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Ecological and evolutionary dynamics can occur on similar timescales. However, theoretical predictions of how rapid evolution can affect ecological dynamics are inconclusive and often depend on untested model assumptions. Here we report that rapid prey evolution in response to oscillating predator density affects predator-prey (rotifer-algal) cycles in laboratory microcosms. Our experiments tested explicit predictions from a model for our system that allows prey evolution. We verified the predicted existence of an evolutionary tradeoff between algal competitive ability and defence against consumption, and examined its effects on cycle dynamics by manipulating the evolutionary potential of the prey population. Single-clone algal cultures (lacking genetic variability) produced short cycle periods and typical quarter-period phase lags between prey and predator densities, whereas multi-clonal (genetically variable) algal cultures produced long cycles with prey and predator densities nearly out of phase, exactly as predicted. These results confirm that prey evolution can substantially alter predator-prey dynamics, and therefore that attempts to understand population oscillations in nature cannot neglect potential effects from ongoing rapid evolution.
Der "Leukocyte Receptor Complex" (LRC) ist ein DNA-Sequenzabschnitt auf dem Chromosom 19 des Menschen, der eine Länge von über 900.000 Basenpaaren umfaßt. In diesem Chromosomenabschnitt ist eine Vielzahl von Genen lokalisiert, die für die Funktion verschiedener weißer Blutzellen (Leukozyten) von entscheidender Bedeutung sind. Bei den aus diesen Genen synthetisierten Proteinen (Eiweißen) handelt es sich um Strukturen, die auf der Oberfläche dieser Zellen lokalisiert sind und zur Interaktion der Leukozyten mit ihrer Umgebung dienen. Diese auch als Rezeptoren bezeichneten Proteine können mit Oberflächenproteinen auf anderen Körperzellen wechselwirken und daraus resultierende Signale in das Innere der Blutzelle weiterleiten. In der vorliegenden Doktorarbeit wurde der LRC im Detail untersucht. Hierzu wurde zunächst der gesamte Chromosomenabschnitt aus kleineren, einander überlappenden DNA-Fragmenten rekonstruiert. Aufgrund der in diesen DNA-Fragmenten enthaltenen DNA-Sequenzen war es möglich, den gesamten Chromosomenabschnitt ähnlich einem Puzzle zusammenzusetzen. Die anschließende Analyse des LRC zeigte, daß sich dieser in drei Bereiche, sogenannte Cluster, unterteilen läßt. Diese Cluster sind dadurch gekennzeichnet, daß in ihnen jeweils nur Gene eines Rezeptortyps vorkommen. Hierbei handelt es sich um ‚immunoglobulin-like transcript′ -Gene (ILT) und ‚killer cell Ig-like receptor′-Gene (KIR). Die KIR- und ILT-Cluster werden von weiteren stammesgeschichtlich verwandten Genen unterbrochen und flankiert. Je nach Individuum können im LRC bis zu 31 solcher verwandten Rezeptorgene lokalisiert sein. Auf der Grundlage der Kartierungsdaten und von Daten des humanen Genomprojekts war es zudem möglich, evolutionäre Untersuchungen zur Entwicklung des LRC durchzuführen. Dabei wurde eine Hypothese zur Entstehung des LRC entworfen und zu anderen Spezies in Beziehung gesetzt. Im zweiten Teil der Arbeit habe ich aufbauend auf der sogenannten HRCA-Methode eine Technik entwickelt, die es erlaubt kleinste Unterschiede zwischen DNA-Sequenzen, sogenannte Einzelbasenpaaraustausche, nachzuweisen. Die entwickelte Methode kann verwendet werden, um sehr ähnliche DNA-Sequenzen, wie z.B. verschiedene KIR-Sequenzen, zu unterscheiden und ihre Menge zu bestimmen. Sie ist außerdem geeignet Mutationen, die mit bestimmten Krankheiten assoziiert sind, nachzuweisen und könnte somit in der Diagnostik Anwendung finden.
1. This is a discussion of the applicability to the phytoplankton of the concepts of 'Plant Functional Types' (PFTs) and 'Functional Diversity' (FD), which originated in terrestrial plant ecology. 2. Functional traits driving the performance of phytoplankton species reflect important processes such as growth, sedimentation, grazing losses and nutrient acquisition. 3. This paper presents an objective, mathematical way of assigning PFTs and measuring FD. Ecologists can use this new approach to investigate general hypotheses (e.g. the intermediate disturbance hypothesis (IDH), the insurance hypothesis and synchronicity phenomena), since, for example, in its original formulation the IDH makes its predictions based on FD rather than species diversity.
Biosensors which make use of the high specificity of enzymes, antibodies, and nucleic acids have been described for detection of numerous metabolites, hormones, and nucleic acid sequences. In addition to biological components nowadays biomimetic recognition molecules are also used. Especially antibodies, aptamers, and molecular imprints are promising biomimetics. They could broaden the range of detectable analytes and could increase the functional stability of the sensor. In this publication we describe the generation of biomimetic antibodies and biomimetic molecular imprints for binding creatinine and for hydrolyzing phenylcarbamates to be used in electrochemical sensors.
Species such as Dreissena polymorpha sometimes contribute substantially in the transfer of primary to secondary production. During the ontogenetic cycle, the reproductive investment of adult mussels is one of the main parameters that affect recruitment success. We studied how food quality and temperature affect the reproductive investment in term of egg mass of D. polymorpha in a lake by sampling mussels monthly from 4 m and 15 m depths. Temperature affected reproduction directly and also indirectly through the food. To assess whether temperature and/or food conditions led to the differences observed in mussels sampled from the two depths, mussels were reared in the laboratory under two different temperature regimes for 3 months, simulating the temperature of the lake at 4 m and 15 m depth. Possible effects of food quality were tested at each temperature using four diets differing in fatty acid composition. Temperature played an important role as a trigger for spawning, and the type of diet clearly affected the reproductive investment. When the heterokont chromophyte alga Nannochloropsis limnetica, which is rich in polyunsaturated fatty acids (PUFAs) and long-chained PUFAs (>C18), was fed to mussels, an increased egg mass was obtained. This result was in contrast to that found when the green alga Scenedesmus obliquus and the cyanobacterium Aphanothece sp., both of which are deficient in long-chained PUFAs, were offered as food to the mussels. Such a PUFA-dependent food quality may affect reproduction in lakes. Food quality effects vary seasonally in a lake and may be most important in summer, when low-food- quality green algae and cyanobacteria are abundant. The low biochemical quality of these blooms may affect at least the later period of gametogenesis of D. polymorpha, which reproduces from June to August.
