Epidemiologic aspects of the malaria transmission cycle in an area of very low incidence in Brazil

Abstract Background Extra-Amazonian autochthonous Plasmodium vivax infections have been reported in mountainous regions surrounded by the Atlantic Forest in Espírito Santo state, Brazil. Methods Sixty-five patients and 1,777 residents were surveyed between April 2001 and March 2004. Laboratory methods included thin and thick smears, multiplex-PCR, immunofluorescent assay (IFA) against P. vivax and Plasmodium malariae crude blood-stage antigens and enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) for antibodies against the P. vivax-complex (P. vivax and variants) and P. malariae/Plasmodium brasilianum circumsporozoite-protein (CSP) antigens. Results Average patient age was 35.1 years. Most (78.5%) were males; 64.6% lived in rural areas; 35.4% were farmers; and 12.3% students. There was no relevant history of travel. Ninety-five per cent of the patients were experiencing their first episode of malaria. Laboratory data from 51 patients were consistent with P. vivax infection, which was determined by thin smear. Of these samples, 48 were assayed by multiplex-PCR. Forty-five were positive for P. vivax, confirming the parasitological results, while P. malariae was detected in one sample and two gave negative results. Fifty percent of the 50 patients tested had IgG antibodies against the P. vivax-complex or P. malariae CSP as determined by ELISA. The percentages of residents with IgM and IgG antibodies detected by IFA for P. malariae, P. vivax and Plasmodium falciparum who did not complain of malaria symptoms at the time blood was collected were 30.1% and 56.5%, 6.2% and 37.7%, and 13.5% and 13%, respectively. The same sera that reacted to P. vivax also reacted to P. malariae. The following numbers of samples were positive in multiplex-PCR: 23 for P. vivax; 15 for P. malariae; 9 for P. falciparum and only one for P. falciparum and P. malariae. All thin and thick smears were negative. ELISA against CSP antigens was positive in 25.4%, 6.3%, 10.7% and 15.1% of the samples tested for "classical" P. vivax (VK210), VK247, P. vivax-like and P. malariae, respectively. Anopheline captures in the transmission area revealed only zoophilic and exophilic species. Conclusion The low incidence of malaria cases, the finding of asymptomatic inhabitants and the geographic separation of patients allied to serological and molecular results raise the possibility of the existence of a simian reservoir in these areas.

Development and validation of a Xanthomonas axonopodis pv. citri DNA microarray platform (XACarray) generated from the shotgun libraries previously used in the sequencing of this bacterial genome

Abstract Background From shotgun libraries used for the genomic sequencing of the phytopathogenic bacterium Xanthomonas axonopodis pv. citri (XAC), clones that were representative of the largest possible number of coding sequences (CDSs) were selected to create a DNA microarray platform on glass slides (XACarray). The creation of the XACarray allowed for the establishment of a tool that is capable of providing data for the analysis of global genome expression in this organism. Findings The inserts from the selected clones were amplified by PCR with the universal oligonucleotide primers M13R and M13F. The obtained products were purified and fixed in duplicate on glass slides specific for use in DNA microarrays. The number of spots on the microarray totaled 6,144 and included 768 positive controls and 624 negative controls per slide. Validation of the platform was performed through hybridization of total DNA probes from XAC labeled with different fluorophores, Cy3 and Cy5. In this validation assay, 86% of all PCR products fixed on the glass slides were confirmed to present a hybridization signal greater than twice the standard deviation of the deviation of the global median signal-to-noise ration. Conclusions Our validation of the XACArray platform using DNA-DNA hybridization revealed that it can be used to evaluate the expression of 2,365 individual CDSs from all major functional categories, which corresponds to 52.7% of the annotated CDSs of the XAC genome. As a proof of concept, we used this platform in a previously work to verify the absence of genomic regions that could not be detected by sequencing in related strains of Xanthomonas.

