570 Biowissenschaften; Biologie
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Technische Prozesse können erheblich durch Biofilme beeinflußt werden und spielen in weiten Bereichen der Technik und Biotechnologie eine große Rolle. Ein zentrales Problem beim Einsatz von Werkstoffen in biologischen Systemen ist die Ansiedlung von Zellen und deren Stoffwechselprodukten auf Festkörperoberflächen. Erst hiervon gehen alle nachfolgenden Reaktionen aus, wie Kontamination von Implantaten und medizinischen Geräten, Biokorrosion und die Bildung von Biofilmen in technischen Geräten.
Die in der Biotechnologie eingesetzten Werkstoffe müssen bestimmten technischen und biologischen Forderungen genügen. Die Klärung der Adhäsionsmechanismen der Bakterien auf unterschiedlichen Werkstoffoberflächen und des sich aus einem ersten Zellhaufen entwickelnden Biofilms sowie die Reaktionen und die Transportmechanismen an und in ihm sind die Voraussetzung zur Interpretation der Werkstoffschädigung und des Zellverhaltens. Neben der konventionellen Licht- und Rasterelektronenmikroskopie steht mit der Raster-Kraft- Mikroskopie (SFM) ein neues Verfahren zur Abbildung von Oberflächen biologischer Systeme mit hoher Auflösung zur Verfügung. Ziel der Arbeiten ist es, mit dem SFM Untersuchungen von Biofilmen auf verschiedenen Werkstoffoberflächen durchzuführen. Hierzu ist es notwendig, die Raster-Kraft-Mikroskopie an die Besonderheiten biologischer Strukturen anzupassen. Aufgrund dieser Oberflächenuntersuchungen lassen sich dann geeignete Werkstoffe und Beschichtungen für den Einsatz in biologischen Systemen auswählen.
The SYSTERS project aims to provide a meaningful partitioning of the whole protein sequence space by a fully automatic procedure. A refined two-step algorithm assigns each protein to a family and a superfamily. The sequence data underlying SYSTERS release 4 now comprise several protein sequence databases derived from completely sequenced genomes (ENSEMBL, TAIR, SGD and GeneDB), in addition to the comprehensive Swiss-Prot/TrEMBL databases. The SYSTERS web server (http://systers.molgen.mpg.de) provides access to 158 153 SYSTERS protein families. To augment the automatically derived results, information from external databases like Pfam and Gene Ontology are added to the web server. Furthermore, users can retrieve pre-processed analyses of families like multiple alignments and phylogenetic trees. New query options comprise a batch retrieval tool for functional inference about families based on automatic keyword extraction from sequence annotations. A new access point, PhyloMatrix, allows the retrieval of phylogenetic profiles of SYSTERS families across organisms with completely sequenced genomes.
Das Enzym Superoxiddismutase (SOD) bietet wegen seiner hohen Reaktionsrate und seiner extrem hohen Substratspezifi tät große Vorteile für eine Anwendung als Superoxidbiosensor. In dieser Arbeit wurden durch molekularbiologische Methoden Mutanten der humanen Cu,Zn-SOD gewonnen, welche ein oder zwei zusätzliche Cystein-Reste enthielten, die eine einfache Immobilisierung des Proteins durch Bindung des Cystein-Schwefels auf Goldelektroden ermöglichten. Sechs solcher Mutanten wurden entworfen, exprimiert, aufgereinigt und elektrochemisch charakterisiert. Alle Mutanten konnten durch einen einfachen Inkubationsschritt auf Goldelektroden gebunden werden und zeigten ein quasi-reversibles elektrochemisches Ansprechen. Für eine Mutante wurde die Anwendung als Superoxidsensor genauer untersucht und für beide Teilreaktionen der Dismutation ein Ansprechen des Sensors auf das Radikal gefunden. Bei Verwendung einer Teilreaktion konnte die Empfindlichkeit herkömmlicher Monoschichtsensoren um etwa eine Größenordnung übertroffen werden.
Magnetische Nanopartikel besitzen Anwendungspotenzial in vielen biologischen und medizinischen Anwendungsgebieten. Superparamagnetische Magnetit-Nanopartikel werden klinisch verwendet als Kontrastmittel im Magnet-Resonanz-Imaging (MRI)und intensiv untersucht für Anwendungen wie Drug-Delivery-Systeme, Zell-Bewegungs-und Trenn-Systeme und Hyperthermie (1-5). Dabei sind Eisenoxid (Magnetit)-Nanopartikel besonders interessant, da sie größenabhängigen superparamagnetismus besitzen, nicht toxisch sind und im Organismus etabolisiert werden. Deshalb werden unterdessen Magnetit-Nanopartikel in vielen biomedizinischen und diagnostischen Anwendungen eingesetzt. Die Stabilität und Biokompatibilität der Magnetit-Nanopartikel sind von der Größe der Partikel und von der Oberflächenbeschichtung der Partikel in der Lösung abhängig. Die häufigste Methode zur Herstellung von superparamagnetischen Magnetit-Nanopartikeln ist die Kopräzipitation von Eisensalzen in der Gegenwart einer Base, meist Ammoniumhydroxid. Für biomedizinische Anwendungen sollte die Oberfläche der Magnetit-Partikel komplett mit einer Polymerschicht überzogen sein, um den Eisenoxidkern gegen die Blutproteine und Phagocytose-Rezeptoren abzuschirmen. Die üblichsten Beschichtungsmoleküle für biokompatible, auf Magnetit basierende Kolloide sind Derivate von Dextran und Polyethylenglycol. In dieser Arbeit beschreiben wir eine neue Präparationsmethode von Magnetit-Protein-Partikeln durch direkte Kopräzipitation von Eisensalzen und Proteinen. Als Modellprotein wird Humanserumalbumin (HSA) verwendet, das als Hauptprotein des humanen Blutserums an der Oberfläche von Partikeln zur Verwendung in medizinischen Diagnostik- und Therapieverfahren sehr gute Voraussetzungen für die Biokompatibilität der Magnetit-Partikel besitzt. Dabei wurde gefunden, dass die meisten der primären Präzipitationsprodukte zunächst biologisch inaktiv (z. B. nicht von HSA-spezifischen Antikörpern erkennbar) sind und erst durch weitere chemische Aktivierungsschritte biologisch aktiviert werden können. Das Verfahren der chemische Aktivierung und dessen Optimierung wird beschrieben und eine Modellvorstellung für diesen Aktivierungsschritt präsentiert. Magnetit-Nanopartikel-Kopplungsprodukte mit unterschiedlichen Biomolekülen (z.B. Antikörpern, Protein A) gehören zu den für eine Verwendung in humanmedizinischen Strategien favorisierten Transportvehikeln für bioaktive Moleküle. Deshalb wurden die von uns erhaltenen Magnetit-HSA-Komplexe in einem zweistufigen Glutaraldehyd Verfahren chemisch aktiviert und kovalent mit Protein A und Antikörpern (IgG) gekoppelt.