Settlement on suitable substrata under favourable environmental conditions is an important factor for a successful recruitment of adult populations of Dreissena polymorpha. Therefore, the pattern of settlement of zebra mussel (Dreissena polymorpha) larvae at different depths was studied in Lake Constance. Maximum densities of larvae and newly settled juvenile mussels were observed at 4m depth, while only single settlement episodes were recorded at greater depths (15 m and 30 m). Temperature fluctuation was used as a surrogate parameter for internal seiches. Biotic and abiotic parameters were subjected to a principal component analysis (PCA). The tight coupling of the internal seiches, larval abundance and settlement at 4-m depth vs. the lack of coupling of the latter two variables at greater depths indicated that water currents transported settling larvae to the substrata at greater depth. Our data suggest that physical factors, such as boundary mixing and internal seiches, should be considered as sources of variability in settlement.
The fructose-1,6-bis(phosphate) aldolase isologous tetramer tightly associates through two different subunit interfaces defined by its 222 symmetry. Both single- and double-interfacial mutant aldolases have a destabilized quaternary structure, but there is little effect on the catalytic activity. These enzymes are however thermolabile. This study demonstrates the temperature-dependent dissociation of the mutant enzymes and determines the dissociation free energies of both mutant and native aldolase. Subunit dissociation is measured by sedimentation equilibrium in the analytical ultracentrifuge. At 25C the tetramerdimer dissociation constants for each single-mutant enzyme are similar, about 10 -6 M. For the double-mutant enzyme, sedimentation velocity experiments on sucrose density gradients support a tetramermonomer equilibrium. Furthermore, sedimentation equilibrium experiments determined a dissociation constant of 10- 15 M3 for the double-mutant enzyme. By the same methods the upper limit for the dissociation constant of wild-type aldolase A is approximately 10-28 M3, which indicates an extremely stable tetramer. The thermodynamic values describing monomer-tetramer and dimer-tetramer equilibria are analyzed with regard to possible cooperative interaction between the two subunit interfaces.
Mixotrophs combine resource use to outcompete specialists: Implications for aquatic food webs
(2003)
The majority of species can be grouped into those relying solely on photosynthesis (phototrophy) or those relying solely on the assimilation of organic substances (heterotrophy) to meet their requirements for energy and carbon. However, a special life history trait exists in which organisms combine both phototrophy and heterotrophy. Such 'mixotrophy' is a widespread phenomenon in aquatic habitats and is observed in many protozoan and metazoan organisms. The strategy requires investment in both photosynthetic and heterotrophic cellular apparatus, but the benefits must outweigh these costs. In accordance with the mechanistic resource competition theory, laboratory experiments revealed that pigmented mixotrophs combined light and prey as substitutable resources. Thereby, they reduced prey abundance below the critical food concentration of competing specialist grazers [Rothhaupt, K. O. (1996) Ecology 77, 716-724]. Here, we demonstrate for the first time the important consequences of this strategy for an aquatic community. In the illuminated surface strata of a lake, mixotrophs reduced prey abundance so steeply that grazers from higher trophic levels, consuming both the mixotrophs and their prey, could not persist. Thus, the mixotrophs escaped from both competition and grazing, and remained dominant. Furthermore, the mixotrophs structured the prey abundance along the vertical light gradient creating low densities near the surface and a pronounced maximum of their algal prey at depth. Such deep algal accumulations are typical features of nutrient poor aquatic habitats, previously explained by resource availability. We hypothesize instead that the mixotrophic grazing strategy is responsible for deep algal accumulations in many aquatic environments.
Small-subunit (SSU) rRNA genes (rDNA) were amplified by PCR from a hot pool environmental DNA sample using Bacteria- or Archaea-specific rDNA primers. Unique rDNA types were identified by restriction fragment length polymorphism (RFLP) analysis and representative sequences were determined. Family 10 glycoside hydrolase consensus PCR primers were used to explore the occurrence and diversity of xylanase genes in the hot pool environmental DNA sample. Partial sequences for three different xylanases were obtained and genomic walking PCR (GWPCR), in combination with nested primer pairs, was used to obtained a unique 1,741-bp nucleotide sequence. Analysis of this sequence identified a putative XynA protein encoded by the xynA open reading frame. The single module novel xylanase shared sequence similarity to the family 10 glycoside hydrolases. The purified recombinant enzyme, XynA expressed in E. coli exhibited optimum activity at 100 degrees C and pH 6.0, and was extremely thermostable at 90 degrees C. The enzyme showed high specificity toward different xylans and xylooligosaccharides.
CTLA-4 gene constructs were designed to express CTLA-4 exclusively in the endoplasmic reticulum (ER). Four different CTLA-4 gene constructs were transfected into HEK 293 (human embryonic kidney) and A20 (Balb/c mouse B lymphoma) cells. All constructs contained an ER retention signal and coded for CTLA-4 expression in the ER. One of the constructs, which contained the membrane part of CTLA-4, coded for an expression both on the cell surface and in the ER. Three of the expressed CTLA-4 types (including the ER-membrane-expressed form) caused a reduced surface expression of B7 in the A20 cells. Only constructs which allow dimerization of CTLA-4 showed this effect. It is assumed that intracellular CTLA-4 bound B7 and inhibited therefore the transport of B7 to the surface. The binding obviously caused also an enhanced degradation of the complexes because both proteins showed a low concentration in the transfected cell lines. CTLA-4-transfected and B7-reduced A20 cells showed a diminished costimulating activity upon T cells. This was demonstrated by a reduced proliferation of T cells from ovalbumin-immunized Balb/c mice, incubated with ovalbumin peptide-primed CTLA-4-transfected A20 cells.
