden är låg. Sandfilter är en brametod för att rena bort antibiotikaresistenta bakterier och dessutom renar filtrets adsorptionockså rester av tetracyklin. Genom att införa en reningsteknik kombinerad med aktivt kol ochozonering för att rena antibiotikarester från avloppsvattnet samt att använda vakuumassisteradsårbehandling kan användandet av antibiotika minska. / Antibiotic resistance is one of the biggest global challenges in modern day healthcare and ifcontinued use of antibiotics in the same amount as today, it will kill 10 million people every yeararound 2050. Antibiotic residues in aquatic environments increase the risk of spreading ofspreading antibiotic resistant bacteria. Some antibiotics are also toxic to aquatic organisms.Because the wastewater plants are not designed to purify the water from antibiotics the residuescontinue with the water to the recipient. To solve the problem the wastewater plants needs toupgrade with new technology and the healthcare industry reduces the amount prescribedantibiotics. The UN global goals connected to this issue is goal 3 “Good health and well-being”,6 “clean water and sanitary”, 11 “sustainable cities and communities” and 14 “life below water”(Global goals). This study explores potential developments in the wastewater plants andalternatives for antibiotics in healthcare by interviewing respondents at the hospital in Gävle andthe wastewater plant Duvbacken to find the deficiencies of today. Included suggestions are basedon scientific articles and Swedish agencies. There is no requirement for the medicalmanufacturers within the EU to examine the environmental impact of medicines after they havebeen approved for sale. Antibiotic drugs are biologically active compounds which, even in smallamounts, can adversely affect the aquatic ecosystem. Penicillin is the most widely used antibioticin Gävle's inpatient and outpatient care. Outpatient care constitutes the largest group ofantibiotic users, but it should be taken into account that people from this group may havepreviously belonged to inpatient care. It is also unknown how much of each purchased drug thatis used. The treatment techniques that are best suited to use at water treatment plants to purifyantibiotic residues vary and depend on the climate, resources and the type of antibiotics found inthe wastewater. Ozonation is positive as it is effective for broad spectrum antibiotics. It also hasno effect on sludge from the water treatment plant because the ozone dissolves and becomesoxygen after the treatment. Ozonation is often most effective when combined with otherpurification techniques which is called hybrid processes. Adsorption is effective for thepurification of antibiotic residues and the usual method of carbon-based adsorption is effective inthe purification of tetracycline residues. The method is effective because it absorbs much of theresidues at a low energy cost. Sand filter is an effective method to clean away antibiotic-resistantbacteria and in addition, the adsorption of the filter also cleans residues of tetracycline. Byintroducing a purification technique combined with activated carbon and ozonation to purify thewastewater in wastewater plants and to use vacuum assisted wound treatment, the use ofantibiotics can be reduced.

Die Untersuchung der antimikrobiellen Fähigkeiten von Bodenisolaten ist von großer Bedeutung, um neue antibiotische Substanzen zu entdecken. Im Rahmen eines mikrobiologischen Praktikums wurden von Studierenden Bodenproben gesammelt und daraus 32 Streptomyces-Isolate gewonnen. Diese Isolate wurden auf ihre antimikrobiellen Leistungen untersucht und taxonomisch eingeordnet. Mittels Multi-Locus-Sequenz-Typisierung (MLST) wurden die 32 Bodenisolate der Gattung Streptomyces zugeordnet. Es gelang, alle Isolate erfolgreich dieser Gattung zuzuordnen. Allerdings konnte nicht für jedes Isolat eine eindeutige Spezieszugehörigkeit durch MLST festgestellt werden. Der Fokus lag insbesondere auf der detaillierten Analyse und Charakterisierung der Bodenisolate #4I1 und #12I2. Mittels Baumrekonstruktionen, basierend auf 16S-rRNA, MLST- und Gesamtgenomanalysen, wurden diese Stämme der Spezies Streptomyces silvae For3T zugeordnet. Das Genom des endophytischen Streptomyces sp. M3, welches aus der NCBI-Datenbank entnommen wurde, konnte ebenfalls dieser Spezies zugeordnet werden. Weiterhin wurde eine vergleichende Genomanalyse durchgeführt, um die genetische Struktur und die metabolischen Eigenschaften der S. silvae-Stämme zu erforschen. Diese umfassenden genetischen Untersuchungen trugen erheblich zum Verständnis der innerartlichen Variabilität und der adaptiven Merkmale der untersuchten Streptomyces-Stämme bei. Die physiologischen Profile der S. silvae-Stämme wurden mittels verschiedener Tests auf ihre antimikrobiellen Eigenschaften und ihre Anpassungsfähigkeit an verschiedene Umweltbedingungen untersucht. Besondere Aufmerksamkeit wurde dem Stamm S. silvae #4I1 gewidmet. Dieser wurde ausführlichen physiologischen Tests unterzogen, um eine präzise taxonomische Beschreibung als Repräsentant seiner Spezies zu ermöglichen. Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass die S. silvae-Stämme ein breites Spektrum antimikrobieller Aktivitäten aufweisen. Die Ergebnisse der vergleichenden Genomanalyse verdeutlichten eine enge evolutionäre Verwandtschaft zwischen den S. silvae-Stämmen und offenbarten das Potenzial dieser Stämme zur Produktion von Sekundärmetaboliten, die zur Bekämpfung von pathogenen Mikroorganismen beitragen könnten.:Inhaltsverzeichnis___________________________________________________ I Abkürzungsverzeichnis______________________________________________ VI Zusammenfassung________________________________________________ VIII Summary_________________________________________________________ X Einleitung________________________________________________________ 1 Antibiotika________________________________________________________ 1 Innovative Lösungen zur Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen_____________ 3 Identifizierung von Antibiotikaklassen mittels Ganzzell-Biosensoren____________ 4 Gattung Streptomyces______________________________________________ 6 1.4.1 Merkmale und Lebensweise von Streptomyces spp.