TY  - THES
A1  - Wolf, Kristine
T1  - Produktentwicklung eines luteinhaltigen, kolloidalen Nahrungsergänzungsmittels: physikochemische und ernährungsphysiologische Aspekte
N2  - Sekundäre Pflanzenstoffe und ihre gesundheitsfördernden Eigenschaften sind in den letzten zwei Jahrzehnten vielfach ernährungsphysiologisch untersucht und spezifische positive Effekte im humanen Organismus zum Teil sehr genau beschrieben worden. Zu den Carotinoiden zählend ist der sekundäre Pflanzenstoff Lutein insbesondere in der Prävention von ophthalmologischen Erkrankungen in den Mittelpunkt der Forschung gerückt. Das ausschließlich von Pflanzen und einigen Algen synthetisierte Xanthophyll wird über die pflanzliche Nahrung insbesondere grünes Blattgemüse in den humanen Organismus aufgenommen. Dort akkumuliert es bevorzugt im Makulapigment der Retina des menschlichen Auges und ist bedeutend im Prozess der Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit der Photorezeptorzellen. Im Laufe des Alterns kann die Abnahme der Dichte des Makulapigments und der Abbau von Lutein beobachtet werden. Die dadurch eintretende Destabilisierung der Photorezeptorzellen im Zusammenhang mit einer veränderten Stoffwechsellage im alternden Organismus kann zur Ausprägung der altersbedingten Makuladegeneration (AMD) führen. Die pathologische Symptomatik der Augenerkrankung reicht vom Verlust der Sehschärfe bis hin zum irreversiblen Erblinden. Da therapeutische Mittel ausschließlich ein Fortschreiten verhindern, bestehen hier Forschungsansätze präventive Maßnahmen zu finden. Die Supplementierung von luteinhaltigen Präparaten bietet dabei einen Ansatzpunkt. Auf dem Markt finden sich bereits Nahrungsergänzungsmittel (NEM) mit Lutein in verschiedenen Applikationen. Limitierend ist dabei die Stabilität und Bioverfügbarkeit von Lutein, welches teilweise kostenintensiv und mit unbekannter Reinheit zu erwerben ist. Aus diesem Grund wäre die Verwendung von Luteinestern als die pflanzliche Speicherform des Luteins im Rahmen eines NEMs vorteilhaft. Neben ihrer natürlichen, höheren Stabilität sind Luteinester nachhaltig und kostengünstig einsetzbar.
In dieser Arbeit wurden physikochemische und ernährungsphysiologisch relevante Aspekte in dem Produktentwicklungsprozess eines NEMs mit Luteinestern in einer kolloidalen Formulierung untersucht. Die bisher einzigartige Anwendung von Luteinestern in einem Mundspray sollte die Aufnahme des Wirkstoffes insbesondere für ältere Menschen erleichtern und verbessern. Unter Beachtung der Ergebnisse und der ernährungsphysiologischen Bewertung sollten u.a. Empfehlungen für die Rezepturzusammensetzungen einer Miniemulsion (Emulsion mit Partikelgrößen <1,0 µm) gegeben werden. Eine Einschätzung der Bioverfügbarkeit der Luteinester aus den entwickelten, kolloidalen Formulierungen konnte anhand von Studien zur Resorption- und Absorptionsverfügbarkeit in vitro ermöglicht werden.
In physikalischen Untersuchungen wurden zunächst Basisbestandteile für die Formulierungen präzisiert. In ersten wirkstofffreien Musteremulsionen konnten ausgewählte Öle als Trägerphase sowie Emulgatoren und Löslichkeitsvermittler (Peptisatoren) hinsichtlich ihrer Eignung zur Bereitstellung einer Miniemulsion physikalisch geprüft werden. Die beste Stabilität und optimale Eigenschaften einer Miniemulsion zeigten sich bei der Verwendung von MCT-Öl (engl. medium chain triglyceride) bzw. Rapsöl in der Trägerphase sowie des Emulgators Tween® 80 (Tween 80) allein oder in Kombination mit dem Molkenproteinhydrolysat Biozate® 1 (Biozate 1).
Aus den physikalischen Untersuchungen der Musteremulsionen gingen die Präemulsionen als Prototypen hervor. Diese enthielten den Wirkstoff Lutein in verschiedenen Formen. So wurden Präemulsionen mit Lutein, mit Luteinestern sowie mit Lutein und Luteinestern konzipiert, welche den Emulgator Tween 80 oder die Kombination mit Biozate 1 enthielten. Bei der Herstellung der Präemulsionen führte die Anwendung der Emulgiertechniken Ultraschall mit anschließender Hochdruckhomogenisation zu den gewünschten Miniemulsionen. Beide eingesetzten Emulgatoren boten optimale Stabilisierungseffekte. Anschließend erfolgte die physikochemische Charakterisierung der Wirkstoffe. Insbesondere Luteinester aus Oleoresin erwiesen sich hier als stabil gegenüber verschiedenen Lagerungsbedingungen. Ebenso konnte bei einer kurzzeitigen Behandlung der Wirkstoffe unter spezifischen mechanischen, thermischen, sauren und basischen Bedingungen eine Stabilität von Lutein und Luteinestern gezeigt werden. Die Zugabe von Biozate 1 bot dabei nur für Lutein einen zusätzlichen Schutz. Bei längerer physikochemischer Behandlung unterlagen die in den Miniemulsionen eingebrachten Wirkstoffe moderaten Abbauvorgängen. Markant war deren Sensitivität gegenüber dem basischen Milieu. Im Rahmen der Rezepturentwicklung des NEMs war hier die Empfehlung, eine Miniemulsion mit einem leicht saurem pH-Milieu zum Schutz des Wirkstoffes durch kontrollierte Zugabe weiterer Inhaltstoffe zu gestalten.
Im weiteren Entwicklungsprozess des NEMs wurden Fertigrezepturen mit dem Wirkstoff Luteinester aufgestellt. Die alleinige Anwendung des Emulgators Biozate 1 zeigte sich dabei als ungeeignet. Die weiterhin zur Verfügung stehenden Fertigrezepturen enthielten in der Öl-phase neben dem Wirkstoff das MCT-ÖL oder Rapsöl sowie a-Tocopherol zur Stabilisierung. Die Wasserphase bestand aus dem Emulgator Tween 80 oder einer Kombination aus Tween 80 und Biozate 1. Zusatzstoffe waren zudem als mikrobiologischer Schutz Ascorbinsäure und Kaliumsorbat sowie für sensorische Effekte Xylitol und Orangenaroma. Die Anordnung der Basisrezeptur und das angewendete Emulgierverfahren lieferten stabile Miniemulsionen. Weiterhin zeigten langfristige Lagerungsversuche mit den Fertigrezepturen bei 4°C, dass eine Aufrechterhaltung der geforderten Luteinestermenge im Produkt gewährleistet war. Analoge Untersuchungen an einem luteinhaltigen, marktgängigen Präparat bestätigten dagegen eine bereits bei kurzfristiger Lagerung auftretende Instabilität von Lutein.
Abschließend wurde durch Resorptions- und Absorptionsstudien in vitro mit den Präemulsionen und Fertigrezepturen die Bioverfügbarkeit von Luteinestern geprüft. Nach Behandlung in einem etablierten in vitro Verdaumodell konnte eine geringfügige Resorptionsverfügbarkeit der Luteinester definiert werden. Limitiert war eine Micellarisierung des Wirkstoffes aus den konzipierten Formulierungen zu beobachten. Eine enzymatische Spaltung der Luteinester zu freiem Lutein wurde nur begrenzt festgestellt. Spezifität und Aktivität von entsprechenden hydrolytischen Lipasen sind als äußerst gering gegenüber Luteinestern zu bewerten. In sich anschließenden Zellkulturversuchen mit der Zelllinie Caco-2 wurden keine zytotoxischen Effekte durch die relevanten Inhaltsstoffe in den Präemulsionen gezeigt. Dagegen konnten eine Sensibilität gegenüber den Fertigrezepturen beobachtet werden. Diese sollte im Zusammenhang mit Irritationen der Schleimhäute des Magen-Darm-Traktes bedacht werden. Eine weniger komplexe Rezeptur könnte die beobachteten Einschränkungen möglicherweise minimieren. Abschließende Absorptionsstudien zeigten, dass grundsätzlich eine geringfügige Aufnahme von vorrangig Lutein, aber auch Luteinmonoestern in den Enterocyten aus Miniemulsionen erfolgen kann. Dabei hatte weder Tween 80 noch Biozate 1 einen förderlichen Einfluss auf die Absorptionsrate von Lutein oder Luteinestern. Die Metabolisierung der Wirkstoffe durch vorherigen in vitro-Verdau steigerte die zelluläre Aufnahme von Wirkstoffen aus Formulierungen mit Lutein und Luteinestern gleichermaßen. Die beobachtete Aufnahme von Lutein und Luteinmonoestern in den Enterocyten scheint über passive Diffusion zu erfolgen, wobei auch der aktive Transport nicht ausgeschlossen werden kann. Dagegen können Luteindiester aufgrund ihrer Molekülgröße nicht über den Weg der Micellarisierung und einfachen Diffusion in die Enterocyten gelangen. Ihre Aufnahme in die Dünndarmepithelzellen bedarf einer vorherigen hydrolytischen Spaltung durch spezifische Lipasen. Dieser Schritt limitiert wiederum die effektive Aufnahme der Luteinester in die Zellen bzw. stellt eine Einschränkung in ihrer Bioverfügbarkeit im Vergleich zu freiem Lutein dar.
Zusammenfassend konnte für die physikochemisch stabilen Luteinester eine geringe Bioverfügbarkeit aus kolloidalen Formulierungen gezeigt werden. Dennoch ist die Verwendung als Wirkstoffquelle für den sekundären Pflanzenstoff Lutein in einem NEM zu empfehlen. Im Zusammenhang mit der Aufnahme von luteinreichen, pflanzlichen Lebensmitteln kann trotz der zu erwartenden geringen Bioverfügbarkeit der Luteinester aus dem NEM ein Beitrag zur Verbesserung des Luteinstatus erreicht werden. Entsprechende Publikationen zeigten eindeutige Korrelationen zwischen der Aufnahme von luteinesterhaltigen Präparaten und einem Anstieg der Luteinkonzentration im Serum bzw. der Makulapigmentdichte in vivo. Die geringfügig bessere Bioverfügbarkeit von freiem Lutein steht im kritischen Zusammenhang mit seiner Instabilität und Kostenintensität. Bilanzierend wurde im Rahmen dieser Arbeit das marktgängige Produkt Vita Culus® konzipiert. Im Ausblick sollten humane Interventionsstudien mit dem NEM die abschließende Bewertung der Bioverfügbarkeit von Luteinestern aus dem Präparat möglich machen.
