Univ., Diss--Tübingen, 2002.

Die Österreichische Nachhaltigkeitsstrategie wurde am 30. April 2002 im Österreichischen Ministerrat verabschiedet. Sie ist das Ergebnis eines rund 18 Monate dauernden Erstellungsprozesses, in den eine Vielzahl von Akteuren (VertreterInnen von Ministerien, Sozialpartnern und NGOs) eingebunden war. Diese Art der Erstellung stellt neue Anforderungen an Dialogkultur und Konsensfindung. Durch die gemeinsame Beschäftigung mit Fragestellungen, die über die individuellen Zuständigkeiten hinausreichen, wurden die Wechselwirkungen der einzelnen Politikfelder aufgezeigt und Kooperationsmöglichkeiten identifiziert. Unterstützt von professioneller Moderation hat sich so eine über Institutionen, Fach- und Ressortgrenzen hinweg engagierte und konsensfähige Gruppe mit einer gemeinsamen Problemsicht und Gesprächskultur entwickelt. Diese institutionelle Innovation ist mindestens ebenso wichtig, wie die einzelnen Formulierungen in der Strategie. Denn im Vergleich zu herkömmlichen bürokratischen Abläufen wurde hier der integrative und prozessuale Anspruch Nachhaltiger Entwicklung wirklich gelebt. Um die Erfahrungen mit diesem innovativen Zugang zusammenzufassen, fördernde und hemmende Faktoren zu identifizieren und die "Lessons Learned" auch für andere Projekte verfügbar zu machen, wurde nach Fertigstellung der Strategie ein Review-Verfahren durchgeführt. Dazu fanden mehrere persönliche Gespräche, Review-Runden und eine schriftliche Befragung aller an der Erstellung der Strategie Beteiligten statt. Die wichtigsten Ergebnisse dieses Reviews werden präsentiert. Sie stellen die Basis für einen Erfahrungsaustausch mit ähnlich gelagerten Prozessen in Österreich und auf internationaler Ebene dar, der von den Autoren der vorliegenden Arbeit und der gesamten sog. Steuergruppe angestrebt wird. / Series: Research Paper Series of the Research Focus Managing Sustainability

Insects living in temperate latitudes need to adjust their life-history to a seasonally variable environment. Reproduction, growth, and development have to be completed within the limited period where environmental conditions are favourable while climatically adverse conditions have to be spent in a state of diapause. Consequently, questions how individuals adapt their life-history to seasonality and which mechanisms underlie the responses to seasonal cues, like photoperiod, are important issues in the study of life-history strategies. This thesis focuses on the life-history adaptation to seasonality in the wing-dimorphic common pond skater Gerris lacustris L. (Heteroptera: Gerridae). Using a combination of field and laboratory studies as well as mathematical modelling, it is adressed how variation in the availability of thermal energy impacts on various aspects of larval development such as accumulated thermal energy (i.e. physiological development time), developmental pathway (direct reproduction vs. diapause) and wing dimorphism. / Insekten in temperierten Breiten müssen ihre Lebenslaufstrategie an eine saisonale Umwelt anpassen. Reproduktion, Wachstum und Entwicklung können nur innerhalb der begrenzten Phase geeigneter Umweltbedingungen stattfinden, während klimatisch ungünstige Bedingungen in einem Stadium der Diapause überdauert werden müssen. Die Fragen, wie Individuen ihre Lebenslaufstrategie an Saisonalität anpassen und welche Mechanismen der Reaktion auf saisonale Umweltreize (insbesondere der Photoperiode) zugrunde liegen, sind daher zentrale Aspekte in der Erforschung von Lebenslaufstrategien. Diese Arbeit beschäftigt sich mit Anpassungen der Lebenslaufstrategie des flügeldimorphen Gemeinen Wasserläufers Gerris lacustris L. (Heteroptera: Gerridae) an Saisonaliät. Mit einer Kombination aus Feld- und Laborstudien sowie mathematischer Modellierung wird untersucht, wie Variationen in der Verfügbarkeit thermaler Energie auf verschiedene Aspekte der Larvalentwicklung - wie die akkumulierte thermale Energie (physiologische Entwicklungszeit), den Entwicklungsweg (direkte Reproduktion vs. Diapause) und den Flügeldimorphimus – Einfluss nehmen.