___________________ 8 1.4.2 Genomstruktur von Streptomyces: Charakteristika und Besonderheiten___ 13 1.4.3 Genomische Organisation der Gene für Sekundärmetaboliten in Streptomyces spp. ____ 15 Zielstellung______________________________________________________ 17 2 Material und Methoden___________________________________________ 18 Verwendete Laborgeräte____________________________________________ 18 Materialien______________________________________________________ 19 2.2.1 Verbrauchsmaterialien_________________________________________ 19 2.2.2 Chemikalien_________________________________________________ 19 2.2.3 Medien_____________________________________________________ 21 2.2.4 Verwendete Bakterienstämme und Oligonukleotide___________________ 29 Physiogische Methoden____________________________________________ 31 2.3.1 Isolierung und Herstellung der Sporensuspensionen von Streptomyces spp. aus Bodenproben 31 2.3.2 Kultivierung der Streptomyces-Stämme____________________________ 32 2.3.3 Kultivierung der Biosensoren und Testorganismen___________________ 33 Methodische Herangehensweisen zur Evaluierung der antimikrobiellen Aktivitäten von Streptomyces spp. 34 2.4.1 Evaluierung des Hemmpotenzials von Streptomyces-Stämmen gegenüber ausgewählten Testorganismen 34 2.4.2 Biosensor-basierte Identifikation antibiotischer Substanzklassen_________ 36 Vergleichende Morphologie der S. silvae-Stämme 37 Physiologische Charakterisierung von S. silvae #4I1______________________ 37 2.6.1 Morphologie und Bildung melanoider Pigmente______________________ 37 2.6.2 Bestimmung der Nutzung verschiedener Kohlenstoffquellen sowie der Natriumchloridtoleranz und Lysozymresistenz_ 37 2.6.3 Evaluierung der pH-Präferenzen_________________________________ 38 2.6.4 Bestimmung der Hämolyseaktivität________________________________ 39 2.6.5 Bestimmung des Temperaturoptimums_____________________________ 39 2.6.6 Analyse der Mikromorphologie mittels Elektronenmikroskopie___________ 39 Molekularbiologische und genetische Methoden__ 40 2.7.1 Isolation genomischer DNA aus Bodenisolaten______________________ 40 2.7.2 Messung der Konzentration genomischer DNA______________________ 40 2.7.3 Gesamt-Genom-Sequenzierung__________________________________ 40 2.7.4 MLST (Multi-Locus-Sequenz-Typisierung)__________________________ 41 2.7.4.1 PCR (Polymerasekettenreaktion)_______________________________ 41 2.7.4.2 Gelektrophorese____________________________________________ 43 2.7.4.3 Extraktion und Aufreinigung der PCR-Produkte____________________ 43 2.7.4.4 Sequenzierung der PCR-Produkte______________________________ 43 Bioinformatische Methoden__________________________________________ 44 2.8.1 Anwendung der MLST-Methode bei den Bodenisolaten________________ 44 2.8.2 Bioinformatische Methoden zur vergleichenden Genomik der vier S. silvae-Stämme ___ 45 2.8.3 Bioinformatische Strategien zum Genomassembling__________________ 46 2.8.3.1 Optimierung der Sequenzdaten aus der Gesamtgenomsequenzierung__ 47 2.8.3.2 de-novo-Genomassembling___________________________________ 48 2.8.3.3 Mapping__________________________________________________ 48 2.8.3.4 Extraktion der Genomsequenz_________________________________ 50 2.8.3.5 Auswahl der Referenzsequenzen für die Contig-Verschmelzung (Scaffolding) _ 50 2.8.3.6 Genomrekonstruktion durch Scaffolding__________________________ 51 2.8.4 Bioinformatische Ansätze zur Ermittlung genomischer Kennziffern________ 52 2.8.4.1 Berechnung des ANI-Wertes___________________________________ 53 2.8.4.2 Berechnung des genomischen GC (Guanin-Cytosin)- und AT (Adenin-Thymin)-Gehaltes 53 2.8.4.3 Berechnung des GC-Versatzes_________________________________ 54 2.8.5 16S-rRNA-Analyse____________________________________________ 55 2.8.5.1 16S-rRNA-Sequenzextraktion__________________________________ 55 2.8.5.2 16S-rRNA-Prozessierung und Alignment__________________________ 56 2.8.5.3 Generierung des 16S-rRNA-Baums_____________________________ 57 2.8.6 AutoMLST_______________________________________________________ 59 2.8.7 Gesamtgenom-basierte Konstruktion eines phylogenetischen Baumes____ 60 2.8.8 Genomische Charakterisierung und Identifizierung relevanter Gencluster in den Genomen von S.silvae__ 61 2.8.8.1 Genannotation___________________________________________________ 61 2.8.8.2 Identifikation von BGCs_______________________________________ 62 2.8.8.3 Identifikation von Antibiotikaresistenzgenen_______________________ 63 2.8.9 Visualisierung____________________________________________________ 63 2.8.9.1 Erstellung zirkulärer Genomkarten______________________________ 64 2.8.9.2 MAUVE-Alignement__________________________________________ 64 3 Ergebnisse_____________________________________________________ 66 Systematische Taxonomie von Streptomyces-Bodenisolaten mittels MLST__ 66 Vielfalt und Spezifität von Streptomyces-Isolaten: Inhibitorische Kapazitäten und biosensorische Charakterisierungen_ 69 3.2.1 Bestimmung der inhibitorischen Kapazität von Streptomyces-Isolaten gegenüber ausgewählten Testorganismen__70 3.2.2 Systematische Evaluierung der biosensorischen Profile von 36 Streptomyces-Stämmen _ 73 Komparative Genomanalyse von S. silvae______ 78 3.3.1 Optimierung der Genomassemblierung der Streptomyces-Isolate #12I2 und #4I1 ______ 79 3.3.2 Phylogenetische Einordnung von S. silvae-Stämmen mittels 16S-rRNA-Analyse und MLST 81 3.3.3 GBDP-gestützte Analyse zur Aufklärung der Phylogenie von S. silvae-Stämmen_______ 82 3.3.4 Komparative Genomkartografie zur Visualisierung der genetischen Diversität in der S. silvae-Klade_ 84 3.3.5 Identifikation homologer Genombereiche___________________________ 88 3.3.6 Vergleichende Analyse der BGCs für Sekundärmetabolite in den vier S. silvae-Genomen 91 3.3.7 Komparative Analyse der Antibiotikaresistenz-assoziierten Gentypen in den S. silvae-Stämmen__ 95 Vergleichende physiologische