@phdthesis{Becker2023, author = {Becker, Juliane}, title = {Entwicklung eines Verfahrens zur qualitativen und quantitativen Analyse von Biofilmen mittels automatisierter Fluoreszenzmikroskopie}, doi = {10.26127/BTUOpen-6378}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-63787}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2023}, abstract = {Biofilme sind Zusammenschl{\"u}sse von Mikroorganismen, die eingebettet in einer selbstproduzierten Matrix vor {\"a}ußeren Umwelteinfl{\"u}ssen gesch{\"u}tzt sind und eine erh{\"o}hte Toleranz gegen{\"u}ber Antiinfektiva aufweisen. Im Bereich der Humanmedizin werden 65-80 \% aller bakteriellen Infektionen mit Biofilmen assoziiert. Problematisch ist die fehlende Biofilmanalytik in der Routinediagnostik, die auch von der Europ{\"a}ischen Gesellschaft f{\"u}r klinische Mikrobiologie und Infektionskrankheiten gefordert wird. So fehlen standardisierte Methoden f{\"u}r den mikroskopischen Nachweis einer Biofilm-assoziierten Infektion, die in situ Quantifizierung von Bakterien auf Implantaten und die Pr{\"u}fung der Antibiotikaempfindlichkeit von Bakterien in Biofilmen. Mit den in dieser Arbeit etablierten Methoden wurden diese verschiedenen Schwerpunkte im Bereich der bakteriellen Biofilmanalytik beleuchtet. Basierend auf der an der Hochschule Lausitz entwickelten VideoScan-Technologie wurden fluoreszenzmikroskopische Methoden f{\"u}r die Untersuchung von Biofilmen entwickelt. Es wurde ein Modul geschaffen, welches qualitative und quantitative Aussagen {\"u}ber die allgemeine F{\"a}higkeit von Bakterien zur Biofilmbildung treffen kann. Mit Anwendung dieser Methode konnte der Zusammenhang zwischen den genotypischen und ph{\"a}notypischen Merkmalen von 187 klinischen E. coli-Isolaten und deren Biofilmbildung untersucht werden. Ein weiteres Modul erlaubte die Untersuchung der mit E. coli besiedelten Materialien Glas, Stahl und Titan. Insgesamt 44 Materialst{\"u}cke (Coupons) wurden auf die Anzahl adh{\"a}renter Bakterien, die besiedelte Fl{\"a}che und die maximal gebildete Biofilmdicke untersucht. Das dritte und letzte Modul fand Anwendung in der Untersuchung der Antibiotikaempfindlichkeit von S. aureus w{\"a}hrend der Biofilmbildung und unterschiedlich reifer S. aureus-Biofilme. Innerhalb dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die etablierte Methode eine umfangreiche Analyse von Biofilmen f{\"u}r verschiedene Fragestellungen erm{\"o}glicht.}, subject = {Biofilm; Video-Scan; Fluoreszenzmikroskopie; Biofilmbildung; Fluorescence microscopy; Biofilm formation; Biofilm; Fluoreszenzmikroskopie; Bildgebendes Verfahren}, language = {de} } @phdthesis{Dinter2023, author = {Dinter, Franziska}, title = {Entwicklung mikropartikelbasierter Nachweisverfahren f{\"u}r hydrophile und amphiphile Biomarker}, doi = {10.26127/BTUOpen-6390}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-63909}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2023}, abstract = {F{\"u}r die Personalisierte Medizin wird eine pr{\"a}zise und schnelle Analyse relevanter kardiovaskul{\"a}rer, Tumor- oder Autoimmunbiomarker in der heutigen Labordiagnostik immer wichtiger. Patienten sollen m{\"o}glichst individuell und auf ihre Bed{\"u}rfnisse abgestimmt behandelt werden. Mithilfe einfacher, tragbarer, zeit- und materialsparender Analysemethoden sollen in Zukunft die {\"A}rzte durch automatisierte, multiparametrische Testsysteme unterst{\"u}tzt werden. Um diese Probleme adressieren zu k{\"o}nnen, ist es notwendig, Systeme zu entwickeln, die einen simultanen Nachweis von Protein-, Nukleins{\"a}ure-, und Lipidbiomarkern erm{\"o}glichen. Die vorliegende Dissertation setzt sich mit der Entwicklung mikropartikelbasierter Nachweissysteme f{\"u}r hydrophile und amphiphile Biomarker auseinander. Hierbei wurde ein mikropartikelbasierter Mikrofluidikchip zur Analyse von vier Protein- und DNAbasierten