Ziel: Durch physiotherapeutische Stimulation sehr kleiner Frühgeborener (FG) ab dem 5. Lebenstag bis zur korrigierten 4. Lebenswoche soll im Vergleich mit Frühgeborenen, die gezielt erst ab vierter korrigierter Lebenswoche Physiotherapie erhielten, eine Verbesserung der neurovegetativen, statomotorischen und perzeptiven Entwicklung erreicht und gegebenenfalls der langfristige Bedarf an Krankengymnastik reduziert werden. Methode: In einer randomisierten, prospektiven Studie an 125 Neugeborenen mit einem Gestationsalter (GA) von < 33 Wochen wurde der Einfluss einer Stimulation nach Vojta untersucht. Die Patienten wurden nach ihrer Geburt zwischen Januar 2001 und März 2004 auf der Intensivstation der Kinderklinik Frankfurt/Main-Höchst behandelt und wiesen außer ihrer Unreife keine zusätzlichen schwer wiegenden Erkrankungen auf. Eine Stimulationsgruppe (n=61) wurde nach festgelegtem Protokoll zweimal (mindestens einmal) täglich stimuliert, während die Kontrollgruppe (n=64) keine Stimulation erhielt. Der stationäre Behandlungsverlauf wurde dokumentiert, dabei wurden Parameter wie Apnoen, Bradykardien, Beatmungsdauer, Sauerstoffbedarf, parenterale oder orale Ernährung gesondert ausgewertet. Mit Vollendung der 36. Gestationswoche und im korrigierten Alter von 4 Wochen wurden alle Kinder von zwei neuropädiatrisch ausgebildeten Fachärztinnen ohne Kenntnis der Gruppenzugehörigkeit untersucht (kinesiologische und neurologische Untersuchung nach VOJTA). Bei der Untersuchung im korrigierten Alter von 4 Wochen wurde von denselben Ärztinnen entschieden, welche Kinder beider Gruppen Physiotherapien benötigten. Für die Kinder aus der Kontrollgruppe bedeutete das einen Ersteinstieg in die Krankengymnastik auf neurophysiologischer Grundlage nach Vojta, bei der Stimulationsgruppe wurde von der VOJTA-Stimulation auf VOJTA-Therapie umgestellt. Die weiteren Untersuchungen fanden im korrigierten Alter von 3, 6, 9, 12, 18 und 24 Monaten statt und wurden mit 12, 18 und 24 Monaten durch die Münchener funktionelle Entwicklungsdiagnostik ergänzt. An der letzten Untersuchung mit 24 Monaten nahmen noch 45 Kinder der Stimulationsgruppe und 40 Kinder der Kontrollgruppe teil. Folgende Parameter wurden in beiden Gruppen statistisch ausgewertet: Dynamik der Entwicklung der Reflexe, Zahl der abnormen Lagereaktionen und Teilmuster, Asymmetrien, krankengymnastische Behandlung sowie die verschiedenen Ergebnisse der Entwicklungsdiagnostik in Abhängigkeit von der jeweiligen Altersstufe und getrennt nach 50. und 95. Perzentile. Ergebnis: Im Durchschnitt entsprachen Entwicklung und neurologische Befunde dem korrigierten Lebensalter, signifikante Unterschiede zwischen Stimulations- und Kontrollgruppe zeigten sich nicht. Allerdings war ein deutlich (wenn auch nicht signifikant) höherer Anteil Asymmetrien in der Gruppe derjenigen Frühgeborenen zu erkennen, die erst mit Beginn der korrigierten 4. Lebenswoche in Behandlung genommen worden waren. Fazit: Die Stimulation kleiner FG (GA < 33 Wochen) ab der 2. bis zur korrigierten 4. Lebenswoche nach VOJTA ergibt im Vergleich zu Kindern mit späterem Therapiebeginn keine signifikante Verbesserung neurologischer oder entwicklungsdiagnostischer Befunde bis zur Vollendung des 2. Lebensjahres, immerhin aber normalisieren sich frühstimulierte Frühgeborene mit Asymmetrien im Verlauf des ersten Lebensjahres häufiger. Die Häufigkeit der krankengymnastischen Behandlung konnte insgesamt nicht signifikant gesenkt werden. Zu berücksichtigen bleibt, dass hier eine hoch selektierte Frühgeborenenpopulation (Ausschluss von Frühgeborenen mit Komplikationen wie z. B. Hirnblutungen II. Grades) untersucht wurde – ob bei Frühgeborenen mit zusätzlichen Risikofaktoren andere Ergebnisse zu erzielen wären, sollte in weiteren Untersuchungen geklärt werden. / Aims: To improve the neurovegetative, stato-motoric and perceptive development of significantly small premature infants by VOJTA-stimulation starting from the 5th day post natum in comparison to premature infants who decisively only perceived VOJTA-therapy from the corrected age of 4 weeks, and to reduce their long term need for physiotherapy. Method: In a randomised, prospective survey tested on 125 newborn infants of a gestational age of less than 33 weeks, the influence of stimulation according to the VOJTA-principles was analysed. The recently born patients were treated at the intensive care unit of the Kinderklinik of the Klinikum Frankfurt/Main-Höchst between January 2001 and March 2004, not showing any severe affection, apart from their immaturity. A stimulation group (n=61) was stimulated twice (at least once) a day, according to a definite procedure, whilst the control group (n=64) was not given specific stimulation. The course of hospitalisation was recorded, in which parameters like apnoea, bradycardias, respiration continuance, oxygen requirement, parental and oral nutrition were evaluated separately. Having completed the 36th gestational week and being in the adjusted age of 4 weeks all infants were examined by two child-neurologists, who had not been informed about which group the patient belonged to (kinesiological and neurological examination according to VOJTA). By the adjusted age of 4 weeks the two examiners decided which infants needed physiotherapy – and this was the beginning of VOJTA-therapy for infants belonging to the control group and a switch from VOJTA-stimulation to VOJTA-therapy for those belonging to the stimulation group. The additional examinations were accomplished by the age of 3, 6, 9, 12, 18 and 24 months and were amended by the Münchener funktionelle Entwicklungsdiagnostik regarding the ages of 12, 18 and 24 months. 45 infants from the stimulation group and 40 from the control group participated in the last examination for the age of 24 months. The following parameters were evaluated statistically: Persistence of neonatal reflexes, number of the abnormal postural reactions and master patterns, asymmetries, post-inpatient physiotherapeutic treatment plus the diverse results of the diagnosis of development plotted against the respective age and separated by the 50th and the 95th percentile. Results: On average, the development and neurological findings were equivalent to the adjusted age, significant differences between the stimulation- and the control group could not be spotted. Admittedly the rate of asymmetries in the group of premature infants which only had been taken under physiotherapy from corrected 4th week on was distinctively (though not significantly) higher. Conclusion: A stimulation of small premature infants (GA < 33 weeks) starting from the second up to the fourth postnatal week (corrected age) according to VOJTA did not show any significant improvement of neurological reports or diagnostic findings of development up to the completion of age two, compared to infants with later onset of physiotherapy. However, infants showing asymmetries which had been stimulated, were normalising themselves more frequently during their first year of life. The frequency of post-inpatient physiotherapeutic treatment could not be reduced. The high selection in both groups with the exclusion of individuals having typical risks has to be considered – if, and how stimulating interventions could enhance the chances of small premature infants with higher risk-factors, is supposed to be discovered in further examinations.