N2  - Secondary plant metabolites and their health-promoting properties have been studied and pub-lished over the past two decades. Their specificity with regard to positive properties and effects in the human organism has been described precisely. Among the carotenoids, the secondary plant metabolite lutein has become the focus of research, particularly in the prevention of ophthalmic diseases. The xanthophyll, which is synthesized exclusively by plants (incl. some algae), is absorbed into the human organism through plant food especially green leafy vegetables. There it accumulates preferentially in the macular pigment of the retina of the human eye and is important in the process of maintaining the functionality of the photoreceptors. As the aging progresses, the decrease in the density of the macular pigment and the depletion of lutein can be observed. The resulting destabilization of the photoreceptors in connection with a changed metabolism in the aging organism can lead to the development of age-related macular degeneration (AMD). The pathological symptoms of AMD range from loss of visual acuity to irreversible blindness. Since therapeutic agents only enable the disease to be decelerated or come to a standstill, research approaches exist to find preventive measures. The supplementation of preparations containing lutein offers a starting point to have a targeted positive effect on the stability of the macular pigment density and thus to maintain the quality of vision even in old age. Dietary supplements (DS) with lutein in various applications are available on the market. Limiting is the stability and bioavailability of lutein, which can be expensive and acquired with unknown purity. For this reason, the use of the storage form of lutein in plants, the lutein esters within the framework of a DS would be advantageous. In addition to their natural, higher stability, lutein esters can be used sustainably and inexpensively.
In this thesis, physicochemical and nutritionally relevant aspects in the product development process of a DS with lutein esters in a colloidal formulation were investigated. The hitherto unique use of lutein esters in oral spray applications should facilitate and improve the absorption of the active ingredient especially for older people. Taking into account the results and the nutritional assessment, recommendations for the recipe compositions of a miniemulsions (emulsion with particle sizes <1.0 µm) are given. An assessment of the bioavailability of the lutein esters from the developed colloidal formulations was realized by means of studies on the absorption accessibility and availability in vitro.
In physical investigations, the basic components for the colloidal formulations to be developed were first specified. In the first active ingredient-free sample emulsions selected oils as carrier phase as well as emulsifiers and solubilizers (peptizers) could be physically tested with regard to their suitability for providing a miniemulsion. The best stability and optimal properties of a miniemulsion were found when using MCT oil (medium chain triglyceride) or rapeseed oil in the carrier phase and the emulsifier Tween® 80 (Tween 80) alone or in combination with the whey protein hydrolyzate Biozate® 1 (Biozate 1) in the aqueous phase.
The pre-emulsions were developed as prototypes from the physical examinations of the basic recipes. These contained the active ingredient lutein in various forms. Pre-emulsions with lutein, with lutein esters or with lutein and lutein esters were prepared. They contained the emulsifier Tween 80 or the combination with Biozate 1. In the preparation of the pre-emulsions the use of ultrasound emulsification techniques with subsequent high-pressure homogenization led to the postulated miniemulsions. Both emulsifiers used offered optimal stabilization effects. This was followed by the physicochemical characterization of the active substances in the pre-emulsions. In particular, lutein esters from oleoresin were found to be stable against various storage conditions. A short-term treatment of the active ingredients under specific mechanical, thermal, acidic and basic conditions also demonstrated the stability of lutein and lutein esters. The addition of Biozate 1 offered further protection for lutein. In the case of prolonged physico-chemical treatment, the active substances incorporated in the miniemulsions were subject to moderate degradation processes. The sensitivity of the active ingredients in the formulations to a basic environment was striking. As part of the formulation development of the DS, the recommendation was given to design a miniemulsion with a slightly acidic environment by the controlled addition of further ingredients to protect the active ingredient.
In the further development process of the DS, refined formulations with the active ingredient lutein ester and modifications of the emulsifiers were then set up. The sole use of the emulsifier Biozate 1 turned out to be unsuitable and these formulations were rejected. The refined formulations that were still available contained the carriers MCT oil or rapeseed oil as well as a-tocopherol for stabilization. The water phase consisted of the emulsifier Tween 80 or a combination of Tween 80 and Biozate 1. Additives were ascorbic acid and potassium sorbate for microbial protection such as xylitol and orange aroma for sensory effects. The arrangement of the basic recipe and the emulsifying process used provided stable miniemulsions. Long-term storage tests with the ready formulations at 4°C showed that the required amount of lutein ester is maintained in the product. Analogous tests on a preparation containing lutein confirmed the instability of lutein, which occurs even in the case of short-term storage.
Finally, the bioavailability of the lutein esters was investigated using the pre-emulsions and refined formulations in studies of absorption accessibility and availability in vitro. For these studies an in vitro digestion model was confirmed. After treatment of the formulations in this model a slight absorption accessibility of the lutein esters could be classified. Micellarization process and enzymatic cleavage of the lutein esters to free lutein has only been found to a limited extent. The specificity and activity of corresponding hydrolytic lipases to lutein esters can be rated as extremely low. In subsequent cell culture experiments with the Caco-2 cell line, no cytotoxic effects were shown by the relevant ingredients in the pre-emulsions. In contrast, sensitivity to the refined formulations could be observed. This should be considered in connection with irritation of the mucous membranes of the gastrointestinal tract. A less complex formulation could possibly prevent the observed restrictions. In studies of absorption availability in vitro a low uptake of primarily free lutein, but also lutein monoesters in the enterocytes from miniemulsions could be observed. Neither Tween 80 nor Biozate 1 have a beneficial influence on the absorption rate of lutein or lutein esters. But micellarization of the active ingredients through previous in vitro digestion increased the cellular uptake of lutein and lutein esters from the formulations. This gives an evidence of the relevance of micellarization in absorption of lipophilic substances. The uptake of lutein and lutein monoesters in the enterocytes seems to be possible via passive diffusion, although active transport cannot be ruled out either. On the other hand, due to their molecular size, lutein diesters cannot enter into the enterocytes via micellarization or simple diffusion. Their absorption in the small intestine epithelial cells requires prior hydrolytic cleavage by specific lipases. This step in turn limits the effective absorption of the lutein esters into the cells or represents a restriction in their bioavailability in comparison to free lutein.
In summary, a low bioavailability for the physicochemically stable lutein esters from colloidal formulations was shown. Nevertheless, the use as a source of active ingredients for the xanthophyll lutein in a DS is recommended. In connection with the intake of plant foods rich in lutein, a contribution to improving the lutein status can be achieved despite the expected low bioavailability of the lutein esters from the DS. Corresponding publications showed clear correlations between the intake of preparations containing lutein ester and an increase in serum lutein concentrations or the macular pigment density in vivo. The slightly better bioavailability of free lutein is critically linked to its instability and cost intensity. On the basis of this work, the product Vita Culus® was designed and is available on the market. As a prospect of future research, human intervention studies with the DS should be conducted to assess the total bio-availability of lutein esters from miniemulsions in detail.
T2  - Product development of a lutein-containing, colloidal dietary supplement: physicochemical and nutritional aspects
KW  - Luteinester
KW  - Emulsion
KW  - Nahrunsgergänzungsmittel
KW  - Bioverfügbarkeit
KW  - lutein esters
KW  - emulsion
KW  - dietary supplements
KW  - bioavailability
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-487743
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wittenbecher, Clemens
T1  - Linking whole-grain bread, coffee, and red meat to the risk of type 2 diabetes
T1  - Der Einfluss von Vollkornbrot, Kaffee, und rotem Fleisch auf das Typ 2 Diabetesrisiko
BT  - using metabolomics networks to infer potential biological mechanisms
BT  - Verwendung von Metabolomics-Netzwerken, um auf biologische Mechanismen zu schließen
N2  - Background: Consumption of whole-grain, coffee, and red meat were consistently related to the risk of developing type 2 diabetes in prospective cohort studies, but potentially underlying biological mechanisms are not well understood. Metabolomics profiles were shown to be sensitive to these dietary exposures, and at the same time to be informative with respect to the risk of type 2 diabetes. Moreover, graphical network-models were demonstrated to reflect the biological processes underlying high-dimensional metabolomics profiles.
Aim: The aim of this study was to infer hypotheses on the biological mechanisms that link consumption of whole-grain bread, coffee, and red meat, respectively, to the risk of developing type 2 diabetes. More specifically, it was aimed to consider network models of amino acid and lipid profiles as potential mediators of these risk-relations.
Study population: Analyses were conducted in the prospective EPIC-Potsdam cohort (n = 27,548), applying a nested case-cohort design (n = 2731, including 692 incident diabetes cases). Habitual diet was assessed with validated semiquantitative food-frequency questionnaires. Concentrations of 126 metabolites (acylcarnitines, phosphatidylcholines, sphingomyelins, amino acids) were determined in baseline-serum samples. Incident type 2 diabetes cases were assed and validated in an active follow-up procedure. The median follow-up time was 6.6 years.
Analytical design: The methodological approach was conceptually based on counterfactual causal inference theory. Observations on the network-encoded conditional independence structure restricted the space of possible causal explanations of observed metabolomics-data patterns. Given basic directionality assumptions (diet affects metabolism; metabolism affects future diabetes incidence), adjustment for a subset of direct neighbours was sufficient to consistently estimate network-independent direct effects. Further model-specification, however, was limited due to missing directionality information on the links between metabolites. Therefore, a multi-model approach was applied to infer the bounds of possible direct effects. All metabolite-exposure links and metabolite-outcome links, respectively, were classified into one of three categories: direct effect, ambiguous (some models indicated an effect others not), and no-effect. 
Cross-sectional and longitudinal relations were evaluated in multivariable-adjusted linear regression and Cox proportional hazard regression models, respectively. Models were comprehensively adjusted for age, sex, body mass index, prevalence of hypertension, dietary and lifestyle factors, and medication. 
Results: Consumption of whole-grain bread was related to lower levels of several lipid metabolites with saturated and monounsaturated fatty acids. Coffee was related to lower aromatic and branched-chain amino acids, and had potential effects on the fatty acid profile within lipid classes. Red meat was linked to lower glycine levels and was related to higher circulating concentrations of branched-chain amino acids. In addition, potential marked effects of red meat consumption on the fatty acid composition within the investigated lipid classes were identified. 
Moreover, potential beneficial and adverse direct effects of metabolites on type 2 diabetes risk were detected. Aromatic amino acids and lipid metabolites with even-chain saturated (C14-C18) and with specific polyunsaturated fatty acids had adverse effects on type 2 diabetes risk. Glycine, glutamine, and lipid metabolites with monounsaturated fatty acids and with other species of polyunsaturated fatty acids were classified as having direct beneficial effects on type 2 diabetes risk. 
Potential mediators of the diet-diabetes links were identified by graphically overlaying this information in network models. Mediation analyses revealed that effects on lipid metabolites could potentially explain about one fourth of the whole-grain bread effect on type 2 diabetes risk; and that effects of coffee and red meat consumption on amino acid and lipid profiles could potentially explain about two thirds of the altered type 2 diabetes risk linked to these dietary exposures.
