Phylogenetische Charakterisierung von Mikroorganismen aus dem Intestinaltrakt von Insekten

Zusammenfassung Die komplexe Lebensgemeinschaft des Termitendarms fasziniert die Biologen schon seit langem. Es ist bekannt, dass Termiten ihre Nahrung mit Hilfe von symbiontischen Bakterien und Protozoen verdauen können. Ohne ihre Symbionten würden sie verhungern. Das Zusammenspiel von Termiten und darmbewohnenden Mikroorganismen, zu denen Flagellaten, Bakterien, Archaebakterien und Hefen gehören, ist trotz moderner Untersuchungstechniken keineswegs vollständig aufgeklärt. In der vorliegenden Arbeit wurden:1) Einige kultivierte und nicht-kultivierte Bakterien charakterisiert, die an der Darmwand von Mastotermes darwiniensis lokalisiert sind. Die Darmwandbakterien wurden entweder nach Kultivierung oder direkt von der Darmwand für die Analyse der 16S rDNA verwendet. Die Sequenzierung erfolgte entweder nach DGGE oder nach Klonierung der PCR-Produkte. Die identifizierten Bakterien kann man in 7 Gruppen teilen:1: Gram-positive Bakterien mit hohem GC-Gehalt 2: Gram-positive Bakterien mit niedrigem GC-Gehalt 3: Fusobakterien-ähnliche Bakterien 4: ß-Proteobakterien5: Verrucomicrobien6: Bacteroides-ähnliche Bakterien7: Methanogene Bakterien 2) Aufgrund des Vorhandenseins des Coenzyms Deazaflavin-Derivats F420, kann man Methanbakterien mikroskopisch identifizieren und von anderen Bakterien unterscheiden, weil Methanbakterien im kurzwelligen Blaulicht blaugrün aufleuchten. Untersuchungen haben gezeigt, dass mindestens zwei Morphotypen von Methanbakterien an der Darmwand von M. darwiniensis vorkommen. Sie wurden auch über 16S rDNA Sequenzanalyse identifiziert. Ihre Lokalisierung an der Darmwand wurde durch Fluoreszenz-in-situ-Hybridsierung mit spezifischen Oligonukleotiden nachgewiesen. Schließlich konnte gezeigt werden, dass pro Gramm Termite 2,6 µg Methan pro Stunde produziert werden. 3) Bis jetzt wurden aus verschiedenen Termiten sulfatreduzierende Bakterien (SRB) isoliert. Deshalb wurde in dieser Arbeit die Verbreitung der SRB in verschiedenen Insekten untersucht. Insgesamt wurden zwei Sequenzen aus Libellenlarven (FSBO4 und FSBRO2), drei Sequenzen aus Zuckmückenlarven (FSCI, FSCII und FSC4), eine Sequenz aus Rosenkäfern (FSPa4-5) und ebenfalls eine Sequenz aus Eintagsfliegenlarven (FSB6) identifiziert. Alle identifizierten Bakterien ausser Klon FSB6, gehören zur Gattung Desulfovibrio. Klon FSB6 gehört zu der Gram-positiven Gattung Desulfotomaculum.Außerdem wurde die Sulfatreduktionsrate der SRB im Darm von Rosenkäfern (Pachnoda marginata), Holz- bzw. Sulfat-gefütterten Termiten (Mastotermes darwiniensis) und einer Reinkultur von Desulfovibrio intestinalis gemessen. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Aktivität pro Zelle in Holz-gefütterten Termite am höchsten ist (4,9 nmol/107 Bakterien x h).

Nachweis und Charakterisierung der Ketocarotinoidakkumulation in Zygosporen des Modellorganismus Chlamydomonas reinhardtii