Untersuchungen von S. silvae-Stämmen________ 99 3.4.1 Differenzierte Analyse antimikrobieller Aktivitäten von S. silvae-Stämmen in Abhängigkeit vom Nährmedium__ 99 3.4.2 Klassifikation der antimikrobiellen Sekundärmetaboliten von S. silvae-Stämmen unter Einsatz lumineszierender Biosensoren_101 3.4.3 Vergleichende Analyse der Makromorphologie von S. silvae-Stämmen auf diversen Nährmedien_ 103 Physiologische Charakterisierung von S. silvae #4I1_____________________ 106 3.5.1 REM-basierte Untersuchung der Mikromorphologie von S. silvae #4I1___ 107 3.5.2 Morphologische Analyse und Melanoidpigmentsynthese von S. silvae #4I1 auf ISP-Medien__ 108 3.5.3 Analyse des Verwertungsspektrums von Kohlenstoffquellen durch S. silvae #4I1 _____ 110 3.5.4 Bestimmung der Salztoleranz von S. silvae #4I1_____________________ 112 3.5.5 Einfluss des pH-Wertes auf das Wachstum von S. silvae #4I1__________ 113 3.5.6 Bestimmung der Lysozymresistenz bei S. silvae #4I1_________________ 114 3.5.7 Untersuchung der hämolytischen Aktivität von S. silvae #4I1___________ 116 3.5.8 Bestimmung der Temperaturpräferenz von S. silvae #4I1______________ 117 4 Diskussion____________________________________________________ 118 Genetische und Phänotypische Diversität der Streptomyces-Isolate__________ 119 4.1.1 MLST-basierte Einordnung und genetische Diversität der Streptomyces-Isolate _______ 119 4.1.2 Kultivierbarkeit der Streptomyces-Isolate__________________________ 119 4.1.3 Hemmeffekte von Streptomyces-Isolaten__________________________ 120 4.1.4 Biosensorische Profile und antimikrobielle Fähigkeiten von Streptomyces-Bodensolaten 123 Fokussierte Untersuchungen der S. silvae-Stämme_______ 125 4.2.1 Signifikanz der 16S-rRNA-Sequenzidentität in S. silvae_______________ 125 4.2.2 Etablierung von S. silvae als monophyletischen Gruppierung__________ 126 4.2.3 Sekundärmetabolismus und der Einfluss variabler Kulturbedingungen auf die antimikrobielle Aktivität und Biosensor-Induktion der S. silvae-Stämme__130 5 Ausblick______________________________________________________ 139 Literaturverzeichnis_______________________________________________ 142 Anhang________________________________________________________ 173

The most frequent intervention performed by physicians is the writing of a prescription. Modern medicine has been remarkably effective in managing diseases. Medicines play a fundamental role in the effectiveness, efficiency and responsiveness of health care systems. However, health care expenditure is a great cause for concern and many nations around the world struggle to contain rising health care costs. Pharmaceutical benefit management programmes such as pharmacoeconomics, drug utilisation review (DUR) and disease management have emerged as control tools to ensure cost effective selection and use of medicine. These managed care instruments are often used to determine whether new strategies or interventions, such as the implementation of a managed medicine reference price list, are appropriate and have "value". The general objective of this study was to investigate the influences of the implementation of a managed medicine reference price list on the usage and cost of antibiotic medicine in the private health care sector of South Africa. The research design used in this study was retrospective, non-experimental and quantitative. The data used for the analysis were obtained over a two-year study period (1 May 2001 to 31 April 2003) from the central medicine claims database of Medschem&. Data was analysed according to prevalence, cost and original (innovator) or generic medicine items. For the purpose of this study antibiotics referred to beta-lactams (penicillins, cephalosporins and "others"), erythromycin and other macrolides, tetracyclines, sulphonamides and combinations, quinolones, chloramphenicol and aminoglycosides. The results of the empirical investigation showed the total number of medicine items claimed during the study period amounted to 49098736 medicine items having a total expenditure of R7150344897.00. There was a decrease in the prevalence of original (innovator) products during the two-year period. The prevalence of generic products increased from 25.87% to 32.47%. A total of 4092495 antibiotic medicine items were claimed with a total cost of R526309279.43 representing 7.36% (n = R7150344897.00) of all pharmaceutical products purchased during the two-year period. Original antibiotics had a prevalence of 42.32%, while generic antibiotics constituted 57.68% of all antibiotic products claimed (n = 4092495). However, original (innovator) products contributed 62.32% and generic products 37.68% to the total cost of all antibiotics claimed. It was concluded that the beta-lactam antibiotics represented 56.99% of all antibiotics claimed (n = 4092495) and contributed 52.51% to the total antibiotic expenditure (n = R526309279.43) for the two-year period. The average cost of beta-lactam items ranged between R112.88 * 69.95 and R122.18 + 81.42. The Medschema Price List (MPL) was implemented in May 2001. The aim of this reference pricing system was to allocate a ceiling price to a group of drugs, which are similar in terms of composition, clinical efficacy, safety and quality, with the ultimate goal to reduce medicine expenditure. During the year of implementation of the MPL 62.24% of beta-lactam antibiotics claimed (n = 1303464) were MPL listed. These products contributed 43.25% to the total cost of all beta-lactam antibiotics (n = R157142778.38). Medical aid companies reimbursed R61649211.86 for penicillins claimed and MPL listed. If all penicillin products were claimed at the ceiling price set by the MPL, a cost saving of 2.79% could have been achieved. Cost analysis indicated that it is possible to reduce health care costs by implementing strategies with the aim to reduce medicine cost. Further research, however, is necessary and in this regard recommendations for further research were formulated. / Thesis (M.Pharm. (Pharmacy Practice))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2005.