kardiovaskul{\"a}ren Biomarkern entwickelt. Dieser zeigt gegen{\"u}ber der Verwendung einer Multiwellplatte eine Reduzierung der Zeit von 1 h auf 7 min, die Reduzierung von Patientenmaterial, aufgrund des Einsatzes geringer Volumina und eine erh{\"o}hte Sensitivit{\"a}t um einen Faktor von f{\"u}nf gegen{\"u}ber den Herstellerangaben der Biomarker. Die Analyse amphiphiler Biomarker wie Phospholipide oder Lipoproteine setzte die Verwendung hydrophober Mikropartikel voraus. Neuartige, fluoreszenzkodierte, hydrophobe Mikropartikel wurden hergestellt und anhand verschiedener Kriterien wie Verhalten in Puffersystemen, Hydrophobizit{\"a}t, L{\"o}sungsmittelstabilit{\"a}t und Fluoreszenz- und Gr{\"o}ßenverteilung charakterisiert. Mithilfe der typisierten hydrophoben Mikropartikel wurden amphiphile Biomarker, wie z. B. Anti-Phospholipid-Antik{\"o}rper gegen Cardiolipin, welche bei Autoimmunerkrankungen, Krebs und kardiovaskul{\"a}ren Erkrankungen eine Rolle spielen, an die Mikropartikeloberfl{\"a}che gekoppelt. Ein aussagekr{\"a}ftiger Nachweis der Anti- Phospholipid-Antik{\"o}rper konnte sowohl auf Membran- als auch Mikropartikelbasis entwickelt werden. Mit dem entwickelten Proof-of-Principle konnten erste Patientenseren analysiert und eine eindeutige Zuordnung der positiven und negativen Seren vorgenommen werden.}, subject = {Mikropartikel; Hydrophobie; Hydrophilie; Mikrofluidik; Nachweisverfahren; Microparticle; Hydrophobic; Hydrophilic; Microfluidic; Detection methods; Amphiphilie; Biomarker; Hydrophilie; Mikrofluidik; Mikropartikel; Nachweis; Microfluidics}, language = {de} } @phdthesis{Khan2023, author = {Khan, Muhammad Moman}, title = {Escherichia coli colonization}, doi = {10.26127/BTUOpen-6442}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-64429}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2023}, abstract = {To increase our understanding of bacterial intestinal colonization in animal populations lacking anthropogenic influence we devised the first objective and studied the diversity of E. coli in pristine wild animal population. Overall, E. coli in cormorants maintained a high diversity under minimal anthropogenic influences. E. coli were isolated from individual birds of two cormorant colonies located on small islands in lakes at least 100 km away from human settlements. Diversity of the isolates was studied using pulsed field gel electrophoresis (PFGE). 137 isolates of cormorant colony-1 and 75 isolates of cormorant colony-2 resulted in 60 and 33 PFGE types, respectively. Representative strains of each PFGE type were analysed in terms of phylogroups, extraintestinal virulence associated genes (exVAGs), adhesion to the chicken intestinal cell line and antimicrobials. Most isolates belonged to phylogroup B1 (68.3\%) followed by B2 and E with B2 harbouring the highest total number of exVAGs per isolate. Surprisingly, a PFGE type with relatively few exVAGs displayed the highest isolation frequency, also showing a high adhesion rate. Comparative analysis of exVAGs to other E. coli populations of wildlife origin revealed that the secreted autotransporter toxin encoding sat gene was only present in cormorants. The second objective was to characterize and identify factors contributing to the novel adhesion phenotype, known as Clumpy adhesion by the strain 4972 E. coli when incubated on human urinary bladder 5637 cell line. Transcriptome and proteome of adhered bacteria clustered together and diverged from bacteria in the supernatant. The clumpy structure was further explored in terms antibiotic stress where sessile structures could tolerate high antibiotic pressure of ampicillin up to 16 mg/ml and gentamicin up to 2 µg/ml. Data analysis unveiled differential expression of 623 genes between bacteria forming clumps and in supernatant. 