Die saure Sphingomyelinase (Asm), ein Enzym des Sphingolipidmetabolismus, spaltet Sphingomyelin zu Ceramid und Phosopocholin. Aktiviert wird die Asm unter anderem durch Stimulation des CD28 Rezeptors. CD28 Signale werden auch für die Aktivierung von konventionellen T-Zellen (Tconv) und für die Kostimulation benötigt und sind essentiell für die Differenzierung von regulatorischen T-Zellen (Treg) im Thymus und deren Erhalt in der Peripherie. Wir konnten zeigen, dass sich Tconv und Treg Zellen hinsichtlich der Asm unterscheiden. Treg haben eine höhere "basale" Asm Aktivität, widergespiegelt im höheren Ceramidgehalt und haben eine niedrigere Lipidordnung als Tconv Zellen. Die Abwesenheit der Asm in defizienten Mäusen bewirkt einen relativen Anstieg der Treg-Frequenz innerhalb der CD4+ T-Zellen. Außerdem führt die Asm-Defizienz in Treg Zellen zu einer erhöhten Umsatzrate des immunsupprimierenden Moleküls CTLA-4 und zu einer verstärkten Suppressivität von Treg Zellen aus Asm-/- Mäusen gegenüber Wildtyp Zellen. Ein Anstieg in der Treg-Frequenz, äquivalent zur genetischen Defizienz, kann auch durch Inhibition der Asm, d. h. durch Wirkstoffe wie Amitriptylin und Desipramin erreicht werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Inhibitorbehandlung die absolute Anzahl der Tconv Zellen selektiv verringert, da Treg Zellen gegenüber dem Asm Inhibitor-induzierten Zelltod resistenter sind. Mechanistisch erklärbar sind die Unterschiede gegenüber den proapoptotischen Inhibitoreffekten zwischen Tconv und Treg Zellen dadurch, dass Treg Zellen durch die Anwesenheit von IL-2 geschützt sind. In Abwesenheit von IL-2 sterben die Treg Zellen ebenfalls. Die gezielte Veränderung des Verhältnisses von Treg zu Tconv durch den Einsatz von Asm-inhibitorischen Medikamenten kann hilfreich bei der therapeutischen Behandlung von inflammatorischen- und Autoimmunerkrankungen sein. Inwiefern die Asm für die Funktion von T-Zellen in der anti-viralen Immunantwort entscheidend ist, wurde im Masernvirus-Infektionsmodell näher untersucht. In Asm-/- Mäusen und Amitriptylin-behandelten Mäusen konnte gezeigt werden, dass in Abwesenheit der Asm die Kontrolle der Masernvirusinfektion verschlechtert ist. Treg sind auch hier von entscheidender Bedeutung, da die Asm-abhängige, verstärkte Masernvirusinfektion bei Fehlen der Asm nur in Gegenwart von Treg auftritt. In der akuten Phase gibt es in Asm-/- Mäusen weniger masernvirusspezifische T-Zellen und dadurch eine verringerte Beseitigung der Viruslast. In der chronischen Phase ist die Anzahl masernvirusspezifischer T-Zellen zwischen WT und Asm-/- Mäusen vergleichbar. In Letzteren ist allerdings die Anzahl und Frequenz von T-Zellen im Gehirn infizierter Mäuse noch deutlich erhöht, was die verstärkte Maserninfektion widerspiegelt. Zusammenfassend zeigt sich, dass die Asm die Funktion von Treg moduliert und einen Einfluss auf das Verhältnis von Tconv und Treg zueinander hat. Im Masernvirus-Infektionsmodell kann die Veränderung des Tconv zu Treg Verhältnisses in Abwesenheit der Asm ursächlich für die verringerte Viruskontrolle sein. Die Asm Inhibitor-induzierte Treg-Aktivierung und die Beeinflussung des Treg zu Tconv Verhältnisses können wiederum für therapeutische Zwecke genutzt werden, wie beispielsweise bei Multipler Sklerose und Rheumatoider Arthritis. / The acid sphingomyelinase (Asm), an enzyme of the sphingolipid metabolism, hydrolyses sphingomyelin into ceramide and phosphocholine. Besides other stimuli the Asm is activated by ligation of the costimulatory molecule CD28. CD28 signaling is necessary to activate conventional T-cells (Tconv) and is crucial for the differentiation and maintenance of thymus-derived regulatory T-cells (Treg). We could demonstrate that Tconv and Treg cells differ with respect to Asm activity. Treg cells have an increased "basal" Asm activity resulting in an elevated level of ceramide and show a decreased lipid order compared to Tconv cells. The absence of Asm leads to a relative increase in Treg frequency among CD4+ T-cells in Asmdeficient mice. Furthermore, the Asm deficiency results in an increased turnover rate of the immunosuppressive molecule CTLA-4 and strengthens the suppressive capacity of Treg cells from Asm-/- mice compared to wild type Treg cells. An increase of the Treg cell frequency, equivalent to that seen with genetic deficiency, can be achieved by drugs like amitriptyline and desipramine too. The inhibitor treatment selectively decreases the absolute numbers of Tconv cells as Treg cells are more resistant towards Asm inhibitor induced cell death. The mechanistic explanation for the difference concerning the proapotptotic effects of Asm inhibitors between Treg and Tconv cells is that Treg cells are protected by IL-2. In the absence of IL-2 Treg cells die