Univ., Diss., 2005--Würzburg.

In the present thesis, two projects on the use of microarray technology for molecular epidemiology of Neisseria meningitidis have been followed. The first one evaluated microarrays based on polymorphism-directed oligonucleotide design for typing of N. meningitidis adopting the multilocus sequence typing (MLST) concept. The number of oligonucleotides needed to cover all known polymorphisms was much lower compared to the number needed if a tiling strategy would have been chosen. Initial experiments using oligonucleotides 28-32 nucleotides in length, revealed that the applied hybridisation protocols were highly specific. However, despite of several optimisation steps, the rate of misidentification of oligonucleotides remained >1.8% in consecutive validation experiments using arrays representing the genetic diversity at three MLST loci. This finding led to the assumption that the high density of polymorphic sites and extensive GC-content variations at N. meningitidis MLST loci hindered the successful implementation of MLST microarrays based on polymorphism-directed oligonucleotide design. In the 1980s, the ET-15 clone emerged within the ST-11 complex of N. meningitidis. This new clone was associated with severe meningococcal disease and outbreaks world-wide. Therefore, the goal of the second project was to identify genetic differences between ET-15 strains and other ST-11 strains using whole genome microarray technology. Three genes encoding hypothetical proteins were identified to be present in all ET-15 strains but absent in other ST-11 strains. This finding together with unpublished observation from our group suggested that several genome alterations occurred before the clonal expansion of the ET-15 clone started. The role that these three genes play in the pathogenicity of the ET-15 clone is unclear. The genome comparisons revealed furthermore that studies of the ET-15 clone displayed approximately two-fold less gene content variation than ST-11 strains not belonging to the ET-15 clone. This finding is in accordance with the recent emergence and clonal expansion of the ET-15 variant. / In der vorliegenden Doktorarbeit wurden zwei Projekte zum Einsatz der microarray-Technologie in der molekularen Epidemiologie von Neisseria meningitidis bearbeitet. Im Rahmen des ersten Projektes wurde die Einsatzmöglichkeit der microarray-Technologie unter Verwendung von Oligonukleotiden, die von bekannten Polymorphismen abgeleitet waren, für die Typisierung von N. meningitidis nach dem Prinzip der Multilokus-Sequenztypisierung (MLST) untersucht. Um alle bekannten Polymorphismen abzudecken, wurde im Vergleich zu der so genannten tiling-Methode eine deutlich geringere Anzahl an Oligonukleotiden benötigt. Vorversuche mit Oligonukleotiden einer Länge von 28-32 Nukleotiden zeigten, dass unter den angewandten Hybridisierungsbedingungen eine hohe Spezifität erzielt werden konnte. Dennoch lag die durchschnittliche Fehlidentifikationsrate der Oligonukleotide von microarrays, die die genetische Diversität von drei MLST-Loci repräsentierten, trotz mehrerer Optimierungsschritte der Oligonukleotide über 1,8%. Es ist anzunehmen, dass die hohe Dichte an Polymorphismen und die große Variation des GC-Gehaltes der MLST-Loci von N. meningitidis den erfolgreichen Einsatz eines MLST-microarrays mit Oligonukleotiden, die von bekannten Polymorphismen abgeleitet waren, verhinderten. In den achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts tauchte der ET-15-Klon als Abkömmling des Sequenztyp (ST-) 11-Komplexes von N. meningitidis auf. Dieser neue Klon ist assoziiert mit schweren Meningokokkenerkrankungen und weltweiten Erkrankungsausbrüchen. Deshalb war es das Ziel des zweiten Projektes dieser Arbeit, genetische Unterschiede zwischen ET-15-Stämmen und anderen ST-11-Stämmen mit Hilfe von Gesamtgenom-microarrays zu identifizieren. Drei Gene, die hypothetische Proteine kodieren, waren in allen ET-15-Stämmen vorhanden, während sie in den anderen ST-11-Stämmen fehlten. Dieses Ergebnis, zusammen mit weiteren bisher nicht publizierten Beobachtungen aus unserer Arbeitsgruppe, deutet daraufhin, dass vor der klonalen Ausbreitung des ET-15-Klons mehrere Veränderungen im Genom auftraten. Die Bedeutung dieser drei Gene für die Pathogenität des ET-15-Klons ist unklar. Die Genomvergleiche zeigten weiterhin, dass Stämme des ET-15-Klons eine nur halb so große genetische Variabilität aufwiesen wie die ST-11-Stämme, die nicht zum ET-15-Klon gehörten. Dieses Ergebnis steht in Einklang mit der erst kürzlich erfolgten klonalen Expansion der ET-15-Meningokokken.