Säugerzellen sind die bevorzugten Wirtszellen zur Produktion komplexer biopharmazeutischer Proteine, da die post-translational durchgeführten Modifikationen sowohl in funktionaler als auch in pharmakokinetischer Hinsicht humankompatibel sind. Ein großes Problem bei der Etablierung von Zelllinien mit hoher Expression des gewünschten Proteins ergibt sich aus der willkürlichen und ungerichteten Integration des rekombinanten Vektors in transkriptionsaktive oder -inaktive Loki des Wirtszellgenoms. Dadurch erhält man eine Population von Zellen, die völlig unterschiedliche Expressionsraten des heterologen Gens aufweist, wobei die Produktivität der Zellen in der Regel einer Normalverteilung folgt. Zur Identifizierung von Zellklonen, die eine sehr hohe Expression des heterologen Produktgens aufweisen, muss deshalb eine Vielzahl von Klonen überprüft und getestet werden, resultierend in einem hohen Zeit-, Arbeits- und Kostenaufwand. Optimierungen des zur Transfektion eingesetzten Vektorsystems zielen deshalb darauf ab, durch geeignete Selektionsstrategien den Anteil von Hochproduzenten in der transfizierten Zellpopulation zu erhöhen und somit den Aufwand in der Klonidentifizierung zu reduzieren. Die Entwicklung eines derartigen Expressionssystemes ist Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Zwei alternative Strategien, die beide auf der Beeinträchtigung des Selektionsmarkers basieren wurden untersucht. Die Beeinträchtigung des Selektionsmarkers sollte bewirken, dass Klone mit einer Integration in transkriptionsinaktiven Genloki die Selektion nicht überstehen und absterben, während Klone mit einer Integration in transkriptionsaktiven Genloki die Beeinträchtigung des Selektionsmarkers durch eine erhöhte Expression kompensieren können. Diese Klone sollten überleben und gleichzeitig eine hohe Produktexpression aufweisen. Eine der Strategien beruhte auf der Beeinträchtigung der Enzymfunktion des Selektionsmarkers, indem Mutationen in das Leseraster des Enzyms eingeführt wurden. Diese Arbeit zeigt, dass die Verwendung von mutierten Neomycin Phosphotransferase-Varianten als Selektionsmarker in CHO-DG44-Zellen für die Anreicherung von Hochproduzenten geeignet ist. Eine weitere Möglichkeit, die Expressionsrate eines stabil integrierten Produktgens zu erhöhen, ist der Einsatz von cis- und transwirkenden genetischen Elementen. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Sequenz aus dem Genom von CHO-Zellen auf mögliche expressionssteigernde Wirkung hin untersucht (Transcription Enhancing TE-Element). Es konnte gezeigt werden, dass dieses TE-Element die Expression eines rekombinanten Antikörpers in stabil transfizierten CHO-DG44-Zellpools verdoppelt. / Mammalian cells are the preferred host fort he production of most complex protein therapeutics, as functionally and pharmacokinetically relevant post-translational modifications are highly human-compatible. A major problem when establishing cell lines with high expression rates of the protein of interest results from the random integration of the recombinant vector in transcription-active and –inactive loci of the host cell genome. As a consequence, a population of cells is obtained, which shows completely diverse expression rates of the heterologous gene, while in general, the productivity of the cells follows a normal distribution. Therefore, a multitude of clones has to be investigated in order to identify cells clones with high expression of the heterologous gene of interest, requiring a lot of time, capacitites and being costly. Thus, optimisations of the vector system used for transfection aim on appropriate selection strategies to elevate the proportion of high producers in the transfected cell population and consequently reduce the effort in clone identification. The development of such an expression system is the subject of this thesis. Two alternative strategies, both based on the impairment of the selection marker, were investigated. The reduced activity of the selection marker should result in the death of clones with a silent site integration. At the same time, clones with an active site integration can compensate the impairment of the selection marker by a higher expression. These clones should survive and simultaneously show a higher product expression. One of the strategies was based on the impairment of the selection marker’s enzyme function by introducing mutations into the enzyme’s open reading frame. This thesis shows that the use of mutated neomycin phosophotransferase-variants as selection marker in CHO-DG44 cells is suitable for the accumulation of high producers. Another possibility to raise the expression rate of a stably integrated product gene is the use of cis- and trans-acting genetic elements. In this thesis, a sequence from the CHO genome was investigated with regard to a possible expression augmenting effect. It has been demonstrated that this element doubled the expression of a recombinant antibody in stably transfected CHO-DG44 cell pools.

