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Die extrakorporale Zirkulation ist mit einer Reihe inflammatorischer Reaktionen und dadurch verursachten pathologischen Veränderungen verschiedener Organsysteme verbunden. {2}{17}{40}-{42}{56}{57} Dies wird zu einem großen Teil durch die Aktivierung der Leukozyten nach dem Kontakt mit der Fremdoberfläche der EKZ und nachfolgender Ausschüttung von Entzündungsmediatoren vermittelt. {36}-{38} Die freigesetzten proteolytischen Enzyme der Leukozyten rufen eine pathologische Hyperpermeabilität des Endothels mit massiver Einschwemmung neutrophiler Granulozyten ins Gewebe und möglicher Parenchym- und Organschädigung hervor. {2}{17}{56}{57} Um diese inflammatorische systemische Reaktion (SIRS) zu verringern, wurden Versuche unternommen, den Aufbau und die Fremdoberfläche der Herz-Lungen-Maschine biokompatibler zu gestalten. {3}-{9}{18}-{23} Ebenfalls wurden im Rahmen klinischer Studien Therapieansätze auf pharmakologischer Ebene evaluiert. {10}-{13}{15}-{17} Das Prinzip der Leukozytendepletion mittels eines speziell angefertigten Filters wurde in den dreißiger Jahren entwickelt. Es fand Anfang der siebziger Jahre in der Transfusionsmedizin seine erste routinierte Anwendung. {31} In der Herzchirurgie wurde der Leukozytenfilter Ende der achtziger Jahre eingeführt. Dort wurde er in der arteriellen und venösen Linie sowie für die Kardioplegie und zur Filtrierung des Restblutes aus dem Kardiotomiereservoir eingesetzt. {62}{92}{93}{95}-{97} In der vorliegenden Studie erfolgte die Leukozytendepletion in der arteriellen Linie der EKZ bei 80 Patienten mittels eines Leukozytenfilters (Leukoguard LG6, Pall, Dreieich, Deutschland). Da die Filterkapazität und –effizienz zeitlich begrenzt sind, wurde der Einsatz des Filters in der kritischen Phase der Reperfusion evaluiert. Während dieser Phase erreicht die Leukozytenaktivierung den Höchstwert (Gruppe III: 10 Minuten vor Aortenklemmöffnung und für die ersten 20 Minuten der cardiopulmonalen Reperfusion, Gruppe IV: nach erfolgter 20minütiger Reperfusionsphase bis Ende der EKZ). Zum Vergleich wurde der Leukozytenfilter auch während des Gesamtdauer der CCB angewendet (Gruppe II). Bei der Kontrollgruppe kam ein Standardfilter zum Einsatz. Die Patientengruppen wurden aus 20 radomisierten Patienten gebildet. Zu bestimmten peri-, intra- und postoperativen Zeitpunkten wurden folgende Parameter untersucht: PMN-Elastase, Procalcitonin, MDA (Malondialdehyd), MPO (Myeloperoxidase), NSE (Neuronenspezifische Enolase), S100-Protein, CK, CK-MB, Kreatinin und Harnstoff. Ebenso wurden die Leukozyten-, Erythrozyten- und Thrombozytenzahlen sowie der Hämatokrit- und Hämoglobinwert gemessen. Die Sauerstoffsättigung wurde mittels des Sauerstoffdruckes der Sauerstofffraktion und -indizes untersucht. Zusätzlich wurde die Dauer der Intubation, des Aufenthaltes auf der Intensivstation und des stationären Gesamtaufenthaltes ermittelt. Bei allen diesen Parametern konnten unter den Gruppen keine signifikanten Differenzen festgestellt werden. Die sensitiven Marker der Leukozytenaktivierung und der systemischen inflammatorischen Reaktion zeigten den in der Literatur beschriebenen typischen Kurvenverlauf. {106}{107}{135}{126}-{128}{148} Jedoch blieb der positive Einfluss der Leukozytendepletion aus. Die im Blutkreislauf gemessenen Leukozytenzahlen ebenso wie die Erythrozyten- und Thrombozytenzahlen konnten durch den Filtrationsvorgang nicht statistisch absicherbar reduziert werden. Auch die intraoperative Leukozytose wurde nicht signifikant reduziert. Offenbar reicht die Filterleistung nicht aus, um entsprechende Mengen an Leukozyten zurückzuhalten. Würde es sich hierbei ausschließlich um eine rasche Kapazitätsausschöpfung des Filters handeln, müsste jedoch zumindest am Anfang des Filtrationsvorganges eine Verringerung der Leukozytenzahlen feststellbar sein. Vermutlich wird der lokale Filtrationseffekt des Leukozytenfilters durch die massive systemische Mobilisation der Leukozyten durch weitere Aktivierung aufgrund von Entzündungsmediatoren und Endothelschäden überdeckt. Die Ergebnisse deuten des Weiteren darauf hin, dass die Leukozyten durch den Filtrationsvorgang ihre Funktion nicht verlieren. Sie sind weiterhin in der Lage, Entzündungsmediatoren auszuschütten und systemische inflammatorische Reaktionen in Gang zu setzen. Eine neue Filtergeneration, die neben der Verbesserung der mechanischen Filtration eine pharmakologische Inaktivierung der Leukozyten bewirkt, bleibt Gegenstand weiterer Forschung.
Dan Janzen proposed in a paper in 1977 (loc. cit.), that a clone of aphids and for that matter dandelions consists, respectively, of one large ‘super-organism’. In effect a single evolutionary individual able to exploit resources over an expanded geographical range, and sometimes with aphids also, a wider range of resources (different kinds of host plants), much more than if the organism concerned were a single individual. Such a view is of course based on the notion that an asexual lineage (clone) has strict genetic fidelity, that is to say, is genetically identical over its entire genome between clone mates. This seems a highly unlikely scenario and indeed, modern molecular markers have revealed a plethora of mutational events within such so-called clones. Here in this talk I provide evidence from aphids that they are not ‘perfect forms’ but rather show a range of variations, including evidence of hybridization events, and that they can and do adapt to environmental circumstances, sometimes swiftly. Hence that even as asexual lineages, aphids are able to exploit new ecological circumstances and flourish, e.g. host adapted forms, whilst some species, notably the highly polyphagous peach-potato aphid (Myzus persicae), have also evolved resistance to a range of pesticides, and by so doing, have managed to survive in the face of these poisons. However, there are fitness costs associated with such adaptation, more especially in the highly resistant aphids. Because of the variation and adaptation shown by particular aphid species and asexual lineages, they cannot be described as a single evolutionary unit in a ‘Janzenian’ sense. What they show is ecological plasticity and an ability to adapt quickly, in large part enhanced by their incredible rate of reproduction and population expansion. Some migrating winged aphids are constrained in their exploitation of new habitats by environmental factors – geographical, climatic and ecological, especially lack of suitable hosts. In contrast, some other aphid species have seemingly colonized large areas of the world (probably aided by human agency) so that deciding what a population is exactly is a difficult task. It may even be that certain ‘super clones’ detected using molecular markers have indeed spread far and wide, clones which appear to fit the description of being ‘general purpose genotypes’ in that they can feed on a range of plant hosts under a range of different geographical-climatic conditions. As such, they are nearest to Dan Janzen’s views, although here again, strict genetic fidelity is not necessarily proven, only accepted from the application of a limited number of markers, e.g. multilocus genotypes in the case of microsatellite markers.