Thesis (doctoral)--München, 1982.

Zugl.: Hannover, Tierärztliche Hochsch., Diss., 2008.

Zugl.: Hannover, Tierärztliche Hochsch., Diss., 2009

Salmonella (S.) Infantis-Infektionen des Menschen, oft durch Lebensmittel übertragen, sind weltweit von wachsender Bedeutung. Daher war das Ziel dieser Arbeit ein Lysotypiesystem zur Charakterisierung von S. Infantis-Stämmen zu entwickeln. 154 Bakteriophagen wurden zwecks Evaluierung ihrer diskriminatorischen Fähigkeit für S. Infantis-Stämme getestet. Das etablierte Lysotypiesystem umfasst letztlich 17 Typisierphagen. Insgesamt wurden 1008 S. Infantis-Stämme in dieser Arbeit untersucht, die aus Ausbrüchen und sporadischen Fällen von Gastroenteritiden des Menschen, von Tieren, aus Lebensmitteln, Futtermitteln und durch Umgebungs- untersuchungen von 1973 bis 2009 isoliert wurden. Von den 1008 untersuchten S. Infantis-Stämmen waren 985 Isolate durch das etablierte Lysotypiesystem typisierbar und konnten in 61 Lysotypen (LT) unterteilt werden. 23 Stämme konnten durch die Lysotypie nicht charakterisiert werden. Unter den 61 Lysotypen dominierten vor allem die Lysotypen LT 29 (30 %), LT 1 (21 %), LT 11 (7 %) sowie LT 9 (7 %), die sowohl beim Menschen als auch in Lebensmitteln und bei Tieren vorkamen, und wahrscheinlich als epidemisch relevante Stämme anzusehen sind. Bemerkenswert ist auch der Befund, dass Stämme des LT 23 in Deutschland nur in den 70er Jahren beim Mensch gefunden wurden, was für einen Erregerwandel spricht. Zur molekularen Subdifferenzierung wurden 325 S. Infantis-Isolate verschiedener Herkunft ausgewählt und durch Lysotypie und XbaI-Makrorestriktionsanalyse untersucht, wobei 31 Lyso- und 58 XbaI-Typen identifiziert wurden. Die Analyse von Stämmen (n = 89), die zu mehreren Ausbrüchen gehörten, zeigen innerhalb eines Geschehens einen einheitlichen Lyso- bzw. XbaI-Typ, wie z. B. die Stämme der Ausbrüche in Dobel (LT 29/XbaI 27), in Lüneburg (LT 8/XbaI 43a) und in Stolberg (LT 1/XbaI 34). Es gab darüber hinaus auch sporadische Isolate vom Mensch und von verschiedenen Tierarten (n = 150) mit Lyso-/XbaI-Typ-Kombinationen, die bei verschiedenen Ausbruchsstämmen gefunden wurden. Das könnte auf eine Verbreitung und lange Persistenz dieser Klone hindeuten. Andere sporadische Isolate (n = 86) hingegen wiesen verschiedene Lyso- und XbaI-Typ-Kombinationen auf. Diese Ergebnisse unterstreichen, dass durch die komplexe Typisierung eine bessere Diskriminierung von S. Infantis-Stämmen möglich wird und dadurch auch eine eindeutigere Erkennung von Ausbrüchen. Bei 50 untersuchten Ausbrüchen (40 Lebensmittelvergiftungen und 10 Hospitalinfektionen, insgesamt 187 Stämme) wurden 12 Lysotypen nachgewiesen. Bei mehreren dieser Ausbrüche wurde der Klon LT 29/XbaI 27 identifiziert, der vermehrt bei Masthähnchen vorkommt. Besonders bemerkenswert ist das Auftreten von S. Infantis als nosokomialer