Die vorliegende Arbeit untersucht die Anwendung des Groupware Systems cAR/PE!, das auf der Mixed Reality Technologie basiert. cAR/PE! wurde im Forschungszentrum Ulm der Daimler- Chrysler AG speziell für Ingenieure entwickelt, die in verteilten Gruppen zusammenarbeiten. Im Rahmen zweier Studien fand eine Testung der Software in verschiedenen Werken der DaimlerChrysler AG statt. Interviews mit verteilt arbeitenden Ingenieuren als auch deren Beobachtung bei Projektmeetings bildeten die Grundlage für die Konzeption beider Studien. In der ersten Studie wurde der erste Prototyp von cAR/PE! untersucht. Hierbei zeigte sich kein signifikanter Unterschied in der Lösungsgüte von Gruppen, die eine Aufgabe mit geringer Komplexität in cAR/PE! oder in einem realen Meeting zu bearbeiten hatten. Bei der Bearbeitung der komplexen Konstruktionsaufgabe schnitten Gruppen in realen Meetings besser als cAR/PE!-Meeting Gruppen ab. Auf Grundlage der Ergebnisse dieser ersten Studie wurde cAR/PE! Zu cAR/PE!2 weiterentwickelt und in einer zweiten Studie wiederum evaluiert. Die zweite Studie bestand aus zwei Forschungsbedingungen, in denen die Gruppen die komplexe Konstruktionsaufgabe amphibious car bearbeiten mussten. Unter der ersten Forschungsbedingung schnitten reale Meetings2 Gruppen weiterhin signifikant besser als cAR/PE!2-Gruppen ab. Der Problemlöseprozess dieser Gruppen war vergleichbar und somit nicht mehr - wie in der ersten Studie - strukturell unterschiedlich. Die Unterschiede in der Lösungsgüte lassen sich vielmehr auf die stärkere softwarebedingte Beeinträchtigung durch die Nutzung von cAR/PE!2 zurückführen. Unter der zweiten Forschungsbedingung wurde der Einfluss der Arbeitsumgebung auf die Qualität der Gruppenarbeit untersucht. Die Arbeitsumgebung weist einen direkten, allerdings nicht signifikanten Einfluss auf den Problemlöseprozess der Gruppen auf. Somit konnte abgeleitet werden, dass die Arbeitsumgebung für eine erfolgreiche Kommunikation lediglich relevante Informationen für die Problemlösung und die Bestimmung des Sprecherortes beinhalten sollte. Auf der theoretischen Ebene konnte das mit task awareness erweiterte Rahmenmodell von Vertegaal et al. (1997) untermauert werden. Außerdem erwies sich das Model for the elements of distributed group work als sehr geeignet zur strukturierten Darstellung von Unterschieden in Gruppenarbeit. Auf der praktischen Ebene wurde cAR/PE! durch die Ergebnisse beider Studien weiterentwickelt und etablierte sich als Groupware System in den Werken bei der Daimler-Chrysler AG zwischen Sindelfingen und Bremen. / The aim of this thesis is to examine the use of the groupware system cAR/PE!, which is based on Mixed Reality technology. cAR/PE! was developed at the DaimlerChrylser Research Center in Ulm dedicated to distributed engineering group work and subsequently tested in two studies at various plants of DaimlerChrysler AG. Interviews and observations of engineer meetings in distributed project groups provided the basis for the conception of the two empirical studies. In the first study the first cAR/PE! prototype was tested. The study confirmed that less complex tasks could be solved equally well in both a conventional meeting room and in cAR/PE! Meetings. However, when solving a complex task, the conventional meeting was more favorable than cAR/PE!. These results were exploited for further developments of cAR/PE! resulting in cAR/PE!2. In the second study, the modifications were evaluated under two conditions to solve the complex design task amphibious car. Under the first condition, groups were still better at solving a complex task under the conventional meeting2 condition compared with cAR/PE!2, even the problem-solving processes were comparable and no longer structurally different than in the first study. The differences in the group results were caused by the software when using cAR/PE!2. Under the second condition, the influence of the meeting workspace was tested; this had a direct influence on the problem-solving processes of the groups, but the result was not significant. However, from this outcome it was deduced that only the relevant information for the tasks and the physical placement of the speaker leads to a successful conversation. On the theoretical level, the enhancement of the framework developed by Vertegaal et al. (1997) introducing the concept of task awareness and the appropriateness of the Model for the elements of distributed group work were confirmed. On the practical level, cAR/PE!2 was improved based on the results of both studies, then implemented and established as a permanent running groupware system between DaimlerChrysler´s plants in Sindelfingen and Bremen.