Quantification of fractal dimension and Shannon’s entropy in histological diagnosis of prostate cancer

Background: Prostate cancer is a serious public health problem that affects quality of life and has a significant mortality rate. The aim of the present study was to quantify the fractal dimension and Shannon’s entropy in the histological diagnosis of prostate cancer. Methods: Thirty-four patients with prostate cancer aged 50 to 75 years having been submitted to radical prostatectomy participated in the study. Histological slides of normal (N), hyperplastic (H) and tumor (T) areas of the prostate were digitally photographed with three different magnifications (40x, 100x and 400x) and analyzed. The fractal dimension (FD), Shannon’s entropy (SE) and number of cell nuclei (NCN) in these areas were compared. Results: FD analysis demonstrated the following significant differences between groups: T vs. N and H vs. N groups (p < 0.05) at a magnification of 40x; T vs. N (p < 0.01) at 100x and H vs. N (p < 0.01) at 400x. SE analysis revealed the following significant differences groups: T vs. H and T vs. N (p < 0.05) at 100x; and T vs. H and T vs. N (p < 0.001) at 400x. NCN analysis demonstrated the following significant differences between groups: T vs. H and T vs. N (p < 0.05) at 40x; T vs. H and T vs. N (p < 0.0001) at 100x; and T vs. H and T vs. N (p < 0.01) at 400x. Conclusions: The quantification of the FD and SE, together with the number of cell nuclei, has potential clinical applications in the histological diagnosis of prostate cancer.

Differential expression of HIF-1α in CD44+CD24-/low breast ductal carcinomas

Abstract Background Cancer stem cell (CSC) hypothesis postulates that tumors are maintained by a self-renewing CSC population that is also capable of differentiating into non-self-renewing cell populations that constitute the bulk of tumor. Stem cells renewal and differentiation can be directly influenced by the oxygen levels of determined tissues, probably by the reduction of oxidative DNA damage in hypoxic regions, thus leading to a friendlier microenvironment, regarding to clonal expansion and for resistance to chemotherapeutic regimens. Furthermore, there have been strong data indicating a pivotal role of hypoxic niche in cancer stem cells development. There are evidence that hypoxia could drive the maintenance of CSC, via HIF-1α expression, but it still to be determined whether hypoxia markers are expressed in breast tumors presenting CD44+CD24-/low immunophenotype. Methods Immunohistochemical analysis of CD44+CD24-/low expression and its relationship with hypoxia markers and clinical outcome were evaluated in 253 samples of breast ductal carcinomas. Double-immunolabeling was performed using EnVision Doublestain System (Dako, Carpinteria, CA, USA). Slides were then scanned into high-resolution images using Aperio ScanScope XT and then, visualized in the software Image Scope (Aperio, Vista, CA, USA). Results In univariate analysis, CD44+CD24-/low expression showed association with death due to breast cancer (p = 0.035). Breast tumors expressing CD44+CD24-/low immunophenotype showed relationship with HIF-1α (p = 0.039) and negativity for HER-2 (p = 0.013). Conclusion Considering that there are strong evidences that the fraction of a tumour considered to be cancer stem cells is plastic depending upon microenvironmental signals, our findings provide further evidence that hypoxia might be related to the worse prognosis found in CD44+CD24-/low positive breast tumors.

Beta 1 integrin predicts survival in breast cancer: a clinicopathological and immunohistochemical study

Abstract Background The main focus of several studies concerned with cancer progression and metastasis is to analyze the mechanisms that allow cancer cells to interact and quickly adapt with their environment. Integrins, a family of transmembrane glycoproteins, play a major role in invasive and metastatic processes. Integrins are involved in cell adhesion in both cell-extracellular matrix and cell-cell interactions, and particularly, β1 integrin is involved in proliferation and differentiation of cells in the development of epithelial tissues. This work aimed to investigate the putative role of β1 integrin expression on survival and metastasis in patients with breast invasive ductal carcinoma (IDC). In addition, we compared the expression of β1 integrin in patients with ductal carcinoma in situ (DCIS). Methods Through tissue microarray (TMA) slides containing 225 samples of IDC and 67 samples of DCIS, β1 integrin expression was related with several immunohistochemical markers and clinicopathologic features of prognostic significance. Results β1 integrin was overexpressed in 32.8% of IDC. In IDC, β1 integrin was related with HER-2 (p = 0.019) and VEGF (p = 0.011) expression and it had a significant relationship with metastasis and death (p = 0.001 and p = 0.05, respectively). Kaplan-Meier survival analysis showed that the overexpression of this protein is very significant (p = 0.002) in specific survival (number of months between diagnosis and death caused by the disease). There were no correlation between IDC and DCIS (p = 0.559) regarding β1 integrin expression. Conclusions Considering that the expression of β1 integrin in breast cancer remains controversial, specially its relation with survival of patients, our findings provide further evidence that β1 integrin can be a marker of poor prognosis in breast cancer. Virtual slides The virtual slide(s) for this article can be found here: http://www.diagnosticpathology.diagnomx.eu/vs/6652215267393871