Erreger von Hospitalausbrüchen in deutschen Kliniken. Beispielsweise traten in einer Klinik in Baden-Württemberg seit 2002 immer wieder S. Infantis-Stämme des LT 29/XbaI 27 auf. Eine Lebensmittelvergiftung mit 188 Erkrankten in zwei Krankenhäusern wurde im Jahr 2004 in Bayern durch Backwaren verursacht. Mittels Lysotypie und PFGE konnten alle Stämme von Menschen und Lebensmitteln als LT 53/XbaI 6 charakterisiert werden. Die überwiegende Anzahl der S. Infantis-Infektionen sind lebensmittelbedingt. Bei zwei Ausbrüchen in Nordrhein-Westfalen in den Jahren 2007 und 2008, die durch Schweinebraten und Geflügeldöner verursacht wurden, sind die S. Infantis-Klone LT 1/XbaI 34a und LT 1/XbaI 34 identifiziert worden. Der Typ LT 1/XbaI 34 wurde auch bei Schweinen und bei Masthähnchen nachgewiesen. Die komplexe Typisierung beweist, dass beide Tierspezies als Infektionsquellen für S. Infantis dienen. Eine überregionale Häufung von S. Infantis-Meldungen aus Thüringen, Niedersachsen und Nordrhein-Westfalen fielen im Oktober 2007 auf, wobei alle S. Infantis-Isolate bezüglich des Lyso-/XbaI-Typs (LT 29/XbaI 27a) identisch waren. Somit lassen sich durch kontinuierliche komplexe Typisierung von S. Infantis-Isolaten auch diffuse Ausbrüche erfassen. Der Serovar S. Infantis ist in Geflügelbeständen weit verbreitet. Isolate aus Masthähnchen, die aus Deutschland, Ungarn und Island stammten, wurden typisiert und in 24 Lysotypen eingeordnet. In Deutschland dominierten bei Masthähnchen Stämme mit folgenden Typisiermustern, LT 4/XbaI 4, LT 29/XbaI 5 und LT 29/XbaI 27. Die Stämme mit der Kombination LT 29/XbaI 5 stammten ursprünglich aus Ungarn. Im Gegensatz dazu wurde bei isländischen Isolaten aus Masthähnchen der bisher in Deutschland und Ungarn nicht vorkommende Lysotyp 61 nachgewiesen. Die Lysotypie weist sowohl darauf hin, dass S. Infantis-Stämme zwischen verschiedenen Ländern zirkulieren als auch darauf, dass es länderspezifische epidemiologische Prozesse gibt. Die Antibiotikaresistenz-Testung gegen 17 Antibiotika ergab, dass 68 % der S. Infantis-Stämme sensibel oder einfachresistent und nur 21 % mehrfachresistent sind. Besorgniserregend war, dass zum ersten Mal vier Isolate des Serovars S. Infantis gefunden wurden, die über eine Extended-Spectrum Beta-Lactamase-vermittelte Resistenz gegen Cephalosporine verfügten, was durch PCR und Sequenzierung bestätigt wurde. Diese mehrfachresistenten Stämme mit den ESBL-Typen CTX-M-1 bzw. TEM-52 gehören zu den häufig vorkommenden Lysotypen LT 1 und LT 29, die auch bei Masthähnchen und Mastschweinen verbreitet sind. Die ESBL-Resistenz bei S. Infantis in Deutschland sollte weiter beobachtet werden. Der routinemäßige Einsatz des entwickelten Lysotypieschemas für den S. Infantis-Serovar wird dazu beitragen, die epidemiologische Analyse zu verbessern.

Univ., Diss.--Marburg, 2000. / Literaturverz. S. 166 - 185.