too. Therapeutically shifting the balance of Treg and Tconv cells by Asminhibiting drugs can be beneficial in inflammatory and autoimmune diseases. Whether the Asm is necessary for the function of T-cells during anti-viral immune responses was investigated in a measles virus infection model. In Asm-/- mice and amitriptyline treated mice control of the measles virus was impaired. Treg cells are of critical relevance as the Asm dependent boost in measles infection was only visible in the presence of Treg cells. During the acute phase of infection less measles virus specific T-cells were present leading to a decreased clearance of virus from the brains of Asm-/- mice. In the chronic phase the number of measles virus specific Tcell was comparable between wt and Asm-/- mice. But in the latter the number and frequency of T-cells in brains of infected mice was increased, which mirrors the enhanced measles virus infection. In conclusion, the Asm modulates the function of Treg cells and influences the Treg- Tconv ratio. The changed Treg-Tconv ratio in the absence of Asm expression might be responsible for the reduced virus control in the measles virus infection model. Additionally, the Asm inhibitor induced Treg cell activation and its effects on the Treg- Tconv ratio can be used for therapeutical approaches in diseases like multiple sclerosis or rheumatoid arthritis.

Jörg Bauerfeld Untersuchungen zur Prophylaxe der Gebärparese bei Kühen durch Verfütterung anionenangereicherter Rationen in der Trockenstehperiode Medizinische Tierklinik der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig In einem Milchkuhbestand mit hoher Gebärpareseinzidenz wurden Untersuchungen zur Prophylaxe durch gezielte Steuerung der Dietary Cation-Anion-Difference (DCAD) in der Trockenstehperiode mittels Fütterung einer Anionenration („saure Salze“) und zur Ermittlung einer optimalen Applikationsdauer durchgeführt. Dazu wurden Verlaufsuntersuchungen im Zeitraum von 6 Wochen (Wo.) ante partum (a.p.) bis 14 Tage (d) post partum (p.p.) zu den Parametern des Calcium-, Phosphor- und Säure-Basen-Haushaltes in Blut und Harn vorgenommen. Die DCAD der Futterration in der Trockenstehperiode, die an die Kontrolltiere (KT) verfüttert wurde, betrug +221,4 meq/kg TS. Durch Zusatz eines definierten Mineralstoffgemischs wurde die DCAD der Ration auf –108,8 meq/kg TS abgesenkt und den Versuchstieren (VT) im Durchschnitt 36 d a.p. gefüttert. VT und KT hatten die absolut gleichen Haltungsbedingungen. Als Probanden dienten Kühe ab der 4. Laktation mit hoher Gepärparesegefährdung. Eine visuelle Körperkonditionsbewertung wurde 1 Wo. a.p. mittels Body Condition Scoring nach EDMONDSON et al. (1989) durchgeführt und ergab durchschnittliche Boniturnoten bei den VT von 3,8 ± 0,3 und bei den KT von 3,8 ± 0,2. Durch die Verfütterung der Anionenration in der Trockenstehperiode wurde mit 5 % bei den VT eine deutlich geringere Gebärparese-inzidenz als mit 47,5 % bei den KT erreicht. Puerperium und Milchleistung wurden günstig beeinflußt. Statistisch gesicherte höhere Konzentrationen bei ionisiertem Calcium (Cai), Gesamtcalcium (Cat), Ionisierungsgrad des Calciums und anorganischem Phosphat (Pa) im Blut wurden bei den VT gegenüber den KT nur unmittelbar nach der Kalbung (1 d p.p.) festgestellt. Beim Blut-pH-Wert fanden sich keine statistisch gesicherten Unterschiede. Die Erzeugung einer milden Azidose durch die Verfütterung der Anionenration ließ sich durch die Bestimmung des Harn-pH-Wertes nicht nachweisen. Zwischen VT und KT gab es hier über den gesamten Untersuchungszeitraum keine statistisch signifikanten Unterschiede. Erst durch Bestimmung der fraktionierten Netto-Säuren-Basen-Ausscheidung (NSBA), des Kreatinins und der errechneten Quotienten im Harn zeigte sich, daß im präpartalen Zeitraum bei den VT eine milde Azidose mit günstigem Einfluß auf den Calciumhaushalt erzeugt wurde. Die Azidität des Harnes ist bei den VT 2 und 1 Wo. a.p. und 1 d p.p. statistisch gesichert deutlicher ausgeprägt als bei den KT. Für den milden kompensierten Charakter der induzierten Azidose spricht, daß sich der Blut-pH-Wert über den gesamten Untersuchungszeitraum im physiologischen Bereich bewegte und Veränderungen im Calcium-Metabolismus erst unmittelbar unter der Geburt auftraten. Klinische Nebenwirkungen waren, bis auf eine gesteigerte Diurese in Einzelfällen, nicht zu verzeichnen. Zur Ermittlung einer optimalen Applikationsdauer der Anionenration wurden die VT in vier Gruppen zu je 10 Kühen unterteilt und diesen die Anionenration in unterschiedlicher Dauer a.p. gefüttert. Hier zeigte sich, daß in der Gruppe mit der kürzesten Applikationsdauer (3 Wo. a.p.) die beiden einzigen klinisch manifesten Gebärparesefälle bei den VT auftraten. Die Milchleistung in der Folgelaktation blieb deutlich unter