The sexual phase of Plasmodium falciparum begins with the differentiation of intraerythrocytic sexual stages, termed gametocytes, in the human host. Mature gametocytes circulate in the peripheral blood and are taken up by the mosquito during the blood meal. These stages are essential for the spread of the malaria disease and form gametes in the mosquito midgut within minutes. A highly conserved family of six secreted proteins has been identified in Plasmodium falciparum. They comprise multiple adhesive domains and are termed PfCCp1 through PfCCp5, and PfFNPA. It was revealed in this work that PfCCp multi-domain adhesion proteins form protein complexes in gametocytes and on the surface of newly emerged macrogametes by adhesion domain-mediated binding. Co-Immunoprecipitation assays with activated gametocyte lysates show interactions between PfCCp proteins and indicate surface association via Pfs230 and Pfs25. Pfs230 is connected with the plasma membrane of the parasite by its interaction partner Pfs48/45. This protein is linked to the plasma membrane by a GPI anchor and presumably retains the multi-protein complex on the surface of newly emerged macrogametes in the mosquito midgut. A WD40 domain containing protein was identified to be part of this protein complex. It might serve as platform for the assembly of the multi protein complex or mediate the interplay among proteins, as suggested from known functions of the WD40 domain repeats. During egress from the host erythrocyte, the emerging gametes become vulnerable to factors of the human complement, which is taken up with the blood meal. In this thesis it was found that the complement system is active for about one hour post feeding. Macrogametes defend against complement-mediated lysis by co-opting the human complement regulators Factor H and FHL-1 from the blood-meal. These serum proteins bind via its SCR domains 5-7 to the surface of macrogametes. Once bound, they trigger complement inactivation of the alternative pathway, which prevents induction of complement lysis on the surface of the malaria parasite. Antibodies against Factor H are able to impair the sexual development in vitro and are able to block transmission to the mosquito. Interaction studies on endogenous proteins and immobilized recombinant proteins revealed the PfGAP50 protein as binding partner of Factor H and FHL-1. This protein was hitherto described as a glideosome-associated protein in invasive parasite stages, but has not yet been characterized in gametes. First localization studies indicate a relocation of PfGAP50 from the inner membrane complex to the surface of macrogametes. Malaria still persists as one of the deadliest infectious diseases worldwide. Investigations on the essential transmissive stages, gametocytes and gametes of Plasmodium falciparum, stood in the background of research for a long time. This work deciphered details on protein interactions on the surface of the malaria parasite and provides first information about coactions between the parasite and the human complement in the mosquito midgut. / Die Sexualphase von Plasmodium falciparum beginnt mit der Ausbildung von intraerythrozytären Sexualstadien, sogenannten Gametozyten, im menschlichen Wirt. Reife Gametozyten zirkulieren im peripheren Blut und werden während der Blutmahlzeit von der Mücke aufgenommen. Dieses Parasitenstadium ist ausschlaggebend für die Verbreitung von Malaria und bildet im Mückendarm innerhalb von Minuten Gameten. In Plasmodium falciparum wurde eine hochkonservierte Familie bestehend aus sechs sekretierten Proteinen entdeckt. Diese bestehen aus verschiedenen Adhäsionsdomänen und werden PfCCp1 bis PfCCp5 und PfFNPA genannt. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass PfCCp Multiadhäsionsproteine Komplexe in Gametozyten und auf der Oberfläche von jungen Makrogameten mittels domänenvermittelter Bindungen bilden. Ko-Immunpräzipitationen mit Lysat aus aktivierten Gametozyten zeigten oberflächenvermittelte Interaktionen der PfCCp Proteine durch Pfs230 und Pfs25. Pfs230 ist mit seinen Interaktionspartner Pfs48/45 durch einen GPI-Anker mit der Plasmamembran des Parasiten verbunden. Der Multi-Proteinkomplex wird somit auf der Oberfläche von jungen weiblichen Gameten festgehalten. Zudem wurde in dem neu identifizierten Proteinkomplex ein Protein entschlüsselt welches WD40-Domänen aufweist. Bereits bekannte Funktionen von sich wiederholenden WD40-Domänen lassen vermuten, dass dieses Protein möglicher-weise als Plattform für den Zusammenbau des Proteinkomplexes dient oder das Wechselspiel zwischen Proteinen vermittelt. Während des Ausbruchs aus der Wirtszelle, dem Erythrozyten, werden Gameten angreifbar für Faktoren des humanen Komplements, welches mit der Blutmahlzeit in den Mückendarm aufgenommen wird. In dieser Arbeit wurde ermittelt, dass das Komplementsystem nach der Blutmahlzeit etwa eine Stunde lang im Mückendarm aktiv ist. Durch die Bindung der Regulatoren Faktor H und FHL-1 des menschlichen Komplementsystems aus der Blutmahlzeit, schützen sich Makrogameten gegen eine komplementvermittelte Lyse. Diese Serumproteine binden mittels ihrer SCR-Domänen 5-7 an die Oberfläche von Makrogameten und vermitteln damit die Inaktivierung des alternativen Komplementweges. Dadurch schützen sie sich vor der komplementinduzierten Lyse auf der Oberfläche des Parasiten. Antikörper gegen Faktor H vermindern die sexuelle Entwicklung in vitro und können die Weiterentwicklung des Erregers in der Mücke blockieren. Interaktionsstudien mit endogenen Proteinen und immoblilisierten rekombinanten Proteinen offenbarten PfGAP50 als Bindungspartner von Faktor H und FHL-1. PfGAP50 wurde bislang einem Motorkomplex zugeschrieben, welcher für die Parasitenbewegung von invasiven Stadien zuständig ist. Es wurde jedoch bis heute nicht in Gameten charakterisiert. Erste Lokalisationsstudien weisen auf eine Relokalisierung von PfGAP50 vom inneren Membrankomplex zur Oberfläche von Makrogameten hin. Malaria ist weiterhin eine der tödlichsten Infektionskrankheiten weltweit. Die Erforschung dieser für die Übertragung essentiellen Stadien, den Gametozyten und Gameten von Plasmodium falciparum, stand lange im Hintergrund der Forschung. Diese Arbeit entschlüsselt Details über Proteininteraktionen auf der Oberfläche des Malariaparasiten und beschreibt das Zusammenwirken des Parasiten mit dem menschlichen Komplementsystem im Darm der Mücke.