Obwohl seit der Einführung des Penicillins ein wirksames Medikament gegen Streptokokken der Lancefield Gruppe A (GAS) existiert, bei welchem bislang keine Resistenzen beschrieben wurden, bleiben GAS-Infektionen auch heute noch ein großes gesundheitspolitisches Problem, das sowohl die Morbidität als auch die Mortalität der Menschen weltweit beeinflusst. GAS können ein breites Spektrum an Erkrankungen beim Menschen verursachen. Dazu zählen nicht nur unkomplizierte Racheninfektionen mit und ohne Scharlach oder Hautinfektionen wie Erysipel oder Impetigo, sondern auch invasive sowie Folgeerkrankungen. 1928 wurde als Typ-spezifische, Antikörperbildung-induzierende Substanz das M-Protein beschrieben, welches durch das emm-Gen kodiert und seither zur Beschreibung der Epidemiologie von GAS verwendet wird. Eine der Hauptfunktionen des auf der Oberfläche von GAS verankerten M-Proteins besteht darin, die Phagozytose durch polymorphkernige Leukozyten zu verhindern, was zu den wichtigsten Abwehrmechanismen von Infektionen mit GAS gezählt wird. Obwohl seit einigen Jahrzehnten große Anstrengungen unternommen wurden, bleibt ein sicherer und effektiver Impfstoff bisher ein unerreichtes Ziel. In der hier vorliegenden Studie wurde, anhand der über den Zeitraum vom 11.03.2006 bis 19.05.2012 am Universitätsklinikum Freiburg gesammelten Daten und Isolaten, die regionale Epidemiologie von Infektionen pädiatrischer Patienten durch GAS retrospektiv untersucht. Mit insgesamt 566 Isolaten und zugehörigen klinischen Daten stellt diese Studie die bisher größte unizentrische epidemiologische Untersuchung von pädiatrischen Erkrankungen mit emm-Typisierung von GAS in Deutschland dar. Dabei wurde besonders auf Zusammenhänge zwischen den molekularepidemiologischen Daten, basierend auf der emm-Typisierung, und den anonymisierten klinischen Informationen eingegangen. In die Kohorte konnten insgesamt 566 Fälle eingeschlossen werden. Bei 405 Fällen wurde eine Racheninfektion festgestellt, wovon bei wiederum 75 Fällen zusätzlich die Diagnose Scharlach gestellt wurde, 34 Kinder stellten sich mit einer Hautinfektion vor, 21 mit einer akuten Otitis media, 19 mit einer anogenitalen Infektion, acht mit einer invasiven Infektion und zwei mit einer Harnwegsinfektion. Als Kolonisation durch GAS ohne Krankheitswert wurden 77 Fälle gewertet, davon 48 mit pharyngealer Kolonisation. In der molekularepidemiologischen Untersuchung konnten drei neue emm-subtypen entdeckt werden, welche als emm29.13, emm36.7 sowie emm75.5 erstbeschrieben und deren Sequenzen in der Datenbank des CDC hinterlegt wurden. Über die gesamte Kohorte hinweg wurde Typ emm12 bei 19% aller Fälle gefunden und lag somit am häufigsten vor, gefolgt von emm1 und emm4 mit je 14% sowie emm28 und emm89 mit je 11%. Bei Betrachtung der emm-Cluster zeigte sich E4 mit 31% am häufigsten, danach folgten Cluster A-C4 mit 19%, A-C3 und E1 mit jeweils 14%. Unter den 405 Fällen mit GAS-Tonsillopharyngitis lag emm12 mit knapp 20% am häufigsten vor, gefolgt von emm4 mit 15%, emm1 mit 14%, emm89 mit 13% und emm28 sowie emm3 mit je 9%. Hinsichtlich der Cluster wurde E4 dort mit knapp 30% am häufigsten festgestellt, gefolgt von A-C4 mit 20%, E1 mit 15%und A-C3 mit 14%. In der vorliegenden Studie konnte gezeigt werden, dass sich die emm-Typ- sowie die emm-Cluster-Epidemiologie in Abhängigkeit von der klinischen Manifestation unterscheidet. Auch wenn sich die Verteilungen grundsätzlich ähnelten, traten emm4 bzw. die Cluster A-C5 und E1 bei Patienten mit Tonsillopharyngitis mit Scharlach auch nach Bonferroni-Korrektur signifikant häufiger auf als bei solchen mit Tonsillopharyngitis ohne Scharlach. Erste Hinweise hierfür wurden im Rahmen dieser Arbeit in einer Vorabauswertung zu dieser Kohorte 2013 erstmals beschrieben und durch Ergebnisse folgender, internationaler Studien gestützt. Bei anogenitalen Infektionen wurde in knapp 80% der Fälle Cluster E4 und in 58% emm28 festgestellt, so-dass hier ein deutlich eingeengtes Erregerspektrum vorlag. Verglichen zu allen Fällen mit Tonsillopharyngitis wurden bei anogenitaler Infektion Typ emm28 und Cluster E4 signifikant häufiger isoliert. Für Hautinfektionen konnte kein signifikanter Unterschied der emm-Typ-Verteilung im Vergleich zu Racheninfektionen insgesamt gefunden werden. Es zeigte sich jedoch Cluster E4 signifikant häufiger bei Patienten mit einer Hautinfektion als bei solchen mit Scharlach. Insgesamt zeigte sich im konkreten Vergleich zu einer französischen Studie eine weitgehende Übereinstimmung hinsichtlich der Epidemiologie der emm-Typen und -Cluster, jedoch auch einzelne Differenzen. Diese Unterschiede waren signifikant für emm6 und emm22, ebenso wie für Cluster M6. Weiterhin bestätigte unter anderen die Studie von d´Humieres et al. die Häufung von emm4 bei Scharlach-Patienten, was die Aussage der vorgelegten Ergebnisse unter-streicht. Weiterhin wurde zur Untersuchung der longitudinalen Entwicklung der emm-Typen und emm-Cluster die Verteilung des Zeitraumes vom 01.04.2006 und 31.03.2007 mit dem vom 01.05.2011 bis 30.04.2012 verglichen. Zumindest für den vergleichsweise kurzen zeitlichen Abstand konnten nach Adjustierung keine signifikanten Veränderungen der Epidemiologie hinsichtlich einzelner emm-Typen bzw. -Cluster beobachtet werden. In bisherigen Studien wurde die Pathogenität eines Stammes meist anhand des klinischen Erscheinungsbildes bestimmt. In dieser Studie wurde weiterführend untersucht, inwiefern sich einzelne emm-Typen bzw. emm-Cluster auch in quantitativ messbaren Parametern wie u.a. dem C-reaktiven Protein (CRP) sowie der Leukozytenzahl im Blut unterscheiden. Bei Patienten mit Tonsillopharyngitis zeigte sich lediglich Cluster E4 signifikant häufiger mit einem CRP-Wert über 35 mg/l assoziiert. Für die Leukozytenzahl war ein solcher Zusammenhang dagegen nicht nachweisbar. Da die verwendeten Analysen jedoch Störfaktoren unterlagen und ein Kausalzusammenhang zwischen der Pathogenität des Erregers und der Auslenkung der ge-nannten Parameter im