der der anderen VG. Bei den Blutparametern zeigten sich statistisch signifikante Unterschiede nur beim Ionisierungsgrad des Calciums, der bei der Gruppe mit 3-wöchiger Applikationsdauer a.p. 1 d p.p. am niedrigsten war. Die Erzeugung der (milden) Azidose erfolgte bei dieser Gruppe 2 Wo. a.p. mit Beginn der Transitfütterung. Das bedeutet eine zusätzliche Belastung der Regulationssysteme des Säure-Basen-Haushaltes in diesem Zeitraum. Daraus ist zu schließen, daß eine kurze Applikationsdauer von 3 Wo. a.p. nicht die gute Wirksamkeit einer längeren zur Gebärpareseprophylaxe besitzt. Die übrigen drei Gruppen mit längerer Applikations-dauer wiesen bei den Blut- und Harnparametern keine statistisch signifikanten Unterschiede auf. Die Gruppe mit 5- bis 6-wöchiger Applikationsdauer wies bei den Blut- und Harnparametern die konstantesten Verhältnisse bzw. die kontinuierlichsten Veränderungen auf. Die 5- bis 6-wöchige Applikationsdauer der Anionenration a.p. stellt somit die beste Variante dar und gewährleistet, daß auch bei Kühen mit Abkalbung vor dem errechneten Geburtstermin eine ausreichende azidotische Wirkung auf den Calciumstoffwechsel gegeben ist. / Jörg Bauerfeld Investigations into the prophylaxis of parturient paresis in cows by administering anion-enriched rations during the dry period Large Animal Clinic for Internal Medicine, Faculty of Veterinary Medicine University of Leipzig In a dairy cow livestock with many incidences of parturient paresis, research was conducted in order to determine a prophylaxis strategy by purposefully controlling the Dietary Cation-Anion-Difference (DCAD) through administration of an anion ration (“acidic salt”) during the dry period and in order to determine the optimal length of application. Therefore the parameters of the calcium, the phosphor and the acid base state were investigated in blood as well as in urine for the period of time of 6 weeks before parturition (b.p.) and up to 14 days after parturition (a.p.). The DCAD of the food ration that was given to the control animals (CA) during the dry period amounted to + 221.4 meq/kg DM. By adding a well-defined amount of mineral mixture, the DCAD of the ration came down to -108.8 meq/kg DM and was fed to the test animals (TA) on average 36 days a. p. TA and CA were kept and fed under similar conditions. Cows starting from 4th lactation and at high risk of parturient paresis were used as test animals. A visual assessment of the body condition was carried out by means of the “Body Condition Scoring” by EDMONDSON et al. (1989) 1 week b.p., resulting in mean Bonitur marks of 3.8 ± 0.3 in the TA and 3.8 ± 0.2 in the CA. Because of the administration of the anion ration during the dry period markedly less incidences of parturient paresis occurred with 5 % in the TA, compared to the 47.5 % in the CA. Puerperium and milk yield were favourably influenced in the following lactation. Statistically confirmed higher concentrations in ionised calcium (Cai), total calcium (Cat), degree of ionisation of calcium and inorganic phosphate (Pa) were determined in the TA compared to the CA just after calving (1 day a.p.). Regarding the pH-value of blood, no statistically proven differences were found. The creation of a mild acidosis could not be verified through the determination of the pH-value of urine. Statistically the TA and the CA did not differ significantly during the period of the investigations. Only after determining the fractioned net acid base excretion, the creatinine and the quotients in urine a mild acidosis with a favourable effect on the calcium balance became noticeable in the test animals during the peripartal period. Compared to the CA, the acidity of urine is statistically proven and markedly distinctive 2 and 1 week b.p. and 1 day a.p.. The mild and compensated character of the induced acidosis is indicated by the pH-value in blood which varied within the physiological range during the whole period of investigations as well as the changes in the calcium metabolism occurring just after parturition. Except for diuresis in single cases, clinical side effects were not registered. Determining the optimal length of application, TA were divided into 4 groups with 10 cows each and the anion ration was given to these groups in varying periods b.p.. Evidently, the group with the shortest duration of application, 3 weeks, had the only two apparent incidences of parturient paresis in TA. Besides, the following lactation clearly lagged behind to those of the other TA. Regarding the blood parameters, the only statistically significant differences occurred in the degree of ionisation of calcium in blood, whereas the degree value 1 day a.p. was at its lowest in the group with the application period of 3 weeks. The mild acidosis was created in that