Before the turn of the millenium the investigation of phylogenetic relationships was revolutionized by two major inputs, the use of molecular sequence data for phylogenetic reconstruction, paralleled by the sophistication of computer aided reconstruction methods. The ever growing number of data however did not only result in clarifications of open questions, but brought forth a number of new conflicting phylogenetic hypotheses. Sometimes they are wrongly referred to as conflicts between morphological and molecular approaches, which sporadically even culminated in the rejection of the usefulness of one of the two approaches (e.g. Scotland et al 2003). These scientists overlook the great advantage of having two a priori largely independent data sets (Wägele 2001) which in a synthetic way enable the greatest progress in phylogenetic research. However, solely putting data together will not suffice to choose among conflicting hypotheses. The increasing number of conflicts necessitates approaches that go beyond mere data congruence, but searching for the possible reasons of conflicts. In the present paper, problems in the reconstruction of the phylogenetic origin of Hexapoda, as well as of the early branchings within the Hexapoda, will exemplify approaches of critical re-evaluation and testing of data used in morphological data matrices for phylogenetic analyses. The early cladogenetic events of hexapods are especially suited for such a discussion for several reasons. The hexapods, as the most species-rich group of organisms, look back at a long and multi-faceted history of taxonomic and phylogenetic studies, culminating in a number of conflicting hypotheses. Triggered by incongruences with morphological analyses the reconstruction of the hexapodan roots likewise became a hot-spot of molecular research activities during^the last two decades. Furthermore the phylogenetic positions of the oldest lineages branching off within the hexapodan clade, the Diplura, Protura and Collembola, are in particular very difficult to reconstruct. While at least the latter two are well defined by morphological autapomorphies their phylogenetic position could not be reconstructed unambiguously, since their morphology seems highly derived with respect to the hexapodan ground pattern.
Allatostatine (AS) und Sulfakinine (SK) sind Neuropeptidhormone, die aus mehreren Insektenarten isoliert und analysiert wurden. Die AS können durch strukturelle Merkmale in drei Typen eingeteilt werden, wobei die Peptide des A Typs durch das C-terminale Sequenzmotif FGL(I,V)amid charakterisiert sind. Die AS hemmen bei einigen Insektenarten die Juvenilhormonbiosynthese und -freisetzung aus den Corpora allata. Eine generelle Funktion dieser Neuropeptide scheint ihre myoaktive Wirkung auf viscerale Muskulatur zu sein. Daneben stimulieren sie die Verdauungsenzymaktivität und haben inhibitorische Wirkung auf die Futteraufnahme und die Vitellogeninbiosynthese (Review: Hoffmann & al. 1999). Eine Strukturaufklärung der cDNA der A-Typ AS (Meyering-Vos & al. 2001) ergab insgesamt 14 potentielle Peptide auf einem Prohormonvorläufer, der in verschiedensten Geweben exprimiert wird, was ein weiterer Hinweis auf die multifunktionale Rolle der Peptide ist. Eine andere Gruppe von Neuropeptiden stellen die Sulfakinine dar, die in ihrer C-terminalen Heptapeptidsequenz DY(SO3H)GHMRFamid übereinstimmen, wobei die Sulfatierung des Tyrosins bisher nur für einige Peptide nachgewiesen werden konnte. Die SK cDNA aus der Grille G. bimaculatus kodiert einen Prohormonvorläufer, der ausschließlich im Grillengehirn exprimiert wird, und aus dem zwei potentielle SK Peptide freigesetzt werden können (Meyering-Vos & Müller 2007). Auch diese Neuropeptide sind myoaktiv, d.h. in Schaben und Heuschrecken wurde eine Stimulation der Darmkontraktion nachgewiesen (Nachman & al. 1986, Schoofs & al. 1990). Außerdem wurde in Heuschrecken, Schaben und Fliegen eine Hemmung der Futteraufnahme unter dem Einfluss von SK festgestellt (Wei & al. 2000, Maestro & al. 2001, Downer & al. 2006). Die Sulfakinine weisen eine große strukturelle aber auch physiologische Ähnlichkeit mit der Gastrin /Cholecystokinin Peptidfamilie der Vertebraten auf, die hormonelle Regulatoren verschiedener Verdauungsprozesse und des Essverhaltens darstellen. In der vorliegenden Arbeit wird der Fragestellung nachgegangen, ob die Genexpression von AS und SK in G. bimaculatus nach abdominaler Injektion entsprechender doppelsträngiger (ds) RNA (RNA Interferenz Methode) erfolgreich unterdrückt werden kann und welche Auswirkungen diese Suppression auf die Futteraufnahme und Verdauung der Grillen hat. Detaillierte Kenntnisse über die Funktionen der Genprodukte (Neuropeptide) könnten bei der Entwicklung neuartiger Insektizide für die Schädlingsbekämpfung helfen.
Mit über 3100 beschriebenen Arten bildet die Unterordnung Tubulifera den größten Anteil der Thysanopteren. Im Gegensatz zu den Terebrantia, welche sich überwiegend durch eine pflanzensaftsaugende Lebensweise auszeichnen, ernähren sich viele Vertreter der Tubulifera-Unterfamilien Idolothripinae und Phlaeothripinae von Pilzsporen und –hyphen. Viele der phytosugen Thripsarten sind durch den Saugvorgang per se und die Übertragung von Viren, Bakterien und Pilzen und den daraus resultierenden wirtschaftlichen Schäden in Bezug auf ihre Lebens- und Ernährungsweise, Anatomie und Morphologie sehr gut untersucht und in Übersichtswerken dargestellt (Lewis 1973, 1997, Moritz 2006). Ebenso liegen für diese Arten systematische Betrachtungen und moderne Bestimmungsschlüssel vor (Moritz & al. 2001, 2004, Zur Strassen 2003). Entsprechende Arbeiten an Vertretern der Phlaeothripidae sind jedoch weit weniger umfassend. Zwar liegen verschiedene Untersuchungen zur Sozialität gallbildender, australischer Phlaeothripiden (Crespi 1992, Kranz & al. 1999, 2001), sowie zu deren Reproduktion (Chapmann & al. 2000, Moritz 2002) und zur chemischen Verteidigung (Suzuki 2004, Tschuch & al. 2004, 2005) vor, jedoch fehlen vergleichende Untersuchungen zur pilzfressenden Lebensweise und damit verbundenen Anpassungen des Ernährungssystems. Der Phlaeothripide Suocerathrips linguis lebt ausschließlich auf Sansevierien, die zwar als Wirts-, jedoch nicht als Nahrungspflanzen dienen. Die ca. 2 – 3 mm großen, einheitlich dunkel pigmentierten und auffällig dorsoventral abgeflachten Tiere leben in Aggregationen hunderter Individuen aller Ontogenesestadien und betreiben Brutpflege. Durch interessante, z.T. soziale Verhaltensweisen (Moritz 2002, Tschuch & al. 2004), eine für Phlaeothripidae relativ unkomplizierte Laborhaltung und den niedrigen Erkenntnisstand im Hinblick auf diese Familie bietet sich die vorliegende Art als Versuchstier an. Die Untersuchungen sollen zum einen mögliche Unterschiede zwischen Phlaeothripidae und Thripidae an sich, aber auch potentielle Anpassungen des Ernährungssystems von S. linguis an eine mycophage Ernährungsweise aufzeigen.
Hymenopteran endoparasitoids that develop inside their lepidopteran host may exert a multitude of interactions with their host until they are able to emerge successfully from a developmentally arrested host that finally dies. Parasitoid interferences comprise physiological and biochemical modifications in the host endocrine and immune system which in turn affect host growth and development (reviewed in Edwards & Weaver, 2001). We use the gypsy moth, Lymantria dispar (Lep., Lymantriidae) and the endoparasitic, polydnavirus (PDV)-carrying braconid wasp Glyptapanteles liparidis (Hym., Braconidae) as a model system to study the endocrine changes associated with parasitism. Following wasp oviposition into young gypsy moth larvae, the parasitoids develop through two endoparasitic instars, and then emerge as newly molted third instars from a host that dies in the larval stage. In previous studies we have already described the endocrine changes in parasitized gypsy moth larvae which show an increase in juvenile hormone (JH) titers, a shift from JH II to JH III as the dominant homologue, and a prominent decrease in the JH degrading enzymes (Schopf & al., 1996; Schafellner & al., 2004). Here, we investigated the possible mechanisms that account for the JH elevating effects such as (i) stimulated host corpora allata activity, (ii) reduced activity of the JH metabolic enzymes such as JH esterase, and (iii) synthesis and release of JH by the parasitoid larvae.
