Ziel der vorliegenden Arbeit war es, einen Beitrag zur Aufklärung der Ätiologie der Graskrankheit mit Hilfe der DGGE, besonders im Hinblick auf in vitro unkultivierbare Bakterien der Darmflora zu leisten. Es sollte ebenfalls geprüft werden, ob die DGGE die Diagnose der Graskrankheit erleichtern kann. Weiterhin sollte der Einfluß von C. botulinum auf die Erkrankung durch den Nachweis von Toxin, Bakterien und Antikörpern untersucht werden. Es standen zur Untersuchung Proben des Colons, Caecums und Kotes von erkrankten Pferden und Kontrolltieren, Kotproben von klinisch gesunden Pferden, die aus denselben Beständen wie die erkrankten Tiere stammen sowie Serum aller drei Gruppen zur Verfügung. Wegen der hohen individuellen Variabilität der Darmflora war kein eindeutiges Merkmal der Graskrankheit im Profil der mikrobiellen Gemeinschaft des Darmes oder Kotes nachweisbar. Allerdings ließ sich anhand der Clusteranalyse ein Abgrenzung der Flora des Caecums und besonders des Colons der erkrankten und gesunden Tiere erkennen. Für eine Diagnose der Graskrankheit am lebenden Tier anhand der Kotflora ist die DGGE jedoch wegen ihrer geringen Aussagekraft und methodischen Probleme nicht geeignet. Der Verdacht, dass C. botulinum an der Ätiologie der Graskrankheit beteiligt ist, konnte durch die Ergebnisse im Tierversuch und ELISA weiter untermauert werden.

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Botulinum Neurotoxin (BoNT) is one of the most potent toxins known to human kind. The Atomic Force Microscope (AFM) was employed to investigate the conditions under which BoNT type A heavy chain would bind and/or insert into mica supported dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) lipid bilayers. As an alternate technique, DPPC/GT1b or total ganglioside extract (80:20) monolayers of a Langmuir Blodgett (LB) Trough were adapted to be artificial membrane models for toxin insertion studies. We conclude that LB monolayer studies are a promising candidate for BoNT/A membrane insertion investigation. Botulinum neurotoxin serotype A insertions into the LB monolayers in the presence of BoNT/A low affinity ganglioside receptor alone, independent of pH. This thermodynamic evidence indicates that BoNT/A may begin its heavy chain insertion into the cholinergic nerve ending before endocytosis and acidification.

Children and adolescents with cerebral palsy (CP) often receive botulinum toxin (BoNT-A) to manage spasticity. Our 2014 study developed an inventory of parents’ goals for BoNT-A treatment, but reasons for selecting these goals were unclear. The current study aimed to describe and categorize the effects of BoNT-A that parents observed according to WHO’s International Classification of Functioning, Disability and Health (ICF) framework. This qualitative study used interpretive description. Fifteen parents of non-ambulatory young people with CP (mean age 10.2 years, SD 3.9, 7 males) who received BoNT-A were recruited through McMaster Children’s Hospital’s Spasticity Management Clinic. Interviews were conducted in-person or by telephone for 20-60 minutes. The research team read the initial transcript, identified codes, and finalized the coding framework. Member checking was conducted to enhance trustworthiness. The key theme was that parents needed to find the right path to do what is best for their child. Parents described how they learned about both positive and negative effects of BoNT-A treatment: some parents emphasized the child’s pain during BoNT-A injections (negative), but also felt that BoNT-A was helpful for their child (positive). Most effects of BoNT-A were coded at the ICF activity level, such as dressing These observations helped inform parents’ decision to continue with BoNT-A and identify future goals. This study provides insight into parents’ journey of learning about BoNT-A and goal-setting for their child. Parents’ perspectives will be used to refine the 2014 inventory of goals to facilitate collaborative goal-setting for BoNT-A treatment. / Thesis / Master of Science (MSc) / Children diagnosed with cerebral palsy (CP) receive botulinum toxin (BoNT-A) as a treatment to reduce muscle tone. Current research on the use of BoNT-A injections in non-ambulatory children with CP is scarce and may not incorporate the perspectives of the family about their goals for treatment. This study interviewed parents to ask about the effects that they observed in their child after BoNT-A treatment. Fifteen parents were interviewed and all parents spoke about their journey of “finding the right path to do what is best for my child” as they learned about the possible effects of BoNT-A treatment for their child. By learning about parents’ journey, informational resources can be developed and shared with other parents about the effects of BoNT-A treatment. It is important to help parents understand these effects, which would allow them to discuss and identify appropriate goals with healthcare professionals in future BoNT-A treatment sessions.