Im Bereich der medizinischen Diagnostik spielen DNA-Chips eine immer wichtigere Rolle. Dabei werden Glas- oder Silikon-Oberflächen mit Tausenden von einzelsträngigen DNA-Fragmenten, sog. Sonden, bestückt, die mit den passenden DNA-Fragmenten in der zugefügten Patientenprobe verschmelzen. Die Auswertung solcher Messungen liefert die Diagnose für Krankheiten wie z.B. Krebs, Alzheimer oder für den Nachweis pathogener Erreger. Durch fortschreitende Miniaturisierung dieser Meßsysteme können bis zu 40.000 Genfragmente des Menschen in einer einzigen Messung analysiert werden. Neben den DNA-Fragmenten können Bio-Chips auch für andere biologische Komponenten wie Antikörper und Proteine eingesetzt werden, wobei bei letzteren neben der Bindung auch die Aktivität ein wichtiger Diagnoseparamter ist. Am Fraunhofer-Institut für medizinische Technik und am Lehrstuhl für Analytische Biochemie der Universität Potsdam wurden im Rahmen einer Doktorarbeit Methoden entwickelt, die es ermöglichen auf nukleinsäuremodifizierten Sensoroberflächen die Aktivität von Proteinen zu messen. Es wurden Nukleinsäuren auf Oberflächen optischer Sensoren verankert. Diese fungierten als Rezeptor für die Proteine sowie auch als Substrat für Restriktionsenzyme, die Nukleinsäuren schneiden und Polymerasen, die Nukleinsäuren synthetisieren und verlängern können. Seine Anwendung fand diese Messmethode in der Messung der Aktivität des Proteins Telomerase, das in 90% aller Tumore erhöhte Aktivität gegenüber gesunden Zellen aufweist. Die Vorteile dieses neuen Assays gegenüber älteren Methoden liegt im Verzicht auf radioaktiv-markierten Komponenten und einer deutlich verkürzten Analysezeit. Die Arbeit schliesst mit einem funktionsfähigen Nachweis der Telomeraseaktivität im Zellextrakt von gesunden und kranken Zellen. Der direkte Einfluß von Hemmstoffen auf die Aktivität konnte sichtbar gemacht werden, und steht daher bei der Entwicklung neuer Tumor-Diagnostika und Therapeutika zur Verfügung.
Enzyme Electrodes
(2003)
Biosensoren
(2003)
The development of fast and reliable biochemical tools for on-site screening in environmental analysis was the main target of the present work. Due to various hazardous effects such as endocrine disruption and toxicity phenolic compounds are key analytes in environmental analysis and thus were chosen as model analytes. Three different methods were developed: For the enzymatic detection of phenols in environmental samples an enzyme-based biosensor was developed. In contrast to reported work using tyrosinase or peroxidases, we developed a biosensor based on glucose dehydrogenase as biorecognition element. This biosensor was devoted for an application in a laboratory flow system as well as in a portable device for on-site measurements. This enzymatic detection is applicable only for a limited number of phenols due to substrate specificity of the enzyme. For other relevant compounds based on a phenolic structure (i.e. nitrophenol, alkylphenols and alkylphenol ethoxylates) immunological methods had to be developed. The electrochemical GDH-biosensor was used as the label detector in these immunoassays. Two heterogeneous immunoassays were developed where ßGal was used as the label. An electrochemical method for the determination of the marker enzyme activity was processed. The separation step was realized with protein A/G columns (laboratory flow system) or by direct immobilization of the antibodies in small disposable capillaries (on-site analysis). All methods were targeted on the contemporary analysis of small numbers of samples.
In der vorliegenden Arbeit habe ich wichtige Teilmechanismen der Erregungs-Sekretionskopplung in der Speicheldrüse der Schabe Periplaneta americana (L.) untersucht. Die Speicheldrüse ist von dopaminergen und serotonergen Fasern innerviert (Baumann et al., 2002). Beide Transmitter stimulieren eine unterschiedliche Reaktion der Drüse: Dopamin (DA) stimuliert die P-Zellen der Acini und die Ausführgangzellen, während Serotonin (5-HT) die P- und C-Zellen der Acini stimuliert, nicht jedoch die Ausführgangzellen. Der Endspeichel ist nach einer DA-Stimulierung proteinfrei. Dagegen enthält er nach einer 5-HT-Stimulierung Proteine, die von den C-Zellen sezerniert werden (Just & Walz, 1996). Im ersten Teil meiner Arbeit habe ich mittels Kapillarelektrophoretischer Analyse (CE-Analyse) die Elektrolytkonzentrationen im Endspeichel untersucht sowie die Raten der Flüssigkeitssekretion gemessen. Damit wollte ich klären, welche Transporter an der Sekretion des Primärspeichels und an dessen Modifikation beteiligt sind. Ausserdem wollte ich die Rolle der transportaktiven Epithelzellen der Ausführgänge für die Modifikation des Primärspeichels untersuchen. Dafür habe ich einen Vergleich der Elektrolytkonzentrationen im DA- und 5-HT-stimulierten Endspeichel durchgeführt. Der Elektrolytgehalt des DA- und 5-HT-stimulierten Endspeichels unterscheidet sich nicht signifikant voneinander. Er ist nach beiden Stimulierungen hypoosmotisch zum verwendeten Ringer. Die Ausführgangzellen werden durch DA stimuliert und modifizieren den Primärspeichel durch eine netto-Ionenreabsorption. Meine Versuche zeigen jedoch, dass auch die während einer 5-HT-Stimulierung der Drüse unstimulierten Ausführgangzellen den Primärspeichel modifizieren. In einer nachfolgenden Versuchsreihe habe ich den Einfluss von Ouabain, einem Hemmstoff der Na+-K+-ATPase, und Bumetanid, einem Hemmstoff des NKCC, auf die Raten der Flüssigkeitssekretion sowie den Elektrolytgehalt des Endspeichels untersucht. Ich habe gefunden, dass die Aktivität der Na+-K+-ATPase wichtig für die Modifikation des DA-stimulierten Primärspeichels ist. Im Gegensatz dazu ist sie für die Modifikation des 5-HT-stimulierten Primärspeichels nicht von Bedeutung. Bezüglich der Flüssigkeitssekretion habe ich keinen Einfluss der Na+-K+-ATPase-Aktivität auf die DA-stimulierten Sekretionsraten gefunden, dagegen ist die 