Im August 2006 brach die BTD erstmals in Mitteleuropa aus. Zunächst traten Fälle in Holland und Belgien auf, schnell folgten Deutschland und Frankreich, und schließlich auch Luxemburg. Betroffen waren vorwiegend Kühe und Schafe, vereinzelt Ziegen und Wildwiederkäuer. Überraschenderweise erkrankten neben Schafen auch zahlreiche Kühe schwer, und einige verendeten sogar. Als infektiöses Agens konnte der BTV-Serotyp 8 identifiziert werden, der niemals zuvor in Europa aufgetreten war. Bis zum Jahresende konnte sich die BTD insbesondere im Dreiländereck von Holland, Belgien und Deutschland weiter ausbreiten. Nach dem Animal Disease Notification System der EU waren Ende 2006 in den betroffenen fünf Ländern BTD-Ausbrüche in 2047 Viehwirtschaftsbetrieben bestätigt worden: Holland 456, Belgien 695, Deutschland 885, Frankreich 6 und Luxemburg 5 Obwohl die Hoffnung bestand, dass die Ceratopogoniden mit dem Einbruch des Winters verschwinden und keine Virustransmission mehr stattfinden würden, wurden neue Ausbrüche auch nachfolgend verzeichnet (75 weitere bis 1. Februar 2007, davon allein 67 in Deutschland; ProMED-Mail 2007), wobei bisher nicht klar ist, ob es sich tatsächlich um Neuinfektionen oder um verspätet diagnostizierte Infektionen aus 2006 handelt. Die Aktivitätsdichte der Gnitzen nahm gegen Ende 2006 mit sinkenden Temperaturen zwar ab, war jedoch zumindest bis zum 21. Dezember niemals gleich Null (Mehlhorn & al. 2007). Mit fortschreitender Dauer der Epizootie wurde auch eine geografische Ausbreitung nach Osten beobachtet. Anfang Februar 2007 waren fast alle deutschen Bundesländer von den BTD-Schutz- und Überwachungszonen betroffen (Abb. 1), in denen besondere Vorschriften für den Transport und Handel mit Wiederkäuern gelten (EU 2005).
Entsprechend den Frageweisen nach proximater Ursache bzw. ultimater oder historischer Bedingtheit lassen sich Entwicklungs-, Funktions-, Evolutions- und phylogenetische Morphologie unterscheiden. In der Evolutionsmorphologie wird nach der biologischen Rolle und dem Selektionswert für Strukturen gefragt, was sich aus direkter Beobachtung oder Analogievergleich erschließen kann. Ausgehend von detaillierter vergleichender Strukturuntersuchung eröffnet sich damit das Feld der Evolutionsökologie mit dem Ziel der Rekonstruktion historischer Einnischung und Erschließung ökologischer Zonen. Nach Untersuchung der ökologischen Nischen rezenter Arten soll hierbei die jeweilige Ökonische einer Stammart am Gabelpunkt eines zuvor erstellten Cladogramms (Stammart-Nische) rekonstruiert und ihre jeweilige Transformation durch Abänderung, Neubildung oder Auflösung von Synergs – jedenfalls in wichtigen Dimensionen der Organismus-Umwelt-Beziehung – herausgearbeitet werden (Nischenfolge). Beispiel einer Nischenfolge ist bei pilzzüchtenden Ameisen (Attini) die Pilzzucht anfänglich auf Insektenkot als Substrat über Teile von Blütenblättern schließlich zu herausgeschnittenen Laubblättern. Zur Bildung der Nische wird die Interaktion der Organismen mit der Umwelt und die Gemeinschaftsleistung kooperierender Artgenossen besonders betont. Die Artnische kann sich aus verschiedenen, sich meistens zeitlich ablösenden Teilnischen zusammensetzen, denen in der Regel verschiedene Morphen entsprechen. Dies gilt insbesondere für durch Eigenmerkmale gekennzeichnete Larven, deren Metamorphose zum Adultus mit der Verwirklichung einer anderen Teilnische einhergeht. Gravierende Änderungen der Nische in wenigen Evolutionsschritten sind dann möglich, wenn viele Synergs in einem Block zusammengefasst (geclustert) sind (z.B. Wirtspflanzenwechsel bei Phytophagen) oder wenn Teilnischen (von Ontogenesestadien) aufgegeben werden (z.B. durch Viviparie). Verhaltensänderungen für Nischenerweiterung oder -abänderung gehen einem tiefgreifenden Lebensweisewechsel durch Bildung einer neuen ökologischen Zone voraus. Der Zusammenhang von Zonenbildung und „Makroevolution“ wird am Beispiel der Entstehung der Pterygota unter Berücksichtigung von Umweltlizenzen, Präadaptationen, Verhaltensänderungen und evolutiven Anpassungen diskutiert. Die Folge ökologischer Zonen von einer Landwanze hin zu Gerriden auf der Meeresoberfläche wird dargestellt sowie die Zonenfolge von terrestrischen Sackträger-Schmetterlingen zu Raupen, die selbst in stark strömenden Gewässern als Aufwuchsfresser leben. Sechs Punkte des „evolutionsökologischen Programms“ hin zu einer erklärenden Naturgeschichte werden herausgearbeitet.
Leptinotarsa decemlineata lebt oligophag ausschließlich auf Vertretern der Solanaceae, insbesondere Solanum spp. (Radcliffe 1982). Die herbivore Spezies ist fähig, erfolgreich auf den unbehaarten, behaarten und glandulär behaarten Blattoberflächen der Nachtschattengewächse zu haften, sich fortzubewegen und zu leben. Dazu verhelfen paarige Krallen und Hafthaarkissen an den Tarsen (Rivnay 1928). Das ausgesprochen gute Haftvermögen und die Substratanpassungsfähigkeit haariger Haftsysteme von Insekten sind für verschiedene Vertreter der Diptera und Coleoptera experimentell belegt (siehe Review von Gorb 2001). Stork (1980 a, b) beobachtete insbesondere bei Käfern der Familien Chrysomelidae und Coccinellidae einen ausgeprägten Sexualdimorphismus der tarsalen Hafthaare. Schanz (1953) beschreibt für L. decemlineata drei verschiedene Hafthaartypen: (1) Haare mit sich asymmetrisch verjüngenden Spitzen, (2) spatelförmige Gebilde und (3) Haare mit Haftsohlen, welche nur die Männchen besitzen. Hinsichtlich der geschlechterspezifischen Unterschiede der Haftkraft auf verschieden rauen Oberflächen existieren bislang wenige quantitative Nachweise. Pelletier & Smilowitz (1987) wiesen für Männchen von L. decemlineata in Inversionsexperimenten ein außerordentliches Haftvermögen auf Glas- und Kunststoffoberflächen nach, wobei sie dessen Gründe in den maskulin-spezifischen Hafthaaren mit scheibenförmig verbreiterten Enden vermuteten. Die Fähigkeit der Männchen, an glatten Oberflächen besonders gut zu haften, wurde als eine Anpassung an die Haftung auf den glatten Oberflächen der Weibchenelytren während der Kopulation erklärt. Die meisten natürlichen Oberflächen (insbesondere Pflanzenoberflächen) sind jedoch rau. Somit besteht die Frage, ob beide Geschlechter auch eine unterschiedliche Spezialisierung der Haftsysteme für die Haftung auf rauen Substraten besitzen. Um den Einfluss unterschiedlicher Oberflächenrauhigkeiten auf die Haftsystemfunktionalität der Weibchen und Männchen von L. decemlineata zu prüfen, wurden in der vorliegenden Studie Kraftmessungen mit einzelnen Individuen auf Oberflächen mit exakt definierter Rauheit durchgeführt.