Bei der Duchenne Muskeldystrophie (DMD) handelt es sich um eine erblich bedingte, progredient verlaufende Muskelschwäche mit frühzeitigem tödlichem Ausgang. Durch eine Mutation des Dystrophingens kommt es aufgrund fehlender mechanischer Stabilität der Muskelzellen zur Muskelschwäche und dem Ersatz von Muskelgewebe durch Binde- und Fettgewebe. Ein weiteres Kennzeichen der Erkrankung ist ein pathologisch erhöhter Kalziumgehalt der Muskelzellen, der zu gestörten Signalwegen und dem Zelltod führt. Die DMD kommt auch bei Mäusen vor, wobei das Mdx-Mausmodell das bekannteste und am besten erforschte Modell der Erkrankung ist. Die Mäuse besitzen im Gegensatz zum Menschen allerdings ein De- und Regenerationspotenzial der Muskulatur, was die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf die menschliche DMD erschwert, da sich die Pathophysiologie der Mäuse abgemildert darstellt. Daher ist es notwendig, das Modell hinsichtlich der Degeneration der Muskulatur zu verbessern, was durch eine unilaterale Injektion von Botox in den rechten M.masseter, die zu dessen Lähmung führt, gewährleistet werden sollte. Das vom Bakterium Clostridium botulinum produzierte Endotoxin Botulinumtoxin A (Botox) wird in der Zahnmedizin unter anderem eingesetzt, um die Masseterhypertrophie zu behandeln. Botox hemmt die Freisetzung von Acetylcholin an der neuromuskulären Endplatte, was zur Hemmung der Muskelkontraktion führt, welche beendet wird, wenn durch das Sprossen neuer Axone eine Reinnervation der Muskulatur stattfindet. Unter dem Einfluss von Botox zu unterschiedlichen Untersuchungszeitpunkten sollte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass sich die Expression der kalziumregulierenden Gene der Mdx-Mäuse dahingehend verändern, dass ein verschlechterter Phänotyp bei den dystrophen Mäusen resultiert. Das Mdx-Mausmodell sollte der menschlichen DMD angepasst werden, indem das regenerative Potenzial der dystrophen Mäuse durch die Botox-Injektion und dem damit verbundenen unilateralen Funktionsverlust der Muskulatur unterbrochen wird. Weiterhin stellte sich die Frage, ob durch die Botox-Injektion auch bei den gesunden Mäusen ein Duchenne-ähnlicher Phänotyp auf der behandelten Seite erzeugt werden kann. Dazu wurden in dieser Arbeit die Kaumuskeln M.masseter, M.temporalis und die Zunge von 100 Tage alten Kontroll- und Mdx-Mäusen hinsichtlich ihres Kalziumstoffwechsels 3 bzw. 6 Wochen nach der Botox-Injektion untersucht. Die Genexpression der untersuchten Gene wurde durch quantitative RT-PCR erhoben. Bei der Kontrollgruppe waren 3 Wochen nach der Botox-Injektion im rechten M.masseter alle untersuchten Gene mit Ausnahme von Atp2a1 und Pvalb erhöht. Die erhöhten Expressionen im Vergleich zur linken Seite lagen zwischen dem 1,7-und 15,3fachen. Sechs Wochen nach der Botox-Injektion waren alle Gene im rechten M.masseter mit Ausnahme von Atp2a2 und Sln zwischen dem 1,9- und 4,6fachen erhöht. Bei Sln kam es zu einer Reduktion um 88% verglichen mit der linken Seite. Im M.temporalis der Kontrolltiere konnten 3 Wochen nach der Injektion die Gene Slc8a1 und Sln um das 1,8- bzw. 13,2fache erhöht im Vergleich zur linken Seite nachgewiesen werden. Atp2a1 wurde im rechten M.temporalis um 47% weniger exprimiert als auf der linken Seite. Sechs Wochen nach der Injektion konnten im M.temporalis keine Veränderungen mehr festgestellt werden. Bei den Mdx-Mäusen wurde 3 Wochen nach der Botox-Injektion im rechten M.masseter bei den Genen Atp2a2, Pln und Sln erhöhte Genexpressionen um