To understand transmissible human diseases, disciplines such as epidemiology and the surveillance of affected cases are as essential as the knowledge about the pathogenesis and the course of a disease. Epidemiologists categorize and estimate factors for public health risks by taking metadata into account including geographic aspects, health and social states to study a disease transmission and prevent further cases. In addition, a focus on the causative agents itself is necessary in order to understand their ecology and hence their virulence traits. The causative agents for a severe pneumonia named Legionnaires’ disease (LD) are bacteria of the genus Legionella. The putative sources of LD infection are any aerosol-generating natural or man-made fresh water systems. Due to this ubiquitous distribution of legionellae, it is difficult to find the source of infection. Therefore, it is necessary to isolate the bacterium from the suffering patients to further characterize it in the laboratory and to compare the clinical isolates with isolates obtained from probable environmental sources. The predominant species isolated from LD patients is Legionella pneumophila serogroup (Sg) 1. Intensive genotyping of L. pneumophila Sg1 isolates by using the current gold standard method, the sequence-based typing scheme (SBT), revealed limitations in the discrimination of several sequence types (ST) which could not be compensated for by additional phenotypic typing scheme. In practical terms, this means that several clones or STs are disproportional frequently found in both, patients and water systems, and cannot be distinguished by current methods. Therefore, a distorted picture of endemic and globally-spread clones is generated and current typing methods cannot add substantial information during the identification of the infectious source. The aim of this thesis is to develop and implement new typing methods for L. pneumophila isolates with a higher resolution than the gold standard methods. A DNA-DNA hybridization based microarray was designed and equipped with probes that target specifically L. pneumophila virulence factors and genes that are involved in the biosynthesis of lipopolysaccharide structures. Legionellae can be subgrouped on the basis of their lipopolysaccharide structures. Here, the usually phenotypic characterization of L. pneumophila Sg1 is successfully transmitted to a DNA-based genotypic method. Furthermore, the detailed validation of the DNA-microarray revealed a higher discriminatory power in comparison to the gold standard methods. It enables previously indistinguishable clones to be subdivided, providing valuable information about probable sources of infection. The second new tool for typing of L. pneumophila is based on the core genome of the bacteria. An extended SBT-scheme was extracted from the core genome and accordingly named core genome multilocus sequence typing (cgMLST). This genome wide gene-by-gene typing approach allows a high genomic resolution of L. pneumophila isolates by retaining epidemiological concordance. A major advantage of this genome-based method is the detection of large recombination events within the analysed genomes, which is, so far, reserved for whole genome sequencing. The population structure of legionellae is largely driven by recombination and horizontal gene transfer rather than by spontaneous mutations. Therefore, the detection of recombination events is essential for typing of L. pneumophila isolates. In addition, the cgMLST-scheme assigns a core genome sequence type to the analysed isolate and allows backwards compatibility with the current SBT-scheme. Both methods proved to be fast, reliable and robust typing methods through their application during outbreak investigations. Furthermore, both systems are particularly suited as routine molecular typing tools for the surveillance of single cases. The raw data are verified and translated into uniform portable codes, which enables the easy transfer and comparison of results. The standardized and portable quality of the results of both methods enables the establishment of a curated global database. This qualifies both methods as potential new gold standard methods for the genotyping of L. pneumophila isolates.