Conclusion: An algorithm was developed that is capable to integrate single external variables (continuous exposures, survival time) and high-dimensional metabolomics-data in a joint graphical model. Application to the EPIC-Potsdam cohort study revealed that the observed conditional independence patterns were consistent with the a priori mediation hypothesis: Early effects on lipid and amino acid metabolism had the potential to explain large parts of the link between three of the most widely discussed diabetes-related dietary exposures and the risk of developing type 2 diabetes.
N2  - Hintergrund: Evidenz aus prospektiven Kohortenstudien belegt, dass der gewohnheitsmäßige Verzehr von Vollkorn, Kaffee und rotem Fleisch mit dem Risiko an Typ 2 Diabetes zu erkranken assoziiert ist. Dieser Risikobeziehung eventuell zugrunde liegende Mechanismen sind allerdings noch weitgehend unklar. Des Weiteren wurde gezeigt, dass Metabolitenprofile im Blut durch die oben genannten Ernährungs-expositionen beeinflusst werden und außerdem in Zusammenhang mit dem Typ 2 Diabetesrisiko stehen. Zusätzlich wurde beschrieben, dass grafische Netzwerkmodelle von Metabolitenprofilen die zugrunde liegenden Stoffwechselprozesse gut abbilden. 
Zielstellung: Das Ziel dieser Arbeit war es, Hypothesen bezüglich biologischer Mechanismen zu generieren, die die Assoziationen des Vollkornverzehrs, des Kaffeekonsums und des Fleischverzehrs mit dem Typ 2 Diabetesrisiko erklären könnten. Im speziellen sollten Aminosäure- und Lipidprofile als mögliche Mediatoren des Risikozusammenhangs untersucht werden.
Studienpopulation: Analysen wurden auf Grundlage von Daten aus der prospektiven EPIC-Potsdam Kohortenstudie (n=27,548) durchgeführt, wobei ein Fall-Kohorten-Design verwendet wurde (n=2317, darunter 692 inzidente Typ 2 Diabetesfälle). Ernährungsgewohnheiten wurden mit einem validierten, semiquantitativen Verzehrshäufigkeitsfragebogen erfasst. Die Konzentrationen von 126 Metaboliten (Aminosäuren, Acylcarnitine, Sphingomyeline und Phosphatidylcholine) wurden zur Basiserhebung genommen Blutproben gemessen. Inzidente Typ 2 Diabetesfälle wurden im Rahmen einer aktiven Folgeerhebung detektiert und verifiziert. Die mediane Dauer des berücksichtigten prospektiven Erhebungszeitraums lag für diese Studie bei 6,6 Jahren.
Aufbau der Analysen: Die theoretische Grundlage für den methodischen Ansatz dieser Arbeit bildete die kontrafaktische Theorie der Kausalinferenz. Die in Netzwerken kodierte konditionale Unabhängigkeitsstruktur wurde genutzt, um den Raum möglicher Modelle zu begrenzen, die die beobachteten Zusammenhänge zwischen den Metaboliten erklären könnten. Unter Annahme weniger grundlegender Effektrichtungen (von der Ernährung auf die Netzwerke gerichtete Effekte; von den Netzwerken auf das Diabetesrisiko gerichtete Effekte) genügt die Adjustierung für eine Teilmenge der direkten Nachbarn im Netzwerk, um netzwerkunabhängige direkte Effekte konsistent zu schätzen. Eine weitere Spezifizierung der Modelle war allerdings aufgrund fehlender Richtungsinformationen zu den Metaboliten-abhängigkeiten nicht möglich. Deshalb wurde ein Multi-Modellierungsansatz gewählt, um die Grenzen möglicher Effekte zu schlussfolgern. Alle möglichen Ernährungs-Metaboliten-Beziehungen und Metaboliten-Typ 2 Diabetesrisiko-Beziehungen wurden dadurch in eine der folgenden drei Kategorien klassifiziert: Direkter Effekt, Unklar, Kein Effekt.
Querschnittsbeziehungen wurden in multivariabel adjustierten linearen Regressionsmodellen untersucht. Longitudinale Zusammenhänge wurden mit Cox-Regressionsmodellen geschätzt. Alle Modelle wurden für Alter, Geschlecht, Body-Mass-Index, prävalente Hypertonie, Ernährungs- und Lebensstilfaktoren und die Einnahme von Medikamenten adjustiert. 
Ergebnisse: Der Verzehr von Vollkornbrot stand im Zusammenhang mit niedrigeren Konzentrationen gesättigter und einfach ungesättigter Fettsäuren. Kaffee stand in Beziehung zu niedrigeren Konzentrationen verzweigtkettiger und aromatischer Aminosäuren und hatte potentielle Effekte auf das Fettsäureprofil in den Lipidmetaboliten. Rotes Fleisch zeigte einen Zusammenhang mit niedrigeren Glyzinspiegeln und mit höheren Konzentrationen verzweigtkettiger Aminosäuren. Außerdem stand das Fettsäureprofil in den verschieden Gruppen von Lipidmetaboliten in Zusammenhang mit dem Fleischverzehr.
Des Weiteren wurden potentielle Effekte der Metabolite auf das Typ 2 Diabetesrisiko gefunden. Aromatische Aminosäuren und Lipidmetabolite mit geradzahligen, gesättigten (C14-C16) und mit spezifischen mehrfach ungesättigten Fettsäureseitenketten standen mit einem erhöhten Typ 2 Diabetesrisiko in Beziehung. Glyzin, Glutamin und Lipidmetabolite mit einfach ungesättigten und anderen mehrfach ungesättigten Fettsäureseitenketten zeigten einen günstigen Zusammenhang mit dem Diabetesrisiko.
Mögliche Mediatoren der Beziehung der Ernährungsexpositionen wurden identifiziert, indem diese Informationen in gemeinsamen grafischen Modellen integriert wurden. Mediationsanalysen zeigten, dass die möglichen Effekte von Vollkornverzehr auf die Lipidmetabolite ungefähr ein Viertel des günstigen Einflusses von Vollkornverzehr auf das Diabetesrisikos erklären könnten. Die möglichen Effekte von Kaffeekonsum und von Fleischverzehr auf Aminosäuren und Lipidmetabolite könnten jeweils ungefähr zwei Drittel der Zusammenhänge mit dem Diabetesrisiko erklären.
Schlussfolgerung: Grundlage für die Ergebnisse dieser Arbeit war die Entwicklung eines Algorithmus, der externe Faktoren (kontinuierlich Expositionsvariablen, Ereigniszeit-Daten) und hochdimensionale Metabolitenprofile in einem gemeinsamen grafischen Modell integriert. Die Anwendung dieses Algorithmus auf Daten aus der EPIC-Potsdam Kohortenstudie hat gezeigt, dass die beobachteten konditionalen Unabhängigkeitsstrukturen mit der a priori Mediationshypothese konsistent waren. Der frühe Einfluss auf den Aminosäure- und Lipidstoffwechsel könnte die beobachteten Zusammenhänge zwischen drei wichtigen Ernährungsfaktoren und dem Risiko an Typ 2 Diabetes zu erkranken zu großen Teilen erklären.
KW  - type 2 diabetes
KW  - nutrition
KW  - lipid metabolism
KW  - metabolomics
KW  - epidemiology
KW  - networks
KW  - graphical models
KW  - mediation analysis
KW  - red meat
KW  - whole-grain
KW  - Diabetes mellitus Typ 2
KW  - Ernährung
KW  - Fettstoffwechsel
KW  - Metabolomics
KW  - Epidemiologie
KW  - Netzwerke
KW  - grafische Modelle
KW  - Mediationsanalyse
KW  - rotes Fleisch
KW  - Vollkorn
KW  - Kaffee
KW  - coffee
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-404592
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wittek, Laura
T1  - Comparison of metabolic cages - analysis of refinement measures on the welfare and metabolic parameters of laboratory mice
T1  - Der Vergleich von Stoffwechselkäfigen - Analyse von Refinement-Maßnahmen auf das Wohlbefinden und Stoffwechselparameter von Labormäusen
N2  - Housing in metabolic cages can induce a pronounced stress response. Metabolic cage systems imply housing mice on metal wire mesh for the collection of urine and feces in addition to monitoring food and water intake. Moreover, mice are single-housed, and no nesting, bedding, or enrichment material is provided, which is often argued to have a not negligible impact on animal welfare due to cold stress. We therefore attempted to reduce stress during metabolic cage housing for mice by comparing an innovative metabolic cage (IMC) with a commercially available metabolic cage from Tecniplast GmbH (TMC) and a control cage. Substantial refinement measures were incorporated into the IMC cage design. In the frame of a multifactorial approach for severity assessment, parameters such as body weight, body composition, food intake, cage and body surface temperature (thermal imaging), mRNA expression of uncoupling protein 1 (Ucp1) in brown adipose tissue (BAT), fur score, and fecal corticosterone metabolites (CMs) were included. Female and male C57BL/6J mice were single-housed for 24 h in either conventional Macrolon cages (control), IMC, or TMC for two sessions. Body weight decreased less in the IMC (females—1st restraint: 6.94%; 2nd restraint: 6.89%; males—1st restraint: 8.08%; 2nd restraint: 5.82%) compared to the TMC (females—1st restraint: 13.2%; 2nd restraint: 15.0%; males—1st restraint: 13.1%; 2nd restraint: 14.9%) and the IMC possessed a higher cage temperature (females—1st restraint: 23.7°C; 2nd restraint: 23.5 °C; males—1st restraint: 23.3 °C; 2nd restraint: 23.5 °C) compared with the TMC (females—1st restraint: 22.4 °C; 2nd restraint: 22.5 °C; males—1st restraint: 22.6 °C; 2nd restraint: 22.4 °C). The concentration of fecal corticosterone metabolites in the TMC (females—1st restraint: 1376 ng/g dry weight (DW); 2nd restraint: 2098 ng/g DW; males—1st restraint: 1030 ng/g DW; 2nd restraint: 1163 ng/g DW) was higher compared to control cage housing (females—1st restraint:
640 ng/g DW; 2nd restraint: 941 ng/g DW; males—1st restraint: 504 ng/g DW; 2nd restraint: 537 ng/g DW). Our results show the stress potential induced by metabolic cage restraint that is markedly influenced by the lower housing temperature. The IMC represents a first attempt to target cold stress reduction during metabolic cage application thereby producing more animal welfare friendly data.
