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The cell interior is a highly packed environment in which biological macromolecules evolve and function. This crowded media has effects in many biological processes such as protein-protein binding, gene regulation, and protein folding. Thus, biochemical reactions that take place in such crowded conditions differ from diluted test tube conditions, and a considerable effort has been invested in order to understand such differences.
In this work, we combine different computationally tools to disentangle the effects of molecular crowding on biochemical processes. First, we propose a lattice model to study the implications of molecular crowding on enzymatic reactions. We provide a detailed picture of how crowding affects binding and unbinding events and how the separate effects of crowding on binding equilibrium act together. Then, we implement a lattice model to study the effects of molecular crowding on facilitated diffusion. We find that obstacles on the DNA impair facilitated diffusion. However, the extent of this effect depends on how dynamic obstacles are on the DNA. For the scenario in which crowders are only present in the bulk solution, we find that at some conditions presence of crowding agents can enhance specific-DNA binding. Finally, we make use of structure-based techniques to look at the impact of the presence of crowders on the folding a protein. We find that polymeric crowders have stronger effects on protein stability than spherical crowders. The strength of this effect increases as the polymeric crowders become longer. The methods we propose here are general and can also be applied to more complicated systems.
Changes in extratropical storm track activity and their implications for extreme weather events
(2016)
Die empirische Studie hat die Verwissenschaftlichung der Physiotherapie und deren Relevanz für die berufliche Praxis in Deutschland zum Gegenstand. Unter Verwissenschaftlichung werden Prozesse der wissenschaftlichen Disziplinbildung und Akademisierung verstanden. Die Praxisrelevanz drückt sich in Veränderungsbestrebungen der Physiotherapie vom Beruf hin zur Profession aus.
Ausgehend von wissenschaftstheoretischen Ansätzen zur Disziplinbildung, Akademisierung und Professionalisierung sowie dem diesbezüglichen physiotherapeutischen Forschungsstand wendet sich die Arbeit aus den Perspektiven historischer und gegenwärtiger wissenschaftlicher Formierungsprozesse der empirischen Analyse des beschriebenen Gegenstandes zu.
Die zentralen Fragestellungen der vorliegenden Arbeit sind:
Auf welcher theoretischen Basis werden welche der Physiotherapie impliziten Gegenstände im Kontext welchen Theorie-Praxis-Verständnisses konstituiert?
Und: Gibt es ein theoretisches Fundament in Form von Theorien und Modellen, aus welchem sich forschungsmethodologische und wissenschaftstheoretische Zugänge begründen lassen und inwieweit zeigt sich hier das Potential zur Heranbildung einer wissenschaftlichen Disziplin?
Wie bezieht sich die Wissenschaft dabei auf eine professionelle Praxis und umgekehrt?
Der empirische Zugang zum Gegenstand erfolgte auf zwei Wegen:
1. Fachzeitschriftenanalyse zur Erfassung der Historizität,
2. Experteninterviews zur Erfassung der Kontextualität der Verwissenschaftlichung.
Die vorliegende Arbeit versteht sich als Beitrag zum wissenschaftlichen Diskurs in der Physiotherapie. Sie verfolgt das Ziel, eine empirisch belastbare Aussage bezüglich des Gelingens einer Disziplinbildung sowie des Akademisierungsprozesses in Deutschland zu treffen und diese in Beziehung zum Praxisfeld zu setzen. Empirisch relevant ist hierfür die Analyse der Historie. Letztere wiederum definiert den Weg zu einer ebenfalls zu analysierenden gegenwärtigen gesellschaftlichen Verortung. Die vorliegenden Analysen rekonstruieren die Emanzipation der Physiotherapie in Deutschland von einem Heilhilfsberuf hin zu einer eigenständigen Profession mit dem Fokus auf Prozesse der Disziplinbildung und Akademisierung.
Die Ergebnisse der Arbeit sind vielfältig und zeigen, dass die deutsche Physiotherapie sich unter anderem durch die Akademisierung auf dem Weg zu einer Wissenschaft sowie einer Profession befindet. Allerdings führt die Parallelität von Theoriebildung und Praxishandeln im Sinne einer kaum nachweisbaren Verschränkung beider Handlungsebenen zu dem Schluss, dass die untersuchten Prozesse bislang nicht zwangsläufig zu wissenschaftlich emanzipatorischem Erfolg führen müssen.