The most frequent intervention performed by physicians is the writing of a prescription. Modern medicine has been remarkably effective in managing diseases. Medicines play a fundamental role in the effectiveness, efficiency and responsiveness of health care systems. However, health care expenditure is a great cause for concern and many nations around the world struggle to contain rising health care costs. Pharmaceutical benefit management programmes such as pharmacoeconomics, drug utilisation review (DUR) and disease management have emerged as control tools to ensure cost effective selection and use of medicine. These managed care instruments are often used to determine whether new strategies or interventions, such as the implementation of a managed medicine reference price list, are appropriate and have "value". The general objective of this study was to investigate the influences of the implementation of a managed medicine reference price list on the usage and cost of antibiotic medicine in the private health care sector of South Africa. The research design used in this study was retrospective, non-experimental and quantitative. The data used for the analysis were obtained over a two-year study period (1 May 2001 to 31 April 2003) from the central medicine claims database of Medschem&. Data was analysed according to prevalence, cost and original (innovator) or generic medicine items. For the purpose of this study antibiotics referred to beta-lactams (penicillins, cephalosporins and "others"), erythromycin and other macrolides, tetracyclines, sulphonamides and combinations, quinolones, chloramphenicol and aminoglycosides. The results of the empirical investigation showed the total number of medicine items claimed during the study period amounted to 49098736 medicine items having a total expenditure of R7150344897.00. There was a decrease in the prevalence of original (innovator) products during the two-year period. The prevalence of generic products increased from 25.87% to 32.47%. A total of 4092495 antibiotic medicine items were claimed with a total cost of R526309279.43 representing 7.36% (n = R7150344897.00) of all pharmaceutical products purchased during the two-year period. Original antibiotics had a prevalence of 42.32%, while generic antibiotics constituted 57.68% of all antibiotic products claimed (n = 4092495). However, original (innovator) products contributed 62.32% and generic products 37.68% to the total cost of all antibiotics claimed. It was concluded that the beta-lactam antibiotics represented 56.99% of all antibiotics claimed (n = 4092495) and contributed 52.51% to the total antibiotic expenditure (n = R526309279.43) for the two-year period. The average cost of beta-lactam items ranged between R112.88 * 69.95 and R122.18 + 81.42. The Medschema Price List (MPL) was implemented in May 2001. The aim of this reference pricing system was to allocate a ceiling price to a group of drugs, which are similar in terms of composition, clinical efficacy, safety and quality, with the ultimate goal to reduce medicine expenditure. During the year of implementation of the MPL 62.24% of beta-lactam antibiotics claimed (n = 1303464) were MPL listed. These products contributed 43.25% to the total cost of all beta-lactam antibiotics (n = R157142778.38). Medical aid companies reimbursed R61649211.86 for penicillins claimed and MPL listed. If all penicillin products were claimed at the ceiling price set by the MPL, a cost saving of 2.79% could have been achieved. Cost analysis indicated that it is possible to reduce health care costs by implementing strategies with the aim to reduce medicine cost. Further research, however, is necessary and in this regard recommendations for further research were formulated. / Thesis (M.Pharm. (Pharmacy Practice))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2005.

Antibiotika sind für die Behandlung von bakteriellen Infektionskrankheiten in der Human- und Veterinärmedizin von immenser Bedeutung. Angesichts der Korrelation zwischen Antibiotika-Einsatzmengen und der Häufigkeit resistenter Organismen ist eine unsachgemäße bzw. übermäßige Verwendung dieser antibakteriellen Wirkstoffe sowie deren Eintrag über die Kläranlagen in die Umwelt äußerst problematisch. Neben Vermeidungs- und Verminderungsstrategien besteht ein Ansatz zur Problemlösung in der Entwicklung innovativer Technologien zur Entfernung von Antibiotikarückständen aus Wässern, da konventionelle Kläranlagen dieser Anforderung nicht vollständig genügen. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte und charakterisierte biologische Verfahren basiert auf genetisch modifizierten Saccharomyces cerevisiae-Zellen, welche spezielle Enzyme sezernieren, die zur Umsetzung von Antibiotika herangezogen werden können. Als Modellsystem diente die enzymatische Hydrolyse des β-Lactam-Antibiotikums Ampicillin mit der β-Lactamase TEM-1. Unter Verwendung von enzymhaltigen Hefe-Kulturüberständen gelang es, die grundsätzliche Eignung des Systems zur Entfernung dieses Antibiotikums nachzuweisen. Untersuchungen mit weiteren β-Lactam-Antibiotika zeigten in Übereinstimmung mit der Literatur, dass TEM-1 Penicilline und Cephalosporine der 1. Generation hydrolysieren kann. Am Beispiel der TEM-8 wurde die Übertragbarkeit des Expressionssystems auf andere Lactamase-Varianten erfolgreich demonstriert. Das erweiterte Wirkspektrum dieses Enzyms, welches neben Penicillinen auch Monobactame und Cephalosporine bis zur 4. Generation umfasst, konnte bestätigt