N2  - Die Unterbringung in Stoffwechselkäfigen kann eine ausgeprägte Stressreaktion hervorrufen. Mäuse werden in Stoffwechselkäfigen auf Metallgittern gehalten, um zusätzlich zur Überwachung der Futter- und Wasseraufnahme Urin und Kot aufzufangen. Darüber hinaus werden die Mäuse einzeln gehalten und es wird kein Nist-, Einstreu- oder Anreicherungs-Material zur Verfügung gestellt, was oft als Ursache für Kältestress angeführt wird, welcher sich auf das Wohlergehen der Tiere auswirkt. Wir haben daher versucht, den Stress bei der Haltung von Mäusen in Stoffwechselkäfigen zu reduzieren, indem wir einen innovativen Stoffwechselkäfig (IMC) mit einem kommerziell erhältlichen Stoffwechselkäfig der Tecniplast GmbH (TMC) und einem Kontrollkäfig verglichen haben. Für das Käfigdesign des IMC wurden wesentliche Refinement-Maßnahmen realisiert. Im Rahmen einer multifaktoriellen Beurteilung des Schweregrades wurden Parameter wie Körpergewicht, Körperzusammensetzung, Nahrungsaufnahme, Käfig- und Körperoberflächentemperatur (Wärmebildaufnahmen), mRNA-Expression von Uncoupling Protein 1 (Ucp1) im braunen Fettgewebe (BAT), Fur Score und fäkale Corticosteron-Metabolite (CMs) einbezogen. Weibliche und männliche C57BL/6J-Mäuse wurden für jeweils 24 Stunden entweder in konventionellen Macrolon-Käfigen (Kontrolle), IMC oder TMC zweimal untergebracht. Das Körpergewicht nahm in dem IMC weniger ab (Weibchen - 1. Haltung: -6,94%; 2. Haltung: -6,89%; Männchen - 1. Haltung: -8,08%; 2. Haltung: -5,82%) als in dem TMC (Weibchen - 1. Haltung: -13,2%; 2. Haltung: -15,0%; Männchen - 1. Haltung: -13,1%; 2. Haltung: -14,9%) und der IMC wies eine höhere Käfigtemperatur (Weibchen - 1. Haltung: 23,7 °C; 2. Haltung 23,5 °C; Männchen - 1. Haltung: 23,3 °C; 2. Haltung: 23,5 °C) im Vergleich zum TMC auf (Weibchen - 1. Haltung: 22,4 °C; 2. Haltung: 22,5 °C; Männchen - 1. Haltung: 22,6 °C; 2. Haltung:  22,4 °C). Die Konzentration der fäkalen Corticosteron-Metabolite im TMC (Weibchen - 1. Haltung: 1376 ng/g Trockengewicht (DW); 2. Haltung: 2098 ng/g DW; Männchen – 1. Haltung: 1030 ng/g DW; 2. Haltung: 1163 ng/g DW) war im Vergleich zur Kontrollkäfighaltung höher (Weibchen - 1. Haltung: 640 ng/g DW; 2. Haltung: 941 ng/g DW; Männchen - 1. Haltung: 504 ng/g DW; 2. Haltung: 537 ng/g DW). Unsere Ergebnisse zeigen das Stresspotenzial, welches durch die Haltung in Stoffwechselkäfigen ausgelöst wird, und dass durch die niedrigere Haltungstemperatur deutlich beeinflusst wird. Der IMC stellt einen ersten Versuch dar, den Kältestress während der Anwendung des Stoffwechselkäfigs zu reduzieren und dadurch tierschutzgerechtere Daten zu produzieren.
KW  - metabolic cage
KW  - laboratory mice
KW  - refinement
KW  - animal welfare
KW  - Tierschutz
KW  - Labormäuse
KW  - Stoffwechselkäfig
KW  - Refinement
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-611208
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wieneke, Nadine
T1  - Ursachen und Folgen vermehrter Expression des nukleären Rezeptors Constitutiver-Androstan-Rezeptor (NR1I3) durch Agonisten des nukleären Rezeptors Peroxisomenproliferator-aktivierter-Rezeptor-alpha (NR1C1)
T1  - Cause and Effect of enhanced expression of the nuclear receptor constitutive androstane receptor (NR1I3) induced by agonists of the nuclear receptor peroxisome proliferator activated receptor alpha (NR1C1)
N2  - Der Fettsäurestoffwechsel unterliegt vielfältigen Kontrollmechanismen. So wird der Fettsäureabbau über die Induktion und Aktivität spezifischer Enzyme reguliert. Ein zentraler Regulator ist dabei der nukleäre Rezeptor Peroxisomenproliferator-aktivierter-Rezeptor-α (PPARα). PPARα wird durch freie Fettsäuren in der Zelle aktiviert und fördert über die Induktion von Zielgenen den Fettsäuretransport und -abbau sowie die Gluconeogenese und Ketogenese. Der Anstieg an freien Fettsäuren beim Fasten, aber auch im Diabetes aktiviert PPARα. Unabhängig davon wurde in beiden Stoffwechsellagen auch eine erhöhte Expression des nukleären Rezeptors Constitutiver-Androstan-Rezeptor (CAR) und einiger CAR-Zielgene, vorrangig Enzyme des Fremdstoffmetabolismus wie Cytochrom P450 2B (CYP2B), festgestellt. Bei der Adaption an eine Fastensituation scheinen PPARα- und CAR-Signalwege über einen bisher unbekannten Mechanismus miteinander verschaltet zu sein. In der vorliegenden Arbeit sollte der der Verschaltung zugrunde liegende Mechanismus anhand eines Modelsystems, der PPARα-Agonisten-vermittelten Verstärkung der Phenobarbital (PB)-abhängigen Induktion des CAR-Zielgens CYP2B, in vitro untersucht werden. Zudem sollte die physiologische Relevanz einer durch PPARα-Agonisten vermittelten Modulierung der CYP2B-Aktivität in einer Ganztierstudie in vivo belegt werden. Die verwendeten synthetischen PPARα-Agonisten steigerten in primären Hepatozyten der Ratte signifikant die Phenobarbital (PB)-abhängige mRNA- und Protein-Expression sowie die Aktivität von CYP2B. Ohne vorherige PB-Behandlung induzierten PPARα-Agonisten CYP2B nicht. In Gegenwart von PB war die Steigerung der CYP2B-Aktivität durch PPARα-Agonisten dosisabhängig. In einem Luciferase-Reportergenassay wurde gezeigt, dass die Induktion durch PB unter der Kontrolle des CYP2B1-Promotors von einem distalen PBREM (PB-responsive-enhancer-module), an welches CAR binden kann, abhängig war. PPARα-Agonisten steigerten diese PB- und PBREM-abhängige Reportergentranskription und induzierten die CAR-mRNA und CAR-Proteinexpression. Sie aktivierten die Transkription eines Reportergens unter der Kontrolle eines Promotorfragments von bis zu 4,4 kb oberhalb des mutmaßlichen CAR-Transkriptionsstarts. Mit Hilfe von Deletionskonstrukten konnte ein potentielles Peroxisomenproliferator-aktivierter-Rezeptor-responsives Element (PPRE) im CAR-Promotorbereich von -942 bp bis -930 bp identifiziert werden, welches essentiell für die Initiation der Transkription durch PPARα-Agonisten ist. In band shift Experimenten akkumulierte verstärkt Kernprotein mit diesem PPRE. Ein Überschuss an unmarkiertem Wildtyp-CAR-Reportergenvektor, nicht aber an CAR-Reportergenvektor mit PPRE-Deletion, konnte mit dem markierten PPRE um die Bindung von Kernprotein konkurrieren. Nach Chromatin-Immunpräzipitation mit einem PPARα-Antikörper wiederum wurde das betreffende PPRE amplifiziert. Bei in vivo Experimenten an männlichen Ratten resultierte die Behandlung mit PPARα-Agonisten in einer signifikanten Induktion der CAR-mRNA-Expression und signifikant erhöhter PB-abhängiger CYP2B-Aktivität. Die physiologisch Relevanz wurde durch weiterführenden Experimente unterstrichen, in denen gezeigt wurde, dass die Fasten-abhängige Induktion von CAR in PPARα-defizienten Mäusen unterdrückt war. Diese Experimente legen nahe, dass durch PPARα-Agonisten aktiviertes PPARα an das PPRE im CAR-Promotorbereich von -942 bp bis -930 bp bindet und dadurch die CAR-Transkription induziert. Somit kann CAR als PPARα-Zielgen betrachtet werden, was die Schlussfolgerung zulässt, dass die PPARα- und CAR-Signalwege über die direkte Bindung von PPARα an den CAR-Promotor unmittelbar miteinander verknüpft sind. Allerdings ist davon unabhängig eine Aktivierung von CAR, etwa durch PB, für die vermehrte Induktion von CAR-Zielgenen notwendig . Die physiologische Relevanz der PPARα-abhängige CAR-Expression zeigt sich in den Ganztierexperimenten, bei denen die Wirksamkeit der PPARα-Agonisten bestätigt werden konnte. CAR-abhängig induzierte Enzyme sind nicht nur in großem Umfang am Fremdstoffmetabolismus beteiligt, sondern auch am Abbau von Schilddrüsenhormonen und Glucocorticoiden. Sie können damit direkt Einfluss auf den Kohlenhydrat- und Energiestoffwechsel sowie die Regulation der Nahrungsaufnahme nehmen. Über eine PPARα-abhängige Induktion von CAR im Rahmen der Fastenadaption könnten die CAR-Zielgene UDP-Glucuronyltransferase 1A1 und Sulfotransferase N beispielsweise verstärkt Schilddrüsenhormone abbauen und in der Folge den Grundumsatz senken. Der in dieser Arbeit erstmals beschriebene Mechanismus ist dafür von zentraler Bedeutung.