5-HT-stimulierte Sekretionsrate in Anwesenheit von Ouabain gesteigert. Die Aktivität des NKCC ist für beide sekretorische Prozesse, die Ionen- und die Flüssigkeitssekretion, wichtig. Eine Hemmung des NKCC bewirkt eine signifikante Verringerung der Raten der Flüssigkeitssekretion nach DA- und 5-HT-Stimulierung sowie in beiden Fällen einen signifikanten Abfall der Ionenkonzentrationen im Endspeichel. Im zweiten Teil meiner Arbeit habe ich versucht, Änderungen der intrazellulären Ionenkonzentrationen in den Acinuszellen während einer DA- oder 5-HT-Stimulierung zu messen. Diese Experimente sollten mit der Methode des "ratiometric imaging" durchgeführt werden. Messungen mit dem Ca2+-sensitiven Fluoreszenzfarbstoff Fura-2 zeigten keinen globalen Anstieg in der intrazellulären Ca2+-Konzentration der P-Zellen. Aufgrund von Problemen mit einer schlechten Beladung der Zellen, einer starken und sich während der Stimulierung ändernden Autofluoreszenz der Zellen sowie Änderungen im Zellvolumen wurden keine Messungen mit Na+- und K+-sensitiven Fluoreszenzfarbstoffen durchgeführt. Im dritten Teil dieser Arbeit habe ich die intrazellulären Signalwege untersucht, die zwischen einer 5-HT-Stimulierung der Drüse und der Proteinsekretion vermitteln. Dazu wurde der Proteingehalt im Endspeichel biochemisch mittels eines modifizierten Bradford Assay gemessen. Eine erstellte Dosis-Wirkungskurve zeigt, dass die Rate der Proteinsekretion von der zur Stimulierung verwendeten 5-HT-Konzentration abhängt. In einer Serie von Experimenten habe ich die intrazellulären Konzentrationen von Ca2+, cAMP und / oder cGMP erhöht und anschließend den Proteingehalt im Endspeichel gemessen. Ein Anstieg der intrazellulären Ca2+-Konzentration aktiviert nur eine geringe Rate der Proteinsekretion. Dagegen kann die Steigerung der intrazellulären cAMP-Konzentration eine stärkere Proteinsekretion aktivieren, die sich nicht signifikant von der nach 5-HT-Stimulierung unterscheidet. Die cAMP-stimulierte Proteinsekretion kann durch gleichzeitige Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration weiter gesteigert werden. Dagegen aktivierte eine Erhöhung der intrazellulären cGMP-Konzentration die Proteinsekretion nicht. Aufgrund dieser Ergebnisse postuliere ich die Existenz eines die Adenylatcyclase aktivierenden 5-HT-Rezeptors in der Basolateralmembran der C-Zellen.
Gaps are often important microhabitats for recruitment of herbaceous plants. In the Florida scrub, fires create gaps by top-killing resprouting shrubs. These natural gaps are aboveground gaps (without aboveground vegetation) that may also be complete gaps (if belowground roots and rhizomes are absent). Within three types of gaps (natural gaps, experimental aboveground and experimental complete gaps), we studied seedling recruitment and survival of spontaneous species and seven sown herbs for two years. We created aboveground gaps by clipping vegetation and complete gaps by removing shrub roots and rhizomes. These gaps occurred in two Florida scrub habitats: rosemary scrub and scrubby flatwoods. We also explored factors that can affect recruitment patterns in gaps, such as soil moisture, root water retention and light availability. In addition, we tested effects of supplemental watering on sown seeds in the field since drought in 2000 and 2001 suppressed natural seedling recruitment. The watering treatment increased recruitment in all types of gaps. Over half of all gaps were colonized, but there were few seedlings. Recruitment was highest in watered, complete gaps in scrubby flatwoods, where the soil moisture levels were higher and light levels lower than in the other gap types. Seedlings of a single spontaneously recruited species (Lechea deckertii) were more abundant than sown species. Locally common gap specialists were more abundant than generalists. Because many of these gap specialists are endangered plant species, understanding how disturbances create microsites for their regeneration is critical for conservation and management of the Florida scrub ecosystem. In small-scale conservation projects, artificially created gaps may substitute for post-fire gaps when prescribed burning is impossible.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei humane Varianten des von Wang et al., 1999, erstmals beschriebenen muskelspezifischen Proteins Xin (Huhn und Maus) über Sequenzanalyse, Immunofluoreszenzmikroskopie, Transfektionsstudien und biochemischer Analyse näher charakterisiert. Die Proteine wurden mit human Xin related proteins 1 und 2 – hXirp1 und 2 –bezeichnet. Die Xin-Proteine enthielten bisher unbekannte, sowie spezifische, repetitive Motive, die aus jeweils mindestens 16 Aminosäuren bestanden. Ihre Aminosäuresequenz, mit einer Vielzahl weiterer putativer Motivsequenzen, verwies auf eine potentielle Funktion von hXirp als Adapterprotein in Muskelzellen. Das hier näher untersuchte hXirp1 lokalisierte an den Zell-Matrix-Verbindungen der Muskel-Sehnen-Übergangszone im Skelettmuskel, sowie an den Zell-Zell-Verbindungen der Glanzstreifen im Herzmuskel. Während der Muskelentwicklung zeigte hXirp1 eine sehr frühe Expression, zusammen mit einer prägnanten Lokalisation an den Prämyofibrillen und deren Verankerungsstrukturen, die auf eine Funktion des Proteins in der Myofibrillogenese deuten. Ektopische Expressionen von hXirp1 in einer Vielzahl von Nichtmuskel-Kulturzellen zeigten wiederum eine Lokalisation des Proteins an den Zell-Matrix-Kontakten dieser Zellen. Am Beispiel von hXirp1 und 2 wurde stellvertretend für die Familie der Xin-Proteine gezeigt, daß es sich bei den repetitiven Motiven um neuartige, F-Aktin bindende Sequenzmotive handelte. Die Xin-Proteine können somit als muskelspezifische, aktinbindende, potentielle Adapterproteine bezeichnet werden, denen eine strukturelle und funktionelle Beteiligung an der Verankerung der Myofibrillen im adulten Muskel, wie auch während der Myofibrillogenese zukommt.