This dissertation is divided into three studies by addressing the following constitutive research questions in the context of the biotechnology industry: (1) How do different types of inter-firm alliances influence a firm’s R&D activity? (2) How does an increasing number and diversity of alliances in a firm’s alliance portfolio affect its R&D activity? (3) What is the optimal balance between exploration and exploitation? (1) To answer these research questions the first main chapter analyzes the impact of different types of alliances on the R&D activities of successful firms in the biotechnology industry. Following the use of a new approach to measuring changes in research activities, the results show that alliances are used to specialize in a certain research field, rather than to enter a completely new market. This effect becomes smaller when the equity involvement of the partners in the alliance project increases. (2) The second main chapter analyzes the impact on innovation output of having heterogeneous partners in a biotechnology firm’s alliance portfolio. Previous literature has stressed that investment in the heterogeneity of partners in an alliance portfolio is more important than merely engaging in multiple collaborative agreements. The analysis of a unique panel dataset of 20 biotechnology firms and their 8,602 alliances suggests that engaging in many alliances generally has a positive influence on a firm’s innovation output. Furthermore, maintaining diverse alliance portfolios has an inverted U-shaped influence on a firm’s innovation output, as managerial costs and complexity levels become too high. (3) And the third main chapter investigates whether there is an optimal balance to be found between explorative and exploitative innovation strategies. Previous literature states that firms that are ambidextrous (i.e., able to focus on exploration and exploitation simultaneously) tend to be more successful. Using a unique panel dataset of 20 leading biotechnology firms and separating their explorative and exploitative research, the chapter suggests that firms seeking to increase their innovation output should avoid imbalances between their explorative and exploitative innovation strategies. Furthermore, an inverted U-shaped relationship between a firm’s relative research attention on exploration and its innovation output is found. This dissertation concludes with the results of the dissertation, combines the findings, gives managerial implications and proposes areas for potential further research. / In einer sich ständig verändernden Welt, die dominiert wird durch dynamisches Wachstum und Technologietransfer, spielt die Forschung und Entwicklung (F&E) eines Unternehmens eine zentrale Rolle. Der einfache Zugang zu Informationen, insbesondere für Unternehmen in technologiegetriebenen Industrien, kann über Erfolg und Misserfolg entscheiden und dadurch signifikante Wettbewerbsvorteile generieren. Da Wissen zu jeder Zeit und an verschiedenen Orten auf dieser Welt generiert wird, ist es für ein einzelnes Unternehmen unmöglich auf dieses breite Spektrum an Information durch eigenständige F&E zuzugreifen. Um diesen Zugang zu erweitern, kooperieren Unternehmen, insbesondere im Hochtechnologiebereich, entlang ihrer Wertschöpfungskette mit nationalen und internationalen Unternehmen aus wettbewerbsnahen und –fremden Industrien sowie staatlichen und privaten Forschungseinrichtungen. Diese Allianzen helfen Unternehmen den wechselnden Umwelteinflüssen, gekennzeichnet durch radikale und inkrementelle Innovationen, dem Kampf um Marktanteile und Änderungen der regulatorischen Rahmenbedingungen entgegenzutreten und ermöglichen dadurch schnell und flexibel auf diese exogenen Einflüsse zu reagieren. Ziel dieser Dissertation ist es, die F&E Prozesse von Unternehmen in der Biotechnologieindustrie darzustellen und dabei zu analysieren, inwiefern Unternehmen verschiedene Arten von Allianzen nutzen, um diese Prozesse zu optimieren. Nach Beschreibung der Forschungsrelevanz und der damit verbundenen Analyse von Studien zu F&E, Wissensgenerierung, Allianzen und der Biotechnologieindustrie folgen drei empirische Hauptteile. Der erste Teil beschreibt, inwiefern Unternehmen verschiedene Typen von Allianzen nutzen können, um sich auf bestimmte Technologiebereiche zu spezialisieren. Die Ergebnisse zeigen, dass Biotechnologieunternehmen, die oft und gezielt mit anderen Unternehmen kooperieren, einen spezialisierteren Technologiefokus haben, als Unternehmen, die von diesem strategischen Instrument nur selten Gebrauch machen. Der zweite Teil geht auf den Einfluss von Allianzportfolios auf F&E Prozesse innerhalb eines Biotechnologieunternehmens ein. Damit Unternehmen nicht wiederholt auf redundantes Wissen stoßen, müssen diese mit heterogenen Partnern kooperieren. Um die F&E Erträge zu maximieren, ist es dabei essentiell, dass Unternehmen den Überblick zum einen über die Anzahl der Allianzen und zum anderen über deren Diversität behalten. Die Ergebnisse zeigen, dass Unternehmen zwar von beiden Kooperationsstrategien einzeln betrachtet profitieren, allerdings in Kombination schnell an einen Punkt gelangen, ab welchem negative F&E Erträge eintreten. Der dritte Teil beschäftigt sich mit der explorativen und exploitativen Wissensgenerierung innerhalb Biotechnologieunternehmen. Exploration bezieht sich hierbei auf experimentelle Forschung und der Schaffung von neuem Wissen, wohingegen Exploitation die Erweiterung und Verbesserung von bereits bestehendem Wissen beschreibt. Vorhergegangene Studien beschreiben, dass Unternehmen am meisten von einer effektiven Verbindung der beiden Forschungsstrategien profitieren, ermitteln allerdings nicht, bei welcher Gewichtung ein Unternehmen den höchsten technologischen Nutzen hat. Ziel dieses Teils ist es, diesen Extrempunkt für Unternehmen der Biotechnologie zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigen, dass Biotechnologieunternehmen am meisten von einem Gleichgewicht zwischen Exploration und Exploitation profitieren, dabei allerdings minimal mehr Ressourcen der experimentellen Forschungen zusprechen. Dieses Optimum müsste sich jedoch verschieben, sobald sich Rahmenbedingungen wie Wettbewerb, Industriedynamik oder regulatorische Vorgaben ändern. Daher zeigt diese Dissertation, dass Unternehmenskooperation eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung sowie dem Überleben von Biotechnologieunternehmen spielt und eine Balance zwischen Exploration und Exploitation zu einem großen Teil die nachhaltige Wettbewerbsfähigkeit von Biotechnologieunternehmen bestimmen kann.