Ketocarotinoide sind in den Dauerstadien vieler Grünalgen anzutreffen und aufgrund ihres hohen antioxidativen Potentials vermutlich von großer Bedeutung für deren Überleben unter ungünstigen Umweltbedingungen. Daneben ist die Aufnahme von Ketocarotinoiden im Zuge der Nahrungskette für verschiedene Tiere lebensnotwendig. Trotz zahlreicher Untersuchungen des Biosynthesewegs der Ketocarotinoide, vorwiegend in der Grünalge Haematococcus pluvialis, sind viele grundlegende Aspekte der Synthese nicht verstanden. Dazu zählt neben dem genauen Reaktionsmechanismus des ketolierenden Enzyms ß-Carotin-Ketolase (BKT) vor allem der noch nicht aufgeklärte Zusammenhang zwischen Lipidsynthese und Ketocarotinoidakkumulation. Nach der Entdeckung eines zur BKT aus H. pluvialis homologen Gens in einer EST-Datenbank des Modellorganismus Chlamydomonas reinhardtii wurden im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit die als orange-rot beschrieben Zygosporen von C. reinhardtii als mögliches ketocarotinoidhaltiges Zellstadium untersucht. Dabei wurden für C. reinhardtii erstmals Ketocarotinoide in Konzentrationen bis zu einem Femtomol pro Zelle nachgewiesen und mittels HPLC-Analytik, chemischer Derivatisierung und Massenspektrometrie zweifelsfrei identifiziert. Es wurden, in aufsteigender Quantität, drei Ketocarotinoide detektiert: Canthaxanthin, Astaxanthin und 4-Ketolutein. Letzteres wurde bisher selten in anderen ketocarotinoidakkumulierenden Organismen beschrieben und stellt, im Gegensatz zu den vom ß-Carotin abgeleiteten Pigmenten Astaxanthin und Canthaxanthin, ein Pigment des α-Carotin-Zweiges dar. Astaxanthin und 4-Ketolutein wurden vor allem in Form von Pigment-Fettsäureestern nachgewiesen. Mit Hilfe von Paarungsansätzen mit der lor1-Mutante, die keine α-Carotinoide synthetisieren kann, und Vergleichen mit Ketocarotinoiden aus H. pluvialis konnte gezeigt werden, dass 4 Ketolutein nur als Monoacylester in der Alge vorliegt, während Astaxanthin sowohl als Monoacyl- wie auch als Diacylester anzutreffen ist. Ketocarotinoide wurden innerhalb der ersten 14 Tage der Zygotenreife gebildet. Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahmen der Zygoten dokumentierten, dass damit ein starker Umbau der Zelle einherging, der sich vor allem in der Reduktion des Chloroplasten und der Bildung von Lipidtröpfchen darstellte. Letztere nahmen bei reifen Zygosporen den größten Teil des Zelllumens ein und wurden mittels dünnschichtchromatografischer Analysen als Neutralfette identifiziert. Der sinkende Zellgehalt an Carotinoiden im Zuge der Zygosporenreifung und Inhibitorexperimente an reifenden Zygoten mittels Norflurazon zeigten, dass für die Ketocarotinoidakkumulation keine Neusynthese von Carotinoiden nötig ist und lassen die Hypothese zu, dass C. reinhardtii die im Zuge der Chloroplastenreduktion freigesetzten Photosynthese-Carotinoide als Substrate für die Ketocarotinoidsynthese verwendet. Physiologische Bedeutung könnte den Ketocarotinoiden vor allem beim Schutz der Speicherlipide vor Peroxidation durch reaktive Sauerstoffspezies zukommen. Diese Reservestoffe stellen die Energieversorgung während des Auskeimens der Zellen sicher. Durch den im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit dokumentierten Nachweis der Ketocarotinoidakkumulation in C. reinhardtii können die Ketocarotinoidsynthese und vor allem der Zusammenhang von Lipid- und Ketocarotinoidakkumulation zukünftig mit Hilfe der für diesen Modellorganismus vorliegenden umfangreichen molekulargenetischen Methoden detailliert untersucht werden.