Der Buchfinkengesang wurde in Potsdam in zwei Hauptpopulationen über drei Jahre aufgenommen. Jedes Individuum wurde eindeutig am individuellen Strophentypenrepertoire identifiziert. Ein weiterer Punkt der die individuelle Wiedererkennung bestätigt ist die hohe Standorttreue der adulten Männchen. Die beschriebene Methode eignet sich für die Untersuchung von gesamten Populationen, um den Wandel des Gesangs von Populationen in Raum und Zeit zu beschreiben. Die Haupterkenntnisse der Arbeit sind: - Die Gesamtanzahl der Grundstrophentypen innerhalb einer Population bleibt über Jahre konstant. - Die relative Häufigkeit jedes einzelnen Strophentyps variiert von Jahr zu Jahr und von Population zu Population. - Gesangslernen erfolgt exakt mit einem Korrektheitsgrad von mindestens 96%. - Das Song-Sharing ist innerhalb der Population hoch. Die diskutierten Mechanismen für das Song-Sharing sind: Die Lebenserwartung, das Zugverhalten, das Lernverhalten, die Etabliertheit von Strophentypen, Weibchenpräferenzen und die Reaktionen der territorialen Männchen. - Weiterhin wurde ein Modell zur kulturellen Evolution des Buchfinkengesangs programmiert, um die Rolle der Einflussfaktoren, wie Fehlerquote, Abwanderungsrate und Laufzeit zu ermitteln. Der Wandel des Dialektes erfolgt graduell in Raum und Zeit. Daher sind keine scharfen Dialektgrenzen anzutreffen. Trotz dieser Tatsache markieren die etablierten Strophentypen die Population. 50 % der Juvenilen siedeln am Geburtsort, auf diese Weise bleibt der Dialekt erhalten und Inzest wird vermieden. -Analysiert man das Repertoire benachbarten Männchen bei isolierten Alleen, so entspricht die Gesangsangleichung in etwa dem Zufall. -Intraindividuelle Vergleiche der quantitativen Parameter des jeweiligen Strophentyps wurden saisonal und annuell durchgeführt. Saisonal konnten für einen Strophentyp ein Trend ermittelt werden. Bei jährlichen Vergleichen konnten intraindividuell ausschließlich nicht signifikante Ergebnisse ermittelt werden, wohingegen die interindividuelle Variation in zwei Fällen signifikant war. In einem Fall bestand ein Trend und in einem weiteren Fall war die Variationsunterschiede nicht signifikant. - Der Verlauf der Brutsaison lässt sich an der jährlichen Gesangsaktivität nachvollziehen.
Die Präeklampsie ist eine schwangerschaftsspezifische Bluthochdruck-Erkrankung, die im Allgemeinen nach der 20. Schwangerschaftswoche auftritt. Neben der Hypertonie sind die Proteinurie und die Ödembildung charakteristische Symptome der Präeklampsie. Obwohl heute die Pathophysiologie der Präeklampsie zum großen Teil verstanden ist, ist die Ätiologie dieser Erkrankung noch unklar. 1999 konnten wir in den Seren von Präeklampsie-Patientinnen agonistische Autoantikörper, die gegen den Angiotensin II AT1-Rezeptor gerichtet sind (AT1-AAK), nachweisen. Diese AT1-AAK gehören zur Antikörpersubklasse IgG3. Die AT1-AAK führen in Kulturen neonataler Rattenkardiomyozyten AT1-Rezeptor spezifisch zu einem positiv chronotropen Effekt. Mittels Immunpräzipitation wurde gezeigt, dass AT1-AAK spezifisch den AT1-Rezeptor präzipitieren. Kontrollproben, aus denen die AT1-AAK entfernt wurden, führen zu keiner Präzipitation des AT1-Rezeptors. Die Präzipitation des AT1-Rezeptors bleibt ebenfalls aus, wenn die AT1-AAK mit einem Peptid, welches der Aminosäuresequenz des zweiten extrazellulären Loops des humanen AT1-Rezeptors entspricht, behandelt wurden. Eine Langzeitbehandlung der Kulturen neonataler Rattenherzzellen mit AT1-AAK vermindert die funktionelle Ansprechbarkeit der Zellen auf einen erneuten AT1-Rezeptor-Stimulus. Eine veränderte AT1-Rezeptorexpression wurde nicht nachgewiesen. In guter Übereinstimmung mit den in vitro-Expressionsdaten wurde gezeigt, dass die plazentare AT1-Rezeptorexpression bei Präeklampsie-Patientinnen nicht verschieden von der plazentaren AT1-Rezeptorexpression gesunder Schwangerer mit nicht pathogen verändertem Blutdruck ist. Im Zellsystem der neonatalen Rattenherzzellen führen die AT1-AAK zur Aktivierung von Gi-Proteinen und zu verringerten intrazellulären cAMP-Spiegeln. Des Weiteren wurde gezeigt, dass die AT1-AAK in Kulturen neonataler Rattenherzzellen die Transkriptionsfaktoren AP-1 und NFkB aktivieren. Die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NFkB wurde vornehmlich in den Nicht-Myozyten der Rattenherzzellkultur nachgewiesen. Generell wurde festgestellt, dass sich die AT1-AAK pharmakologisch wie der natürliche Agonist des AT1-Rezeptors, Angiotensin II, verhalten. Erste Daten dieser Arbeit deuten auf einen eventuellen Einfluss der AT1-AAK auf die Expression von Komponenten der extrazellulären Matrix bzw. assoziierter Faktoren (Kollagen III, MMP-2, TIMP-2, Colligin) hin. In allen in dieser Arbeit untersuchten Seren von klinisch diagnostizierten Präeklampsie-Patientinnen wurden agonistische AT1-AAK nachgewiesen. Wir vermuten daher, dass die AT1-AAK möglicherweise bedeutend in der Pathogenese der Präeklampsie sind.