Durch Arthropoden übertragene Erreger von Infektionen des Menschen in Mitteleuropa – ein Update
(2008)
Mitteleuropa beherbergt eine nicht geringe Zahl von Krankheitserregern (mindestens 14 Viren, ca. 10 bakterielle Erreger und mindestens 4 Protozoen), die durch Stechmücken, Zecken oder Sandmücken übertragen werden. In allen Fällen handelt es sich um Erreger von Zoonosen, also Mikroorganismen, deren natürliches Reservoir Wildtiere (allenfalls, sekundär, auch Haustiere) darstellen. Eine Ausrottung dieser Erreger ist daher ausgeschlossen. (Die Ausrottung der Malaria in Mitteleuropa und darüber hinaus in Europa war vor allem deshalb möglich, weil die involvierten Plasmodien-Spezies außer dem Menschen keine anderen Vertebraten infizieren können.)Die Erfassung der durch Arthropoden übertragenen Erreger und deren Verbreitungsareale schreitet – vor allem durch den Einsatz molekularbiologischer Methoden – zügig voran. Einige neue oder zumindest für Mitteleuropa neue, humanmedizinisch relevante Mikroorganismen sind in letzten Jahren nachgewiesen worden, mit weiteren Entdeckungen ist durchaus zu rechnen. Möglicherweise wird auch der Klimawandel, insbesondere bei einem Fortschreiten einer globalen Erwärmung, zur Etablierung von neuen Erregern ebenso wie zur Ausweitung der Verbreitungsareale von Vektoren führen. Vor allem wird aber der Faktor der Globalisierung durch mögliche Einschleppungen zunehmend an Bedeutung gewinnen. Es gibt bisher nur gegen einen einzigen Erreger – gegen das Virus der Frühsommer-Meningoenzephalitis – einen Impfstoff, der sich überdies durch hervorragende Wirksamkeit und außerordentlich gute Verträglichkeit auszeichnet. Mit neuen Impfstoffen gegen andere Erreger ist allerdings in der nahen Zukunft nicht zu rechnen. Immerhin sind aber die durch Bakterien ebenso wie die durch Protozoen hervorgerufenen Erkrankungen einer antibiotischen Therapie zugänglich, wenn sie rechtzeitig diagnostiziert werden. Hingegen stehen uns keine Medikamente gegen die durch Arthropoden übertragenen Viren zur Verfügung. Prophylaktische Maßnahmen werden daher weiterhin bedeutsam sein; das gilt vor allem für Kleinkinder, für alte Menschen und Immunsupprimierte.
Traditionell wurden und werden im Deutschen Entomologischen Institut (DEI) bzw. in Kooperationsprojekten unter Mitwirkung der Wissenschaftler des DEI zahlreiche Informationen mit entomologischem Bezug gesammelt und herausgegeben, z. B. Bibliographien der entomologischen Weltliteratur ((Index I) Horn & Schenkling 1928-1929; Derksen & Scheiding 1963-1975; Gaedike & Smetana 1978, 1984), Verbleib entomologischer Sammlungen (Horn, Kahle & al. 1935, 1990), Typenkataloge sowie aktuell die Zeitschriften „Beiträge zur Entomologie“ und „Nova Supplementa Entomologica“. Bereits digital verfügbar sind weiterhin die „Biographien der Entomologen der Welt“ (Groll 2006), „ECatSym: Elektronischer Katalog der Symphyta der Welt“ (Taeger & Blank 2006) und eine Bildersammlung (Groll & Schubert 2006). Den Forderungen der Informationsgesellschaft gehorchend werden sowohl Daten als auch Metadaten verstärkt in institutseigenen Archiven frei zugänglich digital bereitgestellt und in Verbünden vernetzt.
Aphids annually infest winter wheat, Triticum aestivum L., in late spring and early summer in Central Europe, but densities leading to strong yield losses are reached only occasionally (Basedow et al., 1994). Three aphid species, Sitobion avenae Fabr., Metopolophium dirhodum Walk. and R. padi L., usually occur in cereal crops with increasing densities from late spring onwards (Basedow et al., 1994). Modelling population levels of cereal aphids is a key tool in integrated pest management for winter wheat. Over the last 30 years, considerable efforts have been made to investigate the population dynamics of aphids (DeWit and Rabbinge, 1979; Entwistle and Dixon, 1987). In Central Europe to date, two models have attained greater importance in late spring: LAUS (Friesland, 1986) and GETLAUS01 (Gosselke et al., 2001). The first one estimates the population level of S. avenae in spring in winter wheat fields and has obtained regional significance in practical plant protection. In contrast, the model GETLAUS01 is a scientific model, not designed for practical plant protection. It describes in great detail the population dynamics of S. avenae, R. padi and M. dirhodum. Both models have been improved over time and extended with several factors, e.g. by including the effects of antagonists, fertilisation, crop density, plant protection agents and meteorological parameters on population development. The objective of this study was to analyse the following three factors in terms of their impact on population and migration characteristics: cultivar, proximity between winter and summer hosts and migration (according to meteorological parameters).
Ausgangspunkt für den Enthusiasmus von Seiten der Pflanzenschützer und Mediziner für Niem war eine Zufallsbeobachtung von H. Schmutterer, der während seines Aufenthalts im Sudan zwischen 1959 und 1961 einen Heuschreckeneinfall von Schistocerca gregaria erlebte. In dessen Folge war, wie seit biblischen Zeiten (2. Mose, Kapitel 10, Verse 1-20) wohl bekannt, meilenweit kein Grün mehr verblieben, mit Ausnahme einiger Niembäume, an denen die gefräßigen Heuschrecken vorübergezogen waren. Schmutterer ging dieser Beobachtung nach und fand, dass der Baum ein fraßabschreckendes Prinzip enthalten muss, das die Heuschrecken auf Distanz hält. Tatsächlich konnten Butterworth & Morgan 1972 einen niemeigenen Stoff dieser Wirkung dingfest machen. Wir wissen heute als Resultat eines Zusammenwirkens einer Reihe von Forschergruppen in Europa, USA, Indien, China und Japan von der Existenz des Azadirachtins, des kompliziert gebauten Hauptwirkstoffs, dessen chemische Struktur vor 22 Jahren von mehreren Gruppen unabhängig und zweifelsfrei identifiziert wurde. Azadirachtin hat sich in der Folgezeit hartnäckig der Totalsynthese widersetzt (Ley & al. 1993). Lediglich sterile Suspensionskulturen von Azadirachta indica lieferten Azadirachtin und seine Kongeneren sowie die verwandten Limonoide Salannin und Nimbin biosynthetisch, freilich in sehr schlechten Ausbeuten und unter hohen Kosten (Morgan & Allen 2002). Erst kürzlich wurde die erste gelungene Totalsynthese von Veitch & al. (2007) bekannt, die wegen der Komplexität der Struktur eine echte Herausforderung an die Kunst der beteiligten Chemiker darstellte. Angesichts des hohen Preises der synthetischen Wirkstoffe wird der Anwender von Niemprodukten auch künftig nach günstigen natürlichen Quellen des Rohmaterials Ausschau halten, wofür hauptsächlich Samen, aber auch Blätter in Frage kommen. Der Niembaum gedeiht in allen subtropischen und tropischen Ländern der Erde. Eine frosttolerante Variante mit Anwendungspotenzial in gemäßigten Breiten ist aus den Gebirgstälern des Himalaya bekannt. Im Folgenden seien einige jüngere Entwicklungen der Niemforschung und -anwendung skizziert. Der Problematik des organischen Landbaus wird dabei ein eigener kurzer Abschnitt eingeräumt.
Elemente der Bodenmesofauna gehören gerade in pfluglosen Anbausystemen zu den bedeutendsten Primärzersetzern von Ernterückständen. Für den Rotteprozess, der nicht nur für die Pflanzengesundheit von größter Bedeutung ist, spielen sie damit eine entscheidende Rolle. Während Effekte der Bodenbearbeitung auf die mikrobielle Biomasse in den letzten Jahrzehnten Gegenstand zahlreicher Feldstudien waren, sind entsprechende Erhebungen zur Bodenmesofauna vergleichsweise rar und darüber hin in ihren Aussagen teilweise widersprüchlich. Positive Effekte auf Streuabbau durch reduzierte Intensität der Bodenbearbeitung konnten Heiber & Eisenbeis (1999) nachweisen. Vorliegende Untersuchungen sollten klären, welche Auswirkungen die Bodenbearbeitung auf die vielfältigen Zönosen der Bodenmesofauna eines intensiv ackerbaulich genutzten Lößstandortes hat.
