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The hoverfly genus Eumerus Meigen, 1822 (Eristalinae: Merodontini) comprises 250+ described species, of which 36 are reported from the Iberian Peninsula. The high species diversity linked to the low degree of morphological differentiation between some species, which is even lower in females, leads to a high taxonomic complexity in this genus. The aim of this work is to confirm the morphological and molecular validity of an undescribed species of Eumerus, which is widespread in the Iberian Peninsula. The new species is described and compared with similar species. The genitalia of the new species are similar to those of Eumerus clavatus Becker, 1923 and Eumerus uncipes Rondani, 1850, but also share some features with Eumerus nudus Loew, 1848. The COI-5’ barcode is provided for the new taxon and analysed together with those of other named Eumerus sequences/species publicly available online. In the light of the morphology and barcoding data, the systematic position of the new species is discussed.
Cross-border exchange and comparison of forensic DNA data in the context of the Prüm decision
(2018)
This study, commissioned by the European Parliament’s Policy Department for Citizens’ Rights and Constitutional Affairs at the request of the LIBE Committee, provides an overview of the Prüm regime. It first considers the background of the Prüm Convention and Prüm Decision. The subsequent two chapters summarize the Prüm regime in relation mainly to DNA data looking at value and shortcomings; and ethical, legal and social implications of forensic DNA typing and databasing in relation to the Prüm regime. Finally, based on the analysis, it provides the policy recommendations.
Oligonucleotide-based therapeutics have made rapid progress in clinical treatment of a variety of disease indications. Since most therapeutic oligonucleotides serve more than just one function and tend to have a prolonged lifetime, spatio-temporal control of these functions would be desirable. Photoswitches like azobenzene have proven themselves as useful tools in this matter. Upon irradiation, the photoisomerization of the azobenzene moiety causes destabilization in adjacent base pairs, leading to a decreased hybridization affinity. Since the way the azobenzene is incorporated in the oligonucleotide is of utmost importance, we synthesized locked azobenzene C-nucleosides and compared their photocontrol capabilities to established azobenzene C-nucleosides in oligonucleotide test-sequences by means of fluorescence-, UV/Vis-, and CD-spectroscopy.
Aronia Medik. (chokeberry, Rosaceae) is a genus of woody shrubs with two or three North American species. Species boundaries and relationships between species of Aronia are frequently under question. The only European species in the genus, A. mitschurinii A.K.Skvortsov & Maitul., is suggested to be an inter-generic hybrid. In order to clarify the relationships between species of Aronia, we performed several morphometric and molecular analyses and found that the molecular and morphological diversity within data on American Aronia is low, and species boundaries are mostly not clearly expressed. Whereas morphology is able to separate American species from A. mitschurinii, there is no support for such discrimination from the molecular data; our analyses did not reveal evidence of A. mitschurinii hybrid origin. We believe that higher-resolution markers are needed to resolve species boundaries and putative hybridization events.
Aufgrund der leichten Handhabung und des Nachweises einer Mortalitätssenkung gilt der Nachweis von okkultem Blut (FOBT) im Stuhl derzeit als das am weitesten verbreitete Screeningverfahren für das kolorektale Karzinom. Als nachteilig erweisen sich allerdings eine unzureichende Sensitivität, insbesondere beim Nachweis früher Stadien und eine nach wie vor geringe Akzeptanz in der Bevölkerung. Vorläufige Daten zum Nachweis von Calprotectin oder der Tumor-M2-PK im Stuhl ließen bessere Screeningeigenschaften erwarten. Aber auch hierschränkt die geringe Sensitivität für frühe Vorstufen und unzureichende Spezifität mit zu erwartenden hohen Folgekosten die Tauglichkeit der Tests deutlich ein. Die kürzlich entwickelten immunologischen FOBTs (I-FOBT)erweisen sich als spezifischer und sensitiver. Sie beruhen auf dem Nachweis von humanem Hämoglobin mittels spezifischer Antikörper und sind somit unabhängig von diätetischen oder medikamentösen Faktoren, was zu einer deutlich besseren Akzeptanz führt. Sie gelten derzeit als kosteneffektivste Verfahren unter den nichtinvasiven Screeningmaßnahmen. Der Nachweis von Tumor-DNA im Stuhl eröffnet eine neue Ära zum frühzeitigen Nachweis kolorektaler Karzinome. Erste kleinere Studien weisen auf eine sehr gute Sensitivität dieser Verfahren hin. Sie lagen für kolorektale Karzinome zwischen 62–91% und für Adenome zwischen 26–73% bei mit 93–100% sehr guter Spezifität. Als nachteilig im Ver-gleich zu den derzeit verfügbaren Screeningtests erweisen sich allerdings die vergleichsweise hohen Kosten.