das Doppelte, 2,2- und 2,8fache im Vergleich zur linken Seite nachgewiesen. Im M.temporalis kam es 3 Wochen nach der Injektion auf der rechten Seite zu einer Erhöhung von Sln um das 8,5fache im Vergleich zur linken Seite. Sechs Wochen nach der Injektion gab es in beiden rechten Muskeln keine Veränderungen mehr. Bei den gesunden Mäusen konnte durch die Botox-Injektion zu keinem der beiden Untersuchungszeitpunkte und in keiner der Muskelproben ein Duchenne-ähnlicher Phänotyp erzeugt werden, auch wenn einzelne Gene eine Verschlechterung des Phänotyps anzeigen, gleichzeitig andere Genveränderungen jedoch auf einen positiven Einfluss auf den Phänotyp schließen lassen. Die Funktion des M.temporalis gleicht außerdem den Funktionsverlust des M.masseter ausreichend aus. Bei den Mdx-Mäusen konnte im rechten M.masseter ebenfalls keine eindeutige Verschlechterung des Phänotyps 3 Wochen nach der Botox-Injektion nachgewiesen werden. Die veränderten Genexpressionen lassen sowohl positiven als auch negativen Einfluss auf den Phänotyp zu, sodass es in der Gesamtbetrachtung nicht zu einer Verschlechterung des Phänotyps kommen muss. Zum späteren Untersuchungszeitpunkt konnten bei den Mdx-Mäusen keinerlei Veränderungen hinsichtlich der Genexpression in den beiden Muskelproben nachgewiesen werden. Es ist davon auszugehen, dass die Botox-Wirkung nachgelassen bzw. aufgehört hat und es bereits zu einer Reinnervation im M.masseter kam, die auch durch das Regenerationspotenzial der Mdx-Mäuse erklärt werden kann. Auch in anderen Untersuchungen konnte der vielversprechende Ansatz einer durch Botox induzierten Muskellähmung nicht zu einer Verschlechterung des Phänotyps der Kaumuskeln bei gesunden und Mdx-Mäusen führen.:Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1. Einleitung 1.1. Muskeldystrophie Duchenne 1.2. Das Dystrophinprotein 1.3. Der Kalziumstoffwechsel 1.4. Tiermodelle 1.4.1. Maus 1.4.2. Hund 1.4.3. Schwein 1.4.4. Ratte 1.5. Botulinumtoxin in der Zahnmedizin 1.6. Ziele der Arbeit 2. Material und Methoden 2.1. Material 2.1.1. Geräte 2.1.2. Chemikalien 2.1.3. Kits 2.1.4. Sonden/Primer 2.1.5. Software 2.2. Methoden 2.2.1. Versuchstiere und Probengewinnung 2.2.2. Gelelektrophorese 2.2.3. RNA-Gewinnung 2.2.4. cDNA-Synthese 2.2.5. Quantitative real time PCR (qRT-PCR) 2.2.6. Quantifizierungsmethoden 2.2.6.1. ΔΔCT-Methode 2.2.7. Statistische Auswertung 3. Ergebnisse 3.1. Gelelektrophorese 3.2. mRNA-Gehalt 3 Wochen nach Botox-Injektion 3.2.1. Expression von Atp2a1 3.2.2. Expression von Atp2a2 3.2.3. Expression von Atp2b4 3.2.4. Expression von Cacna1s 3.2.5. Expression von Pvalb 3.2.6. Expression von Pln 3.2.7. Expression von Ryr1 3.2.8. Expression von Slc8a1 3.2.9. Expression von Sln 3.3. mRNA-Gehalt 6 Wochen nach Botox-Injektion 3.3.1. Expression von Atp2a1 3.3.2. Expression von Atp2a2 3.3.3. Expression von Atp2b4 3.3.4. Expression von Cacna1s 3.3.5. Expression von Pvalb 3.3.6. Expression von Pln 3.3.7. Expression von Ryr1 3.3.8. Expression von Slc8a1 3.3.9. Expression von Sln 3.4. Vergleich der mRNA-Gehalte 3 Wochen und 6 Wochen nach der Botox-Injektion 3.4.1. Atp2a1 3.4.2. Atp2a2 3.4.3. Atp2b4 3.4.4. Cacna1s 3.4.5. Pvalb 3.4.6. Pln 3.4.7. Ryr1 3.4.8. Slc8a1 3.4.9. Sln 4. Diskussion 4.1. Erzeugung eines Duchenne-ähnlichen Phänotyps bei gesunden Mäusen durch Botox-Injektion 4.2. Verschlechterung des Phänotyps bei Mdx-Mäusen 4.3. Unterschiede zwischen den Untersuchungszeitpunkten 4.4. Schlussfolgerungen und kritische Auseinandersetzung mit dem Versuchsaufbau 5. Zusammenfassung 6. Summary 7. Literatur 8. Danksagung 9. Anlage 1: Erklärung zur Eröffnung des Promotionsverfahrens 10. Anlage 2: Erklärung zur Einhaltung aktueller gesetzlicher Vorgaben