group 2 weeks b.p. at the beginning of the transit feeding, which means that the regulating system of the acid base state was additionally strained during that period of time. Hence, a short application period of 3 weeks b. p. is less effective compared to a longer one in order to prevent parturient paresis. The other three groups with longer periods of application showed no statistically significant differences in blood and urine parameters. The group with the application period of 5 and 6 weeks showed in their blood and urine parameters the most balanced rates and continuous changes. The application of anion ration over a period of time between 5 and 6 weeks b. p. is consequently regarded to be the best option and insures even a sufficient acidotic effect on the Ca metabolism

Freie Universiẗat, Diss., 2005--Berlin. / Dateiformat: zip, Dateien im PDF-Format.

Freie Universiẗat, Diss., 2005--Berlin. / Dateiformat: zip, Dateien im PDF-Format. Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2004.

Jörg Bauerfeld Untersuchungen zur Prophylaxe der Gebärparese bei Kühen durch Verfütterung anionenangereicherter Rationen in der Trockenstehperiode Medizinische Tierklinik der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig In einem Milchkuhbestand mit hoher Gebärpareseinzidenz wurden Untersuchungen zur Prophylaxe durch gezielte Steuerung der Dietary Cation-Anion-Difference (DCAD) in der Trockenstehperiode mittels Fütterung einer Anionenration („saure Salze“) und zur Ermittlung einer optimalen Applikationsdauer durchgeführt. Dazu wurden Verlaufsuntersuchungen im Zeitraum von 6 Wochen (Wo.) ante partum (a.p.) bis 14 Tage (d) post partum (p.p.) zu den Parametern des Calcium-, Phosphor- und Säure-Basen-Haushaltes in Blut und Harn vorgenommen. Die DCAD der Futterration in der Trockenstehperiode, die an die Kontrolltiere (KT) verfüttert wurde, betrug +221,4 meq/kg TS. Durch Zusatz eines definierten Mineralstoffgemischs wurde die DCAD der Ration auf –108,8 meq/kg TS abgesenkt und den Versuchstieren (VT) im Durchschnitt 36 d a.p. gefüttert. VT und KT hatten die absolut gleichen Haltungsbedingungen. Als Probanden dienten Kühe ab der 4. Laktation mit hoher Gepärparesegefährdung. Eine visuelle Körperkonditionsbewertung wurde 1 Wo. a.p. mittels Body Condition Scoring nach EDMONDSON et al. (1989) durchgeführt und ergab durchschnittliche Boniturnoten bei den VT von 3,8 ± 0,3 und bei den KT von 3,8 ± 0,2. Durch die Verfütterung der Anionenration in der Trockenstehperiode wurde mit 5 % bei den VT eine deutlich geringere Gebärparese-inzidenz als mit 47,5 % bei den KT erreicht. Puerperium und Milchleistung wurden günstig beeinflußt. Statistisch gesicherte höhere Konzentrationen bei ionisiertem Calcium (Cai), Gesamtcalcium (Cat), Ionisierungsgrad des Calciums und anorganischem Phosphat (Pa) im Blut wurden bei den VT gegenüber den KT nur unmittelbar nach der Kalbung (1 d p.p.) festgestellt. Beim Blut-pH-Wert fanden sich keine statistisch gesicherten Unterschiede. Die Erzeugung einer milden Azidose durch die Verfütterung der Anionenration ließ sich durch die Bestimmung des Harn-pH-Wertes nicht nachweisen. Zwischen VT und KT gab es hier über den gesamten Untersuchungszeitraum keine statistisch signifikanten Unterschiede. Erst durch Bestimmung der fraktionierten Netto-Säuren-Basen-Ausscheidung (NSBA), des Kreatinins und der errechneten Quotienten im Harn zeigte sich, daß im präpartalen Zeitraum bei den VT eine milde Azidose mit günstigem Einfluß auf den Calciumhaushalt erzeugt wurde. Die Azidität des Harnes ist bei den VT 2 und 1 Wo. a.p. und 1 d p.p. statistisch gesichert deutlicher ausgeprägt als bei den KT. Für den milden kompensierten Charakter der induzierten Azidose spricht, daß sich der Blut-pH-Wert über den gesamten Untersuchungszeitraum im physiologischen Bereich bewegte und Veränderungen im Calcium-Metabolismus erst unmittelbar unter der Geburt auftraten. Klinische Nebenwirkungen waren, bis auf eine gesteigerte Diurese in Einzelfällen, nicht zu verzeichnen. Zur Ermittlung einer optimalen Applikationsdauer der Anionenration wurden die VT in vier Gruppen zu je 10 Kühen unterteilt und diesen die Anionenration in unterschiedlicher Dauer a.p. gefüttert. Hier zeigte sich, daß in der Gruppe mit der kürzesten Applikationsdauer (3 Wo. a.p.) die beiden einzigen klinisch manifesten Gebärparesefälle bei den VT auftraten. Die Milchleistung in der Folgelaktation blieb deutlich unter der der anderen VG. Bei den Blutparametern zeigten sich statistisch signifikante Unterschiede nur beim Ionisierungsgrad des Calciums, der bei der Gruppe mit 3-wöchiger Applikationsdauer a.p. 1 d p.p. am niedrigsten war. Die Erzeugung der (milden) Azidose erfolgte bei dieser Gruppe 2 Wo. a.p. mit Beginn der Transitfütterung. Das bedeutet eine zusätzliche Belastung