werden. Eine mittels Histidin-tag gereinigte TEM-1-His wurde eingesetzt, um systematisch den Einfluss verschiedener Faktoren, wie Temperatur, Substratkonzentration oder pH-Wert, unbeeinflusst von der Matrix der Hefe-Kulturüberstände untersuchen zu können. In diesem Zusammenhang wurde auch die Übertragbarkeit der Ergebnisse von Modell- auf Realwässer, wie Kläranlagenzu- und -ablauf, untersucht, mit dem Ergebnis, dass zumindest die TEM-1 temporär in allen getesteten Matrices aktiv ist. Mit dem Ziel, auch weitere Antibiotikaklassen transformieren zu können, wurden Esterase Ere-A-produzierende Zellen zur Umsetzung von Makrolid-Antibiotika, wie Erythromycin, herangezogen. Die Analyse der gebildeten Transformationsprodukte ergab, dass die antibakterielle Wirkung jeweils durch hydrolytische Spaltung des β-Lactam- bzw. des Makrolid-Ringes irreversibel verloren geht. Somit kann dieses biologische Verfahren prinzipiell zur gezielten Inaktivierung von Antibiotika eingesetzt werden, wobei der größte Vorteil in der erheblichen Beschleunigung der natürlicherweise ablaufenden Umsetzungsprozesse besteht. Diese Methode kann als ergänzende Technologie bei der Aufbereitung von Konzentraten und Wässern aus Spezialanwendungen angewendet werden.:Glossar Abkürzungsverzeichnis Symbolverzeichnis Kurzfassung Abstract 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Zielstellung 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Antibiotika und Antibiotikaresistenzen 2.1.1 Antibiotika: Definition, Bedeutung, Einsatzmengen, Klassifikation 2.1.2 Wirkmechanismen: Antibiotika versus Antibiotikaresistenzen 2.1.3 Antibiotika und antibiotikaresistente Organismen in der Umwelt 2.1.4 β-Lactam-Antibiotika 2.1.5 Resistenzen gegenüber β-Lactam-Antibiotika 2.1.6 Makrolid-Antibiotika 2.1.7 Resistenzen gegenüber Makrolid-Antibiotika 2.2 Gentechnische Methoden zur gezielten Proteinbiosynthese 2.3 Der eukaryotische Modellorganismus Saccharomyces cerevisiae 2.4 Enzymkinetik 2.5 Spurenstoffanalytik mittels LC-MS/MS-Technik 2.5.1 Einleitung, Entwicklung und Bedeutung 2.5.2 Elektrospray-Ionisation 2.5.3 Der Quadrupol als Massenanalysator 2.5.4 Analysenmodi bei der Tandem-Massenspektrometrie 3 Material und Methoden 3.1 Verwendete Geräte und Chemikalien 3.2 Arbeiten mit gentechnisch veränderte S. cerevisiae-Zellen 3.2.1 Eingesetzte S. cerevisiae-Stämme 3.2.2 Nährmedien und Kultivierung 3.3 Gewinnung von rekombinanten, in S. cerevisiae exprimierten Enzymen 3.3.1 Gewinnung von β-Lactamase-haltigen Kulturüberständen und gereinigter MFα-TEM-1-His 3.3.2 Zellaufschluss zur Gewinnung der intrazellulären Enzyme 3.4 Einsatz der rekombinanten Enzyme zur Umsetzung von β-Lactam- und Makrolid-Antibiotika 3.4.1 Herstellung und Lagerung von Antibiotika-Stammlösungen, internen Standards und Pufferlösungen 3.4.1.1 Antibiotika-Stammlösungen 3.4.1.2 Interne Standards 3.4.1.3 Herstellung von Kaliumphosphatpuffer 3.4.2 Einsatz von enzymhaltigen Kulturüberstand 3.4.2.1 Nitrocefin-Assay 3.4.2.2 Allgemeine Vorgehensweise und Standardversuchsbedingungen 3.4.2.3 Variation der Antibiotika Konzentration 3.4.2.4 Untersuchungen mit TEM-8-haltigen Kulturüberständen 3.4.3 Einsatz von gereinigter TEM-1 β-Lactamase 3.4.3.1 Proteinbestimmung 3.4.3.2 Allgemeine Vorgehensweise und Standardversuchsbedingungen 3.4.3.3 Variation der Enzymkonzentration 3.4.3.4 Einfluss der Art des Puffers 3.4.3.5 Pufferkonzentration und Leitfähigkeit 3.4.3.6 Variation des pH Wertes 3.4.3.7 Einfluss der Temperatur 3.4.3.8 Variation des eingesetzten β-Lactam-Antibiotikums (Substrat) 3.4.3.9 Variation der AMP-Konzentration 3.4.3.10 Bestimmung der Michaelis-Menten-Konstante Km bei der AMP-Umsetzung mittels TEM-1-His 3.4.3.11 Aktivität und Stabilität der TEM-1-His in Realwässern 3.4.3.12 Bestimmung der spezifischen Enzymaktivität 3.4.4 Einsatz von zellfreien Rohextrakten 3.4.4.1 Allgemeine Versuchsbedingungen 3.4.4.2 Untersuchungen zur Esterase Ere-A 3.5 LC-MS/MS-Analytik 3.5.1 Probenvorbereitung und Herstellung von Kalibrierstandards 3.5.2 HPLC-Parameter 3.5.2.1 Zusammensetzung der Eluenten 3.5.2.2 HPLC-Methoden 3.5.3 Massenspektrometrische Parameter 3.5.4 Auswertung mittels Analyst 3.5.5 Leistungsgrenzen für die qualitative und quantitative AMP Bestimmung 3.5.6 Charakterisierung von Transformationsprodukten 4 Ergebnisse und Diskussion 4.1 Einsatz von TEM-1-haltigem Kulturüberstand zur Transformation von β-Lactam-Antibiotika 4.1.1 Entwicklung einer Versuchsvorschrift zum Nachweis der Enzymaktivität gegenüber β-Lactam-Antibiotika im Kulturüberstand 4.1.1.1 Nachweis der enzymatischen Aktivität mittels Nitrocefin-Assay 4.1.1.2 Versuche mit β-Lactam-Antibiotika 4.1.1.3 Probenvorbereitung 4.1.2 Optimierung einer HPLC-MS/MS-Methode zur Quantifizierung von β-Lactam-Antibiotika unter Berücksichtigung der Probenmatrix 4.1.3 Nachweis der Antibiotika Umsetzung mit TEM-1-haltigen Kulturüberständen 4.1.4 Wirksamkeit der TEM-1-haltigen Kulturüberstände in Abhängigkeit von ausgewählten Randbedingungen 4.1.4.1 Einfluss der Enzymkonzentration 4.1.4.2 Einfluss der Leadersequenz 4.1.4.3 Einfluss des pH-Wertes 4.1.4.4 Einflüsse auf die Enzymkonzentration im Kulturüberstand 4.1.4.5 Enzymatische Stabilität bei Lagerung 4.1.4.6 Variation der Substratkonzentration 4.1.4.7 Substratspezifität 4.1.5 Zwischenfazit 4.2 Einsatz von TEM-8-haltigem-Kulturüberstand zur Transformation von β-Lactam-Antibiotika 4.2.1 Nachweis der enzymatischen Aktivität von TEM-8 4.2.1.1 Auswahl der Modellsubstanzen AMP und CEF 4.2.1.2 Versuche zum Nachweis der TEM-8-Aktivität