AN INVESTIGATION INTO THE MOLECULAR MECHANISMS OF ANDROGEN ACTION IN THE SERTOLI CELL

Steroid hormones regulate target cell function via quantitative and qualitative changes in RNA and protein synthesis. In the testis, androgens are known to play an important role in the regulation of spermatogenesis. The Sertoli cell (SC), whose function is thought to be supportive to the developing germ cell, has been implicated as an androgen target cell. Although cytoplasmic androgen receptors and chromatin acceptor sites for androgen-receptor complexes have been found in SC, effects on RNA synthesis have not previously been demonstrated. In this study, SC RNA synthetic activity was characterized and the effect of testosterone on SC nuclear transcriptional activity in vitro assessed. SC exhibited two fold increases in RNA and ribonucleotide pool concentrations during sexual maturation. These changes appeared to correlate with a previously observed increase in protein concentration per cell over an age span of 15-60 days. Following incubation with ('3)H-uridine, SC from older animals incorporated more label into RNA than SC from younger animals. Since the relative concentration of cytidine nucleotides was higher in SC from older rats, the age-related increase in tritium incorporation may reflect an associated increase in incorporation of ('3)H-CMP into RNA. Alternatively, the enhanced labeling may be the result of either a change in the base composition of the RNA resulting in a higher proportion of CMP and UMP in the RNA, or compartmentalization of the nucleotide pools. The physiologic consequences of these maturational alterations of nucleotide pools remains to be elucidated. RNA polymerase activities were characterized in intact nuclei obtained from cultured rat SC. (alpha)-Amanitin resistant RNA polymerase I+III activity was identical when measured in low or high ionic strength (0.05 M or 0.25 M ammonium sulfate (AS)) in the presence of MnCl(,2) or MgCl(,2), with a divalent cation optimum of 1.6 mM. RNA polymerase II was most active in 0.25 M AS and 1.6 mM MnCl(,2). The apparent Km of RNA polymerase II for UTP was 0.016 mM in 0.05 M AS and 0.037 mM in 0.25 M AS. The apparent Km values for total polymerase activity was 0.008 mM and 0.036 mM at low and high ionic strenghts, respectively. These data indicate that Sertoli cell RNA polymerase activities have catalytic properties characteristic of eukaryotic polymerase activities in general. In the presence of 21 (mu)M testosterone, RNA polymerase II activity increased two fold at 15 minutes, then declined but was still elevated over control values six hours after androgen addition. Polymerase I+III activity was not greatly affected by testosterone. The stimulation of polymerase II measured at 15 minutes was dose-dependent, with a maximum at 0.53 nM and no further stimulation up to 10('-5) M (ED(,50) = 0.25 nM testosterone), and was androgen specific. The results of preliminary RNA isolation and characterization experiments suggested that the synthesis of several species of RNA was enhanced by testosterone administration. These findings have great potential importance since they represent the first demonstration of a direct effect of androgens on the transcriptional process in the Sertoli cell. Furthermore, the results of these studies constitute further evidence that the Sertoli cell is a target for androgen action in the testis. ^

PREMATURE CONDENSATION OF SPERMATOGENIC CELL CHROMOSOMES

The technique of premature chromosome condensation (PCC) has been used primarily to study interphase chromosomes of somatic cells. In this study, mitotic cells were fused to cells from the mouse testes to examine the chromosomes of germ cells. The testes contain various types of cells, both germinal and nongerminal. In these initial studies, four types of PCC morphologies were observed. Chromosome morphology of the PCC and labeling experiments demonstrated the mouse cell origin of various PCC. Attempts were next made to determine the cell types producing the PCC. Spermatogonia, diplotene spermatocytes, secondary spermatocytes and round spermatids are proposed to be the origin of the PCC morphologies. Some PCC could be banded by G and C banding techniques and the mouse chromosomes identified.^ Studies were subsequently undertaken to evaluate this technique as a method of evaluating damage to germ cells. Testicular cells from irradiated mice were fused to mitotic cells and the PCC examined. Both round spermatids and secondary spermatocytes exhibited chromosome damage in the form of chromatid breaks. A linear correlation was found between the dose of irradiation and the number of breaks per cell. This technique may develop into a useful method for evaluating the clastogenic effect of agents on the germ cells. ^

Size-dependent accumulation of particles in lysosomes modulates dendritic cell function through impaired antigen degradation.