CD44/CD24 immunophenotypes on clinicopathologic features of salivary glands malignant neoplasms

Abstract Background Salivary Glands Malignant Neoplasms (SGMNs) account for 3-6% of head and neck cancers and 0.3% of all cancers. Tumor cells that express CD44 and CD24 exhibit a stem-cell-like behavior. CD44 is the binding site for hyaluronic acid, and CD24 is a receptor that interacts with P-selectin to induce metastasis and tumor progression. The present study aims to evaluate the expression of CD44 and CD24 on SGMNs and correlated these data with several clinicopathologic features. Methods Immunohistochemical stains for CD44 and CD24 were performed on tissue microarrays containing SGMN samples from 69 patients. The CD44, CD24 and CD44/CD24 expression phenotypes were correlated to patient clinicopathologic features and outcome. Results CD44 expression was associated with the primary site of neoplasm (p = 0.046). CD24 was associated with clinical stage III/IV (p = 0.008), T stage (p = 0,27) and lymph node (p = 0,001). The CD44/CD24 profiles were associated with the primary site of injury (p = 0.005), lymph node (p = 0.011) and T stage (p = 0.023). Univariate analysis showed a significant relationship between clinical staging and disease- free survival (p = 0.009), and the overall survival presents relation with male gender (p = 0.011) and metastasis (p = 0.027). Conclusion In summary, our investigation confirms that the clinical stage, in accordance with the literature, is the main prognostic factor for SGMN. Additionally, we have presented some evidence that the analysis of isolated CD44 and CD24 immunoexpression or the two combined markers could give prognostic information associated to clinicopathologic features in SGMN. Virtual Slides The virtual slide(s) for this article can be found here: http://www.diagnosticpathology.diagnomx.eu/vs/1284611098470676.

The relationship between lymphatic vascular density and vascular endothelial growth factor A (VEGF-A) expression with clinical-pathological features and survival in pancreatic adenocarcinomas

Abstract: Background Pancreatic cancer is a rare tumor with an extremely low survival rate. Its known risk factors include the chronic use of tobacco and excessive alcohol consumption and the presence of chronic inflammatory diseases, such as pancreatitis and type 2 diabetes. Angiogenesis and lymphangiogenesis, which have been the focus of recent research, are considered prognostic factors for cancer development. Knowing the angiogenic and lymphangiogenic profiles of a tumor may provide new insights for designing treatments according to the different properties of the tumor. The aim of this study was to evaluate the density of blood and lymphatic vessels, and the expression of VEGF-A, in pancreatic adenocarcinomas, as well as the relationship between blood and lymphatic vascular density and the prognostically important clinical-pathological features of pancreatic tumors. Methods Paraffin blocks containing tumor samples from 100 patients who were diagnosed with pancreatic cancer between 1990 and 2010 were used to construct a tissue microarray. VEGF expression was assessed in these samples by immunohistochemistry. To assess the lymphatic and vascular properties of the tumors, 63 cases that contained sufficient material were sectioned routinely. The sections were then stained with the D2-40 antibody to identify the lymphatic vessels and with a CD34 antibody to identify the blood vessels. The vessels were counted individually with the Leica Application Suite v4 program. All statistical analyses were performed using SPSS 18.0 (Chicago, IL, USA) software, and p values ≤ 0.05 were considered significant. Results In the Cox regression analysis, advanced age (p=0.03) and a history of type 2 diabetes (p=0.014) or chronic pancreatitis (p=0.02) were shown to be prognostic factors for pancreatic cancer. Blood vessel density (BVD) had no relationship with clinical-pathological features or death. Lymphatic vessel density (LVD) was inversely correlated with death (p=0.002), and by Kaplan-Meyer survival analysis, we found a significant association between low LVD (p=0.021), VEGF expression (p=0.023) and low patient survival. Conclusions Pancreatic carcinogenesis is related to a history of chronic inflammatory processes, such as type 2 diabetes and chronic pancreatitis. In pancreatic cancer development, lymphangiogenesis can be considered an early event that enables the dissemination of metastases. VEGF expression and low LVD can be considered as poor prognostic factors as tumors with this profile are fast growing and highly aggressive. Virtual slides. The virtual slide(s) for this article can be found here: http://www.diagnosticpathology.diagnomx.eu/vs/5113892881028514