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Die im Biogasprozess anfallenden Gärreste werden oftmals als Wirtschaftsdünger verwendet. Krankheitserreger, die sich in den Gärresten befinden können über die Düngung in die Lebensmittelkette gelangen. Die Möglichkeit einer Vermehrung von Bakterien in den Biogasanlagen sowie deren Ausbreitung schürt die Bedenken der Öffentlichkeit. Das Ziel dieser Arbeit war es, Nachweismethoden für die Untersuchung von Proben aus Biogasanlagen zu etablieren, die Praxistauglichkeit dieser anhand von Proben aus Biogasanlagen zu überprüfen und die mikrobielle Belastung dieser Proben hinsichtlich ausgewählter Indikatorkeime zu erfassen. Bei den Indikatorkeimen handelte es sich um Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Enterokokken, Escherichia coli, ESBL-bildende Enterobaceriaceae und Salmonellen. Für die Etablierung der bakteriologischen Nachweismethoden wurde autoklavierter Gärrest mit einer definierten Keimmenge beimpft und auf verschiedene Nährmedien aufgebracht. Diese wurden bebrütet, ausgezählt und die KbE/ml berechnet. Mittels Probitanalyse wurde für jedes Medium die untere Grenze für den Nachweis aus beimpftem Gärrest bestimmt. Bei den Nährmedien handelte es sich um Brilliance™ Salmonella Agar, XLT4 Agar und XLD Agar für den Nachweis von Salmonella spp. Für E. coli wurden Tergitol 7 Lactose TCC Agar und Brilliance™ E. coli/Coliform Selektiv Agar verwendet. Der Nachweis von Enterokokken erfolgte mittels Slanetz Bartley Agar und Enterococcus Selektivagar. Für die ESBL-bildenden Enterobacteriaceae wurde der Brilliance™ ESBL Agar eingesetzt. Die getesteten Nährmedien zum Nachweis von C. perfringens waren Membran Clostridium Perfringens (mCP) Selektivnährboden sowie Tryptose Sulphite Cycloserine (TSC) Agar überschichtet mit TSC Agarbasis. Für C. botulinum erfolgte der Nachweis auf Eigelb Laktose Agar. Darüber hinaus wurde eine PCR zur C. perfringens Toxintyp-Bestimmung nach dem Protokoll von VAN ASTEN et al. (2009) etabliert. Zum Nachweis von C. botulinum wurde die PCR nach dem Protokoll von HILL et al. (2010) eingesetzt. Bei der Untersuchung der Praxistauglichkeit wurden Proben aus zehn Biogasanlagen des Freistaates Sachsen entnommen und untersucht. Hierbei handelte es sich um Proben aus Abschnitten vor, während und nach der Fermentation. Anhand der ermittelten Nachweisgrenze sowie der Handhabung wurden die folgenden Nährmedien für die Untersuchung der Biogasanlagen-Proben ausgewählt: Brilliance™ Salmonella Agar, XLT4 Agar, Brilliance™ E. coli/Coliform Selektiv Agar, Slanetz Bartley Agar, Brilliance™ ESBL Agar, TSC Agar überschichtet mit TSC Agarbasis und Eigelb Laktose Agar. Für die Anzucht anaerober Bakterien wurden die Proben vor der Beimpfung der Agarplatten erhitzt. Zudem erfolgte eine Anreicherung des zuvor erhitzten Probenmaterials in TPYG Bouillon. Diese wurde genutzt, um daraus aufgereinigte DNA mittels PCR auf C. botulinum und C. perfringens zu untersuchen. Die verwendeten Nährmedien wurden im Praxistest positiv evaluiert. Die Ergebnisse für die Proben aus den Biogasanlagen zeigten, dass, mit Ausnahme von C. perfringens, alle Indikatororganismen während des Biogasprozesses einer Reduktion unterlagen. Die durchschnittliche anaerobe Lebendkeimzahl belief sich auf 107 bis 108 KbE/g Probe. E. coli erfuhr eine