der Regulationssysteme des Säure-Basen-Haushaltes in diesem Zeitraum. Daraus ist zu schließen, daß eine kurze Applikationsdauer von 3 Wo. a.p. nicht die gute Wirksamkeit einer längeren zur Gebärpareseprophylaxe besitzt. Die übrigen drei Gruppen mit längerer Applikations-dauer wiesen bei den Blut- und Harnparametern keine statistisch signifikanten Unterschiede auf. Die Gruppe mit 5- bis 6-wöchiger Applikationsdauer wies bei den Blut- und Harnparametern die konstantesten Verhältnisse bzw. die kontinuierlichsten Veränderungen auf. Die 5- bis 6-wöchige Applikationsdauer der Anionenration a.p. stellt somit die beste Variante dar und gewährleistet, daß auch bei Kühen mit Abkalbung vor dem errechneten Geburtstermin eine ausreichende azidotische Wirkung auf den Calciumstoffwechsel gegeben ist. / Jörg Bauerfeld Investigations into the prophylaxis of parturient paresis in cows by administering anion-enriched rations during the dry period Large Animal Clinic for Internal Medicine, Faculty of Veterinary Medicine University of Leipzig In a dairy cow livestock with many incidences of parturient paresis, research was conducted in order to determine a prophylaxis strategy by purposefully controlling the Dietary Cation-Anion-Difference (DCAD) through administration of an anion ration (“acidic salt”) during the dry period and in order to determine the optimal length of application. Therefore the parameters of the calcium, the phosphor and the acid base state were investigated in blood as well as in urine for the period of time of 6 weeks before parturition (b.p.) and up to 14 days after parturition (a.p.). The DCAD of the food ration that was given to the control animals (CA) during the dry period amounted to + 221.4 meq/kg DM. By adding a well-defined amount of mineral mixture, the DCAD of the ration came down to -108.8 meq/kg DM and was fed to the test animals (TA) on average 36 days a. p. TA and CA were kept and fed under similar conditions. Cows starting from 4th lactation and at high risk of parturient paresis were used as test animals. A visual assessment of the body condition was carried out by means of the “Body Condition Scoring” by EDMONDSON et al. (1989) 1 week b.p., resulting in mean Bonitur marks of 3.8 ± 0.3 in the TA and 3.8 ± 0.2 in the CA. Because of the administration of the anion ration during the dry period markedly less incidences of parturient paresis occurred with 5 % in the TA, compared to the 47.5 % in the CA. Puerperium and milk yield were favourably influenced in the following lactation. Statistically confirmed higher concentrations in ionised calcium (Cai), total calcium (Cat), degree of ionisation of calcium and inorganic phosphate (Pa) were determined in the TA compared to the CA just after calving (1 day a.p.). Regarding the pH-value of blood, no statistically proven differences were found. The creation of a mild acidosis could not be verified through the determination of the pH-value of urine. Statistically the TA and the CA did not differ significantly during the period of the investigations. Only after determining the fractioned net acid base excretion, the creatinine and the quotients in urine a mild acidosis with a favourable effect on the calcium balance became noticeable in the test animals during the peripartal period. Compared to the CA, the acidity of urine is statistically proven and markedly distinctive 2 and 1 week b.p. and 1 day a.p.. The mild and compensated character of the induced acidosis is indicated by the pH-value in blood which varied within the physiological range during the whole period of investigations as well as the changes in the calcium metabolism occurring just after parturition. Except for diuresis in single cases, clinical side effects were not registered. Determining the optimal length of application, TA were divided into 4 groups with 10 cows each and the anion ration was given to these groups in varying periods b.p.. Evidently, the group with the shortest duration of application, 3 weeks, had the only two apparent incidences of parturient paresis in TA. Besides, the following lactation clearly lagged behind to those of the other TA. Regarding the blood parameters, the only statistically significant differences occurred in the degree of ionisation of calcium in blood, whereas the degree value 1 day a.p. was at its lowest in the group with the application period of 3 weeks. The mild acidosis was created in that group 2 weeks b.p. at the beginning of the transit feeding, which means that the regulating system of the acid base state was additionally strained during that period of time. Hence, a short application period of 3 weeks b. p. is less effective compared to a longer one in order to prevent parturient paresis. The other three groups with longer periods of application showed no statistically significant differences in blood and urine parameters. The group with the application period of 5 and 6 weeks showed in their blood and urine parameters the most balanced rates and continuous changes. The application of anion ration over a period of time between 5 and 6 weeks b. p. is consequently regarded to be the best option and insures even a sufficient acidotic effect on the Ca metabolism