Idrodinamica e Magnetoidrodinamica

Copia PDF delle slides mostrate e lezione. Si prega di verificare la correttezza delle stesse e notificare al docente eventuali errori

Geografia Economica.

Il file contiene la presentazione del corso e le slides presentate a lezione: 6 e 7 marzo 2008 dibattito sul tema dello sviluppo e le sue implicazioni nei processi di organizzazione territoriale e nell'elaborazione della dimensione regionale. per approfondimenti: Vallega A., 2004, Le grammatiche della geografia, Patron, Bologna. Magnaghi A., 2000, Il progetto locale, Bollati Boringhieri, Torino. Siti consigliati: www.undp.org (rapporto sullo sviluppo umano dedicato alle tecnologie) __________________ 13 marzo 2008 Le relazioni geografiche e l'analisi spaziale. __________________

Per un museo virtuale dell'informatica. Un supporto automatico per creare "visite museali"

The subject of the present research is related to the field of computer technology applied to support intellectual activities such as text translation, screenwriting and content organization of popular and education courses, especially concerning museum visits. The research has started with the deep analysis of the cognitive process which characterizes a screenwriter while working. This choice has been made because a screenplay is not only an aid to the realization of a show but, more in general, it can be considered as the planning of an education, popular and formative intellectual activity. After this analysis, the research has focused on the specific area of the planning, description and introduction of topics related to the history of science, and in particular, of computer science. To focus on this area it has been fundamental to analyse subjects concerning the didactics of museum visits organization. The aim was to find out the guide lines that a teacher should follow when planning the visit of a museum (virtual museum of the history of computer science). The consequent designing and realisation of an automatic support system for the description and the production of a formative, education and popular multimedia product (for the history of computer science), has been possible thanks to the results achieved through this research. The system obtained is provided by the following features: ·management of multimedia slides (such as texts, video, audio or images) which can be classified on the bases of the topic and of the profile of the user; ·automatic creation of a sequence of multimedia slides which introduce the topic; ·management of the interaction with the user to check and give validity to the product. The most innovative aspect of the present research is represented by the fact that the product is realised on the bases of the profile of the user.

Identification of surface protein complexes of Streptococcus pyogenes through protein microarray technology

A systematic characterization of the composition and structure of the bacterial cell-surface proteome and its complexes can provide an invaluable tool for its comprehensive understanding. The knowledge of protein complexes composition and structure could offer new, more effective targets for a more specific and consequently effective immune response against a complex instead of a single protein. Large-scale protein-protein interaction screens are the first step towards the identification of complexes and their attribution to specific pathways. Currently, several methods exist for identifying protein interactions and protein microarrays provide the most appealing alternative to existing techniques for a high throughput screening of protein-protein interactions in vitro under reasonably straightforward conditions. In this study approximately 100 proteins of Group A Streptococcus (GAS) predicted to be secreted or surface exposed by genomic and proteomic approaches were purified in a His-tagged form and used to generate protein microarrays on nitrocellulose-coated slides. To identify protein-protein interactions each purified protein was then labeled with biotin, hybridized to the microarray and interactions were detected with Cy3-labelled streptavidin. Only reciprocal interactions, i. e. binding of the same two interactors irrespective of which of the two partners is in solid-phase or in solution, were taken as bona fide protein-protein interactions. Using this approach, we have identified 20 interactors of one of the potent toxins secreted by GAS and known as superantigens. Several of these interactors belong to the molecular chaperone or protein folding catalyst families and presumably are involved in the secretion and folding of the superantigen. In addition, a very interesting interaction was found between the superantigen and the substrate binding subunit of a well characterized ABC transporter. This finding opens a new perspective on the current understanding of how superantigens are modified by the bacterial cell in order to become major players in causing disease.