It is the intention of this study to contribute to further rethinking and innovating in the Microcredit business which stands at a turning point – after around 40 years of practice it is endangered to fail as a tool for economic development and to become a doubtful finance product with a random scope instead. So far, a positive impact of Microfinance on the improvement of the lives of the poor could not be confirmed. Over-indebtment of borrowers due to the pre-dominance of consumption Microcredits has become a widespread problem. Furthermore, a rising number of abusive and commercially excessive practices have been reported.
In fact, the Microfinance sector appears to suffer from a major underlying deficit: there does not exist a coherent and transparent understanding of its meaning and objectives so that Microfinance providers worldwide follow their own approaches of Microfinance which tend to differ considerably from each other.
In this sense the study aims at consolidating the multi-faced and very often confusingly different Microcredit profiles that exist nowadays. Subsequently, in this study, the Microfinance spectrum will be narrowed to one clear-cut objective, in fact away from the mere monetary business transactions to poor people it has gradually been reduced to back towards a tool for economic development as originally envisaged by its pioneers.
Hence, the fundamental research question of this study is whether, and under which conditions, Microfinance may attain a positive economic impact leading to an improvement of the living of the poor.
The study is structured in five parts: the three main parts (II.-IV.) are surrounded by an introduction (I.) and conclusion (V.). In part II., the Microfinance sector is analysed critically aiming to identify the challenges persisting as well as their root causes. In the third part, a change to the macroeconomic perspective is undertaken in oder to learn about the potential and requirements of small-scale finance to enhance economic development, particularly within the economic context of less developed countries. By consolidating the insights gained in part IV., the elements of a new concept of Microfinance with the objecitve to achieve economic development of its borrowers are elaborated.
Microfinance is a rather sensitive business the great fundamental idea of which is easily corruptible and, additionally, the recipients of which are predestined victims of abuse due to their limited knowledge in finance. It therefore needs to be practiced responsibly, but also according to clear cut definitions of its meaning and objectives all institutions active in the sector should be devoted to comply with. This is especially relevant as the demand for Microfinance services is expected to rise further within the years coming. For example, the recent refugee migration movement towards Europe entails a vast potential for Microfinance to enable these people to make a new start into economic life. This goes to show that Microfinance may no longer mainly be associated with a less developed economic context, but that it will gain importance as a financial instrument in the developed economies, too.
Among the bloom-forming and potentially harmful cyanobacteria, the genus Microcystis represents a most diverse taxon, on the genomic as well as on morphological and secondary metabolite levels. Microcystis communities are composed of a variety of diversified strains. The focus of this study lies on potential interactions between Microcystis representatives and the roles of secondary metabolites in these interaction processes.
The role of secondary metabolites functioning as signaling molecules in the investigated interactions is demonstrated exemplary for the prevalent hepatotoxin microcystin. The extracellular and intracellular roles of microcystin are tested in microarray-based transcriptomic approaches. While an extracellular effect of microcystin on Microcystis transcription is confirmed and connected to a specific gene cluster of another secondary metabolite in this study, the intracellularly occurring microcystin is related with several pathways of the primary metabolism. A clear correlation of a microcystin knockout and the SigE-mediated regulation of carbon metabolism is found. According to the acquired transcriptional data, a model is proposed that postulates the regulating effect of microcystin on transcriptional regulators such as the alternative sigma factor SigE, which in return captures an essential role in sugar catabolism and redox-state regulation.
For the purpose of simulating community conditions as found in the field, Microcystis colonies are isolated from the eutrophic lakes near Potsdam, Germany and established as stably growing under laboratory conditions. In co-habitation simulations, the recently isolated field strain FS2 is shown to specifically induce nearly immediate aggregation reactions in the axenic lab strain Microcystis aeruginosa PCC 7806. In transcriptional studies via microarrays, the induced expression program in PCC 7806 after aggregation induction is shown to involve the reorganization of cell envelope structures, a highly altered nutrient uptake balance and the reorientation of the aggregating cells to a heterotrophic carbon utilization, e.g. via glycolysis. These transcriptional changes are discussed as mechanisms of niche adaptation and acclimation in order to prevent competition for resources.