Reduktion um bis zu vier Zehnerpotenzen. Enterokokken wurden um 1 bis 2 log10 Stufen reduziert. ESBL-bildende Enterobacteriaceae konnten in sechs der zehn Biogasanlagen nachgewiesen werden. Hierbei handelte es sich überwiegend um E. coli und Klebsiella spp. In keiner der Proben konnten Salmonellen oder C. botulinum nachgewiesen werden. Typ A war der am häufigsten nachgewiesene C. perfringens-Toxintyp. Das β2-Toxin-Gen wurde in 20 Fällen nachgewiesen. Einmal konnte C. perfringens Typ C, β2-Toxin-Gen-positiv detektiert werden. Der hygienische Status der Gärreste entsprach in etwa dem hygienischen Status von Gülle. In Abhängigkeit vom Indikatorkeim war eine Verbesserung des Status durch eine Reduktion der Keimzahl festzustellen.

Die im Biogasprozess anfallenden Gärreste werden oftmals als Wirtschaftsdünger verwendet. Krankheitserreger, die sich in den Gärresten befinden können über die Düngung in die Lebensmittelkette gelangen. Die Möglichkeit einer Vermehrung von Bakterien in den Biogasanlagen sowie deren Ausbreitung schürt die Bedenken der Öffentlichkeit. Das Ziel dieser Arbeit war es, Nachweismethoden für die Untersuchung von Proben aus Biogasanlagen zu etablieren, die Praxistauglichkeit dieser anhand von Proben aus Biogasanlagen zu überprüfen und die mikrobielle Belastung dieser Proben hinsichtlich ausgewählter Indikatorkeime zu erfassen. Bei den Indikatorkeimen handelte es sich um Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Enterokokken, Escherichia coli, ESBL-bildende Enterobaceriaceae und Salmonellen. Für die Etablierung der bakteriologischen Nachweismethoden wurde autoklavierter Gärrest mit einer definierten Keimmenge beimpft und auf verschiedene Nährmedien aufgebracht. Diese wurden bebrütet, ausgezählt und die KbE/ml berechnet. Mittels Probitanalyse wurde für jedes Medium die untere Grenze für den Nachweis aus beimpftem Gärrest bestimmt. Bei den Nährmedien handelte es sich um Brilliance™ Salmonella Agar, XLT4 Agar und XLD Agar für den Nachweis von Salmonella spp. Für E. coli wurden Tergitol 7 Lactose TCC Agar und Brilliance™ E. coli/Coliform Selektiv Agar verwendet. Der Nachweis von Enterokokken erfolgte mittels Slanetz Bartley Agar und Enterococcus Selektivagar. Für die ESBL-bildenden Enterobacteriaceae wurde der Brilliance™ ESBL Agar eingesetzt. Die getesteten Nährmedien zum Nachweis von C. perfringens waren Membran Clostridium Perfringens (mCP) Selektivnährboden sowie Tryptose Sulphite Cycloserine (TSC) Agar überschichtet mit TSC Agarbasis. Für C. botulinum erfolgte der Nachweis auf Eigelb Laktose Agar. Darüber hinaus wurde eine PCR zur C. perfringens Toxintyp-Bestimmung nach dem Protokoll von VAN ASTEN et al. (2009) etabliert. Zum Nachweis von C. botulinum wurde die PCR nach dem Protokoll von HILL et al. (2010) eingesetzt. Bei der Untersuchung der Praxistauglichkeit wurden Proben aus zehn Biogasanlagen des Freistaates Sachsen entnommen und untersucht. Hierbei handelte es sich um Proben aus Abschnitten vor, während und nach der Fermentation. Anhand der ermittelten Nachweisgrenze sowie der Handhabung wurden die folgenden Nährmedien für die Untersuchung der Biogasanlagen-Proben ausgewählt: Brilliance™ Salmonella Agar, XLT4 Agar, Brilliance™ E. coli/Coliform Selektiv Agar, Slanetz Bartley Agar, Brilliance™ ESBL Agar, TSC Agar überschichtet mit TSC Agarbasis und Eigelb Laktose Agar. Für die Anzucht anaerober Bakterien wurden die Proben vor der Beimpfung der Agarplatten erhitzt. Zudem erfolgte eine Anreicherung des zuvor erhitzten