Für eine zielgerichtete Radverkehrsplanung sind Analysedaten notwendig, die aber in vielen Kommunen kaum verfügbar sind. GPS - Daten von Radfahrer*innen können diese Datenlücke schließen. Bestehende Datensätze und Forschungsansätze bleiben bis-her den Nachweis der Repräsentativität für die Grundgesamtheit der Radfahrer*innen im jeweiligen Untersuchungsgebiet schuldig. Oft wird dies zudem als Schwachpunkt bisheriger Arbeiten thematisiert. Um die Frage der Repräsentativität von GPS – Datensätzen für den deutschen Raum zu untersuchen, wird in der vorliegenden Arbeit das Radverkehrsverhalten von Radfahrer*innen im Raum Dresden analysiert. Grundlage der Analyse ist ein im Rahmen des Forschungsprojektes „RadVerS“ erhobener GPS-Datensatz von 200 Proband*innen, der 5.300 Einzelwege im Untersuchungsgebiet der Stadt Dresden enthält und Einblicke in deren Radverkehrsverhalten erlaubt. Die erhobenen Daten wurden mit unterschiedlichen Verfahren aufbereitet, so wurden beispielsweise Fahrten mit anderen Verkehrsmodi entfernt und Fahrten in einzelne Wege aufgeteilt. Anschließend wurden die Wegedaten mit Daten aus dem Verkehrsnetz des Untersuchungsgebietes angereichert und statistisch ausgewertet. Der Einfluss einzelner Fahrverhaltensparameter wurde dabei sowohl deskriptiv als auch mittels eines generalisierten linearen Modells ausgewertet. Das Ergebnis der Untersuchungen zeigt, dass folgende Attribute Einfluss auf das Rad-verkehrsverhalten aufweisen und somit maßgeblich die Diskussion über die Repräsentativität von GPS Daten für die Radverkehrsplanung bestimmen sollten. Dabei offenbaren sich Unterscheide zum Vorgehen bei Haushaltsbefragungen: - Alter: Es ist sicherzustellen, dass in der Stichprobe insbesondere sehr junge (< 30 Jahre) und ältere (>65 Jahre) Nutzer*innen entsprechend enthalten sind. Die Altersklassen zwischen 30 und 65 können dagegen zusammengefasst werden und sind i. d. R. ausreichend repräsentiert. - Geschlecht: Diejenigen weiblichen Teilnehmerinnen, welche in Smartphone-basierten Stichproben enthalten sind, bewegen sich auf dem Fahrrad mit langsameren Geschwindigkeiten als männliche Probanden. Zudem beschleunigen sie weniger stark und ihre zurückgelegten Entfernungen sind kürzer als die der männlichen Probanden. - Wegezweck: Die in smartphone-basierten Stichproben enthaltenen Arbeitswege sind tendenziell länger als Einkaufs- und Freizeitwege - Die auf Arbeitswegen gefahrenen Geschwindigkeiten sind zudem höher als bei den übrigen Wegezwecken Oben aufgeführte Parameter haben nur einen geringen und nicht signifikanten Einfluss auf die Infrastrukturnutzung durch Radfahrer*innen. So konnten nur geringe Unterschiede bei der Wahl der Infrastruktur zwischen Geschlechtern, unterschiedlichen Altersklassen und Radfahrtypen festgestellt werden. Darüber hinaus lässt sich feststellen, dass nach erfolgter Datenaufbereitung die Wege-weitenverteilung und der Tagesgang der Radfahrten im Wesentlichen kongruent zu den Ergebnissen von Haushaltsbefragungen wie beispielsweise Mobilität in Städten (SrV) sind.:1. Einleitung 1 1.1 Hintergrund 3 1.2 Aufgabenstellung 5 1.3 Vorgehen 6 1.4 Herausforderungen und Grenzen der gewählten Methodik 7 2. Grundlagen 10 2.1 Radverkehr in Deutschland 11 2.2 Kennwerte des Radverkehrs 13 2.3 Planungsdaten und Analysemethoden im Radverkehr 18 2.4 Crowdsourcing als neuer Ansatz in der Verkehrsplanung 23 2.5 Big Data 26 2.6 GPS als Erhebungswerkzeug 27 2.7 Zusammenfassung 31 3. Forschungsstand 33 3.1 Methodik der Literaturrecherche Definition von Schlagworten, Recherchedatenbanken 3.2 Crowdsourcing und GPS-Datennutzung in der Verkehrswissenschaft 35 3.3 Quantitative (GPS)-Studien zum Radverkehrsverhalten 40 3.4 Zusammenfassung 52 4. Methodik 55 4.1 Vorbereitung der Datenerhebung 57 4.2 Datenerhebung 58 4.3 Die Datenübertragung 67 4.4 Datenschutz 68 4.5 Parameterauswahl 69 4.6 Datenverarbeitung 70 4.7 Berechnung der Kennziffern für die Wegestatistik 99 4.8 Zusammenfassung 99 5. Ergebnisse 101 5.1 Allgemeine Kennzahlen 101 5.2 Deskriptive Statistik 109 5.3 Inferenzstatistik 128 5.4 Ergebnisse der Vergleichsstichprobe 144 5.5 Zusammenfassung der wesentlichen Ergebnisse 149 6. Diskussion 152 6.1 Zusammenfassung und Interpretation der zentralen Ergebnisse 152 6.2 Stärken und Schwächen der Arbeit 158 6.3 Grenzen der Methodik 162 6.4 Zusammenfassung 165 7. Fazit und Ausblick 168