N2  - Fatty acid metabolism is tightly regulated. Thus the activity and expression level of specific enzymes involved in fatty acid turnover are controlling fatty acid catabolism. The nuclear receptor peroxisome proliferator activated receptor α (PPARα) acts as the key regulator of these pathways. PPARα is activated by intracellular free fatty acids and promotes the fatty acid transport and break down, as well as gluconeogenesis and ketogenesis, via induction of target genes. An increase in free fatty acids as seen in fasting and diabetes activates PPARα. Under these conditions, an elevated expression of another nuclear receptor, the constitutive androstane receptor (CAR) and its target genes, mainly enzymes catalysing biotransformation such as cytochrome P450 2B (CYP2B1), was also observed. It is therefore likely that as yet unidentified modes of interaction between PPARα and CAR signalling exist. The object of the present work was to discover these underlying mechanisms utilising an in vitro model, the PPARα-agonist induced increase of the phenobarbital (PB)-dependent induction of the CAR target gene CYP2B1. Furthermore, an in vivo study would serve to demonstrate the physiological relevance of a PPARα-agonist induced modulation of the CYP2B activity. The synthetic PPARα agonists under investigation significantly enhanced the PB-dependent mRNA and protein expression as well as activity of CYP2B in primary rat hepatocytes. Without prior treatment with PB, PPARα agonists did not induce CYP2B activity. In the presence of PB, PPARα agonists increased the CYP2B activity dose-dependently. Luciferase reporter gene assays showed that the PB-dependent induction of the CY2B1 promoter relied on a distal PBREM (PB-responsive enhancer module), a well-known CAR binding site. PPARα agonists enhanced this PB- and PBREM-dependent reporter gene transcription and induced the upregulation of CAR mRNA and CAR protein expression. The PPARα agonists also activated the transcription of a reporter gene controlled by up to 4.4 kb upstream of the putative CAR-transcription start site. A potential peroxisome proliferator activated receptor responsive element (PPRE), essential for the initiation of transcription by PPARα agonists, could be identified between -942 bp to -930 bp upstream of the transcription start site using CAR promoter deletion constructs. In subsequent band shift experiments, enhanced nuclear protein accumulation with this specific promoter region was observed. In contrast to unlabelled wild-type CAR reporter gene vector, an excess of unlabelled CAR reporter gene vector with PPRE deletion did not compete with the binding of nuclear protein. Furthermore, this PPRE could be amplified with specific primers after chromatin immunoprecipitation with a PPARα antibody. Treatment of rats with a PPARα agonist resulted in a significant induction of CAR mRNA expression and significantly increased PB-dependent CYP2B activity. A physiological relevance of this newly-discovered mechanism is confirmed by the observation that PPARα-deficient mice, unlike wild-type mice, do not respond to fasting with an increase of CAR mRNA expression. The results of these experiments suggest that activated PPARα binds to the PPRE of the CAR promoter to initiate transcription of the CAR gene. CAR therefore could be regarded as a PPARα target gene, which implicates that PPARα- and CAR-signalling are directly linked through binding of PPARα to the CAR promoter. For subsequent enhanced induction of CAR target genes, activation of CAR, for instance using PB, is required. In vivo studies with PPARα agonists in rats support the relevance of the PPARα-dependent CAR expression. CAR target genes code for enzymes that metabolise not only a wide range of xenobiotics, but also thyroid hormones and glucocorticoids. CAR target genes could therefore directly interfere with carbohydrate and energy metabolism, as well as with food intake. PPARα-dependent induction of CAR upon fasting could lead to an increased expression of the CAR target genes UDP-glucuronyl transferase 1A1 and sulfotransferase N, resulting in an enhanced degradation of thyroid hormones, and decreased resting energy expenditure. The findings of this present study are of primary importance since it is the first time that this mechanism has been described.
KW  - Fremdstoffmetabolismus
KW  - nukleärer Rezeptor
KW  - CAR
KW  - PPARalpha
KW  - Energiestoffwechsel
KW  - biotransformation
KW  - nuclear receptor
KW  - CAR
KW  - PPARalpha
KW  - energy metabolism
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-19167
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wiedmer, Petra
T1  - Geschlechtsspezifische Körpergewichtsregulation bei Mäusen :Untersuchungen zur Set-point-Theorie der Körpermasse
N2  - Entsprechend der sogenannten Set-point-Theorie besitzt jeder Mensch eine individuell festgelegte Körpermasse, die über große Zeiträume konstant gehalten und gegen Abweichungen verteidigt wird. Es wird angenommen, dass der Körper auf noch unbekannte Weise Änderungen in der Körpermasse per se wahrnimmt und daraufhin Mechanismen aktiviert, die zur Regenerierung der ursprünglichen Masse führen. In dieser Arbeit wurde die Hypothese getestet, dass eine künstliche Erhöhung der Körpermasse zu einer kompensatorischen Reduktion in der Körpermasse führt, um das Ausgangsgewicht wieder zu regenerieren. Die Körpermasse von männlichen und weiblichen Mäusen wurde akut durch die Implantation von Gewichten mit einer Masse von 10% der aktuellen Körpermasse in die Bauchhöhle erhöht. Bei Gültigkeit der Set-point-Theorie sollte die Körpermassereduktion der Masse des zusätzlichen Gewichtsimplantats entsprechen. Die Mäuse reagierten auf die künstlich erhöhte Körpermasse geschlechtsspezifisch. Männchen zeigten eine partielle Reduktion in der Körpermasse. Weibchen zeigten langfristig jedoch keine Änderungen in der Körpermasse. Die Reduktion der Körpermasse erfolgte bei den Männchen durch eine Abnahme in der Fettmasse. Die fettfreie Masse war in beiden Geschlechtern nicht verändert. Änderungen in der Körpermasse wurden vor allem durch Änderungen in der Energieaufnahme hervorgerufen. Ein Einfluss des Energieumsatzes auf Änderungen in der Körpermasse konnte nicht nachgewiesen werden. Die Regulation der Körpermasse entsprechend eines massespezifischen Set-points konnte partiell für die Männchen gezeigt werden. Bei den Männchen könnte daher die Wahrnehmung der Körpermasse in die Regulation der Körpermasse teilweise integriert sein. Weibchen verminderten ihre Körpermasse dagegen trotz der künstlichen Körpermasseerhöhung nicht. Das führte zur Bewahrung der Energiereserven und spricht eher für die Regulation der Körpermasse entsprechend des notwendigen Energiebedarfs im Vergleich zu Änderungen in der Körpermasse per se. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Regulation der Körpermasse geschlechtsspezifischen Mechanismen unterliegt. Dementsprechend sind auch geschlechtsspezifische Ansätze zur Therapie von Übergewicht und Adipositas notwendig.
N2  - The set-point theory of body mass assumes that humans possess an individually determined body mass which is maintained over long periods and which is defended against deviations. It is supposed that the body can perceive changes in body mass per se, this process leading to activation of mechanisms aiming at regeneration of initial body mass. Here the following hypothesis was tested: An artificial increase in body weight leads to a compensatory reduction in body mass in order to regenerate initial body weight. Body mass of male and female mice was acutely increased by implanting weight loads into the abdominal cavity. Additional weights corresponded to 10% of initial body mass. According to the set-point theory we expected the mice to decrease body mass to the extend of the additional weight. A gender-specific response was observed. Males showed a partially reduced body mass. In contrast, females did not show body mass changes in the long-term. Males reduced their body mass at the expense of fat mass. Fat free mass was unchanged in both genders. Changes in body mass were mainly caused by changes in energy intake. An impact of energy expenditure on body mass changes could not be demonstrated. Body mass regulation according to a mass-specific set-point could be partially shown for males. Therefore, in males perception of body mass could be partially integrated in the regulation of body weight. Females did not decrease their body mass despite artificially increased body mass pointing to preservation of their energy depots. This argues for regulation of body mass according to needed energy requirements rather than according to changes in body mass per se. These results show that body mass regulation underlies gender-specific mechanisms. Accordingly, gender-specific approaches are needed for treating overweight and obesity.
T2  - Geschlechtsspezifische Körpergewichtsregulation bei Mäusen : Untersuchungen zur Set-point-Theorie der Körpermasse
KW  - Körpermasse
KW  - Körpergewicht
KW  - Set-Point
KW  - Geschlecht
KW  - Energiestoffwechsel
KW  - Körperzusammensetzung
KW  - Schwerkraft
KW  - Ponderostat
KW  - body mass
KW  - body weight
KW  - set-point
KW  - gender
KW  - energy metabolism
KW  - body composition
KW  - gravity
KW  - ponderostat
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001733
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wend, Korinna
T1  - Konstruktion und toxikologische Nutzung von transgenen Mäusen mit den allelischen Varianten von humanen SULT1A-Genen
T1  - Construction and characterisation of transgenic mice for human sulfotransferases with polymorphic SULT1A genes
N2  - Eine besondere Rolle im Fremdstoffmetabolismus hat die SULT1A1 beim Menschen aufgrund der hohen Expression und breiten Gewebeverteilung. Während die humane SULT1A1 in sehr vielen Geweben exprimiert wird, wurde die murine SULT1A1 vor allem in der Leber, Lunge und Colon gefunden. Neben der Gewebeverteilung spielt auch der Polymorphismus im humanen SULT1A1-Gen eine bedeutende Rolle. Der häufigste Polymorphismus in diesem Gen führt zu einer Aminosäuresubstitution von Arginin zu Histidin an Position 213. Die Genvariante mit Histidin (auch als SULT1A1*2 bezeichnet) codiert für ein Protein mit einer geringen Enzymaktivität und einer reduzierten Enzymmenge in Thrombocyten. Über den Einfluss dieser allelischen Varianten in anderen Geweben ist bislang wenig bekannt. In vorausgegangenen epidemiologischen Studien wurden mögliche Korrelationen zwischen den Genvarianten und der Krebsentstehung in verschiedenen Geweben untersucht. Diese Daten liefern jedoch widersprüchliche Ergebnisse zum Krebsrisiko. Aufgrund der strittigen epidemiologischen Daten sollten Tiermodelle generiert werden, um die häufigsten SULT1A1-Allele hinsichtlich der Empfindlichkeit gegenüber Nahrungs- und Umweltkanzerogenen zu untersuchen. Zur Erzeugung transgener (tg) Mauslinien wurde mittels Mikroinjektion der codierenden Genbereich und große flankierende Humansequenzen stromaufwärts und stromabwärts in das Mausgenom integriert. Es wurden mehrere Mauslinien hergestellt. Zwei davon, die Mauslinie 31 mit dem SULT1A1*1-Allel und die Mauslinie 28 mit dem SULT1A1*2-Allel, wurden eingehend analysiert. In beiden Linien wurde eine identische Kopienzahl des Transgens ermittelt. Proteinbiochemische Charakterisierungen zeigten eine weitgehend dem Menschen entsprechende Gewebeverteilung und zelluläre und subzelluläre Lokalisation der humanen SULT1A1 in der Linie (Li) 28. In Li 31 wurden Unterschiede zu Li 28 sowohl in der Gewebeverteilung als auch in der zellulären Lokalisation des exprimierten humanen Proteins ermittelt. Dabei war die Expression auf Proteinebene in der SULT1A1*2-tg Linie generell stärker als in der SULT1A1*1-Linie. Dieses Ergebnis war überraschend, denn in humanen Thrombocyten führt das SULT1A1*1-Allel zu einem höheren Gehalt an SULT1A1-Protein als das SULT1A1*2-Allel. Zur Analyse der unterschiedlichen Proteinexpressionen in den tg Mauslinien wurde die cDNA und der 5´-flankierende Bereich des SULT1A1-Gens sequenziert. In beiden tg Linien entsprach die Sequenz der cDNA der Referenzsequenz aus der Gendatenbank (Pubmed). In der 5´-flankierenden Region wurden bekannte Polymorphismen analysiert und unterschiedliche Haplotypen in den tg Linien an den Positionen -624 und -396 ermittelt. Dabei wurde in der Li 31 der Haplotyp detektiert, der in der Literatur mit einer höheren SULT1A1-Enzymaktivität beschrieben wird. Der mögliche Zusammenhang zwischen Transkriptionsrate und Proteinexpression wurde in RNA-Expressionsanalysen im codierenden und 5´-nicht codierenden Bereich (mit den alternativen Exons 1B und 1A) untersucht. Im codierenden Bereich und im Exon 1B konnte in den untersuchten Organen eine höhere RNA-Expression in der Li 28 im Vergleich zur Li 31 ermittelt werden. Außer in der Lunge wurde für Exon 1B eine identische RNA-Expression detektiert. RNA, die Exon 1A enthielt, wurde in allen untersuchten Organen der Li 28, aber nur in der Lunge bei der Li 31 gefunden. In beiden tg Linien konnten mit den Exon 1A-Primern jedoch auch größere PCR-Produkte ermittelt werden. Dieser Unterschied im Exon 1A und mögliche Spleißvarianten könnten damit für die unterschiedliche Proteinexpression des humanen SULT1A1-Proteins in den beiden tg Mauslinien sein. Die in dieser Arbeit generierten und charakterisierten tg Mausmodelle wurden in einer toxikologischen Studie eingesetzt. Es wurde das heterozyklische aromatische Amin 2-Amino-1-methyl-6-phenylimidazo-[4,5-b]pyridin (PhIP) verwendet. PhIP wird beim Erhitzen und Braten von Fleisch und Fisch gebildet und könnte mit der erhöhten Krebsentstehung im Colon in der westlichen Welt im Zusammenhang stehen. Mittels 32P-Postlabelling sollte der Einfluss der zusätzlichen Expression der humanen SULT-Proteine auf die PhIP-DNA-Adduktbildung analysiert werden. Dabei wurden mehr DNA-Addukte in den tg Tieren als in den Wildtyp-Mäusen ermittelt. Die Konzentration der gebildeten DNA-Addukte korrelierte mit der Expressionsstärke des humanen SULT1A1-Proteins in den tg Mäusen. An den in dieser Arbeit generierten tg Mauslinien mit den häufigsten allelischen Varianten des SULT1A1-Gens konnten Unterschiede auf RNA- und Protein-Ebene ermittelt werden. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Expression der humanen SULT1A1 eine Auswirkung sowohl auf die Stärke als auch das Zielgewebe der DNA-Adduktbildung in vivo hat.