Die herkömmliche Methode der Untersuchung anatomischer Verhältnisse bei Insekten ist die manuelle Präparation und das Erstellen von Schnittserien eines eingebetteten Objektes in zwei, besser drei orthogonalen Raumrichtungen (frontal, axial und sagittal). Diese Schnitte werden dann spezifisch angefärbt und über Zeichnungen und / oder Fotographien ausgewertet. Mit speziellen zeichnerischen Verfahren oder mittels Graphikprogrammen können daraus 3D-Objekte „rekonstruiert“ werden. Eine neue vielversprechende Methode in der Insektenmorphologie ist die (phasenverstärkte) Synchrotron Mikro-Röntgentomographie. Ähnlich wie etwa bei den von Hörnschemeyer et al. (2002) genutzten Desktopgeräten wird hier mit relativ geringem Zeitaufwand der Vergleich kompletter „virtueller“ Schnittserien auch einer größeren Anzahl von Taxa, wie sie zum Beispiel für vergleichend-morphologische evolutionsbiologische Studien erforderlich sind, ermöglicht. Man erhält mittels der Tomographie-Datensätze die Möglichkeit, beliebige Schnittrichtungen am Computer zu bearbeiten und auszuwerten. Die Methode arbeitet zerstörungsfrei und ist somit auch für Museumsleihgaben oder seltene Einzelfunde geeignet.
Both, G. mellonella and S. exigua, are most important pests in tropical countries. G. mellonella has five to six generations per year (Abid et al. 1997; Ali 1996), there, and feeding in bee combs they find, besides wax, residues of honey, insect skin and pollen (Hachiro & Knox 2000). Li et al. (1987) have shown the efficacy of Bacillus thuringiensis aizawai against G. mellonella. It is registered in the EU as Mellonex for its control, but NeemAzal T/S may also be active, and will have some advantages (Leymann et al. 2000, Melathopoulos et al. 2000). Therefore we conducted new studies here, on the results we shall report. S. exigua is an important polyphagous pest of crops in tropical areas (Brown & Dewhurst 1975). By repeated control with synthetic insecticides, especially by illiterate farmers (Armes et al. 1992; Aggarwal et al. 2006a) resistance to a lot of those insecticides has been built up, making plant protection very difficult. Therefore the need is pronounced for microbial and botanical pesticides (Nagarkatti 1982; Rao et al. 1990), which have different modes of action than synthetic insecticides. Aggarwal et al. (2006b) have started to test such ingredients, but the time of observation was too short (3 days), since the effects of Neem products occur later than those of synthetic insecticides (Basedow et al. 2002). So we conducted new, longer lasting experiments (with 5 to 30 days), on which we give a report here. The experiments were conducted during guest stays of the three co-authors (from Mymensingh, Bangladesh, from Nazreth, Ethiopia, and from Khartoum, Sudan) at the Experimental Station of the Institute of Phytopathology and Applied Zoology at Giessen Univerity.
Der bevorstehende Beitritt Sloweniens in die OECD1 (Organisation for Economic Cooperation and Development), die jüngste Bewertung des BTI-Status-Index 2008 (Bertelsmann-Transformation-Index) auf dem 2. Platz, der Ratsvorsitz der EU (Europäische Union) im 1. Halbjahr 2008, die Mitgliedschaft zum Schengen-Raum und die Einführung des Euro, sind nur die jüngsten Meilensteine der erfolgreichen und nachhaltigen Transformation in ein demokratisches System und die Festlegung auf eine marktwirtschaftliche Ordnung. Die Geschichte Sloweniens stand lange Zeit im Schatten der Geschichte Österreichs und Jugoslawiens. Als eine Nation in einem eigenen Staat sieht sich Slowenien seit dem Zerfall Jugoslawiens in einer gänzlich neuen Rolle. Das Erbe der früheren Abhängigkeiten ist einem neuen Selbstbewusstsein gewichen. Die graduelle Transformation Sloweniens während der 1990er Jahre in einen völkerrechtlich unabhängigen Staat, eine politische Demokratie und eine freie Marktwirtschaft erscheint im europäischen Kontext „…only [as] a chapter in the larger tale of the democratic wave that rather unexpectedly swept across Central, Eastern, and Southeastern Europe during the last years of the twentieth century.“ In Reflexion der historischen Ereignisse beurteilt Kornai die Transformation am Ende des letzten Jahrhunderts in Europa „…in spite of serious problems and anomalies …[as] a success story.“ Im Rahmen des Transformationsprozesses konnte sich Slowenien als „politischer und ökonomischer Zwerg“ als unabhängiger Staat in das demokratische Europa und die Europäische Union integrieren und fest verankern. Um Gründe und Faktoren dieses Prozesses zu identifizieren, ist eine Betrachtung der Entwicklungen in den 1980er Jahren, die zur Auflösung des blockfreien sozialistischen Jugoslawiens und zur Selbstständigkeit Sloweniens geführt haben, notwendig. Jede der konstituierenden Teilrepubliken und Regionen Jugoslawiens blickt zurück auf eine eigene historische, religiöse und sprachliche Tradition mit individuellen Erfahrungen und spezifischen Spannungen innerhalb und außerhalb der gemeinsamen Föderation. Sloweniens Weg in die politische, ökonomische und demokratische Unabhängigkeit war ein individueller nationaler Differenzierungs- und Umgestaltungsprozess und Ergebnis vielfältiger mehrdimensionaler Konflikte. Unerwartet und plötzlich war der Bruch und die Herauslösung aus dem Staatenbund Jugoslawiens am 25. Juni 1991 nicht. Die Gründung und der Niedergang eines Staates sind schwierig zu erklärende und komplexe Phänomene. Die Triebkräfte der auflösenden gesellschaftlichen Prozesse im Jugoslawien der 1980er Jahre ausschließlich auf die Nationalitätenfrage zu reduzieren, bewertet Weißenbacher als eine zu enge Fokussierung der Darstellung und Begründung auf die ethnischen Spannungen innerhalb des Vielvölkerstaates. Er argumentiert: „Die Wurzeln der Desintegration des sozialistischen Jugoslawiens in alten ethnischen Feindseligkeiten zu suchen, hieße die ökonomischen, sozialen und politischen Prozesse zu ignorieren….“ Die zunehmenden regionalen Inkompatibilitäten Jugoslawiens in den 1980er Jahren verdeutlichen in Betrachtung des spezifischen Entwicklungspfads der Teilrepublik Slowenien, dass die politisch-gesellschaftlichen, kulturellen und die sozioökonomischen Strukturen letztendlich nicht dauerhaft mit den Strukturen anderer jugoslawischer Teilrepubliken vereinbar waren. Die politische und wirtschaftliche Instabilität Jugoslawiens und der frühzeitige Wandel innerhalb der slowenischen Gesellschaft und der Kommunistischen Partei in den 1980er Jahren führten durch politischen Reformdruck und makroökonomische Ungleichgewichte zum Kollaps des jugoslawischen Staatenbundes. Mencinger betont, dass die tiefe Krise Jugoslawiens letzten Endes ohne einen radikalen Systembruch und Sturkurwandel von politischer und ökonomischer Machtverteilung nicht zu überwinden gewesen wäre. Der vorliegende Beitrag greift die Rahmenbedingungen, Entwicklungen, Konflikte und Ziele auf und zeichnet die wesentlichen politischen und wirtschaftlichen Geschehnisse nach, denen sich die slowenische Bevölkerung und Politik in den Jahren vor der Loslösung gegenübersahen und die zur Gründung des unabhängigen Staates geführt haben.
Rezension zu: George G. Szpiro : Mathematik für Sonntagmorgen : 50 Geschichten aus Mathematik und Wissenschaft, NZZ Verlag, Zürich 2006, ISBN 978-3-03823-353-4 ; 240 Seiten, 26 Euro/38 CHF George G. Szpiro : Mathematik für Sonntagnachmittag : Weitere 50 Geschichten aus Mathematik und Wissenschaft, NZZ Verlag, Zürich 2006, ISBN 978-3-03823-225-4 ; 236 Seiten, 26 Euro/38 CHF
Computer haben im Mathematik-Unterricht bisher vor allem die Funktion, Abstraktes bildlich zu veranschaulichen. Neu sind interaktive Programme, mit denen Schüler experimentieren und spielerisch ein Gefühl für Zusammenhänge entwickeln können. Erste Versuche zeigen, dass dieses Angebot, »Mathematik erfahrbar zu machen«, die Schüler stark motiviert. Computer sind wichtige Mittler zwischen der realen Welt und den Abstraktionen ihrer mathematischen Beschreibung. Denn: Mathematik wohnt den Dingen nicht inne, man sieht sie mit dem »mathematischen Blick« in die Dinge hinein. Erst dadurch gliedert sich der Raum um uns in Punkte, Strecken, Ebenen und all die anderen geometrischen Objekte. Diese Objekte selbst sind nicht real, und materielle Modelle, die wir zu ihrer Veranschaulichung heranziehen, unterliegen Einschränkungen, von denen man abstrahieren muss. Wir zeigen anhand zweier aktueller Entwicklungs- und Forschungsprojekte, wie Computer helfen können, diese Kluft zu überbrücken. ...
