Die Arbeit beschreibt zuerst alle relevanten Grundlagen zum angeborenen und erworbenen Immunsystem. Insbesondere die anatomischen und histologischen Bestandteile und deren Funktion, sowie Blutbildung, Lymphozyten-Selektion und Interaktion der Bestandteile. Antikörperklassen und Blutzellen werden dabei ebenso tabellarisch zusammengefasst. Die ablaufenden Prozesse der angeborenen und erworbenen Immunantwort (letztere unterteilt in humoral und zellvermittelt, sowie primär und sekundär) werden näher erläutert. Ebenso wird die Antigenerkennung und die Funktionalität von B-Zellen und T-Zellen detailliert erklärt. Anschließend werden intensiv Störungen des Immunsystems wie Allergien und Immunsuppressionen beschrieben. Anhand etlicher Stoffe und Stoffklassen, wie Cyclosporin A, Thalidomid und polyhalogenierter Kohlenwasserstoffe, werden die vielfältigen Wirkmechanismen toxikologischer Substanzen auf das Immunsystem beschrieben und anschaulich dargestellt. Zuletzt wird ein Vorschlag unterbreitet, wie der Inhalt in das Toxnetz-Körpermodell eingearbeitet werden kann. Als Beispiel wurde der immunmodulierende Antikörper Pembrolizumab ausgewählt, ein Protein, welches bei der Krebstherapie eingesetzt wird und die T-Zell-Erkennung von Krebszellen wieder aktiviert.

Influenza A Viren (IAV) infizieren die Epithelzellen unserer Atemwege und stellen ein weltweites Gesundheitsproblem dar. Die Infektion beginnt mit der Bindung an Sialinsäure (SA) auf der Wirtszelloberfläche. Zwischen einem SA-Molekül und dem viralen Oberflächenprotein Hämagglutinin (HA) kommt es dabei zur Interaktion durch nicht kovalente Bindung. Die Inhibierung dieses entscheidenden Schrittes des Infektionszyklus durch Präsentation eines kompetitiven Binders ist ein möglicher Ansatz für ein antiviral wirkendes Mittel. Das Prinzip, mit dem IAV an Zellen binden, ist die Multivalenz. Detailliertes Wissen zur Multivalenz, speziell zur HA-SA-Interaktion, ist für eine effektive IAV-Inhibition von Nöten. Diese Arbeit untersucht und charakterisiert die HA-SA-Interaktion auf zwei unterschiedlichen Wegen. Wird SA auf einer ausgewählten Gerüststruktur funktionalisiert, kann es zu einer multivalenten Anordnung des IAV-Rezeptors kommen. Derartige multivalente Nanopartikel (NP) wurden in Bindungsstudien hinsichtlich ihres Potenzials charakterisiert IAV effektiv zu binden und zu inhibieren. Die Effektivität und die damit einhergehende Stabilität der HA-SA-Interaktionen der getesteten NP, die auf drei verschiedenen Gerüststrukturen basieren (Coiled-Coil-Peptid, PNA-DNA-Strang, Polyglycerolkomplex), hängt von der Verteilung elektrostatischer Oberflächenladungen und der Flexibilität der Gerüststruktur ab. Im zweiten Teil der Arbeit wurden Veränderungen auf Seiten des HAs analysiert. Zwei IAV mit Mutationen in der HA-Bindetasche, sowie das Wildtypvirus wurden in Messungen mittels Einzel-Virus-Kraft-Spektroskopie hinsichtlich ihres Bindungsverhaltens an SA charakterisiert. Die Daten belegen, dass die Verteilung elektrostatischer Oberflächenladungen im HA Einfluss auf die HA-SA-Interkation hat. Alle Ergebnisse zusammengenommen liefern neue Erkenntnisse über die Einflussnahme der HA-SA-Interaktion und wie daraus abgeleitet multivalente Nanopartikel weiter optimiert werden können. / The Influenza A virus (IAV) infects epithelial cells of the human respiratory tract and represents a global health problem. Every infection starts with virus binding on sialic acid (SA) displayed on the host cell surface. This step is characterized by interaction between the viral surface protein hemagglutinin (HA) and sialic acid (SA) that leads to a non-covalent binding. Inhibition of this crucial step of viral infection cycle by presenting a competitive binder to IAV is one approach utilized during the design of antiviral compounds. IAV binds specifically to cells by using the principle of multivalency. Targeting an effective virus inhibition requires detailed knowledge about the binding mechanism, especially about the HA-SA-interaction. This work focuses on the evaluation and characterization of the HA-SA-interaction following two different approaches. In case SA is functionalized on an appropriate scaffold structure, the IAV receptor can arrange in a multivalent fashion. These multivalent nanoparticles (NP) have been studied regarding their potential to effectively bind and inhibit IAV. This potential is directly linked to the stability of the HA-SA-interactions of the tested NPs, which are based on three different scaffold structures (coiled-coil peptide, PNA-DNA-strand, a complex of polyglycerols) and depends on the distribution of electrostatic surface charges and the flexibility of the scaffold structure. The second part of this thesis analyzed changes at HA. The wildtype virus and two IAVs comprising each a mutation in the binding pocket of HA were characterized regarding their binding behavior by single-virus-force-spectroscopy. Results revealed that the arrangement of electrostatic surface charges on HA affecting the HA-SA-interaction. Taken together, all results provide new and important insights into the dependence of the HA-SA-interaction and how this knowledge can be used to further optimize multivalent NPs.