The superfamiliy of bees, Apiformes, comprises more than 20,000 species. Within the group, the eusocial species like honeybees and bumblebees are receiving increased attention due to their outstanding importance for pollination of many crop and wild plants, their exceptional eusocial lifestyle and complex behavioral repertoire, which makes them an interesting invertebrate model to study mechanisms of sensory perception, learning and memory. In bees and most animals, vision is one of the major senses since almost every living organism and many biological processes depend on light energy. Bees show various forms of vision, e.g. color vision, achromatic vision or polarized vision in order to orientate in space, recognize mating partners, detect suitable nest sites and search for rewarding food sources. To catch photons and convert light energy into electric signals, bees possess compound eyes which consists of thousands of single ommatidia comprising a fixed number of photoreceptors; they are characterized by a specific opsin protein with distinct spectral sensitivity. Different visual demands, e.g. the detection of a single virgin queen by a drone, or the identification and discrimination of flowers during foraging bouts by workers, gave rise to the exceptional sex-specific morphology and physiology of male and female compound eyes in honeybees. Since Karl von Frisch first demonstrated color vision in honeybees more than 100 years ago, much effort has been devoted to gain insight into the molecular, morphological and physiological characteristics of (sex-specific) bee compound eyes and the corresponding photoreceptors. However, to date, almost nothing is known about the underlying mechanisms during pupal development which pattern the retina and give rise to the distinct photoreceptor distribution. Hence, in Chapter 2 and 3 I aimed to better understand the retinal development and photoreceptor determination in the honeybee eye. In a first step, the intrinsic temporal expression pattern of opsins within the retina was evaluated by quantifying opsin mRNA expression levels during the pupal phase of honeybee workers and drones. First results revealed that honeybee workers and drones express three different opsin genes, UVop, BLop and Lop1 during pupal development which give rise to an ultraviolet, blue, and green-light sensitive photoreceptor. Moreover, opsin expression patterns differed between both sexes and the onset of a particular opsin occurred at different time points during retinal development. Immunostainings of the developing honeybee retina in Chapter 2 showed that at the beginning of pupation the retina consist only of a thin hypodermis. However, at this stage all retinal structures are already present. From about mid of pupation, opsin expression levels increase and goes hand in hand with the differentiation of the rhabdoms, suggesting a two-step process in photoreceptor development and differentiation in the honeybee compound eye. In a first step the photoreceptor cells meet its fate during late pupation; in a second step, the quantity of opsin expression in each photoreceptor strongly increase up to the 25-fold shortly after eclosion. To date, the underlying mechanisms leading to different photoreceptor types have been intensively studied in the fruit fly, Drosophila melanogaster, and to some extend in butterflies. Interestingly, the molecular mechanisms seemed to be conserved within insects and e.g. the two transcription factors, spalt and spineless, which have been shown to be essential for photoreceptor determination in flies and butterflies, have been also identified in the honeybee. In chapter 3, I investigated the expression patterns of both transcription factors during pupal development of honeybee workers and showed that spalt is mainly expressed during the first few pupal stages which might correlate with the onset of BLop expression. Further, spineless showed a prominent peak at mid of pupation which might initiates the expression of Lop1. However, whether spalt and spineless are also essential for photoreceptor determination in the honeybee has still to be investigated, e.g. by a knockdown/out of the respective transcription factor during retinal development which leads to a spectral phenotype, e.g. a dichromatic eye. Such spectral phenotypes can then be tested in behavioral experiments in order to test the function of specific photoreceptors for color perception and the entrainment of the circadian clock. In order to evaluate the color discrimination capabilities of bees and the quality of color perception, a reliable behavioral experiment under controlled conditions is a prerequisite. Hence, in chapter 4, I aimed to establish the visual PER paradigm as a suitable method for behaviorally testing color vision in bees. Since PER color vision has considered to be difficult in bees and was not successful in Western honeybees without ablating the bee’s antennae or presenting color stimuli in combination with other cues for several decades, the experimental setup was first established in bumblebees which have been shown to be robust and reliable, e.g. during electrophysiological recordings. Workers and drones of the bufftailed bumblebee, Bombus terrestris were able to associate different monochromatic light stimuli