Rechtssoziologie am Institut für Sozialforschung Im Mittelpunkt des aktuellen Forschungsprogramms des Frankfurter Instituts für Sozialforschung stehen die Paradoxien und Ambivalenzen der kapitalistischen Modernisierung. Grund legend hierfür ist die Beobachtung, dass sich fortschrittliche soziale Prozesse im Nachhinein unter den Bedingungen einer gewandelten Moderne in ihr Gegenteil verkehren können. Mit dieser These beschäftigt sich auch der Forschungsschwerpunkt »Politische Öffentlichkeit und Recht«. Mit Bezugnahme auf die gegenwärtige Rechtsentwicklung interessiert vor allem die Frage, ob und wie das Recht auf Veränderungen im Verhältnis von Individuum und Gesellschaft und auf die fortschreitende Individualisierung reagiert. Auch interessiert, wie die Rechtsentwicklung im Alltagsverständnis wahrgenommen wird. Antworten auf diese Fragestellungen werden derzeit aus den Ergebnissen des DFG-Projekts »Die Zuschreibung von Verantwortung in den Rechtsmeinungen von Bürgerinnen und Bürgern« wie auch aus der fortlaufenden Diskussion über »Verantwortung und Gerechtigkeit« im Arbeitskreis Rechtssoziologie gewonnen. Im Rahmen des Forschungsprojektes unter der Projektleitung von Prof. Dr. Klaus Günther und Prof. Dr. Axel Honneth wurden in 45 qualitativen, Leitfaden-gestützten Einzelinterviews Befragte um ihre Urteile zu drei vorgegebenen Rechtsfällen gebeten. Der Arbeitskreis Rechtssoziologie beschäftigt sich vor allem mit den in vielen gesellschaftlichen Lebensbereichen häufig aufgestellten Postulaten der Eigen- oder Selbstverantwortung; dabei soll untersucht werden, welche Konzepte einer verantwortlich handelnden Person damit einhergehen und in welchem Verhältnis sie zu den gesellschaftlichen Bedingungen verantwortlichen Handelns stehen. Die Ergebnisse der Diskussionen und des empirischen Projektes sollen ein Fundament für eine normative Theorie liefern, die Kriterien für eine gerechtfertigte Verteilung von Verantwortung in der Gesellschaft begründen soll.
Von kultureller Akzeptanz noch weit entfernt, entwickelte der Comic gegen Ende der 1960er Jahre ganz neue Qualitäten: In der bewegten gesellschaftlichen Atmosphäre dieser Zeit aufgeladen mit politischen und künstlerischen Ambitionen fi ndet er seine Adressaten nicht mehr nur beim Kinderpublikum, sondern richtet sich zunehmend an eine politisch bewegte Öffentlichkeit der Heranwachsenden und Erwachsenen.
Finanzderivate gelten als obskur, verwickelt und riskant. Und das nicht zu Unrecht, wie die aktuelle Krise der globalen Finanzmärkte zeigt. Um Finanzderivate richtig bewerten zu können, bedarf es ausgefeilter Methoden der Finanzmathematik. Ausgelöst durch den explosionsartigen Anstieg des Derivatehandels hat sich die Mathematik zu einer Schlüsseltechnologie auf modernen Finanzmärkten entwickelt. Sie stellt den Finanzakteuren das mathematische Werkzeug für ihr Risikomanagement zur Verfügung.
Informationsverarbeitung im Gehirn basiert auf dem koordinierten Zusammenwirken von Milliarden von Nervenzellen. Um diese Codes zu entschlüsseln, sind komplexe Verfahren experimenteller Datenerhebung und theoretischer Datenanalyse notwendig. Denn auch wenn alle Zellen im selben Rhythmus agieren, kann sich jede auf ihre Art am Konzert beteiligen. Die verschiedenen Stimmen äußern sich in zeitlichen Mustern, die sich experimentell kaum vom Rauschen unterscheiden lassen. Erst mithilfe statistischer Verfahren konnten winzige zeitliche Verzögerungen als nicht zufällig identifiziert werden.
Der Zufall – ein Helfer und kein Störenfried : warum die Wissenschaft stochastische Modelle braucht
(2008)
Der Zufall hat in den Wissenschaften weithin einen zweifelhaften Ruf. Für die Philosophie hat Hegel festgestellt: »Die philosophische Betrachtung hat keine andere Absicht, als das Zufällige zu entfernen« (Die Vernunft in der Geschichte, 1822) – und ähnlich denkt man auch in anderen Wissenschaften. Die Auseinandersetzungen der Physik mit dem Zufall sind verschlungen und bis heute von Kontroversen begleitet. Was die Biologie betrifft, so herrscht noch einiger Argwohn gegenüber den modernen Evolutionstheorien, die sich entscheidend auf den Zufall stützen. Und dass derartige Theorien unvereinbar sind mit der Vorstellung von einer göttlichen Schöpfung der Welt, gilt unter manchen ihrer Gegner wie Befürworter als ausgemacht.
Wikipedia, die größte Online-Enzyklopädie, gibt Rätsel auf: Was treibt so viele Menschen an, in ihrer Freizeit an einem virtuellen Lexikon mitzuarbeiten? Wie kommt es, dass das Niveau der meisten Beiträge so hoch ist und Fehler so schnell korrigiert werden, zumal der Zugang für jeden ohne Ausweis seiner Qualifikation frei ist? Mithilfe der Netzwerkanalyse lässt sich nachweisen, dass schon die Einbindung in ein solches Netzwerk wie Wikipedia das Handeln bestimmt und auch die Motivation beeinflusst.
Reggie-1 (flotillin-2) and reggie-2 (flotillin-1) are membrane microdomain proteins which are associated with the membrane by means of acylation. They influence different cellular signaling processes, such as neuronal, T-cell and insulin signaling. Upon stimulation of the EGF receptor, reggie-1 becomes phosphorylated and undergoes tyrosine 163 dependent translocation from the plasma membrane to endosomal compartments. In addition, reggie-1 was shown to influence actindependent processes. Reggie-2 has been demonstrated to affect caveolin- and clathrin-independent endocytosis. Both proteins form homo- and hetero-oligomers, but the function of these oligomers has remained elusive. Moreover, it has not been clarified if functions of reggie-1 are also influenced by reggie-2 and vice versa. The first aim of the study was to further investigate the interplay and the heterooligomerization of reggie proteins and their functional effects. Both reggie proteins were individually depleted by means of siRNA. In different siRNA systems and various cell lines, reggie-1 depleted cells showed reduced protein amounts of reggie-1 and reggie-2, but reggie-2 knock down cells still expressed reggie-1 protein. The decrease of reggie-2 in reggie-1 depleted cells was only detected at protein but not at mRNA level. Furthermore, reggie-2 expression could be rescued by expression of siRNA resistant wild type reggie-1-EGFP constructs, but not by the soluble myristoylation mutant G2A. This mutant was also not able to associate with endogenous reggie-1 or reggie-2, which demonstrates that membrane association of reggie-1 is necessary for hetero-oligomerization. In addition, fluorescence microscopy studies and membrane fractionations showed that correct localization of overexpressed reggie-2 was dependent on co-overexpressed reggie-1. Thus, hetero-oligomerization is crucial for membrane association of reggie-2 and for its protein stability or protein expression. Moreover, the binding of reggie-2 to reggie-1 required tyrosine 163 of reggie-1 which was previously shown to be important for endosomal translocation of reggie-1. Since reggie-2 was implicated to function in clathrin- and caveolin-independent endocytosis pathways, the effect of reggie-2 depletion on reggie-1 endocytosis was investigated. Indeed, reggie-1 was dependent on reggie-2 for endosomal localization and EGF-induced endocytosis. By FRET-FLIM analysis it could be shown that reggie heterooligomers are dynamic in size or conformation upon EGF stimulation. Thus, it can be concluded that reggie proteins are interdependent in different aspects, such as protein stability or expression, membrane association and subcellular localization. In addition, these results demonstrate that the hetero-oligomers are dynamic and reggie proteins influence each other in terms of function. A further aim was the characterization of reggie-1 and reggie-2 function in actindependent processes, where so far only reggie-1 was known to play a role. Depletion of either of the proteins reduced cell migration, cell spreading and the number of focal adhesions in steady state cells. Thus, also reggie-2 affects actin-dependent processes. Further investigation of the focal adhesions during cell spreading revealed that depletion of reggie-1 displayed different effects as compared to reggie-2 knock down. Reggie-1 depleted cells had elongated cell-matrix-adhesions and showed reduced activation of FAK and ERK2. On the other hand, depletion of reggie-2 resulted in a restricted localization of focal adhesion at the periphery of the cell and decreased ERK2 phosphorylation, but it did not affect FAK autophosphorylation. Hence, reggie proteins influence the regulation of cell-matrix-adhesions differently. A link between reggie proteins and focal adhesions is the actin cross-linking protein -actinin. The interaction of -actinin with reggie-1 could be verified by means of co-immunoprecipitations and FRET-FLIM analysis. Reggie-1 binds -actinin especially in membrane ruffles and in other locations where actin remodeling takes place. Moreover, -actinin showed a different localization pattern during cell spreading in reggie-1 depleted cells, as compared to the control cells. These results provide further insights into the function of both reggie proteins. Their interplay and hetero-oligomerization was shown to be crucial for their role in endocytosis. In addition, both reggie proteins influence actin-dependent processes and differentially affect focal adhesion regulation.