in nicht-gepuffertem Kulturüberstand 4.2.1.3 Nachweis der TEM-8-Aktivität unter Verwendung von MES-gepuffertem Kulturmedium 4.2.2 Wirksamkeit der TEM-8-haltigen Kulturüberständen in Abhängigkeit von ausgewählten Randbedingungen 4.2.2.1 Einfluss der Leadersequenz 4.2.2.2 Einfluss des Polyhistidin-tags 4.2.2.3 Substratspezifität 4.2.3 Vergleich TEM-1 und TEM-8 4.2.3.1 Prinzipielle Unterschiede in der Kultivierung zur Gewinnung von TEM-8 4.2.3.2 Versuche zur AMP-Umsetzung 4.2.3.3 Abnahme der AMP-Konzentration in den Kontrollproben 4.2.3.4 Versuche zur CEF-Umsetzung 4.2.4 Zwischenfazit 4.3 Einsatz von isolierter TEM-1-His zur Transformation von β-Lactam-Antibiotika 4.3.1 Nachweis der Enzymaktivität 4.3.2 Wirksamkeit des Enzyms TEM-1-His in Abhängigkeit von ausgewählten Randbedingungen 4.3.2.1 Variation der Enzymkonzentration 4.3.2.2 Variation der Pufferkonzentration und Pufferart 4.3.2.3 Variation des pH-Wertes 4.3.2.4 Variation der Temperatur 4.3.2.5 Variation des Substrates 4.3.2.6 Variation der Substratkonzentration 4.3.2.7 Kinetik der enzymatischen Reaktion mit TEM-1-His 4.3.2.8 Untersuchungen zur Umsetzung in Realwässern 4.3.2.9 Langzeitstabilität der isolierten TEM-1-His 4.3.3 Zwischenfazit: spezifische enzymatische Aktivität der TEM-1-His in Abhängigkeit von verschiedenen Versuchsparametern 4.4 Einsatz von Esterase Ere-A-haltigen Rohextrakten 4.4.1 Nachweis der Enzymaktivität im Rohextrakt 4.4.2 Wirksamkeit der Esterase Ere-A in Abhängigkeit von ausgewählten Randbedingungen 4.4.2.1 Einfluss verschiedener Puffer 4.4.2.2 Einfluss von C- und N-terminal angefügten Sequenzen 4.4.2.3 Substratspezifität 4.4.3 Zwischenfazit 4.5 Charakterisierung von Transformationsprodukten 4.5.1 Vorbemerkungen 4.5.2 Transformationsprodukte bei der Umsetzung von β-Lactam-Antibiotika 4.5.3 Einsatz der Esterase Ere A zur Transformation von Makrolid-Antibiotika 4.5.3.1 Transformationsprodukte von Erythromycin 4.5.3.2 Transformationsprodukte von Clarithromycin 4.5.3.3 Transformationsprodukte von Roxithromycin 4.5.4 Zwischenfazit 5 Zusammenfassung 6 Ausblick Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anhang A-1 Weitere Analysenmodi bei der Tandem-Massenspektrometrie A-2 Verwendete Geräte und Chemikalien A-3 HPLC-Methoden A-4 Massenspektrometrische Parameter A-5 Erster Versuch zum Nachweis der enzymatischen Aktivität von TEM-1-haltigen Kulturüberstand A-6 Nachweis der Inhibitorwirkung von Sulbactam in Kombination mit TEM-1-His A-7 TEM-1: Variation der Substratkonzentration A-8 TEM-8: Substratspezifität A-9 Vergleich der AMP-Umsetzung mit TEM-1- und TEM-8-haltigen Kulturüberständen sowie den Rohextrakten A-10 TEM-1-His: Variation des pH-Wertes A-11 TEM-1-His: Substratspezifität A-12 Ere-A: Variation der Puffer A-13 Ere-A: Substratspezifität Selbstständigkeitserklärung / Antibiotics play an important role in human and veterinary medicine for the treatment of bacterial infectious diseases. However, regarding the known correlation between the quantities of antibiotics applied and the frequency of resistant organisms, the improper and excessive use of these antibacterial agents leads to serious problems. Their presence in the environment is largely caused by sewage systems due to their incomplete removal in conventional wastewater treatment plants. Therefore, besides avoidance and reduction strategies, one approach to address this issue is to develop innovative technologies for the removal of antibiotic residues from water. The biological method developed and characterized within this work is based on genetically modified Saccharomyces cerevisiae cells, which secrete special enzymes that can be used for the transformation of antibiotics. The enzymatic hydrolysis of the β-lactam-antibiotic ampicillin by the β-lactamase TEM-1 was employed as a model system. By using enzyme-containing yeast culture supernatants, it was possible to prove the suitability of the developed system for the removal of the mentioned antibiotic. The obtained results with other β-lactam-antibiotics showed in accordance with the literature, that TEM-1 was able to hydrolyse penicillins and the cephalosporins of the first-generation. Taking TEM-8 as an example, the transferability of this expression system to alternative lactamase was successfully demonstrated. The activity of this enzyme toward an extended substrate spectrum, which includes not only penicillins but also monobactams and cephalosporins up to the fourth-generation, could be confirmed. The histidine-tagged purified TEM-1-His was used to systematically investigate the influence of various factors, such as temperature, substrate concentration or pH value, independently from the matrix of the yeast culture supernatants. Furthermore, the transferability of the results from model to real water (e. g. influent and effluent from a sewage treatment plant) was investigated with the result that TEM-1 was at least temporarily active in all tested matrices. In order to be able to transform other classes of antibiotics, esterase Ere-A-producing cells were employed to transform macrolide antibiotics, such as erythromycin. The analysis of the formed transformation products revealed that the antibacterial activity is irreversibly lost by the hydrolytic cleavage of the β-lactam or macrolide ring. Therefore, the biological process can be generally used for the selective inactivation of antibiotics, affording a considerable acceleration of the naturally occurring transformation process as its greatest advantage. This method is considered