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Erfassung kindlicher Fußformtypen anhand ihrer morphologischen Struktur. Vor dem Hintergrund der beträchtlichen Variabilität kindlicher Füße liegt das Erkenntnisinteresse insbesondere in der Erarbeitung eines Typisierungsansatzes, mit dem die kindliche Fußvielfalt in einem geordneten und vereinfachenden System gefasst werden kann. Ziel ist es, daraus ableitend, Informationen über die Entwicklung der kindlichen Fußform sowie über Verhältnisse des Fußwachstums bereitzustellen (klinisch-orthopädisch orientierte Typologie). Neben dem Alter der Kinder, werden das Geschlecht und der Body Mass Index (BMI) als weitere Einflussfaktoren mitberücksichtigt. Im Weiteren wird dieser Typisierungsansatz im Hinblick auf eine für den Schuhbau umsetzbare Typologie modifiziert (schuhspezifischen Typologie). Zur Konstruktion der Typen dienen clusteranalytische Verfahren. Als Resultat der differenzierten – klinisch-orthopädisch orientierten – Typenbildung können fünf verschiedene Fußtypen identifiziert werden: flacher, schlanker, kräftiger, kurzer und langer Fußtyp. Hinsichtlich des Vorkommens der fünf Typen zeigen sich signifikante Zusammenhänge bezüglich des Alters, Geschlechts und BMI. Im Rahmen der schuhspezifischen Typologie können drei Typen, auf der Grundlage von fünf für den Schuhbau relevanten Merkmalen (Ballenlänge, -winkel, -breite, Spannhöhe und Fersenbreite) generiert werden. Die Betrachtung der drei Typen über alle Schuhgrößen zeigt – analog zur Altersverteilung der differenzierten Typologie – eine größenabhängige Verteilung im Sinne eines Proportionswandels der kindlichen Fußdimensionen. Um den alters- bzw. schuhgrößenspezifischen Proportionen der kindlichen Fußform gerecht zu werden, wird eine stratifizierte Analyse in drei Schuhgrößenblöcken angeschlossen. Im Ergebnis führt dies zu einer drei (Schuhgrößenblöcke) x drei (Typen)-Clusterlösung. Durch diese neun verschiedenen Typen wird die große Variabilität der Fußmaße auf der einen Seite sowie das Wachstum des Kinderfußes – im Sinne des Proportionswandels – auf der anderen Seite, als Grundlage für ein neues Kinderschuh-System berücksichtigt. Dadurch hebt sich das neue System deutlich von bisherigen Konzepten ab, indem die Gestaltunterschiede des Fußes im Sinne eines (mehrdimensionalen) Typisierungsmodells umfassender erfasst werden können. / The object of the present study is to distinguish foot shape types in children based on their morphology. Because of the great amount of variability of children’s feet, a new approach of typifying has been developed to capture the variability of the feet in a structured and simplified model. The aim of this is to gain information about the development of children’s foot shape and the change in proportions throughout childhood (clinical-orthopaedic oriented typology). In addition to the age of the children, gender and Body Mass Index (BMI) are considered. Subsequently, this approach is modified to a typology which is practical for shoe construction (shoe specific typology). Foot types are generated using cluster analysis techniques. As a result of the clinical-orthopaedic oriented typology, five different foot types could be identified: flat, slender, robust, short and long. There are statistically significant differences in the prevalence of the five foot types regarding age, gender and BMI of the children. In the context of the shoe specific typology, three foot types could be identified which are based on five relevant foot measures used in shoe construction (ball-of-foot length, angle, and width, dorsal arch height, heel width). Foot dimensions change their proportions throughout the course of the different shoe sizes as children's feet grow - analogous to the age-related changes of the clinical-orthopaedic oriented typology. Therefore, a stratified analysis for each of the three different foot size sectors will be done to allow for the age and size related change of proportions. Based on the results of this analysis, a three (shoe size sectors) by three (types) cluster solution was generated. These nine foot types are the basis for a new approach for constructing children’s shoes, which allows for the great variability of the foot measures on the one hand, as well as the change of proportions throughout childhood on the other. Thus, this new approach contrasts with previous approaches by gathering the differences in foot shape in terms of a (multidimensional) typing model in a comprehensive way.