Rahmen des Studiendesigns nicht bewiesen werden konnte, lassen diese Ergebnisse keine abschließende Beurteilung zu. Der bereits entwickelte 30-valente Impfstoff zeigte anhand der enthaltenen M-Antigene eine gute Übereinstimmung mit den in dieser Studie gefundenen emm-Typen. Dabei waren die Antigene von 19 der 25 in dieser Studie registrierten emm-Typen in dem Impfstoff enthalten, was jedoch unter Berücksichtigung der Kreuzreaktivitäts-Hypothese für emm-Cluster zu einem Deckungsgrad von 99,8% aller untersuchten Fälle (565 von 566) führt. Insgesamt erwies sich der unizentrische Charakter der hier vorgelegten Studie in gewisser Hinsicht als Vorteil gegenüber multizentrischen Studien, da hierdurch zu bestimmten Fragen Informationen ohne den Einfluss regionaler Besonderheiten ausgewertet werden konnten. Inwiefern regionale Prävalenzen einzelner emm-Typen oder deren Pathogenitätspotential ent-scheidend für die Epidemiologie insbesondere invasiver Infektionen sind, kann anhand dieser Studie nicht abschließend beurteilt werden. Zur näheren Untersuchung dieses Sachverhaltes wären weiterführende Studien in größerem Maßstab notwendig. Zusammenfassend wurde mit dieser Arbeit eine umfassende epidemiologische Untersuchung anhand der molekularepidemiologischen Erregeranalyse unter Einschluss klinischer Aspekte an einer großen pädiatrischen Kohorte durchgeführt. Die gewonnenen Erkenntnisse leisten einen Beitrag zur Aufklärung der regionalen wie auch internationalen Epidemiologie von GAS und bieten wichtige Grundlagen sowie Ansätze für nachfolgende Untersuchungen, insbesondere für die Impfstoffentwicklung gegen GAS.:1 Einleitung 7 2 Theoretische Grundlagen 8 2.1 Epidemiologie 8 2.2 Taxonomie 10 2.3 Infektionspathologie 11 2.4 Aufbau des M-Proteins 14 2.5 Die Bedeutung des M-Proteins 16 2.6 emm-Genetik 18 2.7 Therapie und Prophylaxe 20 3 Ziele der Studie 22 4 Patienten, Material und Methoden 23 4.1 Mikrobiologische Isolate und klinische Daten 23 4.1.1 „Klinische Krankheitsbilder“ 25 4.1.2 Modifizierter Centor-Score 26 4.1.3 Grunderkrankungen 27 4.1.4 Paraklinik 27 4.2 Geräte und Materialien 29 4.2.1 Geräte und Hilfsmittel 29 4.2.2 Verbrauchsmaterialien 30 4.2.3 Molekulare Diagnostiksysteme 31 4.2.4 Primer für PCR und Sequenzierung 31 4.2.5 Medien und Lösungen 31 4.3 Mikrobiologische Methoden 32 4.3.1 Mikrobiologische Proben 32 4.3.2 Kultur von GAS 32 4.3.3 Latex-Agglutinationstest auf Gruppe A Antigen 33 4.3.4 Kryokonservierung der Isolate 34 4.4 Molekulargenetische Methoden 35 4.4.1 DNA-Isolierung 35 4.4.2 Photometrische Bestimmung der DNS-Konzentration und Einstellung 36 4.4.3 Polymerase-Kettenreaktion (PCR) 37 4.4.4 Agarose-Gelelektrophorese 37 4.4.5 DNA Sequenzierung 39 4.4.6 Sequenz-basierte Typisierung 41 4.5 Statistische Auswertung 42 5 Ergebnisse 43 5.1 Ausgewertete mikrobiologische Proben und retrospektive Daten 43 5.2 Analyse der Kohorte 45 5.2.1 Analyse der Altersverteilung 45 5.2.2 Analyse der Geschlechtsverteilung 48 5.2.3 Analyse der saisonalen Verteilung 49 5.2.4 Analyse der klinischen Symptome 51 5.2.5 Analyse von Vorerkrankungen und Versorgungsform 55 5.3 Laborbefunde 58 5.3.1 Analyse der semiquantitativen Wachstumsdichte der Abstrich-Kulturen 58 5.3.2 Blutparameter: C-Reaktives Protein (CRP) 59 5.3.3 Blutparameter: Leukozytenzahl 59 5.4 Molekulare Epidemiologie des emm-Typs 60 5.5 Erstbeschreibung neuer emm-Subtypen 60 5.6 emm-Typ- bzw. Cluster-Verteilung und klinische Manifestation 61 5.6.1 emm-Verteilung bei Tonsillopharyngitis 61 5.6.2 emm-Verteilung bei akuter Otitis media (AOM) 63 5.6.3 emm-Verteilung bei Hautinfektionen 64 5.6.4 emm-Verteilung bei anogenitalen Infektionen 65 5.6.5 emm-Verteilung bei invasiven Infektionen 68 5.6.6 emm-Verteilung bei asymptomatischer Rachen-Kolonisierung 68 5.7 Analyse der Altersverteilung für emm-Typen und -Cluster 70 5.8 Infektionsparameter und Korrelation zur molekularen Epidemiologie 71 5.8.1 Temperatur: 71 5.8.2 CRP: 72 5.8.3 Leukozytenzahl: 73 5.9 Patienten mit wiederholten Vorstellungen 73 5.9.1 Antibiotische Therapie 75 5.10 Resistenzlage 76 5.11 Analyse der molekularen Epidemiologie über der Zeit 78 6 Diskussion 80 6.1 Vorbemerkung 80 6.2 Kohorte 81 6.2.1 Alter 81 6.2.2 Geschlecht 82 6.2.3 Jahreszeit 82 6.2.4 Vorerkrankungen 83 6.2.5 Klinische Symptome 84 6.2.6 Diagnostischer Wert der semiquantitativen Wachstumsdichte 85 6.2.7 Rezidive 85 6.3 emm-Typ und –Cluster-Epidemiologie 86 6.3.1 emm-Typen und -Cluster bei Tonsillopharyngitis 86 6.3.2 emm-Typen und –Cluster bei Anogenitalinfektionen 86 6.3.3 emm-Typen und -Cluster bei invasiven Infektionen 87 6.3.4 emm-Typ und -Cluster-Epidemiologie im Vergleich zu anderen Studien 87 6.3.5 Longitudinale Betrachtung der emm-Typ-Epidemiologie 91 6.3.6 Vergleich der emm-Typen und Cluster-hinsichtlich des Alters der Patienten 92 6.3.7 emm-Typen und -Cluster hinsichtlich Infektionsparametern 92 6.3.8 Deckungsgrad mit 30-valentem M-Protein-basiertem GAS-Impfstoff 95 6.3.9 emm-Typ / -Cluster – Antibiotika-Resistenz 96 6.4 Ausblick 97 7 Zusammenfassung 98 8 Summary 101 9 Anhang 104 10 Abbildungsverzeichnis 112 11 Tabellenverzeichnis 114 12 Abkürzungsverzeichnis 116 13 Literaturverzeichnis 118 14 Anlage 1 127 15 Anlage 2 129 16 Danksagung 131 / Although - since the introduction of penicillin - there has been an effective drug against strep-tococci of Lancefield Group A (GAS), in which no resistance has been described so far, GAS infections remain a major healthcare policy problem, which affects both morbidity and mortality of people worldwide. GAS can cause a wide range of disorders in humans. These include un-complicated pharyngeal infections with and without scarlet fever as well as skin infections such as erysipelas or impetigo but also invasive as well as secondary complications. In 1928, the M-protein encoded by the emm gene was described as a type-specific, antibody -inducing substance and has since been used to characterize the epidemiology of GAS. One of the main functions of the M protein, anchored on the surface