N2  - In humans, SULT1A1 and its polymorphic variants play an important role in xenobiotic metabolism and display a broad tissue distribution and high expression level. This enzyme is expressed in almost every human organ whereas in mice SULT1A1 can only be detected in liver, lung and colon. The most common polymorphism of this gene leads to an amino acid substitution from arginine to histidine at the position 213. In platelets, the allele encoding histidine (also designated as SULT1A1*2) is associated with both low activity and low thermal stability of the SULT protein. However, so far only little is known about the significance of these allelic variants in the other tissues with hSULT1A1 expression. Previous epidemiological studies have made attempts to correlate SULT1A1 allelic variants and cancer development, their data, however, have been contradictory for an appropriate cancer risk assessment. In this thesis, we addressed the effect of the hSULT1A1 genetic variability on the susceptibility to nutritional and environmental carcinogens using transgenic (tg) mouse models. We generated tg mice carrying the most common allelic variants of the human SULT1A1 gene. The coding region and large flanking human sequences upstream and downstream of the hSULT1A1 gene were integrated randomly into the mouse genome by microinjection. Several tg mouse lines were generated. Two of them, line (li) 31 with the SULT1A1*1 allele and li 28 with the SULT1A1*2 allele, were analysed in detail. At first, an identical transgene copy number was detected in both lines. Furthermore, biochemical characterization of li 28 showed that the tissue distribution, the cellular and subcellular localisation of the protein were very similar to those in humans. In contrast, li 31 exhibited differences in tissue distribution and cellular localisation of the human protein compared to li 28. The protein expression level in the tg line with SULT1A1*2 (li 28) was generally higher than in SULT1A1*1 (li 31) mice. These results were surprising since the SULT1A1*1 allele in human platelets usually leads to a higher amount of SULT1A1 protein compared to the SULT1A1*2 allele. To investigate these differences, we sequenced the cDNA and 5´-flanking region of the SULT1A1 gene. In both tg mouse lines, the cDNA sequence was identical to the reference sequence from the gene databank (Pubmed). We subsequently analysed the common polymorphisms of the 5´-flanking region, and determined different haplotypes at position -624 and -396 in the tg mouse lines. According to the literature, the haplotype associated with a higher SULT1A1 enzyme activity, we detected in li 31. We analyzed the possible correlation between gene transcription and protein expression by measuring RNA expression levels of the coding and the non-coding region (with alternative exons 1B and 1A). We detected a higher RNA expression level of the coding region and exon 1B in li 28 compared to li 31, whereas RNA for exon 1A was only found in li 28 in all investigated tissues, but only in lung in li 31. Furthermore we detected with exon 1A-primers larger RNA in both lines. These differences in exon 1A expression accompanied by potential splicing variants could be responsible for the different expression and activity of the human SULT1A1 protein in both tg mouse lines. In order to validate our generated and characterized tg mouse models as toxicological in vivo models, we used them for the evaluation of the heterocyclic aromatic amine 2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo-[4,5-b]pyridine (PhIP). PhIP is typically generated during heating and roasting of meat and fish and is suggested to be associated with an increased colon cancer incidence in the western world. We measured the impact of the additionally expressed human SULT proteins on the PhIP-DNA adduct level by 32P-postlabelling. We detected significantly higher DNA adduct levels in tg compared to wildtype mice, which correlated positively with the expression pattern of the human SULT1A1 protein in the tg mice. In conclusion, in this thesis, we have successfully generated and validated the transgenic mouse lines carrying the most common allelic variants of the human SULT1A1 gene. Interestingly, these lines exhibited differences in both the SULT1A1 RNA and protein levels. Using these transgenic mouse models as in vivo toxicological tools we have shown that the expression of human SULT1A1 in mice has a decisive impact on the strength and the target tissue of DNA adducts.
KW  - transgenes Mausmodell
KW  - Polymorphismus
KW  - Sulfotransferase
KW  - SULT1A1
KW  - SULT1A2
KW  - PhIP
KW  - heterocyclisches aromatisches Amin
KW  - transgenic mousemodel
KW  - polymorphism
KW  - sulfotransferase
KW  - SULT1A1
KW  - SULT1A2
KW  - PhIP
KW  - heterocyclic aromatic amine
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-42052
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wegewitz, Uta Elke
T1  - Genetische und metabolische Regulation von Adiponectin : Resultate von in vitro und humanen in vivo Studien
T1  - Genetic and metabolic regulation of adiponectin : results of in vitro and human in vivo studies
N2  - Übergewicht, Diabetes oder Fettstoffwechselstörungen sind mit erniedrigten Adiponectinspiegeln assoziiert. Eine Modulation des Adiponectins kann durch genetische und metabolische Gegebenheiten erfolgen. Das Ziel dieser Arbeit war die Analyse von Faktoren, welche die Adiponectinspiegel beeinflussen können, sowie eine Charakterisierung der Oligomerverteilung unter verschiedenen metabolischen Bedingungen. In der MeSyBePo-Kohorte waren die zirkulierenden Adiponectinspiegel mit den Promotorpolymorphismen ADIPOQ -11377 C/G und ADIPOQ -11391 G/A im Adiponectingen assoziiert. Im Hinblick auf die metabolischen Faktoren korrelierte Adiponectin eng mit Parametern des Glukose- und Fettstoffwechsels sowie dem Übergewicht. Innerhalb von hyperinsulinämischen euglykämischen Clamps führte eine akute Hyperinsulinämie zu einer Abnahme der Adiponectinspiegel. Adiponectin zirkuliert im Serum als hochmolekulare (HMW), mittelmolekulare (MMW) und niedrigmolekulare (LMW) Spezies. Mit zunehmendem Körpergewicht konnte eine Verlagerung von HMW-Spezies hin zu den LMW-Spezies beobachtet werden. Durch eine moderate Gewichtsabnahme erhöhten sich die Anteile an HMW- und MMW-Adiponectin wieder. Während sich in Abhängigkeit vom Glukosemetabolismus keine Unterschiede in den Gesamtspiegeln ergaben, wurden bei Personen mit normaler Glukosetoleranz signifikant höhere Anteile an MMW-Adiponectin detektiert als bei Personen mit einem gestörten Glukosestoffwechsel. Insgesamt scheinen die HMW- und MMW-Spezies gegensätzlich zur LMW-Spezies reguliert zu werden. Die Arbeit unterstreicht die wichtige Rolle des Adiponectins im Glukose- und Fettstoffwechsel sowie bei einer Adipositas in vivo. Dabei waren Änderungen der Adiponectinspiegel bei Vorliegen von Insulinresistenz und Adipositas stets mit einer Umverteilung der Oligomerfraktionen verbunden. Vor allem die HMW- und MMW-Spezies des Adiponectins scheinen von entscheidender Bedeutung zu sein.
N2  - Experimental data suggest that a dysregulation of adiponectin might be involved in the development of the metabolic syndrome. Adiponectin circulates as a variety of multimeric forms and its concentration was found to be decreased in obesity, type 2 diabetes mellitus, and dyslipidemia. Polymorphisms within the adiponectin gene, as well as the metabolic status, may modulate the adiponectin level. The aim of this work was to evaluate factors that may modulate total adiponectin levels as well as the distribution of its multimeric complexes under specific metabolic conditions. In the caucasian MeSyBePo population, serum adiponectin concentrations were associated with two promoter polymorphisms, ADIPOQ -11377 C/G and ADIPOQ -11391 G/A, respectively. Mean serum adiponectin levels were related to obesity, glucose metabolism, and lipid metabolism. Additionally, hyperinsulinemic euglycemic clamps acutely lowered serum adiponectin concentration. Adiponectin circulates in serum as low-, medium-, and high-molecular-weight complexes (LMW, MMW, and HMW, respectively). Adiponectin oligomer composition was related to BMI, with decreased HMW and MMW fractions in case of high BMI levels. According to this, HMW and MMW adiponectin increased after moderate weight reduction. While total adiponectin levels were comparable between patients with type 2 diabetes and control subjects, a reduction of MMW oligomers was observed in patients with impaired glucose metabolism. Finally, these studies all suggested a differential regulation of HMW and MMW species compared to the LMW fraction. The data presented underline the important role of adiponectin within the glucose- and lipid metabolism as well as in obesity. We showed that modulation of total adiponectin levels in case of insulin resistance or obesity are always accompanied with changes of adiponectin oligomer composition. Thereby the HMW and MMW species seem to play a crucial role in affecting metabolic changes.