148 genes were hypothetical and five hypothetical genes i.e., ffp, espX1, pilV, spnT and yggT along with four known genes i.e., dnaK, spy, flgH and fimH were targeted for deletion. Seven genes deletion mutants, three known (i.e., spy, flgH and fimH) and four hypothetical (ffp, pilV, spnT and yggT) genes were successfully generated and analysed for various parameters. ΔflgH showed loss of clumpy phenotype and adhesion ability up to 80\% was regenerated by complementation. When antibiotic stress by ampicillin was applied after clump formation, Δffp depicted no effect of high concentration of ampicillin. In case of ΔpilV, adhesion significantly increased to 151\% and upon complementation, adhesion was reduced to 53\%. ΔspnT during ampicillin stressed adhesion fared almost 8.5 times better than the wild type strain. ΔyggT exhibited high adhesion of 145.5 \% and upon reintroduction, adhesion decreased to 13\%. Overall, we were able characterize a new phenotype and determined the role of genes contributing to clumpy adhesion phenotype.}, subject = {E. coli; Colonization; Adhesion; Antibiotic resistance; Genes; Kolonisation; Antibiotikaresistenz; Gene; Adh{\"a}sion; Tiere; Darmflora; Escherichia coli; Gen; Antibiotikum; Arzneimittelreistenz}, language = {en} } @phdthesis{Jurischka2022, author = {Jurischka, Christoph}, title = {Entwicklung nukleins{\"a}urebasierter Diagnostika unter Ber{\"u}cksichtigung moderner Signalverst{\"a}rkungs- und Rapid-Prototyping-Technologien}, doi = {10.26127/BTUOpen-5758}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-57583}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2022}, abstract = {Die Entwicklung und Optimierung bioanalytischer Testsysteme erfordert zunehmend innovative und effiziente Strategien, um insbesondere den steigenden individuellen Anforderungen der personalisierten Medizin gerecht zu werden. Hierzu m{\"u}ssen stetig moderne Konzepte zur Charakterisierung potenzieller Biomarker untersucht und in schnell anpassbare diagnostische Anwendungen integriert werden. Gerade der sensitive und gleichzeitige Nachweis spezifischer Nukleins{\"a}uren ist dabei von großem Interesse. Mit dieser Dissertation wurde die Entwicklung und Evaluierung spezifischer Hybridisierungssonden zum Nachweis viraler Nukleins{\"a}uresequenzen in Zell- und Gewebemodellen mittels Fluoreszenzmikroskopie dargelegt. Hierbei zeigte sich, dass bei hinreichend großer Viruslast auch sehr kurze Sequenzbereiche effektiv detektiert werden k{\"o}nnen. Um zur Evaluierung von neuen Zielsubstanzen m{\"o}glichst sensitive Aussagen treffen zu k{\"o}nnen, wurden weiterhin innovative Signalverst{\"a}rkungstechnologien, insbesondere zur Analyse von Biomolek{\"u}len in mikropartikelbasierten Assays untersucht. Neben der erfolgreichen {\"U}bertragung der bereits f{\"u}r zellbasierte Anwendungen eingesetzten Tyramidsignalverst{\"a}rkung auf Mikropartikel zeigten neuartige Nukleins{\"a}urekonstrukte, sogenannte Origamis, großes Potential f{\"u}r zuk{\"u}nftige, sensitive Nachweisverfahren. Neben den einzelnen Assaykomponenten selbst sind zudem die Planung und der Aufbau von neuen Versuchssystemen entscheidend f{\"u}r einen erfolgreichen Einsatz in der Bioanalytik. Hier bieten moderne Fabrikationstechnologien, wie der 3D-Druck, enorme Vorteile f{\"u}r individuelle Untersuchungsmethoden. Diese Arbeit zeigte, dass entsprechend thermisch und fluoreszenzspektrometrisch charakterisierte Polymermaterialien gut f{\"u}r den funktionalen Einsatz in mikro-, zell- und molekularbiologischen Anwendungen geeignet sind und dadurch in Zukunft, bei kontinuierlicher Weiterentwicklung solcher maßgeschneiderten Systeme, rasch und wirksam auf neue diagnostische Fragestellungen und Bed{\"u}rfnisse reagiert werden kann.