of GAS, is to evade phagocytosis by polymorphonuclear leukocytes, which is one of the most important defense mechanisms against infections by GAS. Although major efforts have been made for several decades, a safe and effective vaccine remains an unreached goal. In this study, the regional epidemiology of infections of pediatric patients by GAS was retro-spectively investigated on the basis of data and isolates collected from 11.03.2006 to 19.05.2012 at the University Medical Center in Freiburg. With a total of 566 isolates and asso-ciated clinical data, the present study provides the largest uni-centric epidemiological study of pediatric diseases with emm-typing of GAS so far in Germany. Particular attention was paid to associations between molecular epidemiology, based on emm-typing, and anonymized clinical data. The total cohort included 566 cases, thereof 405 cases of pharyngeal infection, 75 of which were additionally diagnosed with scarlet fever, 34 children presented with a skin infection, 21 with an acute otitis media, 19 with an anogenital infection, eight with an invasive infection and two with an urinary tract infection. In 77 cases colonization by GAS was estimated as having no clinical relevance of those 48 isolates were isolated from pharyngeal swabs. In the molecular investigation, three new emm subtypes were discovered which were first de-scribed as emm29.13, emm36.7 as well as emm75.5. These sequences were entered into the database of the CDC. Over the entire cohort, emm12 was found in 19% of all cases and was thus the most frequent, followed by emm1 and emm4, with 14% each, emm28 and emm89, with 11% each. When considering emm-clusters, E4 was the most frequent with 31%, followed by cluster A-C4 with 19%, A-C3 and E1 with 14%. Among the 405 cases with GAS-related pharyngeal infection, emm12 was the most common with almost 20%, followed by emm4 with 15%, emm1 with 14%, emm89 with 13% and emm28 as well as emm3 with 9% each. With respect to the clus-ters, E4 was found to be the most common with around 30%, followed by A-C4 with 20%, E1 with 15% and A-C3 with 14%. In the present study it was shown that emm-types as well as emm-clusters differed depending on the clinical manifestation. Although the distributions were basically similar, emm4 as well as clusters A-C5 and E1 were significantly more common in patients with tonsillopharyngitis and scarlet fever, even after Bonferroni correction, than those with tonsillopharyngitis but without the diagnosis of scarlet fever. These findings were first described in a preliminary evaluation of this cohort in 2013 and supported by the results of consecutively published international stud-ies. In anogenital infections, cluster E4 was found in almost 80% and emm28 in 58%, indicat-ing a clearly narrowed spectrum. Compared to cases with tonsillopharygitis, emm28 and clus-ter E4 were significantly more frequently isolated in anogenital infections. For skin infections no significant difference could be found in the emm-distribution compared to tonsillopharyngi-tis. However, cluster E4 was found to be significantly more common in patients with a skin infection than in those with scarlet fever. Overall, in a direct comparison to a French study, there was a wide agreement regarding the epidemiology of emm-types and -clusters, but also some differences. These differences were significant for emm6, emm22, as well as for cluster M6. Furthermore, among others, the study by d´Humieres et al. confirmed the accumulation of emm4 in scarlet fever patients, which un-derlines the statement of the presented results. Furthermore, in order to investigate the longitudinal development of emm-types and emm-clusters, the distribution in the period from 01.04.2006 to 31.03.2007 was compared to that from 01.05.2011 to 30.04.2012. At least for the comparatively short period, no significant changes in the epidemiology of individual emm-types or -clusters could have been observed after adjusting the p-values. In previous studies, the pathogenicity of a strain was determined by its association to the clini-cal picture. In addition, this study investigated the extent to which individual emm-types or emm-clusters also differed in quantitatively measurable parameters such as the C-reactive protein (CRP) and the leukocyte count in the blood. In cases of tonsillopharyngitis, cluster E4 was found significantly associated with a CRP value above 35 mg/l. For the leukocyte count such a difference was not detectable. However, since the values were subject to confounding factors, a causal link between pathogenicity of certain emm-types and the deflection of the mentioned parameters could not be proved within the framework of this study. Therefore, these results do not allow to draw final conclusions. The existing 30-valent M-protein based vaccine would show a good agreement with the corre-sponding emm-types of the cohort used here. The antigens of 19 of the 25 different emm-types registered in this study were included in the vaccination model, which corresponds to a vaccine coverage of 99.8% (565 of 566) of all strains examined here, if cross-reactivity of GAS strains within an emm-cluster was taken into consideration. Overall, the uni-centric character of the study presented here provided in certain aspects an advantage over multi-centric studies, as differences and similarities between different clinical pictures, excluding regional differences as well as comprehensive clinical information on the cases, could be emphasized. The extent to which regional prevalence of individual emm-types or their pathogenicity potential are decisive for the epidemiology of invasive infections could not be conclusively assessed by this study. For a closer look at this issue, further studies on a larger scale would be necessary. In summary, this work presents a comprehensive epidemiological investigation on molecular epidemiologic pathogen analysis including clinical aspects in a large pediatric cohort. The