The nuclear SHL protein is composed of a N-terminal BAH domain and a C-terminal PHD finger. Both domains are found in transcriptional regulators and chromatin-modifying proteins. Arabidopsis plants over-expressing SHL showed earlier flowering and senescence phenotype. To identify SHL regulated genes, expression profiles of 35S::SHL plants were established with Affymetrix ATH1 microarrays. About 130 genes showed reduced transcript levels, and about 45 genes showed increased transcript levels in 35S:: SHL plants. The up-regulated genes included AGL20 and AGL9, which most likely cause the early flowering phenotype of 35S:: SHL plants. Late-flowering SHL-antisense lines showed reduced AGL20 mRNA levels, suggesting that AGL20 gene expression depends on the SHL protein. The stronger expression of senescence- and defence-related genes (such as DIN2, DIN11 and PR-1) is in line with the early senescence phenotype of SHL-over- expressing plants. SHL-down-regulated genes included stress response genes and the PSR3.2 gene (encoding a beta- glucosidase). SHL over-expression did not alter the tissue specificity of PSR3.2 gene expression, but resulted in reduced transcript levels in both shoots and roots. Plants with glucocorticoid-inducible SHL over-expression were established and used for expression profiling as well. A subset of genes was identified, which showed consistent changes in the inducible system and in plants with constitutive SHL over-expression
Detailed analysis of brassinosteroid (BR)-regulated genes can provide evidence of the molecular basis of BR effects. Classical techniques (such as subtractive cDNA cloning) as well as cDNA and oligonucleotide microarrays have been applied to identify genes which are upregulated or downregulated after BR treatment or are differently expressed in BR-deficient or -insensitive mutants compared with wild type plants. Genes encoding cell-wall-modifying enzymes, enzymes of the BR biosynthetic pathway, auxin response factors, and transcription factors are subject to BR regulation. Effects on several other metabolic pathways and interactions with other phytohormones have been reported as well, although some of these effects may depend on certain environmental conditions (for example, light/dark or stress), the developmental stage of the plants, and tissue types. The identification of components of the BR signal transduction pathway revealed different modes of transcriptional control in animals and plants. Steroid signaling in plants comprises the plasma membrane receptor kinases BRI1 and BAK1 and intracellular protein phosphorylations. Thus, BR signaling in plants is reminiscent of growth factor and TGF-beta signal transduction in animals. The phosphorylation cascade could be a basis of extensive signaling cross-talk and thereby explain the complexity of BR responses
Monoklonale Antikörper
(2003)
In order to investigate the behavior of single molecules under conditions far from equilibrium, we have coupled a microfabricated laminar-flow mixer to a confocal optical system. This combination enables time-resolved measurement of Foerster resonance energy transfer after an abrupt change in solution conditions. Observations of a small protein show the evolution of the intramolecular distance distribution as folding progresses. This technique can expose subpopulations, such as unfolded protein under conditions favoring the native structure, that would be obscured in equilibrium experiments.
Herbivorous fish feed on cyanobacteria. Digestability differs, however, between cyanobacteria species without mucous cover and mucilaginous genera such as Microcystis. The latter can pass fish guts almost undamaged, and it has been hypothesized that they can take up nutrients during gut passage. Here we tested whether live Microcystis, as food for juvenile roach labeled with 33P, indeed showed higher radioactivity after gut passage as compared to gut contents in control experiments with fish fed heated Microcystis. Microcystis showed high viability after passage through roach guts, and live colonies had a significantly higher radioactivity than dead ones. We conclude that Microcystis is protected against digestion in roach guts and can directly use the phosphorus supplied in the fish guts during passage.
Mit der vorliegenden Arbeit sollten mit Hilfe elektronenmikroskopischer Methoden verschiedene Liposomen-DNA-Komplexe zum Gentransfer charakterisiert sowie die Aufnahme und Verteilung in der Zellkultur untersucht werden. Dabei waren vor allem solche Präparationen von besonderem Interesse, die in unserer Arbeitsgruppe 'Drug Targeting' getestet oder entwickelt und verwendet wurden, wie Sendai-Virus Liposomen (HVJ-Liposomen), Virosomen sowie DAC-Chol und DOCSPER-Liposomen als Vertreter der kationischen Lipide. Im ersten Teil der Arbeit wurden fusogene Liposomen und Virosomen charakterisiert. Bei diesen Untersuchungen wurden folgende Ergebnisse erzielt: ·Sendai-Viren fusionieren mit Liposomen unterschiedlicher Lipidzusammensetzung. ·Die daraus resultierenden HVJ-Liposomen sind mit elektronenmikroskopischen Methoden identifizierbar. ·Die Spikes auf den HVJ-Liposomen besitzen fusogene Eigenschaften. ·HVJ-Liposomen eignen sich auf Grund der geringen Ausbeute sowie der geringen Transfektionseffizienz nicht zum in vitro Gentransfer. ·Virosomen stellen einen weiteren Typ fusogener Gentransfervesikel dar. ·Ihre Größe und fusogenen Eigenschaften sind abhängig von der externen Zugabe einer optimierten Lipidmischung. ·Im Innenraum der Virosomen kann mit Poly-L-Lysin vorkomplexierte DNA verkapselt werden. ·Die fusogenen Eigenschaften der Virosomen wurden mit Hilfe immunelektronenmikroskopischer Techniken und monoklonaler Antikörper gegen Hämagglutinin/Neuraminidase und das Fusionsprotein sowie mit polyklonalen Antiseren gezeigt. ·An Hand goldmarkierter DNA sind Virosomen nach der Transfektion in der Zelle nachweisbar. Da in unserer Arbeitsgruppe bevorzugt kationische Liposomen zum Gentransfer verwendet werden, wurde auch die Struktur der Liposomen untersucht und folgende Ergebnisse dokumentiert: ·Die Struktur und die Größe kationischer Liposomen werden hauptsächlich durch die Lipidzusammensetzung bestimmt. ·Die Bildung von Liposomen-DNA-Komplexen ist mit einer Größenzunahme der Komplexe gekoppelt. ·Die Anzahl gebundener Plasmide steigt mit der Größe der Lipoplexe. ·Gentransferaktive Lipopolyplexe (mit Protaminsulfat komplexierte DNA und DAC-Chol- Liposomen) sind kleiner als Lipoplexe. Ihre Struktur wird von der Zusammensetzung bestimmt. Eine weitere wichtige Frage betrifft den Weg der Gencarrier in der Zelle. Kenntnisse über diese Vorgänge sind vorteilhaft, um die einzelnen Schritte zu verstehen und möglichst gezielt zu verbessern. Bei der Untersuchung der Partikel im Hinblick auf zelluläre Barrieren beim Gentransfer konnten folgende Ergebnisse erzielt werden: ·Die Bindung der Partikel an die Zellmembran und Aufnahme sind abhängig von den eingesetzten Zellen und Komplexen sowie derInkubationszeit. ·Die Aufnahme erfolgt über endozytotische Mechanismen, wobei Lipopolyplexe schneller als Lipoplexe in die Zellen gelangen. Nicht alle gebundenen Komplexe werden aufgenommen. ·Die aufgenommenen Partikel befinden sich in Endosomen und werden ins Innere der Zelle transportiert. ·Freisetzung der DNA und Eintritt in den Zellkern über Kernporen konnte nicht beobachtet werden. ·DNA-haltige Vesikel in Kernnähe deuten auf einen weiteren Mechanismus hin (Vesikeltransfer zum Zellkern).