Self assembled monolayers for engineering of structured inorganic materials in the micrometer and submicrometer range

Deutsch:In der vorliegenden Arbeit konnten neue Methoden zur Synthese anorganischer Materialien mit neuartiger Architektur im Mikrometer und Nanometer Maßstab beschrieben werden. Die zentrale Rolle der Formgebung basiert dabei auf der templatinduzierten Abscheidung der anorganischen Materialien auf selbstorganisierten Monoschichten. Als Substrate eignen sich goldbedampfte Glasträger und Goldkolloide, die eine Mittelstellung in der Welt der Atome bzw. Moleküle und der makroskopischen Welt der ausgedehnten Festkörper einnehmen. Auf diesen Substraten lassen sich Thiole zu einer monomolekularen Schicht adsorbieren und damit die Oberflächeneigenschaften des Substrates ändern. Ein besonderer Schwerpunkt bei dieser Arbeit stellt die Synthese speziell auf die Bedürfnisse der jeweiligen Anwendung ausgerichteten Thiole dar.Im ersten Teil der Arbeit wurden goldbedampfte Glasoberflächen als Template verwendet. Die Abscheidung von Calciumcarbonat wurde in Abhängigkeit der Schichtdicke der adsorbierten Monolage untersucht. Aragonit, eine der drei Hauptphasen des Calciumcarbonat Systems, wurde auf polyaromatischen Amid - Oberflächen mit Schichtdicken von 5 - 400 nm Dicke unter milden Bedingung abgeschieden. Die einstellbaren Parameter waren dabei die Kettenlänge des Polymers, der w-Substituent, die Bindung an die Goldoberfläche über Verwendung verschiedener Aminothiole und die Kristallisationstemperatur. Die Schichtdickeneinstellung der Polymerfilme erfolgte hierbei über einen automatisierten Synthesezyklus.Titanoxid Filme konnten auf Oberflächen strukturiert werden. Dabei kam ein speziell synthetisiertes Thiol zum Einsatz, das die Funktionalität einer Styroleinheit an der Oberflächen Grenze als auch eine Möglichkeit zur späteren Entfernung von der Oberfläche in sich vereinte. Die PDMS Stempeltechnik erzeugte dabei Mikrostrukturen auf der Goldoberfläche im Bereich von 5 bis 10 µm, die ihrerseits über die Polymerisation und Abscheidung des Polymers in den Titanoxid Film überführt werden konnten. Drei dimensionale Strukturen wurden über Goldkolloid Template erhalten. Tetraethylenglykol konnte mit einer Thiolgruppe im Austausch zu einer Hydroxylgruppe monofunktionalisiert werden. Das erhaltene Molekül wurde auf kolloidalem Gold selbstorganisiert; es entstand dabei ein wasserlösliches Goldkolloid. Die Darstellung erfolgte dabei in einer Einphasenreaktion. Die so erhaltenen Goldkolloide wurden als Krstallisationstemplate für die drei dimensionale Abscheidung von Calciumcarbonat verwendet. Es zeigte sich, dass Glykol die Kristallisation bzw. den Habitus des krsitalls bei niedrigem pH Wert modifiziert. Bei erhöhtem pH Wert (pH = 12) jedoch agieren die Glykol belegten Goldkolloide als Template und führen zu sphärisch Aggregaten. Werden Goldkolloide langkettigen Dithiolen ausgesetzt, so führt dies zu einer Aggregation und Ausfällung der Kolloide aufgrund der Vernetzung mehrer Goldkolloide mit den Thiolgruppen der Alkyldithiole. Zur Vermeidung konnte in dieser Arbeit ein halbseitig geschütztes Dithiol synthetisiert werden, mit dessen Hilfe die Aggregation unterbunden werden konnte. Das nachfolgende Entschützten der Thiolfunktion führte zu Goldkolloiden, deren Oberfläche Thiol funktionalisiert werden konnte. Die thiolaktiven Goldkolloide fungierten als template für die Abscheidung von Bleisulfid aus organisch/wässriger Lösung. Die Funktionsweise der Schutzgruppe und die Entschützung konnte mittels Plasmonenresonanz Spektroskopie verdeutlicht werden. Titanoxid / Gold / Polystyrol Komposite in Röhrenform konnten synthetisiert werden. Dazu wurde ein menschliches Haar als biologisches Templat für die Formgebung gewählt.. Durch Bedampfung des Haares mit Gold, Assemblierung eines Stryrolmonomers, welches zusätzlich eine Thiolfunktionalität trug, Polymerisation auf der Oberfläche, Abscheidung des Titanoxid Films und anschließendem Auflösen des biologischen Templates konnte eine Röhrenstruktur im Mikrometer Bereich dargestellt werden. Goldkolloide fungierten in dieser Arbeit nicht nur als Kristallisationstemplate und Formgeber, auch sie selbst wurden dahingehend modifiziert, dass sie drahtförmige Agglormerate im Nanometerbereich ausbilden. Dazu wurden Template aus Siliziumdioxid benutzt. Zum einen konnten Nanoröhren aus amorphen SiO2 in einer Sol Gel Methode dargestellt werden, zum anderen bediente sich diese Arbeit biologischer Siliziumoxid Hohlnadeln aus marinen Schwämmen isoliert. Goldkolloide wurden in die Hohlstrukturen eingebettet und die Struktur durch Ausbildung von Kolloid - Thiol Netzwerken mittels Dithiol Zugabe gefestigt. Die Gold-Nanodrähte im Bereich von 100 bis 500 nm wurden durch Auflösen des SiO2 - Templates freigelegt.