find-ings contribute to the elucidation of the regional an international epidemiology of GAS and pro-vide important basics as well as approaches for subsequent investigations, especially for vac-cine development against GAS.:1 Einleitung 7 2 Theoretische Grundlagen 8 2.1 Epidemiologie 8 2.2 Taxonomie 10 2.3 Infektionspathologie 11 2.4 Aufbau des M-Proteins 14 2.5 Die Bedeutung des M-Proteins 16 2.6 emm-Genetik 18 2.7 Therapie und Prophylaxe 20 3 Ziele der Studie 22 4 Patienten, Material und Methoden 23 4.1 Mikrobiologische Isolate und klinische Daten 23 4.1.1 „Klinische Krankheitsbilder“ 25 4.1.2 Modifizierter Centor-Score 26 4.1.3 Grunderkrankungen 27 4.1.4 Paraklinik 27 4.2 Geräte und Materialien 29 4.2.1 Geräte und Hilfsmittel 29 4.2.2 Verbrauchsmaterialien 30 4.2.3 Molekulare Diagnostiksysteme 31 4.2.4 Primer für PCR und Sequenzierung 31 4.2.5 Medien und Lösungen 31 4.3 Mikrobiologische Methoden 32 4.3.1 Mikrobiologische Proben 32 4.3.2 Kultur von GAS 32 4.3.3 Latex-Agglutinationstest auf Gruppe A Antigen 33 4.3.4 Kryokonservierung der Isolate 34 4.4 Molekulargenetische Methoden 35 4.4.1 DNA-Isolierung 35 4.4.2 Photometrische Bestimmung der DNS-Konzentration und Einstellung 36 4.4.3 Polymerase-Kettenreaktion (PCR) 37 4.4.4 Agarose-Gelelektrophorese 37 4.4.5 DNA Sequenzierung 39 4.4.6 Sequenz-basierte Typisierung 41 4.5 Statistische Auswertung 42 5 Ergebnisse 43 5.1 Ausgewertete mikrobiologische Proben und retrospektive Daten 43 5.2 Analyse der Kohorte 45 5.2.1 Analyse der Altersverteilung 45 5.2.2 Analyse der Geschlechtsverteilung 48 5.2.3 Analyse der saisonalen Verteilung 49 5.2.4 Analyse der klinischen Symptome 51 5.2.5 Analyse von Vorerkrankungen und Versorgungsform 55 5.3 Laborbefunde 58 5.3.1 Analyse der semiquantitativen Wachstumsdichte der Abstrich-Kulturen 58 5.3.2 Blutparameter: C-Reaktives Protein (CRP) 59 5.3.3 Blutparameter: Leukozytenzahl 59 5.4 Molekulare Epidemiologie des emm-Typs 60 5.5 Erstbeschreibung neuer emm-Subtypen 60 5.6 emm-Typ- bzw. Cluster-Verteilung und klinische Manifestation 61 5.6.1 emm-Verteilung bei Tonsillopharyngitis 61 5.6.2 emm-Verteilung bei akuter Otitis media (AOM) 63 5.6.3 emm-Verteilung bei Hautinfektionen 64 5.6.4 emm-Verteilung bei anogenitalen Infektionen 65 5.6.5 emm-Verteilung bei invasiven Infektionen 68 5.6.6 emm-Verteilung bei asymptomatischer Rachen-Kolonisierung 68 5.7 Analyse der Altersverteilung für emm-Typen und -Cluster 70 5.8 Infektionsparameter und Korrelation zur molekularen Epidemiologie 71 5.8.1 Temperatur: 71 5.8.2 CRP: 72 5.8.3 Leukozytenzahl: 73 5.9 Patienten mit wiederholten Vorstellungen 73 5.9.1 Antibiotische Therapie 75 5.10 Resistenzlage 76 5.11 Analyse der molekularen Epidemiologie über der Zeit 78 6 Diskussion 80 6.1 Vorbemerkung 80 6.2 Kohorte 81 6.2.1 Alter 81 6.2.2 Geschlecht 82 6.2.3 Jahreszeit 82 6.2.4 Vorerkrankungen 83 6.2.5 Klinische Symptome 84 6.2.6 Diagnostischer Wert der semiquantitativen Wachstumsdichte 85 6.2.7 Rezidive 85 6.3 emm-Typ und –Cluster-Epidemiologie 86 6.3.1 emm-Typen und -Cluster bei Tonsillopharyngitis 86 6.3.2 emm-Typen und –Cluster bei Anogenitalinfektionen 86 6.3.3 emm-Typen und -Cluster bei invasiven Infektionen 87 6.3.4 emm-Typ und -Cluster-Epidemiologie im Vergleich zu anderen Studien 87 6.3.5 Longitudinale Betrachtung der emm-Typ-Epidemiologie 91 6.3.6 Vergleich der emm-Typen und Cluster-hinsichtlich des Alters der Patienten 92 6.3.7 emm-Typen und -Cluster hinsichtlich Infektionsparametern 92 6.3.8 Deckungsgrad mit 30-valentem M-Protein-basiertem GAS-Impfstoff 95 6.3.9 emm-Typ / -Cluster – Antibiotika-Resistenz 96 6.4 Ausblick 97 7 Zusammenfassung 98 8 Summary 101 9 Anhang 104 10 Abbildungsverzeichnis 112 11 Tabellenverzeichnis 114 12 Abkürzungsverzeichnis 116 13 Literaturverzeichnis 118 14 Anlage 1 127 15 Anlage 2 129 16 Danksagung 131

Evolution of Piperales – matK gene and trnK intron sequence data reveal lineage specific resolution contrast. Piperales are one of the largest basal angiosperm orders with a nearly worldwide distribution. The order includes three species rich genera, Piper (ca. 1,000 species), Peperomia (ca. 1,500-1,700 species), and Aristolochia s. l. (ca. 500 species). Sequences of the matK gene and the non-coding trnK group II intron are analysed for a dense set of 105 taxa representing all families (except Hydnoraceae) and all generic segregates (except Euglypha within Aristolochiaceae) of Piperales. A large number of highly informative indels are found in the Piperales trnK/matK dataset. Within a narrow region approximately 500 nt downstream in the matK coding region (CDS), a length variable simple sequence repeat (SSR) expansion segment occurs, in which insertions and deletions have led to short frame-shifts. These are corrected shortly afterwards, resulting in a maximum of 6 amino acids being affected. Furthermore, additional non-functional matK copies were found in Zippelia begoniifolia, which can easily be discriminated from the functional open reading frame (ORF). The trnK/matK sequence data fully resolve relationships within Peperomia, whereas they are not effective within Piper. The resolution contrast is correlated with the rate heterogenity between those lineages. Parsimony, Bayesian and likelihood analyses result in virtually the same topology, and converge on the monophyly of Piperaceae and Saururaceae. Lactoris gains high support as sister to Aristolochiaceae subf. Aristolochioideae, but the different tree inference methods yield conflicting results with respect to the relationships of subfam. Asaroideae. In Piperaceae, a clade formed by the monotypic genus Zippelia and the small genus Manekia (=Sarcorhachis) is sister to the two large genera Piper and Peperomia. Systematics of pipevines – Combining morphological and fast-evolving molecular characters to investigate the relationships within subfamily Aristolochioideae (Aristolochiaceae) A combined phylogenetic analysis of the Aristolochioideae was conducted based on 72 morphological characters and molecular