Molecular recognition of cocaine by acetylcholinesterases for affinity purification and bio-sensing
(2003)
Die Biosynthese und Funktion des Galaktolipids Digalaktosyldiacylglycerol in Arabidopsis thaliana
(2003)
Exkursionsbericht "Exkursion zu den Lübbener Pfaffenbergen und Hartmannsdorfer Wiesen" am 20.07.2002
(2003)
Köderauslageintervalle und Dauer der Bekämpfung des Kleinen Fuchsbandwurms : eine Modellierstudie
(2003)
PURPOSE: CEACAM6, CEACAM1, and human carcinoembryonic antigen (CEA) are coexpressed in normal colorectal epithelia, but show deregulated expression in colorectal cancers (CRC). Upregulation of CEACAM6 expression in hyperplastic polyps and early adenomas represents one of the earliest observable molecular events leading to colorectal tumors. The aim of our study was to evaluate the prognostic relevance of CEACAM6, CEACAM1, and CEA tissue expression in patients with CRC. PATIENTS AND METHODS: Immunohistochemical analysis was carried out on tissue microarrays from 243 paraffin-embedded biopsies from a randomized controlled clinical trial (Swiss Group for Clinical Cancer Research [SAKK] 40/81) of adjuvant fluorouracil-based chemotherapy with CEACAM-specific monoclonal antibodies. The median follow-up was 8 years. Overall survival (OS) and disease-free survival (DFS) were calculated using Kaplan-Meier estimates and hazard ratios (HRs) estimated using Cox proportional hazards models. RESULTS: Tissue expression of CEACAM6, CEACAM1, and CEA was enhanced in 55%, 58%, and 94% of patients, respectively. Multivariate Cox analysis including sex, age, tumor site, stage, differentiation grade, treatment, and nodal status as covariates showed that CEACAM6 overexpression independently predicted poor OS (HR, 1.86; P =.0100) and DFS (HR, 2.00; P =.0028), whereas CEACAM1 or CEA were not significantly related to these outcomes. The data did not provide evidence for or against the hypothesis that the CEACAM6 effect on survival differs according to treatment. CONCLUSION: Expression of the cell adhesion molecule CEACAM6 in CRC is an independent prognostic factor allowing subdivision of patients into low- and high-risk groups. Whether CEACAM6 or CEA and CEACAM1 might be useful as predictive markers of chemotherapy benefit remains unclear.
1. Anthropogenic changes in the global climate are shifting the potential ranges of many plant species. 2. Changing climates will allow some species the opportunity to expand their range, others may experience a contraction in their potential range, while the current and future ranges of some species may not overlap. Our capacity to generalize about the threat these range shifts pose to plant diversity is limited by many sources of uncertainty. 3. In this paper we summarize sources of uncertainty for migration forecasts and suggest a research protocol for making forecasts in the context of uncertainty.
Es ist schon seit längerer Zeit bekannt, dass nach Kontakt des Biomaterials mit der biologischen Umgebung bei Implantation oder extrakorporaler Wechselwirkung zunächst Proteine aus dem umgebenden Milieu adsorbiert werden, wobei die Oberflächeneigenschaften des Materials die Zusammensetzung der Proteinschicht und die Konformation der darin enthaltenden Proteine determinieren. Die nachfolgende Wechselwirkung von Zellen mit dem Material wird deshalb i.d.R. von der Adsorbatschicht vermittelt. Der Einfluss der Oberflächen auf die Zusammensetzung und Konformation der Proteine und die nachfolgende Wechselwirkung mit Zellen ist von besonderem Interesse, da einerseits eine Aussage über die Anwendbarkeit ermöglicht wird, andererseits Erkenntnisse über diese Zusammenhänge für die Entwicklung neuer Materialien mit verbesserter Biokompatibilität genutzt werden können. In der vorliegenden Habilitationsschrift wurde deshalb der Einfluss der Zusammensetzung von Polymeren bzw. von deren Oberflächeneigenschaften auf die Adsorption von Proteinen, den Aktivitätszustand der plasmatischen Gerinnung und die Adhäsion von Zellen untersucht. Dabei wurden auch Möglichkeiten zur Beeinflussung dieser Vorgänge über eine Veränderung der Volumenzusammensetzung oder durch Oberflächenmodifikationen von Biomaterialien vorgestellt. Erkenntnisse aus diesen Arbeiten konnten für die Entwicklung von Membranen für Biohybrid-Organe genutzt werden.
A characteristic vertical sequence of phytoplankton populations was observed below the metalimnetic oxycline of a stratified, mesotrophic lake. Ceratium spp., Closterium acutum and Aphanizomenon flos- aquae were present in the epilimnion but had distinct population maxima in the microaerobic chemocline. Below these populations, Cryptomonas phaseolus, Planktothrix clathrata, Pseudanabaena catenata and Limnothrix sp. followed each other in the transition zone between the chemocline and the sulphide-containing hypolimnion. The dominating populations of P. clathrata and P. catenata caused a deep chlorophyll maximum. Phytoplankton structure was determined by the vertical gradients of sulphide and light. Compared with the epilimnion, nutrient availability was not fundamentally better below the oxycline but the algae might have benefited from reduced grazing pressure in their habitat.