}, subject = {Tyramidsignalverst{\"a}rkung; Hybridisierung; Autofluoreszenz; Nukleins{\"a}urenachweis; 3D-Druck; Tyramide signal amplification; Hybridization; Autofluorescence; Nucleic acid detection; 3D printing; Biochemische Analyse; Hybridisierung ; Fluoreszenz; Nucleins{\"a}uren}, language = {de} } @phdthesis{Deutschmann2021, author = {Deutschmann, Claudia}, title = {Identifikation neuer Antigene f{\"u}r die Diagnose von chronisch entz{\"u}ndlichen Darmerkrankungen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-57491}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2021}, abstract = {Chronisch entz{\"u}ndliche Darmerkrankungen (CED) sind Erkrankungen, die den gesamten Gastrointestinaltrakt betreffen k{\"o}nnen. Sie werden unterteilt in die Hauptklassen Morbus Crohn (MC) und Colitis ulcerosa (CU). Da die Inzidenz dieser Erkrankungen weltweit steigt, ist es von besonderem Interesse, die Pathophysiologie sowie zugrundeliegende Signalwege und Zielantigene zu verstehen. Bisher wird vermutet, dass Umweltfaktoren, eine Fehlfunktion der Darmschleimhautbarriere und ein fehlreguliertes Immunsystem in genetisch pr{\"a}disponierten Individuen bei der Manifestation der CED eine Rolle spielen. Eine Beteiligung der Immunantwort wird durch die Tatsache gest{\"u}tzt, dass krank-heitsspezifische Antik{\"o}rper gegen k{\"o}rpereigene Bestandteile sowie gegen mikrobielle Antigene gefunden wurden. In dieser Arbeit waren Anti-Neutrophile zytoplasmatische Antik{\"o}rper (ANCA) von besonderem Interesse. ANCA erzeugen, abh{\"a}ngig vom Antigen, ein spezifisches Fluoreszenzmuster auf neutrophilen Granulozyten und k{\"o}nnen dadurch f{\"u}r die Diagnose bestimmter Erkrankungen genutzt werden. Eine spezielle Untergruppe, die atypischen ANCA, wurden mit CED und speziell CU assoziiert. F{\"u}r atpyische ANCA wurde eine Vielzahl von neutrophilen Antigenen beschrieben, jedoch ist unklar, ob das Hauptantigen bereits identifiziert wurde. Daher war das Ziel dieser Arbeit, neue neutrophile antigene Ziele zu identifizieren, die m{\"o}glicherweise an der Erkennung der Darmmikrobiota sowie der Entz{\"u}ndung bei CED beteiligt sind. Daf{\"u}r sollten neutrophile Granulozyten isoliert und ihre Proteine mittels verschiedener Methoden der Proteomik untersucht werden. Identifizierte Antigene sollten rekombinant exprimiert und f{\"u}r die Entwicklung eines immunologischen Testsystems genutzt werden. Bei der Untersuchung der neutrophilen Proteine wurde das Molek{\"u}l Chitinase-3-Like Protein 1 (CHI3L1) identifiziert und f{\"u}r die Entwicklung eines Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA) genutzt. Dieser wurde genutzt, um das Serum von Patienten mit MC, CU oder Z{\"o}liakie sowie gesunde Kontrollen zu untersuchen. In Patienten mit MC zeigten sich signifikant h{\"o}here IgG-Reaktivit{\"a}ten gegen CHI3L1 als in Patienten mit CU oder Z{\"o}liakie. IgA- und sekretorisches IgA (sIgA)-Reaktivit{\"a}ten gegen CHI3L1 waren ebenfalls in Patienten mit MC signifikant h{\"o}her als in CU, Z{\"o}liakie oder gesunden Kontrollen. Diese Daten zeigten, dass CHI3L1 ein neues neutrophiles antigenes Ziel in CED und speziell MC ist. Es konnte keine Korrelation von CHI3L1-Antik{\"o}rpern mit MC-spezifischen Anti-Saccharomyces cerevisiae-Antik{\"o}rpern (ASCA) gezeigt werden. Die ROC-Analyse verschiedener klinischer Szenarien ergab, dass CHI3L1-Antik{\"o}rper allein nicht f{\"u}r die klinische Anwendung geeignet sind. Allerdings k{\"o}nnten CHI3L1-Antik{\"o}rper bestehende serologische Marker erg{\"a}nzen und so zum Beispiel die Diagnostik verbessern. Ungekl{\"a}rt bleibt, ob CHI3L1 eine Rolle in der Pathophysiologie von CED spielen k{\"o}nnte. Das Auftreten von Antik{\"o}rpern gegen CHI3L1 deutet jedoch darauf hin.}, subject = {Chronisch entz{\"u}ndliche Darmerkrankungen; Diagnostik; Antik{\"o}rper; Granulozyten; ELISA; Enzyme-linked Immunosorbent Assay; Inflammatory bowel disease; Diagnostics; Granulocyte; Antibody; Chronische Darmentz{\"u}ndung; Diagnostik; ANCA; Enzyme-linked immunosorbent assay; Granulozyt}, language = {de} }