with a sugar reward and succeeded in discriminating a rewarded color stimulus from an unrewarded color stimulus. They were also able to retrieve the learned stimulus after two hours, and workers successfully transferred the learned information to a new behavioral context. In the next step, the experimental setup was adapted to honeybees. In chapter 5, I tested the setup in two medium-sized honeybees, the Eastern honeybee, Apis cerana and the Western honeybee, Apis mellifera. Both honeybee species were able to associate and discriminate between two monochromatic light stimuli, blue and green light, with peak sensitivities of 435 nm and 528 nm. Eastern and Western honeybees also successfully retrieve the learned stimulus after two hours, similar to the bumblebees. Visual conditioning setups and training protocols in my study significantly differed from previous studies using PER conditioning. A crucial feature found to be important for a successful visual PER conditioning is the duration of the conditioned stimulus presentation. In chapter 6, I systematically tested different length of stimuli presentations, since visual PER conditioning in earlier studies tended to be only successful when the conditioned stimulus is presented for more than 10 seconds. In this thesis, intact honeybee workers could successfully discriminate two monochromatic lights when the stimulus was presented 10 s before reward was offered, but failed, when the duration of stimulus presentation was shorter than 4 s. In order to allow a more comparable conditioning, I developed a new setup which includes a shutter, driven by a PC based software program. The revised setup allows a more precise and automatized visual PER conditioning, facilitating performance levels comparable to olfactory conditioning and providing now an excellent method to evaluate visual perception and cognition of bees under constant and controlled conditions in future studies. / Die Bienen umfassen weltweit mehr als 20000 Arten, aber besonders eusoziale Honigbienen und Hummeln gewinnen durch ihre essenzielle Rolle bei der Bestäubung vieler Wild- und Kulturpflanzen zunehmend an Bedeutung. Ihr einzigartiger eusozialer Lebensstil, aber auch ihr komplexes Verhaltensrepertoire macht sie zu einem interessanten Insektenmodel, um Mechanismen sensorischer Wahrnehmung, sowie Fähigkeiten des Lernens und Gedächtnisses näher zu untersuchen. Da beinahe jeder lebende Organismus und viele biologische Prozessen durch Sonnenenergie beeinflusst werden, ist die Fähigkeit des Sehens im Tierreich weit verbreitet und zählt auch bei Bienen zu den wichtigsten sensorischen Sinnen. Um geeignete Nistplätze, Futterquellen oder auch Paarungsspartner zu finden, sowie zur Orientierung, nutzen Bienen verschiedenste Formen des Sehens, z. B. Farbensehen, achromatisches Sehen, oder auch das Polarisationssehen. Um Photonen einfangen und diese in ein elektrisches Signal für die weitere Verarbeitung umzuwandeln zu können, besitzen Bienen Komplexaugen, die sich aus mehreren tausend Einzelaugen, den sogeannten Ommatiden zusammensetzen. Jedes Ommatidium enthält eine festgelegte Anzahl an Photorezeptoren, welche durch ein spezifisches Opsin- Protein mit einer bestimmten spektralen Empfindlichkeit charakterisiert sind. Unterschiedliche visuelle Ansprüche wie zum Beispiel die Wahrnehmung einer einzelnen Königin während ihres Paarungsfluges durch einen Drohn oder die Identifizierung und Unterscheidung von Blüten während des Sammelflugs einer Arbeiterin, führten zu einer geschlechtsspezifischen Morphologie und Physiologie männlicher und weiblicher Komplexaugen. Seit Karl von Frisch vor mehr als 100 Jahren zeigen konnte, dass Honigbienen Farben wahrnehmen können, wurden viele Anstrengungen unternommen, ein besseres Verständnis für die molekularen und physiologischen Eigenschaften des (geschlechtsspezifischen) Bienenkomplexauges zu entwickeln. Dennoch ist bis heute wenig über die zugrundeliegenden Mechanismen bekannt, die während der Puppenentwicklung der Biene zur Bildung der Retina und der spezifischen Verteilung der Photorezeptoren innerhalb der Retina führen. Daher wurde in Kapitel 2 dieser Thesis das Ziel verfolgt, die retinale Entwicklung sowie die Determinierung der Photorezeptoren im Honigbienenauge weiter aufzuschlüsseln. In einem ersten Schritt wurde das zeitliche Opsinexpressionsmuster während der Puppenentwicklung von Drohnen und Arbeiterinnen der Honigbiene durch Quantifizierung der Opsin-mRNA Expression, untersucht. Erste Ergebnisse zeigten, dass Drohnen und Arbeiterinnen während ihrer Puppenentwicklung drei verschiedene Opsin-Gene, UVop, BLop und Lop1 exprimieren, welche letztendlich drei verschiedene Photorezeptortypen hervorbringen, einen ultraviolett- , blau- und grün-sensitiven Photorezeptor. Die Opsin-Expressionsmuster unterschieden sich nicht nur zwischen den Geschlechtern, sondern auch im Expressionsbeginn der jeweiligen Opsine während der Retinaentwicklung. Immunfärbungen der sich entwickelnden Retina zeigten außerdem, dass die Retina von Honigbienen zu Beginn ihrer Entwicklung zunächst nur aus einer sehr dünnen Hypodermis besteht, jedoch bereits alle retinale Strukturen enthält. Die Photorezeptordeterminierung bei Honigbienen lässt auf einen zweistufigen Prozess schließen, da ab etwa der Mitte der Verpuppung die