Electrochemistry of immobilized CuZnSOD and FeSOD and their interaction with superoxide radicals
(2003)
Copper, zinc superoxide dismutase (CuZnSOD) from bovine erythrocytes and iron superoxide dismutase from Escherichia coli (FeSOD) were immobilized on 3-mercaptopropionic acid (MPA)-modified gold electrodes, respectively. The characterization of the SOD electrodes showed a quasi-reversible, electrochemical redox behavior with a formal potential of 47 ñ 4 mV and -154 ñ 5 mV (vs. Ag/AgCl, 1 M KCl) for surface adsorbed CuZnSOD and FeSOD, respectively. The heterogeneous electron transfer rate constants were determined to be about 65 and 35/s, respectively. Covalent fixation of both SODs was also feasible with only slight changes in the formal potential. The interaction of superoxide radicals (O2-) with the SOD electrode was investigated. No catalytic current could be observed. However, due to the fast cyclic reaction of SOD with superoxide, the communication of the protein with the electrode was strongly influenced. The amperometric detection of superoxide radicals is discussed.
Microevolution is typically ignored as a factor directly affecting on-going population dynamics. We show here that density-dependent natural selection has a direct and measurable effect on a planktonic predator-prey interaction. We kept populations of Brachionus calyciflorus, a monogonont rotifer that exhibits cyclical parthenogenesis, in continuous flow-through cultures (chemostats) for > 900 days. Initially, females frequently produced male offspring, especially at high population densities. We observed rapid evolution, however, towards low propensity to reproduce sexually, and by 750 days, reproduction had become entirely asexual. There was strong selection favouring asexual reproduction because, under the turbulent chemostat regime, males were unable to mate with females, produced no offspring, and so had zero fitness. In replicated chemostat experiments we found that this evolutionary process directly influenced the population dynamics. We observed very specific yet reproducible plankton dynamics that are explained well by a mathematical model that explicitly includes evolution. This model accounts for both asexual and sexual reproduction and treats the propensity to reproduce sexually as a quantitative trait under selection. We suggest that a similar amalgam of ecological and evolutionary mechanisms may drive the dynamics of rapidly reproducing organisms in the wild.
Bacteriophage Sf6 tailspike protein is functionally equivalent to the well characterized tailspike ofSalmonella phage P22, mediating attachment of the viral particle to host cell-surface polysaccharide. However, there is significant sequence similarity between the two 70-kDa polypeptides only in the N-terminal putative capsid-binding domains. The major, central part of P22 tailspike protein, which forms a parallel ;-helix and is responsible for saccharide binding and hydrolysis, lacks detectable sequence homology to the Sf6 protein. After recombinant expression in Escherichia coli as a soluble protein, the Sf6 protein was purified to homogeneity. As shown by circular dichroism and Fourier transform infrared spectroscopy, the secondary structure contents of Sf6 and P22 tailspike proteins are very similar. Both tailspikes are thermostable homotrimers and resist denaturation by SDS at room temperature. The specific endorhamnosidase activities of Sf6 tailspike protein toward fluorescence-labeled dodeca-, deca-, and octasaccharide fragments of Shigella O-antigen suggest a similar active site topology of both proteins. Upon deletion of the N-terminal putative capsid-binding domain, the protein still forms a thermostable, SDS-resistant trimer that has been crystallized. The observations strongly suggest that the tailspike of phage Sf6 is a trimeric parallel ;-helix protein with high structural similarity to its functional homolog from phage P22.
The classical (Levins) metapopulation scenario envisions a species persisting in a network of habitat patches through a balance between frequent local (within-patch) extinctions and recolonizations. Although this is the dominant paradigm for species in fragmented habitats, empirical support is limited and it has been argued that very restrictive conditions on migration rates are required: high enough for recolonization to balance extinctions, but low enough that local populations do not fluctuate in synchrony. Through simulation and analysis of a stochastic spatial model, we argue that the likelihood of persistence via the classical scenario is strongly affected by some basic properties of within- patch successional dynamics whose importance has not been emphasized in metapopulation theory: the distribution of successional stage durations, and whether patches are "refractory" versus immediately available for recolonization after an extinction has occurred. These properties are tied to the biological causes of extinction (e.g., demographic accident versus regular successional changes) and patch recovery (e.g., recolonization by a host species versus regeneration of an exhausted resource base). Our results indicate that metapopulation theory needs to incorporate the patch-dynamics perspective of a landscape in a dynamic mosaic of successional states, with particular attention to links between colonization-extinction processes and local succession.
The progesterone concentration in blood samples can be utilised as a marker for the diagnosis of early pregnancy, endocrinopathy and virilism. Here, we describe a method for progesterone detection and measurement in whole blood samples by a surface sensitive biosensor used in conjunction with an integrated optical grating coupler. This device determines refractive index changes near the biosensor's surface. Hence, biological species bound to a surface layer can be measured in real-time without any label. For the measurements, we have modified the indirect competitive immonoassay principle. The concentration of the progesterone antibody was kept at 1 µg/ml. Progesterone concentration was determined in buffer solution and whole blood in a range between 0.005 and 10 ng/ml. The detection limit was determined to be 3 pM. The relative standard deviation was calculated to be 3.5%.
Recently, much ecological research has focused on predicting invasions of alien species in order to prevent potentially negative effects of such invasions. In this study, we utilize novel methods of landscape ecology for testing the hypothesis that increasing structural diversity correlates with an increasing number of alien plant species. Our overall findings support this hypothesis and suggest that in the studied area (RB Dessau, Sachsen Anhalt, Germany), species richness of neophytes is positively correlated with the diversity in land-use types and structures. However, this relationship between structural diversity and species diversity applied for native spe-cies, too. Furthermore, our results support findings of previous studies which show that neophytes occur mainly in artificially or naturally disturbed areas. Our overall findings highlight the use of landscape-scale ecological methods for studying plant distribution patterns.