datasets (matK gene, trnK intron, trnL intron, trnL-trnF spacer). The analysis sampled 33 species as the ingroup, including two species of Thottea and 30 species of Aristolochia and the monotypic genus Euglypha, which represent all the infrageneric taxa formally described; Saruma henryi and Asarum caudatum were used as the outgroup. The results corroborate a sister-group relationship between Thottea and Aristolochia, and the paraphyly of Aristolochia with respect to Euglypha that consequently should be included into Aristolochia. Two of the three subgenera within Aristolochia (Isotrema and Pararistolochia) are shown to be monophyletic, whereas the signal obtained from the different datasets about the relationships within subg. Aristolochia is low and conflicting, resulting in collapsed or unsupported branches. The relationship between the New World and the Old World species of subgenus Aristolochia is conflictive because morphological data support these two groups as monophyletic, whereas molecular data show the monophyletic Old World species of Aristolochia nested within the New World species. A sister group relationship is proposed between A. lindneri and pentandrous species, which suggests that a group of five species from central and southern South America (including A. lindneri) could be monophyletic and sister to Aristolochia subsection Pentandrae, a monophyletic taxon consisting of about 35 species from southern USA, Mesoamerica, and the West Indies. Colonisation, phylogeography and evolution of endemism in Mediterranean Aristolochia (Aristolochiaceae). This study provides evidence for a multiple colonisation of the western Old World from Asian ancestors within Aristolochia section Diplolobus (subsection Aristolochia and Podanthemum). Within subsection Podanthemum it is assumed, that the colonisation of the African continent happened at least two times independently. In contrast, for subsection Aristolochia, a rapid morphological radiation in the Near East (or close to this area) with subsequent star like colonisation of the different current distribution areas, which is not paralleled on the molecular level, appears to be more likely. Phylogenetic tree reconstruction is unsupported for these clades, but most clades are highly supported as monophyletic. Interestingly the Mediterranean and temperate Eurasian species, which are morphologically distinct (A. pistolochia, A. clematitis) are not clustering within the main clades, but are independent lineages. Analogue, A. rigida a species from Somalia is well-supported sister to the subsection Aristolochia. Within subsection Podanthemum the colonisation event from an Asian ancestor is clearly traceable, whereas in subsection Aristolochia the path is not traceable, since the ancestors are extinct or not present in the connecting areas. Within the Mediterranean, Near East and Caucasian species of subsection Aristolochia two morphologically and biogeographically well supported groups can be identified: the Near East/Caucasian species and the West Mediterranean species. The previous groupings for the latter, based on morphological characters, could be substantiated only partly by our results. This study provides the first phylogeny of all West Mediterranean species. In addition an independent complex is established including some micro endemic species. The phylogenetic results are discussed with respect to biogeography, and morphology, to give a first insight into the radiation and colonisation of the genus Aristolochia in the Mediterranean region. Universal primers for a large cryptically simple cpDNA microsatellite region in Aristolochia. We provide a new and valuable marker to study species relationships and population genetics in order to trace evolutionary, ecological, and conservational aspects in the genus Aristolochia. Universal primers for amplification and subsequent sequencing of a chloroplast microsatellite locus inside the trnK intron are presented. Utility of the primers has been tested in 32 species representing all clades of Aristolochia, including population studies within the A. pallida complex, A. clusii and A. rotunda. The microsatellite region is characterized as a (AnTm)k repeat of 22–438 bp containing a combination of different repeats arranged as ‘cryptically simple’. Trapped! Pollination of Aristolochia pallida Willd. in the Mediterranean A first study of the pollination biology of a Mediterranean Aristolochia species in its natural habitat is presented. 183 flowers of Aristolochia pallida were investigated, which in total contained 73 arthropods, dominated by two groups of Diptera, Sciaridae (37%) and Phoridae (19%). However, only Phoridae are regarded as potential pollinators, since pollen has been found exclusively on the body surfaces of these insects. All Phoridae belong to the genus Megaselia and are recognised as four undescribed species. The measurements of flower and insect dimensions suggest that size is an important constrain for successful pollination: 1) the insects must have a definitive size for being able to enter the flower and 2) must be able to get in touch with the pollen. Only very few insect groups found in Aristolochia pallida fulfil these size requirements. However, size alone is not a sufficient constrain as too many fly species of the same size might be trapped but not function as pollinators. Instead, specific attraction is required as otherwise pollen is lost. Since all trapped Phoridae are males, a chemical attraction (pheromones) is proposed as an additional constrain. Since A. pallida flowers are protogynous, the record of Megaselia loaded with pollen found in a flower during its female stage proves that this insect must have been visited at least one different flower during its male stage before. Further on, this observation provides strong evidence that the flowers are cross-pollinated. All these factors indicate a highly specialised pollination of Aristolochia pallida by Megaselia species.