Rilievi anatomo-patologici e batteriologici condotti sull’apparato gastroenterico di una metapopolazione di cinghiali (Sus scrofa)

Nell’ambito della patologia gastroenterica del suino sono comprese alcune malattie sostenute da batteri spirillari gram negativi, di cui sono disponibili numerose trattazioni riguardanti, soprattutto, l'aspetto epidemiologico e patogenetico. Per alcuni di questi agenti microbici, e per le relative manifestazioni patologiche, poco si conosce nel cinghiale selvatico, animale correlato filogeneticamente al suino domestico, ma compreso in un’ecologia completamente differente. Da queste premesse è nato un approccio di ricerca e studio del comportamento di questi microrganismi in una metapopolazione di cinghiali, abbattuti durante il piano di controllo della popolazione densità-dipendente nel Parco dei Gessi e Calanchi dell’Abbadessa (BO), cercando di rapportare le conoscenze riportate in letteratura sul suino domestico con quanto è scaturito dalle indagini condotte sul cinghiale selvatico. In particolare è stata indagata con metodica immunoistochimica la presenza di Lawsonia intracellularis, patogeno del suino responsabile di Enterite Proliferativa (EP), in secondo luogo sono state condotte indagini batteriologiche e istologiche da stomaco e intestino, finalizzate all’isolamento di microrganismi spirillari dei generi Campylobacter e Helicobacter, da correlare all’eventuale presenza di lesioni infiammatorie e ulcerative gastriche o enteriche valutate secondo sistemi a punteggio ottenuti dalla bibliografia o realizzati in base alla tipologia di infiltrato cellulare e alla sua localizzazione. In ultimo, a fini comparativi con uno studio condotto nel 2002-2004 nello steso Parco Regionale, sono stati monitorati i livelli di antibioticoresistenza di indicatori fecali usando metodiche internazionali standardizzate (Escherichia coli e Enterococcus faecium.) nonché su un numero significativo di isolati di Campylobacter lanienae, per ottenere indicazioni preliminari sull’andamento nei 10 anni trascorsi dello stato di inquinamento da farmaco del Parco stesso. I risultati ottenuti permettono di ampliare le conoscenze sulla flora enterica del cinghiale selvatico e pongono questioni di sicurezza pubblica sulla gestione dei mammiferi selvatici.