KW  - Adioponectin
KW  - Adipositas
KW  - Typ-2-Diabetes mellitus
KW  - Metabolisches Syndrom
KW  - Oligomere
KW  - adiponectin
KW  - obesity
KW  - type 2 diabetes mellitus
KW  - metabolic syndrome
KW  - oligomers
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-16062
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wagner, Karen
T1  - nTOBEC - eine neue Methode zur Erfassung der Körperzusammensetzung
T1  - nTOBEC - a new method to estimate the human body composition
N2  - Als Resultat überhöhter Energieaufnahme und zu geringen Energieverbrauchs beobachten wir eine über das normale Maß hinausgehende Akkumulation von Fettgewebe, die sich als Adipositas manifestiert. Sie gilt als einer der Hauptrisikofaktoren für Krankheiten des metabolischen Syndroms. Im Rahmen von Prävention, Diagnose und Therapie der Adipositas, muss ihr wesentliches Charakteristikum; der individuelle Körperfettanteil; einer Messung zugänglich gemacht werden. Eine direkte Bestimmung der Körperzusammensetzung erlauben die Neutronenaktivierungsanalyse und die chemische Analyse. Beide Verfahren sind sehr genau, aber aufwendig und kostenintensiv und darüber hinaus die chemische Analyse nur am menschlichen Cadaver praktizierbar. Um dennoch die Körperzusammensetzung hinreichend genau bestimmen zu können, wurden zahlreiche indirekte Messverfahren entwickelt. Man kann sie in Labor- und Feldmethoden untergliedern. Die Labormethoden bestechen durch hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit, sind aber zumeist aufwendig und teuer. Feldmethoden sind im Gegensatz dazu leicht anwendbar, transportabel und preiswert, weisen aber eine weniger hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit auf. In der vorgestellten Arbeit wird über eine jüngere Entwicklung, die das Prinzip der unterschiedlichen Leitfähigkeit für den elektrischen Strom durch die verschiedenen Gewebe des Körpers nutzt, berichtet. Der Prototyp eines Gerätes wurde innerhalb eines von der EU geförderten multizentrischen Projekts entwickelt und auf seine Einsatzfähigkeit und Qualität hin geprüft. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Einschätzung der Körperzusammensetzung normal- und übergewichtiger Probanden mit der neu entwickelten Technik. Das vorliegende Studiendesign diente nicht nur der Beurteilung der neuen Technik die Körperzusammensetzung und Veränderungen dieser zu erfassen, sondern darüber hinaus, etablierte Methoden hinsichtlich ihrer Genauigkeit zu bewerten. Bezüglich ihrer Anwendbarkeit und Reproduzierbarkeit hat die neue Methode Hoffnung geweckt, sich als eine Feldmethode zu etablieren. Auf der anderen Seite zeigte sich in Abhängigkeit der Gesamtkörperfettmasse eine Überschätzung der Zielgröße im Vergleich zur Referenzmethode (dual energy x ray absorptiometry (DXA)). Die Abweichungen waren dabei gerade für das einzelne Individuum sehr groß. Technische Verbesserungen und die Entwicklung spezifischer Regressionsgleichungen könnten in Zukunft zu einer wesentlichen Verbesserung der neuen Methode beitragen. Die Labormethode "Air Displacement Plethysmography" konnte durch die guten Übereinstimmungen der Ergebnisse mit denen der Referenzmethode DXA und die einfache Anwendung überzeugen. Sie stellt eine durchaus konkurrenzfähige Alternative zur Hydrodensitometrie dar, die noch heute als "goldener Standard" zur Erfassung der Körperzusammensetzung akzeptiert wird. Im Verlauf der durchgeführten Studie stellte sich heraus, dass die Hydrodensitometrie sehr hohe Anforderungen an den Probanden stellt. Das Untertauchen des gesamten Körpers unter Wasser in Kombination mit einer maximalen Ausatmung erwies sich als sehr problematisch. Die dabei auftretenden Fehler schlugen sich in der Berechnung der Gesamtkörperfettmasse des einzelnen Individuums wieder und führten zu zum Teil erheblichen Abweichungen der Ergebnisse von denen der Referenzmethode. Die Feldmethoden bioelektrische Impedanzanalyse und Hautfaltendickenmessung erwiesen sich als kostengünstige und leicht anwendbare Methoden. Die Ergebnisse beider Methoden stimmten im Mittel gut mit den Ergebnissen der Referenzmethoden überein. Dennoch zeigte die BIA größere Abstriche in der Beurteilung der Gesamtkörperfettmasse des einzelnen Individuums und bei der Dokumentation von Veränderungen der Gesamtkörperfettmasse. Die Hautfaltendickenmessung stellt – wendet man sie korrekt an – eine Methode dar, die sowohl die Gesamtkörperfettmasse als auch Veränderungen dieser gut erfassen kann. In Abhängigkeit der geforderten Genauigkeit kann diese Methode für die Erfassung der Körperzusammensetzung empfohlen werden. Demnach bleibt die Frage unbeantwortet, inwieweit die indirekten Methoden in der Lage sind, die "wahre" Körperzusammensetzung adäquat zu erfassen. Jede neu entwickelte Methode – die möglichst viele Vorteile in sich vereint – wird wieder vor dem Problem stehen: eine geeignete und dabei praktikable Referenzmethode zu finden, die die wahre Körperzusammensetzung zu bestimmen in der Lage ist. Daher sollte neben dem Streben nach der Entwicklung einer Methode, die genau und leicht anwendbar ist, das Hauptaugenmerk auf die Überarbeitung der zugrunde liegenden Modellvorstellungen und die Verbesserung von Regressionsgleichungen gelegt werden.
N2  - Western industrial countries are characterized by sedentary lifestyle and a high-fat and simple carbohydrate diet. Decrease physical activity and increase energy intake are leading to an epidemic increase of overweight and obesity. Obesity is defined as the presence of excess adipose tissue and has been associated with an increased risk for diseases of the metabolic syndrome. Thus, the importance of obtaining reliable and accurate body fat estimates is essential not only for the prevention, but also for the diagnosis and therapy of obesity. Direct chemical analysis is the most definitive method for determining human body composition. The few data obtained on the composition of adult bodies stemmed from cadaver analyses, dated back to 1945 and 1956. These results contributed greatly to the actual fundamental knowledge about human body composition. Obviously, the method is limited by the precondition of needing the human cadaver and the high complexity of the analyses. Because of this limitation, indirect methods have been developed during the last decades. To date more than ten methods to estimate body composition in vivo are available. The methods can be generally organized into two groups: laboratory and fields methods. Laboratory methods have high accuracy and reproducibility, but are complex and very expensive, whereas field methods are easy to use and economically priced, but less accurate. A new device that combines the positive features of both, laboratory and field methods is needed . An already existing method - Total Body Electrical Conductivity (TOBEC) - meets the requirements for such new device. The technique is based on the principle, that lean tissue is far more electrically conductive than fat, due to the higher content of electrolytes in the fat-free mass. The difference between impedance when a subject is inside and outside of the generated field is an index of the total electrical conductivity of the body, which, in turn is proportional to the lean body mass of the subject. Within the European Project BodyLife (IST - 2000 - 25410) a new field method for estimation the human body composition was developed. To assess the suitability of the new technique the present study aimed to evaluate the reliability of nTOBEC and to validate it against established laboratory and field methods. Within the project the development of the new method (nTOBEC) succeeded to combine the TOBEC-principle, and additionally, to be transportable and easy to use. The high reliability coefficients found in this investigation indicate that nTOBEC is an extremely reliable instrument. By application the new technique we observed a significant overestimation of total body fat mass compared the reference method dual energy x ray absorptiometry (DXA) in both, males and females. However, nTOBEC could document changes in total body fat mass during a weight loss intervention trial. Our data suggest nTOBEC deserves further investigation with the intention of establishing nTOBEC as a non-invasive method for accurately quantifying total body fat mass. Aside from these results we observed accurate results for the easy to use laboratory method "air displacement plethysmography" compared to the results measured by DXA. Furthermore, the field methods - bioelectrical impedance analysis and skinfold thickness measurement – produced good results compared to the reference method.
KW  - Fettsucht
KW  - Metabolisches Syndrom
KW  - Körperfett
KW  - Körperzusammensetzung
KW  - adiposity
KW  - metabolic syndrom
KW  - human body composition
KW  - total body fat
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5702
ER  - 
TY  - THES
A1  - Vossenkuhl, Birgit
T1  - Transmission of MRSA along the meat supply chain
BT  - A methodological concept from farm to fork
N2  - Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) zählen zu den bedeutendsten antibiotikaresistenten Pathogenen, die vor allem in Krankenhäusern aber auch außerhalb von Einrichtungen des Gesundheitswesens weit verbreitet sind. Seit einigen Jahren ist eine neue Generation von MRSA auf dem Vormarsch, die vor allem Nutztierbestände als neue Nische besiedelt. Diese sogenannten Nutztier-assoziierten MRSA wurden wiederholt bei wirtschaftlich bedeutenden Nutztieren sowie daraus gewonnenem Fleisch nachgewiesen. 
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein methodischer Ansatz verfolgt, um die Hypothese einer möglichen Übertragung von Nutztier-assoziierten MRSA entlang der Lebensmittelkette vom Tier auf dessen Fleisch zu bestätigen. Angepasst an die Unterschiede in den verfügbaren Daten wurden dafür zwei neue Konzepte erstellt. 
Zur Analyse der Übertragung von MRSA entlang der Schlachtkette wurde ein mathematisches Modell des Schweineschlachtprozesses entwickelt, welches dazu geeignet ist, den Verlauf der MRSA-Prävalenz entlang der Schlachtkette zu quantifizieren sowie kritische Prozessschritte für eine MRSA-Übertragung zu identifizieren. Anhand von Prävalenzdaten ist es dem Modell möglich, die durchschnittlichen MRSA-Eliminations- und Kontaminationsraten jedes einzelnen Prozessschrittes zu schätzen, die anschließend in eine Monte-Carlo-Simulation einfließen. Im Ergebnis konnte gezeigt werden, dass es generell möglich ist, die MRSA Prävalenz im Laufe des Schlachtprozesses auf ein niedriges finales Niveau zwischen 0,15 bis 1,15% zu reduzieren. Vor allem das Brühen und Abflämmen der Schlachtkörper wurden als kritische Prozesse im Hinblick auf eine MRSA-Dekontamination identifiziert.
In Deutschland werden regelmäßig MRSA-Prävalenz und Typisierungsdaten auf allen Stufen der Lebensmittelkette verschiedener Nutztiere erfasst. Um die MRSA-Daten dieser Querschnittstudie hinsichtlich einer möglichen Übertragung entlang der Kette zu analysieren, wurde ein neuer statistischer Ansatz entwickelt. Hierfür wurde eine Chi-Quadrat-Statistik mit der Berechnung des Czekanowski-Ähnlichkeitsindex kombiniert, um Unterschiede in der Verteilung stammspezifischer Eigenschaften zwischen MRSA aus dem Stall, von Karkassen nach der Schlachtung und aus Fleisch im Einzelhandel zu quantifizieren. Die Methode wurde am Beispiel der Putenfleischkette implementiert und zudem bei der Analyse der Kalbfleischkette angewendet. Die durchgehend hohen Ähnlichkeitswerte zwischen den einzelnen Proben weisen auf eine mögliche Übertragung von MRSA entlang der Lebensmittelkette hin.
Die erarbeiteten Methoden sind nicht spezifisch bezüglich Prozessketten und Pathogenen. Sie bieten somit einen großen Anwendungsbereich und erweitern das Methodenspektrum zur Bewertung bakterieller Übertragungswege.