Untersuchung von Rezeptor-Ligand-Komplexen mittels organischer Synthese und NMR-Spektroskopie
(2008)
Viele biologische Prozesse basieren auf der spezifischen Bindung eines Liganden an einen Rezeptor. Die Wechselwirkung zwischen dem Rezeptor und seinem Ligand kann im Wesentlichen durch zwei verschiedene Modelle beschrieben werden: zum einen das vom E. Fischer eingeführte Schlüssel-Schloss-Prinzip und zum anderen das von Koshland beschriebene "induced-fit-model". Bei dem Schlüssel-Schloss-Prinzip liegt der Ligand in der Bindetasche des Rezeptors wie ein Schlüssel im Schloss. Ganz anders hierzu setzt die induzierte Anpassung ("induced-fit-model") eine konformationelle Änderung des Proteins durch den Liganden für die Bindung voraus. Ändern sich jedoch die Konformationen von Substrat und Rezeptor in einer gegenseitigen Beeinflussung, dann spricht man von "double-induced-fitmodel". Die Untersuchung dieser Erkennung auf molekularer Ebene ist von großer Wichtigkeit, denn sie dient zum besseren Verständnis und damit auch zur gezielten Beeinflussung solcher Prozesse. Wie wird der Ligand von einem Rezeptor selektiv erkannt und gebunden? Für die Erkennung und Bindung spielen spezifische nichtkovalente Wechselwirkungen eine wichtige Rolle. Zum Repertoire der nichtkovalenten Wechselwirkungen gehören die elektrostatische Wechselwirkungen, die Wasserstoffbrückenbindung und der hydrophobe Effekt.
In der vorliegenden Arbeit werden anhand von drei ausgewählten Beispielen solche Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Liganden mit ihrem Rezeptor untersucht. In den ersten beiden Kapiteln werden Proteine und im letzten Kapitel RNA als Rezeptor untersucht. Die einzelnen Kapitel beginnen jeweils mit einer kurzen Einführung der Rezeptoren und der dazugehörenden Liganden, schließlich wird dann die Rezeptor-Ligand-Wechselwirkung beschrieben. Als Rezeptor wurden in der vorliegenden Arbeit Proteine (Kinasen und Membranproteine) und strukturierten Elemente der RNA (Aptamerdomäne der purinbindenden Riboswitche und der SELEX-RNA) gewählt. Membranproteine der Atmungskette, Kinasen und Riboswitches stellen zusätzlich attraktive Rezeptoren für das Wirkstoffdesign dar. Die damit interferierenden Liganden umfassen Substrate, Cofaktoren, Metabolite und Inhibitoren. Die Untersuchung der Wechselwirkung erfolgte mittels NMR-Spektroskopie und organischer Synthese.
Struktur, Funktion und Dynamik von Na(+)-, H(+)-Antiportern : eine infrarotspektroskopische Studie
(2008)
Die Funktion von Membranproteinen ist von entscheidender Bedeutung für eine Vielzahl zellulärer Prozesse. Um diese verstehen zu können, ist das Verständnis der Beziehungen zwischen der Struktur, der Dynamik und der Wechselwirkung mit der Umgebung der Membranproteine notwendig. Spektroskopische Methoden, wie beispielsweise FTIR- und CD-Spektroskopie sind in der Lage, diese Informationen zu geben. In der vorliegenden Dissertation haben sie bedeutende Beiträge zum Verständnis der durch die Aktivierung induzierten Konformationsänderungen der Na+/H+ Antiporter geleistet. Die hohe Empfindlichkeit einer selbstkonstruierten FTIR-ATR-Perfusionszelle ermöglichte es, über eine Proteinprobe verschiedene Wirkstoffmoleküle perfundieren zu lassen und die dadurch verursachten strukturellen Änderungen spektroskopisch zu charakterisieren. Die Konformationsänderungen, die den Aktivierungsprozess begleiten, wurden bei zwei verschiedenen Na+/H+ Antiportern, NhaA und MjNhaP1, untersucht. Sie werden bei unterschiedlichen pH-Bereichen aktiviert bzw. deaktiviert. Der Na+/H+ Antiporter NhaA aus E. coli hat seine maximale Transportaktivität bei pH 8,5 und ist bei pH < 6,5 vollständig inaktiv. Trotz bekannter 3D-Struktur dieses Proteins für die inaktive Konformation bei pH 4 bleiben die Konformationsänderungen, die mit der Aktivierung des Proteins einhergehen, immer noch ungeklärt. Die Analyse der FTIR- und CD-Spektren von NhaA ergab in beiden Zuständen Anteile an beta-Faltblatt, an Schleifen und ungeordneten Strukturen, wobei die alpha-helikale Struktur dominiert. Die FTIR Spektren des inaktiven und aktiven Zustands zeigen zwei Komponenten, die auf die Präsenz zweier alpha-Helices mit unterschiedlichen Eigenschaften abhängig vom Aktivitätszustand hindeuteten. Die temperaturinduzierten strukturellen Änderungen und die Reorganisation des Proteins während des Entfaltungsprozesses bestätigten, dass die Aktivierung des Proteins eine Änderung in den Eigenschaften der alpha-Helices zur Folge hat. Aktivierung führt zu einer thermischen Destabilisierung dieser Struktur. Auch für die beta-Faltblattstruktur, welche den Hauptkontakt zwischen den Monomeren bildet, wurde ein unterschiedliches thermisches Verhalten zwischen dem inaktiven und aktiven Zustand beobachtet. Daraus konnte gefolgert werden, dass Aktivität nur dann möglich ist, wenn NhaA als Dimer vorliegt. Die Ergebnisse des (1)H/(2)H Austauschs zeigen, dass die Lösungsmittelzugänglichkeit des Proteins sich mit der Aktivierung ändert. Die Aktivierung des Proteins induziert eine offene, für die Lösung zugänglichere Konformation, in welcher die Aminosäureseitenketten in der hydrophilen Region des Proteins schneller Wasserstoff durch Deuterium austauschen, und in welcher zusätzliche Aminosäureseitenketten, die sich im inaktiven Zustand in der hydrophoben Region des Proteins befinden, mit der Aktivierung der Lösung exponiert werden. Die Aufnahme reaktionsinduzierter Differenzspektren ergab eindeutige spektroskopische Signaturen für die Zustände „inaktiv“ und „aktiv“. Die Differenzspektren der pH-Titration zeigten, dass der pH-Wert einen dramatischen Effekt sowohl auf die Sekundärstruktur als auch auf den Protonierungszustand der Aminosäureseitenketten hat. Die pH- und Na+-induzierte Aktivierung des Proteins führt zur Umwandlung der transmembranen alpha-helikalen Struktur bezüglich Länge, Ordnungsgrad und/oder Anordnung und zur einer Protonierungsänderung der Aminosäureseitenketten von Glutaminsäure oder Asparaginsäure. Die pD induzierten Sekundärstrukturänderungen lieferten zusätzlich Informationen über die Umgebungsänderung der Aminosäureseitenkette des Tyrosins mit der Aktivierung. Der Vergleich der durch die Bindung des Natriums und des Inhibitors induzierten Differenzspektren zeigte, dass die Bindungsstellen des Natriums und des Inhibitors unterschiedlich sind. Die FTIR- und CD-Ergebnisse für den Na+/H+ Antiporter MjNhaP1 aus M. jannaschii, der im Gegensatz zu NhaA bei pH 6 aktiv und bei pH Werten > 8 inaktiv ist, zeigten, dass ähnlich wie NhaA das Protein im aktiven Zustand bei pH 6 hauptsächlich aus alpha-Helices aufgebaut ist. Es bestand die Möglichkeit, zwei verschiedene Probenpräparationen (Protein in Detergenz bzw. in 2D-Kristallen) zu untersuchen und miteinander zu vergleichen. Die Erhöhung des pH-Werts bei der in Detergenz solubilisierten Probe führte zu einer Abnahme der alpha-helikalen und einer Zunahme der ungeordneten Strukturen. Das äußerte sich auch in den Untersuchungen zur thermischen Stabilität und im (1)H/(2)H Austauschexperiment. Die thermische Stabilität der alpha-Helices nahm mit der Inaktivierung dramatisch ab. Diese Ergebnisse zeigten auch, dass bei der Aktivierung von MjNhaP1 die beta-Faltblattstruktur nicht involviert ist, aber diese von fundamentaler Bedeutung für die Gesamtstabilität des Proteins und wahrscheinlich für den Hauptkontakt zwischen den Monomeren verantwortlich ist. Im Gegensatz zu NhaA ist die Monomer Monomer Wechselwirkung nicht für die Aktivität von MjNhaP1 notwendig. Aufgrund des höheren Anteils von ungeordneter Struktur im inaktiven Zustand der in Detergenz solubilisierten Probe beobachtet man in diesem Zustand einen höheren (1)H/(2)H Austausch. Der Vergleich mit den Ergebnissen des (1)H/(2)H Austausches von 2D-Kristallen ermöglichte die Lokalisation der ungeordneten Struktur an der Außenseite des Proteinmoleküls im inaktiven Zustand. Die pH-induzierten Differenzspektren zeigten, dass die Aktivierung zu einer Helikalisierung des Proteins und einer Protonierungsänderung der Aminosäureseitenketten von Asparaginsäure und/oder Glutaminsäure unabhängig von der Probenpräparation führt. Der Vergleich von NhaA und MjNhaP1 zeigt, dass die Aktivierung in beiden Fällen mit einer Konformationsänderung und Änderung der Protonierung oder der Umgebung von einer oder mehreren Seitenketten von Asparaginsäure oder Glutaminsäure verbunden ist. Dabei sind die Strukturänderungen der beiden Proteine während der Aktivierung ähnlich, bei Inaktivierung jedoch deutlich unterscheidbar. Die pH-induzierten Strukturänderungen wurden bei NhaA und MjNhaP1 durch die Mutanten G338S und R347A, die keine pH-Abhängigkeit der Aktivität zeigen, bestätigt.