Multiplex-Genotypisierung forensisch relevanter SNPs unter Verwendung von Microarrays auf chemisch aktivierten Glasflächen

Die Analyse tandem-repetitiver DNA-Sequenzen hat einen festen Platz als genetisches Typisierungsverfahren in den Breichen der stammesgeschichtlichen Untersuchung, der Verwandtschaftsanalyse und vor allem in der forensischen Spurenkunde, bei der es durch den Einsatz der Multiplex-PCR-Analyse von Short Tandem Repeat-Systemen (STR) zu einem Durchbruch bei der Aufklärung und sicheren Zuordnung von biologischen Tatortspuren kam. Bei der Sequenzierung des humanen Genoms liegt ein besonderes Augenmerk auf den genetisch polymorphen Sequenzvariationen im Genom, den SNPs (single nucleotide polymorphisms). Zwei ihrer Eigenschaften – das häufige Vorkommen innerhalb des humanen Genoms und ihre vergleichbar geringe Mutationsrate – machen sie zu besonders gut geeigneten Werkzeugen sowohl für die Forensik als auch für die Populationsgenetik.rnZum Ziel des EU-Projekts „SNPforID“, aus welchem die vorliegende Arbeit entstanden ist, wurde die Etablierung neuer Methoden zur validen Typisierung von SNPs in Multiplexverfahren erklärt. Die Berücksichtigung der Sensitivität bei der Untersuchung von Spuren sowie die statistische Aussagekraft in der forensischen Analyse standen dabei im Vordergrund. Hierfür wurden 52 autosomale SNPs ausgewählt und auf ihre maximale Individualisierungsstärke hin untersucht. Die Untersuchungen der ersten 23 selektierten Marker stellen den ersten Teil der vorliegenden Arbeit dar. Sie umfassen die Etablierung des Multiplexverfahrens und der SNaPshot™-Typisierungsmethode sowie ihre statistische Auswertung. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind ein Teil der darauf folgenden, in enger Zusammenarbeit der Partnerlaboratorien durchgeführten Studie der 52-SNP-Multiplexmethode. rnEbenfalls im Rahmen des Projekts und als Hauptziel der Dissertation erfolgten Etablierung und Evaluierung des auf der Microarray-Technologie basierenden Verfahrens der Einzelbasenverlängerung auf Glasobjektträgern. Ausgehend von einer begrenzten DNA-Menge wurde hierbei die Möglichkeit der simultanen Hybridisierung einer möglichst hohen Anzahl von SNP-Systemen untersucht. Die Auswahl der hierbei eingesetzten SNP-Marker erfolgte auf der Basis der Vorarbeiten, die für die Etablierung des 52-SNP-Multiplexes erfolgreich durchgeführt worden waren. rnAus einer Vielzahl von Methoden zur Genotypisierung von biallelischen Markern hebt sich das Assay in seiner Parallelität und der Einfachheit des experimentellen Ansatzes durch eine erhebliche Zeit- und Kostenersparnis ab. In der vorliegenden Arbeit wurde das „array of arrays“-Prinzip eingesetzt, um zur gleichen Zeit unter einheitlichen Versuchsbedingungen zwölf DNA-Proben auf einem Glasobjektträger zu typisieren. Auf der Basis von insgesamt 1419 typisierten Allelen von 33 Markern konnte die Validierung mit einem Typisierungserfolg von 86,75% abgeschlossen werden. Dabei wurden zusätzlich eine Reihe von Randbedingungen in Bezug auf das Sonden- und Primerdesign, die Hybridisierungsbedingungen sowie physikalische Parameter der laserinduzierten Fluoreszenzmessung der Signale ausgetestet und optimiert. rn

Direct electron transfer to cytochrome c oxidase investigated by electrochemistry and time-resolved surface-enhanced infrared absorption spectroscopy