Das biogene Amin Serotonin (5-Hydroxytryptamin, 5-HT) agiert als wichtiger chemischer Botenstoff bei einer Vielzahl von Organismen. Das durch 5 HT vermittelte Signal wird dabei durch spezifische Rezeptoren wahrgenommen und in eine zelluläre Reaktion umgesetzt. Diese 5 HT Rezeptoren gehören überwiegend zur Familie der G Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCRs). Die Honigbiene Apis mellifera bietet unter anderem aufgrund ihrer eusozialen Lebensweise vielfältige Ansatzpunkte zur Erforschung der Funktionen des serotonergen Systems in Insekten. Bei A. mellifera wurden bereits vier 5-HT-Rezeptor-Subtypen beschrieben und molekular sowie pharmakologisch charakterisiert: Am5 HT1A, Am5 HT2α, Am5 HT2β und Am5 HT7. Ziel dieser Arbeit war es, gewebespezifische sowie alters- und tageszeitabhängige Expressionsmuster der 5 HT Rezeptor-Subtypen zu untersuchen, um zu einem umfassenden Verständnis des serotonergen Systems der Honigbiene beizutragen und eine Basis zur Hypothesenentwicklung für mögliche physiologische Funktionen zu schaffen.
Es wurde die Expression der 5 HT Rezeptorgene sowohl im zentralen Nervensystem, als auch in Teilen des Verdauungs-, Exkretions- und Speicheldrüsensystems gemessen. Dabei konnte gezeigt werden, dass die untersuchten 5-HT-Rezeptor-Subtypen generell weit im Organismus der Honigbiene verbreitet sind. Interessanterweise unterschieden sich die untersuchten Gewebe hinsichtlich der mRNA-Expressionsmuster der untersuchten Rezeptoren. Während beispielsweise im Gehirn Am5 ht1A und Am5 ht7 stärker als Am5 ht2α und Am5 ht2β exprimiert wurden, zeigte sich in Darmgewebe ein umgekehrtes Muster.
Es war bereits bekannt, dass es bei der Expression der Am5-ht2-Gene zu alternativem Spleißen kommt. Dies führt zur Entstehung der verkürzten mRNA-Varianten Am5 ht2αΔIII und Am5 ht2βΔII. Die daraus resultierenden Proteine können nicht als funktionelle GPCRs agieren. Es konnte gezeigt werden, dass diese verkürzten Spleißvarianten dennoch ubiquitär in der Honigbiene exprimiert werden. Bemerkenswerterweise wurden gewebeübergreifende Ähnlichkeiten der Expressionsmuster der Spleißvarianten gegenüber deren zugehörigen Volllängenvarianten festgestellt, welche auf Funktionen der verkürzten Varianten in vivo hindeuten.
Im Hinblick auf die bei A. mellifera hauptsächlich altersbedingte Arbeitsteilung wurde die Expression der 5 HT Rezeptor-Subtypen in Gehirnen von unterschiedlich alten Arbeiterinnen mit unterschiedlichen sozialen Rollen verglichen. Während auf mRNA-Ebene keines der vier 5 HT Rezeptor-Subtypen eine altersabhängig unterschiedliche Expression zeigte, konnte für das Am5-HT1A-Protein eine höhere Konzentration in den Gehirnen älterer Tiere gefunden werden. Dies deutet auf eine posttranskriptionale Regulation der 5 HT1A Rezeptorexpression hin, welche im Zusammenhang mit der Arbeitsteilung stehen könnte.
Es erfolgte die Untersuchung tageszeitlicher Änderungen sowohl der Expression der 5 HT Rezeptor-Subtypen, als auch des biogenen Amins 5 HT selbst. Während es in den Gehirnen von Arbeiterinnen, welche unter natürlichen Bedingungen gehalten wurden, zu keiner tageszeitabhängigen Veränderung des 5 HT-Titers kam, zeigte die mRNA-Expression von Am5-ht2α und Am5-ht2β eine periodische Oszillation mit Zunahme während des Tages und Abnahme während der Nacht. Diese Regulation wird durch externe Faktoren hervorgerufen und ist nicht auf einen endogenen circadianen Rhythmus zurückzuführen. Dies ging aus der Wiederholung der Expressionsmessungen an Gehirnen von Bienen, welche unter konstanten Laborbedingungen gehalten wurden, hervor.
Weiterhin wurde die Beteiligung des serotonergen Systems an der Steuerung von Aspekten des circadianen lokomotorischen Aktivitätsrhythmus anhand von Verhaltensexperimenten untersucht. Mit 5 HT gefütterte Arbeiterinnen zeigten dabei unter konstanten Bedingungen eine längere Periode des Aktivitätsrhythmus als Kontrolltiere. Dies deutet auf einen Einfluss von 5 HT auf die Modulation der Synchronisation der inneren Uhr hin.
Die vorliegenden Ergebnisse tragen wesentlich zum tieferen Verständnis des serotonergen Systems der Honigbiene bei und bieten Ansatzpunkte für weitergehende Studien zur Funktion von 5 HT im Zusammenhang mit der Modulation von physiologischen Prozessen, Arbeitsteilung und circadianen Rhythmen.