A data set of annual values of area equipped for irrigation for all 236 countries in the world during the time period 1900 - 2003 was generated. The basis for this data product was information available through various online data bases and from other published materials. The complete time series were then constructed around the reported data applying six statistical methods. The methods are discussed in terms of reliability and data uncertainties. The total area equipped for irrigation in the world in 1900 was 53.2 million hectares. Irrigation was mainly practiced in all the arid regions of the globe and in paddy rice areas of South and East Asia. In some temperate countries in Western Europe irrigation was practiced widely on pastures and meadows. The time series suggest a modest rate of increase of irrigated areas in the first half of the 20th century followed by a more dynamic development in the second half. The turn of the century is characterized by an overall consolidating trend resulting at a total of 285.8 million hectares in 2003. The major contributing countries have changed little throughout the century. This data product is regarded as a preliminary result toward an ongoing effort to develop a detailed data set and map of areas equipped for irrigation in the world over the 20th century using sub-national statistics and historical irrigation maps.
Part-of-Speech tagging is generally performed by Markov models, based on bigram or trigram models. While Markov models have a strong concentration on the left context of a word, many languages require the inclusion of right context for correct disambiguation. We show for German that the best results are reached by a combination of left and right context. If only left context is available, then changing the direction of analysis and going from right to left improves the results. In a version of MBT (Daelemans et al., 1996) with default parameter settings, the inclusion of the right context improved POS tagging accuracy from 94.00% to 96.08%, thus corroborating our hypothesis. The version with optimized parameters reaches 96.73%.
The problem of vocalization, or diacritization, is essential to many tasks in Arabic NLP. Arabic is generally written without the short vowels, which leads to one written form having several pronunciations with each pronunciation carrying its own meaning(s). In the experiments reported here, we define vocalization as a classification problem in which we decide for each character in the unvocalized word whether it is followed by a short vowel. We investigate the importance of different types of context. Our results show that the combination of using memory-based learning with only a word internal context leads to a word error rate of 6.64%. If a lexical context is added, the results deteriorate slowly.
How to compare treebanks
(2008)
Recent years have seen an increasing interest in developing standards for linguistic annotation, with a focus on the interoperability of the resources. This effort, however, requires a profound knowledge of the advantages and disadvantages of linguistic annotation schemes in order to avoid importing the flaws and weaknesses of existing encoding schemes into the new standards. This paper addresses the question how to compare syntactically annotated corpora and gain insights into the usefulness of specific design decisions. We present an exhaustive evaluation of two German treebanks with crucially different encoding schemes. We evaluate three different parsers trained on the two treebanks and compare results using EVALB, the Leaf-Ancestor metric, and a dependency-based evaluation. Furthermore, we present TePaCoC, a new testsuite for the evaluation of parsers on complex German grammatical constructions. The testsuite provides a well thought-out error classification, which enables us to compare parser output for parsers trained on treebanks with different encoding schemes and provides interesting insights into the impact of treebank annotation schemes on specific constructions like PP attachment or non-constituent coordination.
We argue for incorporating the financial economics of market microstructure into the financial econometrics of asset return volatility estimation. In particular, we use market microstructure theory to derive the cross-correlation function between latent returns and market microstructure noise, which feature prominently in the recent volatility literature. The cross-correlation at zero displacement is typically negative, and cross-correlations at nonzero displacements are positive and decay geometrically. If market makers are sufficiently risk averse, however, the cross-correlation pattern is inverted. Our results are useful for assessing the validity of the frequently-assumed independence of latent price and microstructure noise, for explaining observed cross-correlation patterns, for predicting as-yet undiscovered patterns, and for making informed conjectures as to improved volatility estimation methods.
The future of securitization
(2008)
Securitization is a financial innovation that experiences a boom-bust cycle, as many other innovations before. This paper analyzes possible reasons for the breakdown of primary and secondary securitization markets, and argues that misaligned incentives along the value chain are the primary cause of the problems. The illiquidity of asset and interbank markets, in this view, is a market failure derived from ill-designed mechanisms of coordinating financial intermediaries and investors. Thus, illiquidity is closely related to the design of the financial chains. Our policy conclusions emphasize crisis prevention rather than crisis management, and the objective is to restore a “comprehensive incentive alignment”. The toe-hold for strengthening regulation is surprisingly small. First, we emphasize the importance of equity piece retention for the long-term quality of the underlying asset pool. As a consequence, equity piece allocation needs to be publicly known, alleviating market pricing. Second, on a micro level, accountability of managers can be improved by compensation packages aiming at long term incentives, and penalizing policies with destabilizing effects on financial markets. Third, on a macro level, increased transparency relating to effective risk transfer, risk-related management compensation, and credible measurement of rating performance stabilizes the valuation of financial assets and, hence, improves the solvency of financial intermediaries. Fourth, financial intermediaries, whose risk is opaque, may be subjected to higher capital requirements.