In den letzten Jahren hat sich maschinelles Lernen als hilfreiches Werkzeug zur Vorhersage von simulierten Materialeigenschaften erwiesen. Somit können aufwendige Berechnungen mittels Dichtefunktionaltheorie umgangen werden und bereits bekannte Materialien besser verstanden oder sogar neuartige entdeckt werden. Eine zentrale Rolle spielt dabei der Deskriptor, ein möglichst interpretierbarer Satz von Materialkenngrößen. Diese Arbeit präsentiert einen Ansatz zur Auffindung von Deskriptoren für periodische Multikomponentensysteme, deren Eigenschaften durch die genaue atomare Anordnung mitbeinflusst wird. Primäre Features von Einzel-, Paar- und Tetraederclustern werden über die Superzelle gemittelt und weiter algebraisch kombiniert. Aus den so erzeugten Kandidaten wird mittels Dimensionalitätsreduktion ein geeigneter Deskriptor identifiziert. Zudem stellt diese Arbeit Strategien vor bei der Modellfindung Kreuzvalidierung einzusetzen, sodass stabilere und idealerweise besser generalisierbare Deskriptoren gefunden werden. Es werden außerdem mehrere Fehlermaße untersucht, die die Qualität der Deskriptoren bezüglich Genauigkeit, Komplexität der Formeln und Berücksichtung der atomaren Anordnung charakterisieren. Die allgemeine Methodik wurde in einer teilweise parallelisierten Python-Software implementiert. Als konkrete Problemstellungen werden Modelle für die Gitterkonstante und die Mischenergie von ternären Gruppe-IV Zinkblende-Legierungen "gelernt", mit einer Genauigkeit von 0.02 Å bzw. 0.02 eV. Datenbeschaffung, -analyse, und -bereinigung werden im Hinblick auf die Zielgrößen als auch auf die primären Features erläutert, sodass umfassende Analysen und die Parametrisierung der Methodik an diesem Testdatensatz durchgeführt werden können. Als weitere Anwendung werden Gitterkonstante und Bandlücken von binären Oktett-Verbindungen vorhergesagt. Die präsentierten Deskriptoren werden mit den Fehlermaßen evaluiert und ihre physikalische Relevanz wird abschließend disktutiert. / In the last years, machine learning methods have proven as a useful tool for the prediction of simulated material properties. They may replace effortful calculations based on density functional theory, provide a better understanding of known materials or even help to discover new materials. Here, an essential role is played by the descriptor, a desirably interpretable set of material parameters. This PhD thesis presents an approach to find descriptors for periodic multi-component systems where also the exact atomic configuration influences the physical characteristics. We process primary features of one-atom, two-atom and tetrahedron clusters by an averaging scheme and combine them further by simple algebraic operations. Compressed sensing is used to identify an appropriate descriptor out from all candidate features. Furthermore, we develop elaborate cross-validation based model selection strategies that may lead to more robust and ideally better generalizing descriptors. Additionally, we study several error measures which estimate the quality of the descriptors with respect to accuracy, complexity of their formulas and the capturing of configuration effects. These generally formulated methods were implemented in a partially parallelized Python program. Actual learning tasks were studied on the problem of finding models for the lattice constant and the energy of mixing of group-IV ternary compounds in zincblende structure where an accuracy of 0.02 Å and 0.02 eV is reached, respectively. We explain the practical preparation steps of data acquisition, analysis and cleaning for the target properties and the primary features, and continue with extensive analyses and the parametrization of the developed methodology on this test case. As an additional application we predict lattice constants and band gaps of octet binary compounds. The presented descriptors are assessed quantitatively by the error measures and, finally, their physical meaning is discussed.

In a crystalline ordered magnet, coherent excitations called spin waves, or magnons, propagate in the material forming band structures in an analogous way to electrons. Spin waves can possess non trivial topology associated with novel response functions of fundamental and potential technological interest. In particular, topologically protected surface states of magnons offer a new path towards coherent spin transport for spintronics applications. One of the central issues in this area is to establish the conditions under which band topology can arise in magnons and explore its variety. In this work we harness the full power of symmetry as applied to magnetism, to facilitate the discovery of new topological magnon models and materials. We show how to efficiently identify such systems by adapting the electronic topological quantum chemistry scheme to magnons, using constraints imposed by time reversal and crystalline symmetries to determine possible gapped and nodal topology in magnon models. Further, we explore enhanced symmetries beyond this paradigm, which are nevertheless natural for magnons: the spin-space groups. Exploring spin-space symmetry, which has wholly or partially decoupled magnetic and lattice degrees of freedom, reveals a proliferation of nodal points, lines, and planes beyond the standard crystalline symmetries. Linear spin wave theory is one of the most valuable techniques to study magnons, however, it can fail in different scenarios. Because of its importance to the community, we explore cases where it contains spurious symmetries which can potentially hide important physics in the spectra, like topology. We provide therefore a simple way to identify and resolve such cases within the linear theory. Finally, a pressing issue in magnons is the experimental detection and manipulation of topological surface states. Even more, the characterisation of generic 2D magnetism is an open problem. We contribute to this by devising an experimental setup based on quasi-particle interference which potentially could solve this long-lasting challenge. / Kohärente Anregungen, wie Spinwellen, auch Magnonen genannt, formen Bandstrukturen in kristallin geordneten Materialien. Diese Magnonen können eine nicht triviale Topologie aufwei- sen, welche neuartige Antwortfunktionen erzeugen können. Sie sind daher von technologischem Interesse. Insbesondere die topologisch geschützten Oberflächenzustände der Magnonen ermöglichen eine Realisierung von kohärentem Spin Transport und erlauben eine potentielle Anwendung in der Spintronik. Zentraler Punkt der aktuellen Forschung sind Bedingungen, unter denen eine nicht triviale Magnon-Bandtopologie entstehen kann und welche Möglichkeiten diese eröffnen. In dieser Arbeit untersuchen wir diese neuartigen topologischen Phasen für verschiedene Mo- delle unter Nutzung verschiedener Symmetrien. Die Erweiterung des elektronischen “topological quantum chemistry” Ansatzes für Magnonen erlaubt eine effiziente Identifikation dieser topologischen Eigenschaften. Der Ansatz basiert auf verschiedenen Einschränkungen, welche von der Zeitumkehr und kristallinen Symmetrien induziert werden. Darüber hinaus untersuchen wir die Anwendung von weiteren Symmetrien, welche relevant für Magnonen sind: die Spin-Raumgruppen. Die Erforschung der Spin-Raum-Symmetrie, welche magnetische Freiheitsgrade und Gittersyme- trien ganz oder teilweise entkoppelt, führt zur Ausbreitung von Knotenpunkten, Linien und Ebenen jenseits der standardmäßigen Kristallsymmetrien. Die lineare Spinwellentheorie ist eine der erfolgreichsten Methoden zur Untersuchung von Magnonen, kann jedoch unter verschiedenen Umständen versagen, da künstliche Symmetrien essenzielle Physik, wie beispielsweise topologische Eigenschaften, verbergen. Ansätze, die im Rahmen dieser Dissertation erarbeitet worden sind, helfen dabei, solche Fälle zu identifizieren und zu verstehen. Aktuelle Experimente zur Manipulation topologischer Oberflächenzustände von Magnonen, sowie die allgemeine Untersuchung von Magnetismus in zwei Dimensionen, fehlen. Daher präsentieren wir einen möglichen experimentellen Aufbau, basierend auf Quasi-Teilchen-Interferenz, welcher einen möglichen Ausweg aufzeigt.