N2  - Methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is one of the most important antibiotic-resistant pathogens in hospitals and the community. Recently, a new generation of MRSA, the so called livestock associated (LA) MRSA, has emerged occupying food producing animals as a new niche. LA-MRSA can be regularly isolated from economically important live-stock species including corresponding meats. The present thesis takes a methodological approach to confirm the hypothesis that LA-MRSA are transmitted along the pork, poultry and beef production chain from animals at farm to meat on consumers` table. Therefore two new concepts were developed, adapted to differing data sets.
A mathematical model of the pig slaughter process was developed which simulates the change in MRSA carcass prevalence during slaughter with special emphasis on identifying critical process steps for MRSA transmission. Based on prevalences as sole input variables the model framework is able to estimate the average value range of both the MRSA elimination and contamination rate of each of the slaughter steps. These rates are then used to set up a Monte Carlo simulation of the slaughter process chain. The model concludes that regardless of the initial extent of MRSA contamination low outcome prevalences ranging between 0.15 and 1.15 % can be achieved among carcasses at the end of slaughter. Thus, the model demonstrates that the standard procedure of pig slaughtering in principle includes process steps with the capacity to limit MRSA cross contamination. Scalding and singeing were identified as critical process steps for a significant reduction of superficial MRSA contamination. 
In the course of the German national monitoring program for zoonotic agents MRSA prevalence and typing data are regularly collected covering the key steps of different food production chains. A new statistical approach has been proposed for analyzing this cross sectional set of MRSA data with regard to show potential farm to fork transmission. For this purpose, chi squared statistics was combined with the calculation of the Czekanowski similarity index to compare the distributions of strain specific characteristics between the samples from farm, carcasses after slaughter and meat at retail. The method was implemented on the turkey and veal production chains and the consistently high degrees of similarity which have been revealed between all sample pairs indicate MRSA transmission along the chain.
As the proposed methods are not specific to process chains or pathogens they offer a broad field of application and extend the spectrum of methods for bacterial transmission assessment.
KW  - MRSA
KW  - Antibiotikaresistenz
KW  - Modell
KW  - Lebensmittelkette
KW  - Übertragung
KW  - MRSA
KW  - Resistance
KW  - Model
KW  - Food Chain
KW  - Transmission
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85918
ER  - 
TY  - THES
A1  - Uhr, Linda
T1  - Technische Enzyme in Backwaren
T1  - Technical enzymes
BT  - Untersuchung der technologischen Wirkung und Entwicklung eines Multiparameterverfahrens zum quantitativen Nachweis mittels LC-MS/MS im Spurenbereich
BT  - investigation of technological impact, and development of a multi-parameter method for the quantitative detection by LC/MS/MS in trace concentration
N2  - Die sensorisch einwandfreie, konstant gute Qualität von Backprodukten, die beim Verbraucher einen hohen Stellenwert hat, wird maßgeblich durch den Gehalt endogener Getreideenzyme beeinflusst. Seit dem Auftreten züchtungsbedingter Enzymdefizite ist der Einsatz technischer Enzyme zur Gewährleistung dieser geforderten Qualität eine feste Größe in der Backwarenindustrie. Lebensmittelrechtlich werden technische Enzyme nicht als Zutat betrachtet, da sie theoretisch während des Backprozesses umgesetzt werden und im Endprodukt keine technologische Wirkung mehr zeigen. Vor allem in gebackenen Produkten bedarf es der Prüfung, dass die eingesetzten technischen Enzyme nicht mehr als Zutat vorliegen und sich somit einer potentiellen Deklarationspflicht entziehen. Zur Gewährleistung der Wirtschaftlichkeit muss der quantitative Einsatz technischer Enzyme in der Backwarenindustrie gesteuert werden, um optimale Effekte zu erzielen und Kosten zu sparen. Ziel dieser Arbeit war daher die Entwicklung eines Analysenverfahrens, das den simultanen Nachweis verschiedener technischer Enzyme und deren Quantifizierung im Spurenbereich auch in gebackenen Produkten ermöglicht. 
Für die Einschätzung der Wirkung der technischen Enzyme Fungamyl (Novozymes), Amylase TXL (ASA Spezialenzyme GmbH) sowie Lipase FE-01 (ASA Spezialenzyme GmbH) wurden Backversuche durchgeführt, die zeigten, dass Fungamyl und Amylase TXL zu einer verbesserten Brotqualität (Volumenausbeute, Feuchtegehalt, Sensorik) beitrugen. Die Zugabe der Lipase FE-01 führte zu einer vermehrten Bildung  freier Fettsäuren und wirkte sich negativ auf die sensorische Brotqualität aus. Dieser bisher nicht beschriebene Effekt konnte auf die Nutzung eines Spezialöls als Backzutat zurückgeführt werden, welches ausschließlich aus gesättigten Fettsäuren besteht. Dies bestätigt die Bedeutung der Auswahl eines geeigneten Fettes beim Zusatz technischer Lipase zum Backprozess.
Um die in Fungamyl und Lipase FE-01 enthaltenen Enzyme zu identifizieren, wurden SDS-PAGE und anschließender In-Gel-Verdau angewendet um die Analyse proteolytisch gespaltener Proteine mit MALDI-TOF-MS zu ermöglichen. Es konnte gezeigt werden, dass Fungamyl ein Gemisch aus 9,8 % alpha-Amylase (Aspergillus oryzae) und 5,2 % Endo-1,4-Xylanase (Thermomyces lanuginosus) enthält. Lipase FE-01 besteht aus der Lipase (Thermomyces lanuginosus), Amylase TXL wurde als alpha-Amylase (Aspergillus oryzae) identifiziert.
Zur Analyse der technischen Enzyme in Backwaren wurde aufgrund seiner Robustheit und Sensitivität das Verfahren der LC-MS/MS gewählt. Die Entwicklung einer solchen Methode zur Detektion spezifischer Peptide ermöglichte den qualitativen Nachweis der 3 Enzyme alpha-Amylase (Aspergillus oryzae), Endo-1,4-Xylanase (Thermomyces lanuginosus) und Lipase (Thermomyces lanuginosus). Durch eine lineare Kalibrierung aus synthetisch hergestellten Peptiden unter Einbeziehung eines Protein-Internen-Standards sowie isotopenmarkierter Peptidstandards erfolgte darüber hinaus die quantitative Bestimmung in selbst hergestellten Referenzmaterialien (Weizenmehl, Toastbrot und Biskuitkeks). In weniger als 20 Minuten Messzeit kann das Enzym alpha-Amylase ab einer Konzentration von 2,58 mg/kg (Mehl, Keks), bzw. 7,61 mg/kg (Brot) quantitativ nachgewiesen werden. Zeitgleich können die Enzyme Endo-1,4-Xylanase ab einer Konzentration von 7,75 mg/kg (Brot), 3,64 mg/kg (Keks) bzw. 15,60 mg/kg (Mehl) sowie Lipase ab einer Konzentration von 1,26 mg/kg (Mehl, Keks), bzw. 2,68 mg/kg (Brot) quantifiziert werden. Die Methode wurde nach allgemein verwendeten Richtlinien im Zuge einer Validierung statistisch geprüft und lieferte sehr robuste und reproduzierbare quantitative Werte mit Wiederfindungsraten zwischen 50 % und 122 %. Das primäre Ziel dieser Arbeit, die Entwicklung eines quantitativen Multiparameterverfahrens zum Nachweis technischer Enzyme in Backwaren, wurde somit erfolgreich umgesetzt.
N2  - The consistent and good quality of baked products, which is of great importance for consumers, is significantly influenced by endogenous grain enzymes. Since cereal breeding techniques have caused deficits of endogenous enzymes, the use of technical enzyme alternatives became a routine process in the bakery industry to ensure the expected quality. According to food law, technical enzymes are not listed as ingredients, because theoretically, enzymes are destroyed during the baking process so that there is no more technological activity in the end product. To prevent a potentially required declaration, it has to be verified that technical enzymes are no ingredients in baking products. To secure economic viability, the quantitative application of technical enzymes should be regulated to gain optimal effects and save costs. Therefore, the aim of this thesis was the development of a quantitative analytical method with the potential to analyze several technical enzymes simultaneously and sensitively (ppm concentration) quantify them in baking products.
The effects of the use of the technical enzymes Fungamyl (Novozymes), Amylase TXL (ASA Spezialenzyme GmbH) and Lipase FE-01 (ASA Spezialenzyme GmbH) were monitored during baking experiments. The application of Fungamyl and Amylase TXL resulted in a perfect bread quality (high volume, good bread humidity, good sensory grading). The addition of Lipase FE-01 led to an increased release of free fatty acids, resulting in bread with a bad sensory quality. Reason for that previously not described negative effect is the use of an oil consisting only of saturates fatty acids as a baking ingredient. Thereby the importance of the choice of fat as a baking ingredient was demonstrated and confirmed.
To identify the enzymes contained in the technical enzymes Fungamyl and Lipase FE-01, SDS-PAGE and in-gel digestion were applied, enabling the analysis of proteolytically splitted proteins by MALDI-TOF-MS. It was shown that Fungamyl contains 9.8 % alpha-Amylase (Aspergillus oryzae) and 5.2 % Endo-1,4-Xylanase (Thermomyces lanuginosus). Lipase FE-01 consists of Lipase (Thermomyces lanuginosus) and Amylase TXL could be qualified as alpha-Amylase (Aspergillus oryzae).
Based on its robustness and sensitivity LC/MS/MS was the analytical method of choice. The development of a specific LC/MS/MS method capable of detecting characteristic peptides, allowed for the qualitative determination of the enzymes alpha-Amylase (Aspergillus oryzae), Endo-1,4-Xylanase (Thermomyces lanuginosus) and Lipase (Thermomyces lanuginosus). Quantification of self-made reference material (wheat flour, bread and cookies) was performed by linear calibration with synthetically produced peptide standards and the use of a protein internal standard as well as isotopically labeled peptide standards. Less than 20 minutes are necessary to quantify alpha-Amylase at a minimum concentration of 2.58 mg/kg (flour, cookies) and 7.61 mg/kg (bread). Simultaneously the enzyme Endo-1,4-Xylanase can be quantified at  concentrations as low as 3.64 mg/kg (cookies), 7.75 mg/kg (bread) and 15.60 mg/kg (flour) as well as the enzyme Lipase at a minimum concentration of 1.26 mg/kg (flour, cookies) and 2.68 mg/kg (bread).
Finally the method was validated in accordance with generally accepted guidelines. It was shown that the method leads to very stable and reproducible quantitative results for the three tested enzymes with recovery rates between 50 % and 122 %. The primary aim of this thesis, developing a quantitative multi parameter method for analyzing technical enzymes in baking products, was successfully implemented.
KW  - Enzyme
KW  - LC-MS/MS
KW  - quantitativ
KW  - enzymes
KW  - LC/MS/MS
KW  - quantitative
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-96432
ER  -