Acidophilic bacteria are able to tolerate acidic environment and also contribute to the lowering of environmental pH value, implying potential applications in metal-leaching technology extracting metals from tailings and electronic wastes. In this study, we conducted a sampling campaign in abandoned Tin mine in Ha Thuong, Thai Nguyen province, to isolate acidophilic bacteria and to study physiological characteristics of the isolated bacteria. As a result, two acidophilic bacteria were successfully isolated and identification by 16S rDNA gene sequences showed that the two bacteria are similar to Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans (98% and 94 % of similarity, respectively). Both strains are tolerant of pH in the range of 3 and have the ability to grow optimally at temperatures of 30°C. / Vi khuẩn ưa axit có ý nghĩa ứng dụng trong công nghệ tách rút kim loại từ quặng đuôi và ngay cả từ rác thải linh kiện điện tử. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến hành thu mẫu ở mỏ thiếc bỏ hoang ở Hà Thượng, Thái Nguyên nhằm phân lập được nhóm vi khuẩn ưa axit và qua đó nghiên cứu một số đặc điểm sinh lý của vi khuẩn này. Kết quả chúng tôi đã phân lập được hai chủng vi khuẩn ưa axit. Định dạng bằng nhận diện trình tự gen 16S rADN cho thấy hai vi khuẩn này có độ tương đồng là 98% với vi khuẩn Acidithiobacillus ferrooxidans và 94% Acidithiobacillus thiooxidans. Cả hai chủng vi khuẩn đều có tính chịu pH trong khoảng 3 và có khả năng sinh trưởng tối ưu ở nhiệt độ 30oC.

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit den Faktoren, die das Wachstum und die Vertikalverteilung von Planktonalgen in extrem sauren Tagebaurestseen (TBS; pH 2-3) beeinflussen. Im exemplarisch untersuchten TBS 111 (pH 2.7; Lausitzer Revier) dominiert die Goldalge Ochromonas sp. in oberen und die Grünalge Chlamydomonas sp. in tieferen Wasserschichten, wobei letztere ein ausgeprägtes Tiefenchlorophyll-Maximum (DCM) ausbildet. Es wurde ein deutlicher Einfluss von Limitation durch anorganischen Kohlenstoff (IC) auf das phototrophe Wachstum von Chlamydomonas sp. in oberen Wasserschichten nachgewiesen, die mit zunehmender Tiefe von Lichtlimitation abgelöst wird. Im Vergleich mit Arbeiten aus neutralen Seen zeigte Chlamydomonas sp. erniedrigte maximale Wachstumsraten, einen gesteigerten Kompensationspunkt und erhöhte Dunkelrespirationsraten, was auf gesteigerte metabolische Kosten unter den extremen physikalisch-chemischen Bedingungen hinweist. Die Photosyntheseleistungen von Chlamydomonas sp. waren in Starklicht-adaptierten Zellen durch IC-Limitation deutlich verringert. Außerdem ergaben die ermittelten minimalen Zellquoten für Phosphor (P) einen erhöhten P-Bedarf unter IC-Limitation. Anschließend konnte gezeigt werden, dass Chlamydomonas sp. ein mixotropher Organismus ist, der seine Wachstumsraten über die osmotrophe Aufnahme gelösten organischen Kohlenstoffs (DOC) erhöhen kann. Dadurch ist dieser Organismus fähig, in tieferen, Licht-limitierten Wasserschichten zu überleben, die einen höheren DOC-Gehalt aufweisen. Da die Vertikalverteilung der Algen im TBS 111 jedoch weder durch IC-Limitation, P-Verfügbarkeit noch die in situ DOC-Konzentrationen abschließend erklärt werden konnte (bottom-up Kontrolle), wurde eine neue Theorie zur Entstehung der Vertikalverteilung geprüft. Grazing der phagotrophen und phototrophen Alge Ochromonas sp. auf der phototrophen Alge Chlamydomonas sp. erwies sich als herausragender Faktor, der über top-down Kontrolle die Abundanz der Beute in höheren Wasserschichten beeinflussen kann. Gemeinsam mit der Tatsache, dass Chlamydomonas sp. DOC zur Wachstumssteigerung verwendet, führt dies zu einer Akkumulation von Chlamydomonas sp. in der Tiefe, ausgeprägt als DCM. Daher erscheint grazing als der Hauptfaktor, der die beobachtete Vertikalschichtung der Algen im TBS 111 hervorruft. Die erzielten Ergebnisse liefern grundlegende Informationen, um die Auswirkungen von Strategien zur Neutralisierung der TBS auf das Nahrungsnetz abschätzen zu können. / In this thesis, I investigated the factors influencing the growth and vertical distribution of planktonic algae in extremely acidic mining lakes (pH 2-3). In the focal study site, Lake 111 (pH 2.7; Lusatia, Germany), the chrysophyte, Ochromonas sp., dominates in the upper water strata and the chlorophyte, Chlamydomonas sp., in the deeper