Cytochrom c Oxidase (CcO), der Komplex IV der Atmungskette, ist eine der Häm-Kupfer enthaltenden Oxidasen und hat eine wichtige Funktion im Zellmetabolismus. Das Enzym enthält vier prosthetische Gruppen und befindet sich in der inneren Membran von Mitochondrien und in der Zellmembran einiger aerober Bakterien. Die CcO katalysiert den Elektronentransfer (ET) von Cytochrom c zu O2, wobei die eigentliche Reaktion am binuklearen Zentrum (CuB-Häm a3) erfolgt. Bei der Reduktion von O2 zu zwei H2O werden vier Protonen verbraucht. Zudem werden vier Protonen über die Membran transportiert, wodurch eine elektrochemische Potentialdifferenz dieser Ionen zwischen Matrix und Intermembranphase entsteht. Trotz ihrer Wichtigkeit sind Membranproteine wie die CcO noch wenig untersucht, weshalb auch der Mechanismus der Atmungskette noch nicht vollständig aufgeklärt ist. Das Ziel dieser Arbeit ist, einen Beitrag zum Verständnis der Funktion der CcO zu leisten. Hierzu wurde die CcO aus Rhodobacter sphaeroides über einen His-Anker, der am C-Terminus der Untereinheit II angebracht wurde, an eine funktionalisierte Metallelektrode in definierter Orientierung gebunden. Der erste Elektronenakzeptor, das CuA, liegt dabei am nächsten zur Metalloberfläche. Dann wurde eine Doppelschicht aus Lipiden insitu zwischen die gebundenen Proteine eingefügt, was zur sog. proteingebundenen Lipid-Doppelschicht Membran (ptBLM) führt. Dabei musste die optimale Oberflächenkonzentration der gebundenen Proteine herausgefunden werden. Elektrochemische Impedanzspektroskopie(EIS), Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie (SPR) und zyklische Voltammetrie (CV) wurden angewandt um die Aktivität der CcO als Funktion der Packungsdichte zu charakterisieren. Der Hauptteil der Arbeit betrifft die Untersuchung des direkten ET zur CcO unter anaeroben Bedingungen. Die Kombination aus zeitaufgelöster oberflächenverstärkter Infrarot-Absorptionsspektroskopie (tr-SEIRAS) und Elektrochemie hat sich dafür als besonders geeignet erwiesen. In einer ersten Studie wurde der ET mit Hilfe von fast scan CV untersucht, wobei CVs von nicht-aktivierter sowie aktivierter CcO mit verschiedenen Vorschubgeschwindigkeiten gemessen wurden. Die aktivierte Form wurde nach dem katalytischen Umsatz des Proteins in Anwesenheit von O2 erhalten. Ein vier-ET-modell wurde entwickelt um die CVs zu analysieren. Die Methode erlaubt zwischen dem Mechanismus des sequentiellen und des unabhängigen ET zu den vier Zentren CuA, Häm a, Häm a3 und CuB zu unterscheiden. Zudem lassen sich die Standardredoxpotentiale und die kinetischen Koeffizienten des ET bestimmen. In einer zweiten Studie wurde tr-SEIRAS im step scan Modus angewandt. Dafür wurden Rechteckpulse an die CcO angelegt und SEIRAS im ART-Modus verwendet um Spektren bei definierten Zeitscheiben aufzunehmen. Aus diesen Spektren wurden einzelne Banden isoliert, die Veränderungen von Vibrationsmoden der Aminosäuren und Peptidgruppen in Abhängigkeit des Redoxzustands der Zentren zeigen. Aufgrund von Zuordnungen aus der Literatur, die durch potentiometrische Titration der CcO ermittelt wurden, konnten die Banden versuchsweise den Redoxzentren zugeordnet werden. Die Bandenflächen gegen die Zeit aufgetragen geben dann die Redox-Kinetik der Zentren wieder und wurden wiederum mit dem vier-ET-Modell ausgewertet. Die Ergebnisse beider Studien erlauben die Schlussfolgerung, dass der ET zur CcO in einer ptBLM mit größter Wahrscheinlichkeit dem sequentiellen Mechanismus folgt, was dem natürlichen ET von Cytochrom c zur CcO entspricht.