to be a complementary technology for the treatment of concentrates and water from special applications.:Glossar Abkürzungsverzeichnis Symbolverzeichnis Kurzfassung Abstract 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Zielstellung 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Antibiotika und Antibiotikaresistenzen 2.1.1 Antibiotika: Definition, Bedeutung, Einsatzmengen, Klassifikation 2.1.2 Wirkmechanismen: Antibiotika versus Antibiotikaresistenzen 2.1.3 Antibiotika und antibiotikaresistente Organismen in der Umwelt 2.1.4 β-Lactam-Antibiotika 2.1.5 Resistenzen gegenüber β-Lactam-Antibiotika 2.1.6 Makrolid-Antibiotika 2.1.7 Resistenzen gegenüber Makrolid-Antibiotika 2.2 Gentechnische Methoden zur gezielten Proteinbiosynthese 2.3 Der eukaryotische Modellorganismus Saccharomyces cerevisiae 2.4 Enzymkinetik 2.5 Spurenstoffanalytik mittels LC-MS/MS-Technik 2.5.1 Einleitung, Entwicklung und Bedeutung 2.5.2 Elektrospray-Ionisation 2.5.3 Der Quadrupol als Massenanalysator 2.5.4 Analysenmodi bei der Tandem-Massenspektrometrie 3 Material und Methoden 3.1 Verwendete Geräte und Chemikalien 3.2 Arbeiten mit gentechnisch veränderte S. cerevisiae-Zellen 3.2.1 Eingesetzte S. cerevisiae-Stämme 3.2.2 Nährmedien und Kultivierung 3.3 Gewinnung von rekombinanten, in S. cerevisiae exprimierten Enzymen 3.3.1 Gewinnung von β-Lactamase-haltigen Kulturüberständen und gereinigter MFα-TEM-1-His 3.3.2 Zellaufschluss zur Gewinnung der intrazellulären Enzyme 3.4 Einsatz der rekombinanten Enzyme zur Umsetzung von β-Lactam- und Makrolid-Antibiotika 3.4.1 Herstellung und Lagerung von Antibiotika-Stammlösungen, internen Standards und Pufferlösungen 3.4.1.1 Antibiotika-Stammlösungen 3.4.1.2 Interne Standards 3.4.1.3 Herstellung von Kaliumphosphatpuffer 3.4.2 Einsatz von enzymhaltigen Kulturüberstand 3.4.2.1 Nitrocefin-Assay 3.4.2.2 Allgemeine Vorgehensweise und Standardversuchsbedingungen 3.4.2.3 Variation der Antibiotika Konzentration 3.4.2.4 Untersuchungen mit TEM-8-haltigen Kulturüberständen 3.4.3 Einsatz von gereinigter TEM-1 β-Lactamase 3.4.3.1 Proteinbestimmung 3.4.3.2 Allgemeine Vorgehensweise und Standardversuchsbedingungen 3.4.3.3 Variation der Enzymkonzentration 3.4.3.4 Einfluss der Art des Puffers 3.4.3.5 Pufferkonzentration und Leitfähigkeit 3.4.3.6 Variation des pH Wertes 3.4.3.7 Einfluss der Temperatur 3.4.3.8 Variation des eingesetzten β-Lactam-Antibiotikums (Substrat) 3.4.3.9 Variation der AMP-Konzentration 3.4.3.10 Bestimmung der Michaelis-Menten-Konstante Km bei der AMP-Umsetzung mittels TEM-1-His 3.4.3.11 Aktivität und Stabilität der TEM-1-His in Realwässern 3.4.3.12 Bestimmung der spezifischen Enzymaktivität 3.4.4 Einsatz von zellfreien Rohextrakten 3.4.4.1 Allgemeine Versuchsbedingungen 3.4.4.2 Untersuchungen zur Esterase Ere-A 3.5 LC-MS/MS-Analytik 3.5.1 Probenvorbereitung und Herstellung von Kalibrierstandards 3.5.2 HPLC-Parameter 3.5.2.1 Zusammensetzung der Eluenten 3.5.2.2 HPLC-Methoden 3.5.3 Massenspektrometrische Parameter 3.5.4 Auswertung mittels Analyst 3.5.5 Leistungsgrenzen für die qualitative und quantitative AMP Bestimmung 3.5.6 Charakterisierung von Transformationsprodukten 4 Ergebnisse und Diskussion 4.1 Einsatz von TEM-1-haltigem Kulturüberstand zur Transformation von β-Lactam-Antibiotika 4.1.1 Entwicklung einer Versuchsvorschrift zum Nachweis der Enzymaktivität gegenüber β-Lactam-Antibiotika im Kulturüberstand 4.1.1.1 Nachweis der enzymatischen Aktivität mittels Nitrocefin-Assay 4.1.1.2 Versuche mit β-Lactam-Antibiotika 4.1.1.3 Probenvorbereitung 4.1.2 Optimierung einer HPLC-MS/MS-Methode zur Quantifizierung von β-Lactam-Antibiotika unter Berücksichtigung der Probenmatrix 4.1.3 Nachweis der Antibiotika Umsetzung mit TEM-1-haltigen Kulturüberständen 4.1.4 Wirksamkeit der TEM-1-haltigen Kulturüberstände in Abhängigkeit von ausgewählten Randbedingungen 4.1.4.1 Einfluss der Enzymkonzentration 4.1.4.2 Einfluss der Leadersequenz 4.1.4.3 Einfluss des pH-Wertes 4.1.4.4 Einflüsse auf die Enzymkonzentration im Kulturüberstand 4.1.4.5 Enzymatische Stabilität bei Lagerung 4.1.4.6 Variation der Substratkonzentration 4.1.4.7 Substratspezifität 4.1.5 Zwischenfazit 4.2 Einsatz von TEM-8-haltigem-Kulturüberstand zur Transformation von β-Lactam-Antibiotika 4.2.1 Nachweis der enzymatischen Aktivität von TEM-8 4.2.1.1 Auswahl der Modellsubstanzen AMP und CEF 4.2.1.2 Versuche zum Nachweis der TEM-8-Aktivität in nicht-gepuffertem Kulturüberstand 4.2.1.3 Nachweis der TEM-8-Aktivität unter Verwendung von MES-gepuffertem Kulturmedium 4.2.2 Wirksamkeit der TEM-8-haltigen Kulturüberständen in Abhängigkeit von ausgewählten Randbedingungen 4.2.2.1 Einfluss der Leadersequenz 4.2.2.2 Einfluss des Polyhistidin-tags 4.2.2.3 Substratspezifität 4.2.3 Vergleich TEM-1 und TEM-8 4.2.3.1 Prinzipielle Unterschiede in der Kultivierung zur Gewinnung von TEM-8 4.2.3.2 Versuche zur AMP-Umsetzung 4.2.3.3 Abnahme der AMP-Konzentration in den Kontrollproben 4.2.3.4 Versuche zur CEF-Umsetzung 4.2.4 Zwischenfazit 4.3 Einsatz von isolierter TEM-1-His zur Transformation von β-Lactam-Antibiotika 4.3.1 Nachweis der Enzymaktivität 4.3.2 Wirksamkeit des Enzyms TEM-1-His in Abhängigkeit von ausgewählten Randbedingungen 4.3.2.1 Variation der Enzymkonzentration 4.3.2.2 Variation der Pufferkonzentration und Pufferart 4.3.2.3 Variation des pH-Wertes 4.3.2.4 Variation der Temperatur 4.3.2.5 Variation des Substrates 4.3.2.6 Variation der Substratkonzentration 4.3.2.7 Kinetik der enzymatischen Reaktion mit TEM-1-His 4.3.2.8 Untersuchungen zur Umsetzung in Realwässern 