Probenmaterials in TPYG Bouillon. Diese wurde genutzt, um daraus aufgereinigte DNA mittels PCR auf C. botulinum und C. perfringens zu untersuchen. Die verwendeten Nährmedien wurden im Praxistest positiv evaluiert. Die Ergebnisse für die Proben aus den Biogasanlagen zeigten, dass, mit Ausnahme von C. perfringens, alle Indikatororganismen während des Biogasprozesses einer Reduktion unterlagen. Die durchschnittliche anaerobe Lebendkeimzahl belief sich auf 107 bis 108 KbE/g Probe. E. coli erfuhr eine Reduktion um bis zu vier Zehnerpotenzen. Enterokokken wurden um 1 bis 2 log10 Stufen reduziert. ESBL-bildende Enterobacteriaceae konnten in sechs der zehn Biogasanlagen nachgewiesen werden. Hierbei handelte es sich überwiegend um E. coli und Klebsiella spp. In keiner der Proben konnten Salmonellen oder C. botulinum nachgewiesen werden. Typ A war der am häufigsten nachgewiesene C. perfringens-Toxintyp. Das β2-Toxin-Gen wurde in 20 Fällen nachgewiesen. Einmal konnte C. perfringens Typ C, β2-Toxin-Gen-positiv detektiert werden. Der hygienische Status der Gärreste entsprach in etwa dem hygienischen Status von Gülle. In Abhängigkeit vom Indikatorkeim war eine Verbesserung des Status durch eine Reduktion der Keimzahl festzustellen.

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Skin is the largest immune organ and an ideal site to administer vaccines. However, by nature, skin is not permeable to antigens, which are macromolecules. The major hurdle in skin permeation is the outermost stratum corneum layer. Microneedles have proven feasible to create micron-sized channels in the epidermis of the skin, through which protein and plasmid DNA antigens can penetrate into the viable skin epidermis and dermis. However, the immune responses induced by microneedle-mediated transcutaneous immunization with protein or plasmid DNA alone are generally weak, and a vaccine adjuvant is often required to induce strong immune responses. Data from numerous previous studies have shown that nanoparticles as a vaccine carrier can significantly enhance the immunogenicity of antigens, but the feasibility of utilizing nanoparticles as a vaccine carrier to enhance the immune responses induced by microneedle-mediated transcutaneous immunization has rarely been studied. In this dissertation, using protein antigen (OVA) chemically conjugated onto the surface of solid-lipid nanoparticles and plasmid DNA (pCMV-beta, pVax/opt-BoNT/C-Hc50, and pCI-neo-sOVA) physically coated on the surface of cationic polymeric nanoparticles, we showed that the immune responses induced by microneedle-mediated transcutaneous immunization with protein antigens or plasmid DNA vaccines are significantly enhanced by delivering the proteins and plasmid DNA with nanoparticles. Importantly, microneedle-mediated transcutaneous immunization with proteins or plasmid DNA induces not only systemic immune responses, but also mucosal immune responses. In addition, it is generally believed that microneedles are safe. However, it remained unclear whether the micropores created by microneedles on the skin will also facilitate the permeation of microbes such as bacteria into the skin. In this dissertation, we also designed an unique ex vivo model to evaluate the permeation of live bacteria through mouse skin pretreated with microneedles. The results demonstrated that the risk of potential bacterial infection associated with microneedle treatment is not greater than that associated with a hypodermic needle injection. / text