strata, forming a pronounced deep chlorophyll maximum (DCM). Inorganic carbon (IC) limitation influenced the phototrophic growth of Chlamydomonas sp. in the upper water strata. Conversely, in deeper strata, light limited its phototrophic growth. When compared with published data for algae from neutral lakes, Chlamydomonas sp. from Lake 111 exhibited a lower maximum growth rate, an enhanced compensation point and higher dark respiration rates, suggesting higher metabolic costs due to the extreme physico-chemical conditions. The photosynthetic performance of Chlamydomonas sp. decreased in high-light-adapted cells when IC limited. In addition, the minimal phosphorus (P) cell quota was suggestive of a higher P requirement under IC limitation. Subsequently, it was shown that Chlamydomonas sp. was a mixotroph, able to enhance its growth rate by taking up dissolved organic carbon (DOC) via osmotrophy. Therefore, it could survive in deeper water strata where DOC concentrations were higher and light limited. However, neither IC limitation, P availability nor in situ DOC concentrations (bottom-up control) could fully explain the vertical distribution of Chlamydomonas sp. in Lake 111. Conversely, when a novel approach was adopted, the grazing influence of the phagotrophic phototroph, Ochromonas sp., was found to exert top-down control on its prey (Chlamydomonas sp.) reducing prey abundance in the upper water strata. This, coupled with the fact that Chlamydomonas sp. uses DOC for growth, leads to a pronounced accumulation of Chlamydomonas sp. cells at depth; an apparent DCM. Therefore, grazing appears to be the main factor influencing the vertical distribution of algae observed in Lake 111. The knowledge gained from this thesis provides information essential for predicting the effect of strategies to neutralize the acidic mining lakes on the food-web.

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Sphingolipide sind eine wichtige Klasse von Lipiden, die nicht nur als Strukturmoleküle von Bedeutung sind sondern auch in Signaltransduktionsprozessen eine wichtige Rolle spielen. Insbesondere die Sphingolipidmetaboliten Ceramid, Sphingosin und Sphingosin-1-phosphat sind an zellulären Prozessen wie Differenzierung, Apoptose, Proliferation und Inflammation beteiligt. Sphingomyelinasen üben daher als katabole Enzyme des Sphingolipidstoffwechsels eine wichtige Funktion aus. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Expression und Reinigung der rekombinanten humanen sauren Sphingomyelinase sowie ausgewählter varianter Formen des Enzyms, die verschiedene Subtypen der Niemann-Pick-Erkrankung widerspiegeln. Die Kinetiken und weitere Parameter der erhaltenen Enzyme wurden nach Michaelis-Menten bestimmt. Durch Gabe der rekombinanten Enzyme zu metabolisch radiomarkierten (NPA -/-) Fibroblasten wurde die Stimulation des Sphingolipidmetabolismus nachverfolgt. Mittels FT-IR Spektroskopie gelang die Bestimmung und Quantifizierung von Sekundärstrukturelementen im Wildtypenzym und den varianten Formen. Darüber hinaus wurde in SPR-Messungen die biomolekulare Interaktion der sauren Sphingomyelinase mit dem Krebstherapeutikum Siramesin untersucht. Siramesin, welches als Inhibitor der sauren Sphingomyelinase wirkt, induziert selektiv in Krebszellen den lysosmalen Zelltod. In diesem Zusammenhang wurde die saure Sphingomyelinase als potentielles Zielmolekül für Krebstherapien identifiziert. / Sphingolipids are an important class of lipid molecules. Beyond their structural role, they also serve as bioactive signalling entities. Sphingolipid metabolites like ceramide, sphingosine and sphingosine-1-phosphate are involved in many cellular processes including differentiation, apoptosis, proliferation, inflammation and intracellular trafficking. In this context, sphingomyelinases are of special interest. The present work focuses on the expression and purification of recombinant human acid sphingomyelinase and selectively chosen variant forms of the enzyme, representing prominent Niemann-Pick disease types. Subsequently the biochemical parameters of all obtained enzymes were determined by Michaelis-Menten kinetics. In order to asses the stimulation of sphingolipid metabolism metabolically radiolabeled (NPA -/-) cells were treated with the recombinant enzymes. Based on FT-IR spectroscopy, structural components of the acid sphingomyelinase and its variants, were determined and quantified. Furthermore SPR-experiments were performed to analyse the biomolecular interaction of immobilized acid sphingomyelinase and the anticancer agent siramesine. Siramesine acts as an inhibitor on acid sphingomyelinase, thereby triggering cancer-specific lysosomal cell death. In this context the human acid sphingomyelinase was identfied as a target for cancer therapy.