INTRODUCTION Nanosized particles may enable therapeutic modulation of immune responses by targeting dendritic cell (DC) networks in accessible organs such as the lung. To date, however, the effects of nanoparticles on DC function and downstream immune responses remain poorly understood. METHODS Bone marrow-derived DCs (BMDCs) were exposed in vitro to 20 or 1,000 nm polystyrene (PS) particles. Particle uptake kinetics, cell surface marker expression, soluble protein antigen uptake and degradation, as well as in vitro CD4(+) T-cell proliferation and cytokine production were analyzed by flow cytometry. In addition, co-localization of particles within the lysosomal compartment, lysosomal permeability, and endoplasmic reticulum stress were analyzed. RESULTS The frequency of PS particle-positive CD11c(+)/CD11b(+) BMDCs reached an early plateau after 20 minutes and was significantly higher for 20 nm than for 1,000 nm PS particles at all time-points analyzed. PS particles did not alter cell viability or modify expression of the surface markers CD11b, CD11c, MHC class II, CD40, and CD86. Although particle exposure did not modulate antigen uptake, 20 nm PS particles decreased the capacity of BMDCs to degrade soluble antigen, without affecting their ability to induce antigen-specific CD4(+) T-cell proliferation. Co-localization studies between PS particles and lysosomes using laser scanning confocal microscopy detected a significantly higher frequency of co-localized 20 nm particles as compared with their 1,000 nm counterparts. Neither size of PS particle caused lysosomal leakage, expression of endoplasmic reticulum stress gene markers, or changes in cytokines profiles. CONCLUSION These data indicate that although supposedly inert PS nanoparticles did not induce DC activation or alteration in CD4(+) T-cell stimulating capacity, 20 nm (but not 1,000 nm) PS particles may reduce antigen degradation through interference in the lysosomal compartment. These findings emphasize the importance of performing in-depth analysis of DC function when developing novel approaches for immune modulation with nanoparticles.

Uptake efficiency of surface modified gold nanoparticles does not correlate with functional changes and cytokine secretion in human dendritic cells in vitro.

Engineering nanoparticles (NPs) for immune modulation require a thorough understanding of their interaction(s) with cells. Gold NPs (AuNPs) were coated with polyethylene glycol (PEG), polyvinyl alcohol (PVA) or a mixture of both with either positive or negative surface charge to investigate uptake and cell response in monocyte-derived dendritic cells (MDDCs). Inductively coupled plasma optical emission spectrometry and transmission electron microscopy were used to confirm the presence of Au inside MDDCs. Cell viability, (pro-)inflammatory responses, MDDC phenotype, activation markers, antigen uptake and processing were analyzed. Cell death was only observed for PVA-NH2 AuNPs at the highest concentration. MDDCs internalize AuNPs, however, surface modification influenced uptake. Though limited uptake was observed for PEG-COOH AuNPs, a significant tumor necrosis factor-alpha release was induced. In contrast, (PEG+PVA)-NH2 and PVA-NH2 AuNPs were internalized to a higher extent and caused interleukin-1beta secretion. None of the AuNPs caused changes in MDDC phenotype, activation or immunological properties.

Modified natural cycle in vitro fertilization an alternative in vitro fertilization treatment with lower costs per achieved pregnancy but longer treatment time

OBJECTIVE To analyze the cost and time requirement per achieved pregnancy in optimized modified natural cycle in vitro fertilization (mNC-IVF) based on a treatment protocol with very few consultations and to compare those with conventional gonadotropin-stimulated aVF (clVF) cycles. STUDY DESIGN Mono centric prospective trial. Eighty infertile patients each received 1 modified mNC-IVF cycle using low doses of the clomiphene citrate. Based on the number of consultations and the clinical pregnancy rate per cycle, the total costs and required time to achieve a pregnancy were analyzed and compared with cIVF. Calculations for cIVF were based on standard therapy protocols and outcomes of European registries. RESULTS Patients (21-42 years old, 35.4 +/- 4.7 years) undergoing mNC-IVF required on average 1.2 consultations before follicle aspiration. Pregnancy rate per transfer and per initiated cycle were 25% and 13.6%, respectively. Multiple pregnancies did not occur. According to the calculations, total costs per pregnancy rate were around 15% lower with mNC-IVF as compared to cIVF. In contrast, time to achieve an equal pregnancy rate was calculated to take around 30% longer with mNC-IVF as compared to cIVF. CONCLUSION mNC-IVF using very low dosages of clomiphene citrate avoids multiple pregnancies and is less expensive but more time consuming per achieved pregnancy when compared to clVF.