Given the simplicity of the method and how it can be applied, as well as proof that it lowers the mortality rate, fecal occult blood testing (FOBT) is currently the most commonly used screening method for colorectal cancer (CRC). However, the test suffers from poor sensitivity, particularly with respect to detecting early stages, as well as low acceptance among the population. Preliminary data on detecting calprotectin and tumour-M2-PK in the stool indicated that a better screening performance could be expected. But these tests also suffer from low sensitivity in detecting early stages and from poor specificity, thus limiting the usefulness of the tests as a result of high follow-up costs. Recently developed immunological tests (I-FOBT) demonstrate significantly increased sensitivity and specificity. I-FOBTs use antibodies specific to human hemoglobin and are therefore not affected by diet and drugs, leading to improved patient partipication. At present, I-FOBTs seem to be the most cost-effective approach for non-invasive screening. The detection of tumour-DNA in the stool opens up a new era in early diagnosis of colorectal cancer. Small trials have pointed to a very high sensitivity of these methods: 62–91% for colorectal cancer and between 26% and 73% for adenomas, with a very high level of specificity (93–100%). The major drawback of this type of testing, compared with other screening tests available today, is its high cost.
Photolabile protecting groups are widely used to trigger oligonucleotide activity. The ON/OFF‐amplitude is a critical parameter. An experimental setup has been developed to identify protecting group derivatives with superior caging properties. Bulky rests are attached to the cage moiety via Cu‐catalyzed azide–alkyne cycloaddition post‐synthetically on DNA. Interestingly, the decrease in melting temperature upon introducing o‐nitrobenzyl‐caged (NPBY‐) and diethylaminocoumarin‐cages (DEACM‐) in DNA duplexes reaches a limiting value. NMR spectroscopy was used to characterize individual base‐pair stabilities and determine experimental structures of a selected number of photocaged DNA molecules. The experimental structures agree well with structures predicted by MD simulations. Combined, the structural data indicate that once a sterically demanding group is added to generate a tri‐substituted carbon, the sterically less demanding cage moiety points towards the neighboring nucleoside and the bulkier substituents remain in the major groove.
Recently, photochromic derivatives of nucleobases have drawn attention for regulating oligonucleotide hybridization with light for photopharmacological applications. The nucleobase moiety provides attractive interaction for hybridization, whereas the photochromic moiety can alter the interaction upon irradiation due to conformational changes. Herein we report the synthesis of 2‐phenyldiazenyl‐substituted 2’‐deoxyadenosine (dAAzo) and 2’‐deoxyguanosine (dGAzo) and investigate their influence in a DNA context by UV/Vis absorption, fluorescence and CD spectroscopies. For comparison, the literature‐known azobenzene C‐nucleoside DNAzo was used as a reference system. It could be shown that photochromic purines improve overall hybridization affinity compared to azobenzene C‐nucleosides. In particular, 2’‐deoxyadenosine analogue dAAzo increases melting temperatures by 7.5 °C in the favored trans state with 86 % of the switching efficiency of the reference system.
In der vorgelegten kumulativen Arbeit wurden strukturelle und funktionale Untersuchungen an Nukleinsäuren durchgeführt, hauptsächlich, aber nicht ausschließlich unter Verwendung von NMR-Spektroskopie (Kernspin Resonanzspektroskopie) als Analysemethode. Die untersuchten Biomoleküle umfassten kleinere und größere biologisch relevante RNAs sowie einen artifiziellen DNA G-Quadruplex. Hierbei konnten Ergebnisse im Bereich der Bestimmung der molekularen Struktur, der Aufklärung der biologischen Funktion und der Wirkstoffentwicklung gewonnen werden, die in sechs verschiedenen Publikationen dargelegt sind, an deren Erstellung der Autor maßgeblich oder hauptverantwortlich beteiligt war. Des Weiteren wird in einem mehrgliedrigen Einleitungssegment auf den Stand der aktuellen Forschung in den jeweiligen Teilgebieten eingegangen.