4.3.2.9 Langzeitstabilität der isolierten TEM-1-His 4.3.3 Zwischenfazit: spezifische enzymatische Aktivität der TEM-1-His in Abhängigkeit von verschiedenen Versuchsparametern 4.4 Einsatz von Esterase Ere-A-haltigen Rohextrakten 4.4.1 Nachweis der Enzymaktivität im Rohextrakt 4.4.2 Wirksamkeit der Esterase Ere-A in Abhängigkeit von ausgewählten Randbedingungen 4.4.2.1 Einfluss verschiedener Puffer 4.4.2.2 Einfluss von C- und N-terminal angefügten Sequenzen 4.4.2.3 Substratspezifität 4.4.3 Zwischenfazit 4.5 Charakterisierung von Transformationsprodukten 4.5.1 Vorbemerkungen 4.5.2 Transformationsprodukte bei der Umsetzung von β-Lactam-Antibiotika 4.5.3 Einsatz der Esterase Ere A zur Transformation von Makrolid-Antibiotika 4.5.3.1 Transformationsprodukte von Erythromycin 4.5.3.2 Transformationsprodukte von Clarithromycin 4.5.3.3 Transformationsprodukte von Roxithromycin 4.5.4 Zwischenfazit 5 Zusammenfassung 6 Ausblick Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anhang A-1 Weitere Analysenmodi bei der Tandem-Massenspektrometrie A-2 Verwendete Geräte und Chemikalien A-3 HPLC-Methoden A-4 Massenspektrometrische Parameter A-5 Erster Versuch zum Nachweis der enzymatischen Aktivität von TEM-1-haltigen Kulturüberstand A-6 Nachweis der Inhibitorwirkung von Sulbactam in Kombination mit TEM-1-His A-7 TEM-1: Variation der Substratkonzentration A-8 TEM-8: Substratspezifität A-9 Vergleich der AMP-Umsetzung mit TEM-1- und TEM-8-haltigen Kulturüberständen sowie den Rohextrakten A-10 TEM-1-His: Variation des pH-Wertes A-11 TEM-1-His: Substratspezifität A-12 Ere-A: Variation der Puffer A-13 Ere-A: Substratspezifität Selbstständigkeitserklärung

The main aim of the study was to determine the prescribing patterns of antibiotics with an emphasis on fluoroquinolones in the private health sector of South Africa. The empirical study followed a quantitative, descriptive, observational method using retrospective, longitudinal medicine claims data provided by a nationally representative Pharmaceutical Benefit Management company (PBM) from 1 January 2005 to 31 December 2012. Penicillins, cephalosporins, carbapenems, aminoglycosides, chloramphenicol, fluoroquinolones, macrolides, tetracyclines, sulphonamides and trimethoprim were considered in the study. A total of 5 155 262 (44.8%) patients received at least one antibiotic prescription out of the total number of registered beneficiaries included in the database. The average number of antibiotic prescriptions per patient per year ranged from 2.22 ± 1.89 (95% CI 2.22-2.22) in 2005 to 1.98 ± 1.62 (95% CI 1.98-1.99) in 2012. The number of antibiotics per prescription per year remained fairly constant at 1.05 ± 0.19 (95% CI 1.05-1.05) in 2005 to 1.06 ± 0.21 (95% CI 1.06-1.06) in 2012. The prevalence of patients receiving antibiotic prescriptions decreased from 46.1% (n = 789 247) in 2005 to 38.2% (n = 480 159) in 2012. Antibiotics were mostly prescribed for females (54.9%, n = 2 831 686) and in patients aged 0 to 18 years (26.5%, n = 1 366 824) and least in patients above 65 years (9.5%, n = 490 496). The prevalence of patients receiving antibiotic prescriptions was highest in Gauteng (41.9%, n = 2 159 360) and lowest in the Northern Cape (1.7%, n = 87 720). Antibiotics were mostly prescribed during the winter period. Penicillins were the most prescribed antibiotics (43%) and carbapenem the least (0.1%) out of the total number of antibiotics claimed. No practically significant association was found between antibiotic prescribing and gender, age, province and season. A total of 1 983 622 prescriptions for fluoroquinolones were claimed in patients older than 18 years. The average number of fluoroquinolone prescriptions per patient per year ranged from 1.45 ± 0.92 (95% CI 1.44-1.45) in 2005 to 1.31 ± 0.71 (95% CI 1.31-1.32) in 2012. The highest prevalence of fluoroquinolone prescribing was observed in females (64.1%, n = 850 253) and in patients between 45 and 65 years (38.6%, n = 511 542). The total fluoroquinolone use by the study population decreased from 2.85 DID in 2005 to 2.41 DID in 2012. Norfloxacin was the only first-generation fluoroquinolone prescribed. The second-generation fluoroquinolones accounted for more than 50% of the total DID, with ciprofloxacin being the most used active ingredient in this generation. Moxifloxacin was the most prescribed third-generation fluoroquinolone; its use ranging from 0.51 DID in 2005 to 0.44 DID in 2012. Between 2005 and 2012, a total of 57 325 prescriptions for fluoroquinolones were claimed by patients 18 years and younger. The prevalence of patients receiving fluoroquinolone prescriptions decreased from 3.6% (n = 8 329) in 2005 to 2.9% (n = 3 310) in 2012. Fluoroquinolones were mostly prescribed to females and in patients between 12 and 18 years. In all age groups, prescribing was mainly done by general medical practitioners. Ciprofloxacin was the most prescribed fluoroquinolone, followed by levofloxacin. In conclusion, this study established estimates on the prevalence of antibiotic prescribing covering an eight-year period. Secondly, baseline estimates for fluoroquinolone prescribing in adults using the ATC/DDD methodology were determined. Fluoroquinolone prescribing patterns in children and adolescents were determined, with specific reference to the comparison between the prescribed daily and recommended daily dosages in the different age groups and by prescribers’ specialties. / MPharm (Pharmacy Practice), North-West University, Potchefstroom Campus, 2015