Substanzen, die durch ihr hormonell wirksames Potenzial mit dem Hormonsystem interagieren und adverse Effekte auf die Reproduktion von Invertebraten und Vertebraten ausueben koennen, erlangten in den letzten Jahrzehnten große Aufmerksamkeit. Viele dieser Substanzen reduzieren die Fertilitaet oder die Fekunditaet, fuehren zu Abnormalitaeten in der Ontogenese oder im Verhalten der Tiere und haben Einfluss auf die Geschlechterverhaeltnisse. In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Aspekte dieses Themengebietes bearbeitet. Das in Europa endemisch vorkommende Rotauge (Rutilus rutilus), ein Sueßwasserfisch, wurde als Modelltier fuer den Nachweis von (anti)androgenen Effekten auf aquatisch lebende Organismen etabliert. Zum Nachweis der (anti)androgenen Wirkmechanismen wurden die Tiere mit Modellsubstanzen aus drei verschiedenen Gruppen exponiert. Aus der Gruppe der Substanzen mit potenziell androgener Wirkung wurden Triphenylzinn (TPT) und Methyltestosteron (MT) verwendet, aus der Gruppe der Antiandrogene Vinclozolin (VIN) und Cyproteronazetat (CYP) und aus der Gruppe der Aromatasehemmer, und somit potenziell androgener Wirkung, Letrozol (LET) und Fenarimol (FEN). Feedbackmechanismen auf die Hypothalamus-Hypophysen-Gonaden-Achse (mRNA-Expression des Luteinisierenden Hormons, des Follikel stimulierenden Hormons und der Aromatase), mRNA-Expression potentieller Biomarker in der Leber (Androgen-Rezeptor-mRNA, Oestrogen-Rezeptor-mRNA), Sexsteroidspiegel im Blutplasma (17beta-Oestradiol und 11-keto-Testosteron), Enzymaktivitaeten im Gehirn (Aromatase), Histologie der Gonaden, Totallaenge, Gewicht und Geschlechterverteilung wurden als Endpunkte analysiert, um adverse Effekte auf die Reproduktionsbiologie von R. rutilus zu zeigen. Die untersuchten Endpunkte eigneten sich sehr gut zum Nachweis verschiedener Wirkmechanismen. / Substances that are able to interact with the endocrine system and cause adverse effects on the reproduction of invertebrates and vertebrates have gained much attention over the last few decades. Many of these substances reduce fertility or fecundity, lead to developmental abnormalities or abnormalities in the behaviour of animals and have an impact on sex ratios. The present study examines various aspects of these topics. The roach (Rutilus rutilus), a freshwater fish endemic in Europe, was established as a model animal for the detection of (anti)androgenic effects on aquatic organisms. For examination of the (anti)androgenic action, the animals were exposed to model compounds from three different groups: triphenyltin (TPT) and methyltestosterone (MT) from the group of substances with potentially androgenic effect, vinclozolin (VIN) and cyproteronacetate (CYP) from the group of antiandrogens, and letrozol (LET) and fenarimol (FEN) from the group of aromatase inhibitors, which thus have a potentially androgenic effect. Feedback mechanisms on the hypothalamus-pituitary-gonad-axis (mRNA expression of luteinising hormone, follicle stimulating hormone and aromatase), mRNA expression of potential biomarkers in the liver (androgen receptor mRNA, oestrogen receptor mRNA), steroid levels in the blood plasma (17beta-oestradiol and 11-ketotestosterone), enzyme activity in the brain (aromatase), histology of the gonads, total length, weight and sex ratios were analysed as endpoints to show adverse effects on the reproductive biology of R. rutilus. The studied endpoints are suitable for the detection of different modes of action. The histological examination of the gonads proved to be especially sensitive with the exposure to AACs to resulting in fundamental adverse damages to the gonads. It was ascertained that - in the early stages of ontogeny - androgens play as crucial of a role in the development of the gonads as previously attributed primarily to oestrogens.