Innerhalb der letzten 30 Jahre haben sich photoaktivierbare Verbindungen („caged compounds“) zu einem äußerst wertvollen Werkzeug entwickelt. Seit der erstmals publizierten Anwendung von lichtaktivierbarem ATP im Jahre 1978 durch Hoffman et al. konnten viele neue Erkenntnisse im Bereich der Physiologie, Molekularbiologie und Biochemie mit Hilfe von photoaktivierbaren Verbindungen gewonnen werden. Hierunter versteht man Substanzen, deren biologische Wirksamkeit temporär inaktiviert ist, jedoch durch Bestrahlung mit Licht wiederhergestellt werden kann. Die Inaktivierung wird durch spezielle, lichtreaktive Chromophore erreicht, sogenannten photolabilen Schutzgruppen („cages“). Der Einsatz dieser Technik zur Aktivierung von Nukleinsäuren eröffnet ein weites Feld an Anwendungsmöglichkeiten. So ist auf diese Weise eine orts- und zeitaufgelöste Kontrolle der Aktivität von z.B. Antisense-DNA, siRNA oder Aptameren durch Licht möglich. Während der vorliegenden Doktorarbeit konnten zwei neuartige photolabil geschützte Desoxythymidine als Phosphoramidite zum Einsatz in der automatisierten DNA-Synthese dargestellt werden. Hierfür wurden jeweils NDBF-OH bzw. pHP-OH in O4-Position der Nukleobase eingeführt. Es konnte gezeigt werden, dass sich die beiden Nukleoside nach ihrem Einbau in DNA mittels UV-Licht entschützen lassen. Die photolabilen Schutzgruppen besaßen jedoch nur eine geringe chemische Stabilität unter verschiedenen basischen Abspaltbedingungen und sind deshalb nicht für die automatisierte DNA-Festphasensynthese unter Standardbedingungen geeignet. Durch Homologisierung der NDBF-Gruppe mit einer zusätzlichen Methyleneinheit zu hNDBF-OH wurde eine verbesserte Variante synthetisiert, welche eine ausreichende Basenstabilität und hervorragende photochemische Eigenschaften aufweist. Wie im Arbeitskreis Heckel gezeigt werden konnte, ist mittels in O6-Position hNDBF-modifiziertem Desoxyguanosin sowohl die DNA-Festphasensynthese unter Standardbedingungen möglich, als auch die spätere Photolyse dieser Schutzgruppe bei einer Wellenlänge von 420 nm. Hierdurch eröffnet sich zum ersten Mal die Möglichkeit, bei Verwendung von beispielsweise NPP und hNDBF, photolabil geschützte Bereiche in Nukleinsäuren wellenlängenselektiv durch Licht unterschiedlicher Wellenlänge zu aktivieren. In einem weiteren Projekt wurden erfolgreich photoaktivierbare Varianten des bivalenten Fusionsaptamers HD1-22 getestet. HD1-22 besitzt zwei Aptamerdomänen, HD1 und HD22, welche jeweils an eine der beiden Exosites I bzw. II von Thrombin binden. Im konkreten Fall konnten wir die Blutgerinnungsaktivität von Thrombin unter Verwendung einer photolabil geschützten Aptamersequenz von vollständig aktiv zu komplett inaktiv modulieren: Vor der UV-Bestrahlung war lediglich die Exosite II durch die HD22-Domäne blockiert. Dies erlaubte keinerlei Bindung des natürlichen Antikoagulans Antithrombin III an Thrombin – weder durch Heparin vermittelt noch ohne Beteiligung von Heparin. Der Zugang zur Exosite I war hingegen nicht eingeschränkt, die Blutgerinnungsaktivität des Thrombins somit durch die Rekrutierung von Fibrinogen an die Exosite I vollständig aktiv und nicht durch Antithrombin inhibierbar. Durch lichtvermittelte Entschützung der HD1-Domäne konnte nun eine Inaktivierung der Exosite I erfolgen, welche durch die hohe Bindungsaffinität der HD22-Aptamerdomäne stärker ausfiel als bei der ausschließlichen Verwendung eines HD1 Aptamers. Die koagulative Wirkung des Thrombins wurde somit vollständig aufgehoben. Im dritten Teil dieser Arbeit wurde der Grundstein für die Entwicklung eines kovalenten, lichtaktivierbaren Thrombin-Thrombinaptamer-Reagenzes gelegt. Dieses könnte zur gezielten Thromboembolisierung bei bestimmten malignen Tumorerkrankungen eingesetzt werden, um das entartete Gewebe von der Blut- und damit Nährstoffversorgung abzuschneiden. Zudem könnte so möglicherweise während einer Tumorexzision die Freisetzung von metastasierenden Krebszellen unterbunden werden. Das Reagenz besteht aus der von Heckel et al. publizierten „ausschaltbaren“ Variante des HD1-Aptamers. Diese besitzt einen photolabil geschützten Gegenstrang. Solange die Schutzgruppe intakt ist, bindet das Aptamer an die Exosite I von Thrombin und verhindert auf diese Weise die Rekrutierung von Fibrinogen. Wird die Sequenz jedoch mit UV-Licht bestrahlt, so erfolgt die Entschützung des Gegenstrangs und durch die folgende Basenpaarung eine Inaktivierung des HD1 Aptamers. Hieraus resultiert die Freisetzung von aktivem Thrombin, welches direkt zur Ausbildung eines Thrombus führt. Durch die – ebenfalls photospaltbare – kovalente Anbindung des „ausschaltbaren“ HD1 an die Proteinoberfläche werden eine vorzeitige Dissoziation des Aptamers und damit eine vorzeitige Wiederherstellung der Proteinaktivität verhindert.