Opsinexpression signifikant zunimmt und Hand in Hand mit der Differenzierung der Rhabdome verläuft. Im ersten Schritt, während der späten Puppenphase, erfolgt die Festlegung des Photorezeptortyps in den jeweiligen Photorezeptorzellen. Im zweiten Schritt, kurz nach dem Schlupf der Biene, nimmt dann die Quantität der Opsinexpression stark zu, nämlich bis um das 25-fache. Bisher wurden die zugrundliegenden Mechanismen, die die verschiedenen Photorezeptortypen determinieren, zum Teil in Schmetterlingen, aber besonders intensiv in der Taufliege, Drosophila melanogaster, untersucht. Interessanterweise scheinen die molekularen Mechanismen innerhalb der Insekten konserviert zu sein und beispielsweise die zwei Transkriptionsfaktoren, spalt und spineless, welche während der Photorezeptordeterminierung in Fliegen und Schmetterlingen eine essenzielle Rolle spielen, auch in der Honigbiene identifiziert. In Kapitel 3 habe ich die Expressionsmuster dieser beiden Transkriptionsfaktoren während der Puppenentwicklung von Honigbienenarbeiterinnen untersucht und konnte zeigen, dass spalt hauptsächlich in den ersten Puppenstadien exprimiert wird was vermutlich mit dem Beginn der BLop -Expression korreliert. Spineless zeigte hingegen in der Mitte der Puppenentwicklung einen markantes Maximum in seiner mRNA Expression, was mit der Expression von Lop1 zusammenhängen könnte. Ob spalt und spineless jedoch auch in der Honigbiene eine Rolle in der Photorezeptordeterminierung spielen, bleibt noch zu untersuchen. Zum Beispiel durch einen Knockdown/out des jeweiligen Transkriptionsfaktors während der Retinaentwicklung, der zu einem spektralen Phänotyp, beispielsweise einem dichromatischen Auge, führt. Solche spektralen Phänotypen könnten dann in Verhaltensexperimenten getestet werden, um Aufschluss über die Funktion einzelner Photorezeptoren für das Farbensehen und die Synchronisierung der inneren Uhr gewinnen zu können. Um jedoch die Farbunterscheidungsfähigkeiten von Bienen und die Qualität in der Farbwahrnehmung evaluieren zu können ist ein zuverlässiger Verhaltensversuch vonnöten. Daher war es in Kapitel 4 mein Ziel, das visuelle PER Paradigma als passende Verhaltensmethode für das Testen von Farbensehen in Bienen zu etablieren. Seit mehreren Jahrzehnten gilt die visuelle Konditionierung der PER bei Bienen als schwierig und war bei der europäischen Honigbiene bisher ohne ein Abschneiden der Antennen oder ohne Präsentation weiterer Cues, wie Duft oder Bewegenung, nicht erfolgreich. Daher wurde das experimentelle Setup zunächst bei Hummeln etabliert, welche sich schon in anderen Studien als zuverlässige und robuste Versuchstiere herausgestellt hatten, beispielsweise während elektrophysiologischer Untersuchungen. Arbeiterinnen und Drohnen der schwarzen Erdhummel, Bombus terrestris, waren fähig verschiedene monochromatische Lichtstimuli mit einer Zuckerbelohnung zu assoziieren und schafften es auch, einen unbelohnten von einem belohnten Farbstimulus zu unterscheiden. Auch konnten sie den gelernten Stimulus nach zwei Stunden erneut abrufen und Arbeiterinnen zeigten die Fähigkeit, die gelernte Information erfolgreich in einen neuen Verhaltenskontext zu übertragen. Im nächsten Schritt wurde der Versuchsaufbau für Honigbienen adaptiert, sodass ich diesen in Kapitel 5 bei zwei mittelgroßen Honigbienenarten, der asiatischen Honigbiene, Apis cerana, und in der europäischen Honigbiene, Apis mellifera, verwenden konnte. Beide Honigbienenarten waren fähig, zwei monochromatische Lichtstimuli, Blau und Grün, mit Absorptionsmaxima von 435 nm und 528 nm, mit einer Belohnung zu assoziieren und zwischen beiden Stimuli zu unterscheiden. Ähnlich den Hummeln, konnten auch die asiatischen und europäischen Honigbienen den gelernten Stimulus erfolgreich nach zwei Stunden erneut abrufen. Die visuellen Konditionierungssetups und -Protokolle in meinen Untersuchungen unterschieden sich von denen vorangegangener Studien um einen entscheidenden Faktor, der von besonderer Bedeutung für eine erfolgreiche visuelle Konditionierung der PER von Bienen zu sein scheint, nämlich die Präsentationsdauer des konditionierten Stimulus. Da in vorangegangenen Studien eine visuelle Konditionierung der PER dazu tendierte nur dann erfolgsversprechend zu sein, wenn der konditionierte Stimulus für mehr als 10 s präsentiert wurde, habe ich in Kapitel 6 verschiedene Längen der Stimuluspräsentation systematisch getestet. Unmanipulierte Honigbienenarbeiterinnen konnten erfolgreich zwischen zwei monochromatischen Stimuli unterscheiden, wenn der Stimulus für 10 s präsentiert wurde, aber scheiterten, wenn die Stimuluspräsentation kürzer als 4 s war. Um ein vergleichbareres Konditionieren der Bienen zu ermöglichen, entwickelte ich ein neues Setup, welches einen Shutter beinhaltete, der durch ein PC basiertes Softwareprogramm gesteuert wurde. Das überarbeitete Setup ermöglicht eine präzisiere und automatisierte visuelle PER Konditionierung und bietet nun für zukünftige Studien eine exzellente Methode, visuelle Wahrnehmung und Kognition von Bienen unter konstanten und kontrollierten Bedingungen zu untersuchen.

Zugl.: München, Universiẗat, Diss., 2006 u.d.T.: Amendt, Guido: Bereitstellung von Ressourcen für Technologieforschung.

Thesis (doctoral)--Universität, Trier. / Includes bibliographical references (p. 269-296).