Nematode communities in black pepper (Piper nigrum L.) agricultural soil in Thanh An, Binh Phuoc province, were investigated. Soil samples were collected in February 2012 at 9 selected sites belonging to 3 pepper groves. The structure of nematode communities and critical ecological indices were determined to estimate environmental status. 26 genera were found. Of those, plant parasitic nematodes such as Meloidogyne, Helicotylenchus, Hoplolaimus, Psilenchus, and Tylenchidae always appear with high frequency and density, whereas the carnivorous nematodes were rarely detected. The nematode density correlates to the concentration of the total organic matter which correlates closely to the (Ba + Fu) proportion showed by the regression equation y = 0.0223x + 1.6819 with R2 = 1. The ecological triangle model, but not the maturity index (MI), apparently showed the status and processes (decomposition and mineralization) which may be happening in the soils of areas studied. The first grove is rich in nutrient but stressed by chemicals. The second grove is stable, with no chemical stress, but has low nutrient contents. The third grove is affected by chemicals but to a lesser extent than the first one. / Các quần xã tuyến trùng trong hệ sinh thái đất trồng tiêu ở khu vực xã Thanh An, tỉnh Bình Phước được nghiên cứu. Các mẫu đất được thu nhận trong tháng hai năm 2012 tại 9 điểm thuộc 3 vườn tiêu. Cấu trúc quần xã tuyến trùng và các chỉ số sinh thái đã được xác định để qua đó đánh giá trạng thái môi trường. Tổng cộng có 26 giống tuyến trùng được tìm thấy. Trong đó, các loài tuyến trùng ký sinh thực vật như Meloidogyne, Helicotylenchus, Hoplolaimus, Psilenchus, và tuyến trùng ăn nấm Tylenchidae luôn xuất hiện với tần suất và mật độ cao, trong khi tuyến trùng ăn thịt lại hiếm khi được phát hiện. Mật độ tuyến trùng tương quan với lượng chất hữu cơ tổng số mà nó tương quan chặt chẽ với với tỉ lệ nhóm (Ba + Fu) được thể hiện ở phương trình hồi quy là y = 0.0223x + 1.6819 với R2 = 1. Mô hình tam giác sinh thái, nhưng không phải chỉ số tăng trưởng MI, thể hiện rõ trạng thái và các quá trình (sự phân hủy và sự khoáng hóa) có lẽ đang diễn ra trong đất của khu vực được nghiên cứu. Vườn thứ nhất thì giàu dinh dưỡng nhưng bị áp lực bởi hóa chất. Vườn thứ hai khá ổn định, không chịu áp lực hóa chất, nhưng hàm lượng dinh dưỡng rất kém. Vườn thứ ba bị tác động bởi hóa chất nhưng ở mức độ thấp hơn vườn thứ nhất.

Ein bedeutender Satz von L. Bungart und H. Grauert besagt, dass, für eine Gruppe G von invertierbaren Elementen einer Banachalgebra, je zwei G-wertige holomorphe Kozyklen über einer beliebigen Steinschen Mannigfaltigkeit holomorph äquivalent sind, wenn sie dort stetig äquivalent sind. Eine einfachere Form dieses Satzes wurde erstmals von K. Oka bewiesen. Aussagen dieser Art werden deshalb auch Okasche Prinzipe oder Oka-Grauert-Prinzipe genannt. Der Bungert-Grauert-Satz ist auch in dem Fall von Bedeutung, in dem die Steinsche Mannigfaltigkeit ein Gebiet in der komplexen Ebene ist. Man kann deshalb in der Literatur auch direkte Beweise für den Spezialfall finden, in dem ein G-wertiger holomorpher, stetig trivialer Kozyklus betrachtet wird. Dieser ist, nach dem oben erwähnten Satz, dann auch holomorph trivial. Ziel dieser Dissertation ist es, den Bungart-Grauert-Satz für Gebiete in der komplexen Ebene auch im allgemeinen Fall direkt zu beweisen. Dieser direkte Beweis ist wesentlich einfacher als der bisherige und muss nicht, wie bei L. Bungart und H. Grauert, auf eine Theorie von mehreren Veränderlichen zurückgreifen. Wie in den Arbeiten von L. Bungart und H. Grauert gezeigt, kann dies durch das sogenannte Verdrillen, einer Methode aus einer allgemeinen Theorie von holomorphen Kozyklen mit Werten in Bündeln von Gruppen, erzielt werden. Der größte Teil der Dissertation besteht deshalb darin, eine solche Theorie im Fall von Gebieten in der komplexen Ebene direkt aufzubauen. / An important theorem of L. Bungart and H. Grauert says that for the group G of invertible elements of a banachalgebra, two holomorphic, G-valued cocycles over a Stein manifold, which are continiously equivalent, are holomorphically equivalent there. A simpler form of that theorem was first proven by K. Oka. That''s why theorems like this are known as Oka-Grauert-priciples as well. The Bungart-Grauert theorem is also significant if the Stein manifold is a domain in the complex plane. That''s why direct proofs of the special case, in which a continiously trivial, holomorphic cocycle is considered, can also be found in literature. Following the Bungart-Grauert theorem mentioned above, such a cocycle is also holomorphically trivial. The goal of this thesis is to prove the general case of the Bungart-Grauert theorem for a domain in the complex plane directly. That direct proof is much more simple than the old one. Furthermore this direct proof doesn''t have to resort to a theory of multiple variables, unlike the proof from L. Bungart and H. Grauert does. As shown in the original works, such a proof can be archieved by using the so called twisting. Twisting is a method from a theory of holomorphic cocycles with values in bundles of groups. In the main part of this thesis such a theory is build directly for domains in the complex plane.

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