Zur selektiven Entfernung von Schwermetallen aus industriellen Abwässern und Prozesslösungen der metallverarbeitenden Industrie werden synthetische metallkomplexierende funktionelle Polymere – mit Iminodiessigsäure (IDE) als aktive Spezies – seit Jahren erfolgreich zur Eliminierung störender Kationen eingesetzt. Ständig steigende Anforderungen an die Qualität der aufzubereitenden Wässer verlangen nach leistungsfähigen Selektivaustauschern, die den Erhalt der Eigenschaften von Prozesslösungen (z. B. pH-Wert, Salzgehalt) ermöglichen. Ziel der Untersuchungen war es, die strukturellen Matrixeinflüsse auf Beladung, Kapazität, Selektivität und Kinetik durch Variation der Matrix und der experimentellen Bedingungen näher zu untersuchen. Auf Basis einer monodispersen Erstsubstitution eines Styren-Divinylbenzen-Copolymerisates wurde durch gezielten Einbau funktioneller Gruppen – Synthese mit differenziertem Substitutionsgrad (TK/N 1-2) – versucht, systematisch den Einfluss des Substitutionsgrades der Matrix auf die Eigenschaften der Ionenaustauscher zu analysieren. Methodisch geordnet wurden zunächst die Versuche nach dem Batch- und anschließend nach dem Säulenverfahren durchgeführt und parallel dazu die Matrix charakterisiert. Das Verhalten der funktionellen Ankergruppen in Abhängigkeit vom pH-Wert der Lösung (pH-Bereich 2 - 5) wurde untersucht, der optimale Anreicherungs-pH-Wert, die maximale Beladung (Kapazität) und Selektivität der unterschiedlich substituierten Proben für die Schwermetall-Ionen Cu, Zn, Ni, Cd, Pb und Co ermittelt. Den statischen Versuchen folgten dynamische Untersuchungen im Säulenverfahren. Ziel war die Ermittlung des Durchbruchverhaltens und der Durchbruchkapazität bei optimalem pH-Wert in Abhängigkeit vom Substitutionsgrad gegenüber den Einzelmetallionen (Cu, Ni, Zn) und ausgewählten Paaren (Cu/Ni, Cu/Zn, Ni/Zn). Alle Ionenaustauscher wurden ausschließlich in der Ca-Form eingesetzt. / Selective ion exchange offers a good solution for cleaning many waste streams. The aim of this study was to develop selective ion exchange materials for effective and economical applications in waste water treatment. The investigation of chelate resins is based on iminodiacetate with different secondary substitution (degree of substitution TK/N 1 - 2, from aminoacetic acid to iminodiacetate as functional group). As comparison the weak acid resin Lewatit TP 207 was used. The research focused on the application of selective ion exchange resins for waste effluents to ascertain the feasibility of a selective ion exchange process employing chelating cation exchangers for heavy metal removal. The metals of interest were copper (Cu), zinc (Zn), nickel (Ni), cobalt (Co), lead (Pb) and cadmium (Cd) and the resins appointed in the Ca-form. The batch operation was conducted to determine the equilibrium data and the operating resin capacity, one of the most important properties. The main equilibrium parameter affecting the ion exchange was the pH value (array 2-5). The best accumulation pH value was obtained using pH 5 for all metals. The only exception was lead with pH 3. After determining the viability of the different resins with batch systems, this study has focused on the column mode experiments. They were generated for the selected resins in the continuous ion exchange process which are essentially reserved for industrial applications. A practical application of the breakthrough curves is the determination of the breakthrough time which helps to find the best operating conditions.