Entwicklung eines impedimetrischen Biosensors für den Nachweis von Antigliadin Autoantikörpern
(2007)
In der vorliegenden Arbeit wurde ein Biosensor für den Nachweis von Antikörpern gegen Gliadin entwickelt. Gliadine sind Bestandteile der Getreideglutene und verantwortlich für die Manifestation der Zöliakie (Gluten-Unverträglichkeit). Der Biosensor basiert auf der Immobilisierung von Gliadin auf Goldelektroden, die zuvor mit Polystyrensulfonsäure beschichtet worden waren. Die erfolgreiche Immobilisierung wurde mit Hilfe der Quarzmikrowaage dokumentiert. Die Antigen-Antikörper-Bindung konnte durch die Inkubation mit einem Peroxidase-markierten Zweitantikörper und der enzymatischen Oxidation von 3-Amino-9- Ethylcarbazol (AEC) verstärkt werden. Die Zunahme in der Elektrodenisolierung durch die Bindungs- und Ablagerungsreaktion konnte durch elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) in Anwesenheit des Hexacyanoferrat- Redoxsystems gemessen werden. Die Spektren wurden mit Hilfe eines Randles-Ersatzschaltbildes ausgewertet. Hierbei konnte eine Zunahme im Ladungstransferwiderstand festgestellt werden, die pro portional zur Antigliadin-Antikörperkonzentration, im Bereich von 10-8 M bis 10-6 M, war. Mit Hilfe dieses Sensors wurden schließlich humane Seren hinsichtlich ihrer Konzentration an Gliadinantikörpern, sowohl für Immunglobuline vom Typ IgG als auch IgA, untersucht.
Im Rahmen des Projektes »CyToTest« soll, in Kooperation mit der Firma BioTeZ Berlin-Buch GmbH, ein System entwickelt werden, mit dem direkt am Gewässer auf einfache Art und Weise die Cyanobakterientoxinkonzentration ermittelt werden kann. Dazu ist es nötig Cyanobakterien zu kultivieren und die Toxine zu isolieren. Beides wird gebraucht, um einerseits das Messsystem entwickeln zu können und andererseits an der TFH Wildau ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die Cyanobakterien direkt am Gewässer aufgeschlossen und die Toxine extrahiert werden können. Im Rahmen dessen wurden sechs Gattungen Cyanobakterien kultiviert und ein Verfahren etabliert, um die Biomasse kalkulieren zu können. Weiterhin wurde mit der Kalibration der HPLC mit Toxinen begonnen, um die Extrakte später prüfen zu können.
As a new class of therapeutic and diagnostic reagents, more than fifteen years ago RNA and DNA aptamers were identified as binding molecules to numerous small compounds, proteins and rarely even to complete pathogen particles. Most aptamers were isolated from complex libraries of synthetic nucleic acids by a process termed SELEX based on several selection and amplification steps. Here we report the application of a new one-step selection method (MonoLEX) to acquire high-affinity DNA aptamers binding Vaccinia virus used as a model organism for complex target structures.
In der vorliegenden Arbeit wurde ein Elektrodensystem aus MWCNT-modifizierten Goldelektroden mit kovalent fixierter Bilirubinoxidase elektrochemisch untersucht. Unter aeroben Bedingungen konnte ein DET von der Elektrode zur BOD durch die bioelektrokatalytische Reduktion von Sauerstoff zu Wasser detektiert werden. Das Startpotential der Elektrodenreaktion unter aeroben Bedingungen wurde mit etwa 720±10mV gegen SHE ermittelt. Mit dem hier beschriebenen Elektrodensystem sind in luftgesättigtem Puffer (bei 25±5°C) Stromdichten im Bereich von etwa 500 μA/cm2 möglich. Durch Ultraschallbehandlung der Kohlenstoffnanoröhren vor der Präparation, Variation der Auftragungsmenge und der BOD-Konzentration während der Immobilisierung konnte eine Erhöhung des voltammetrischen Meÿsignals erzielt werden. Weiterhin war dieses Elektrodensystem bei physiologischem pH-Wert und relativ hoher Ionenstärke einsetzbar und erwies sich im Vergleich zu anderen Proteinelektroden mit bis zu 2 Monaten als sehr lagerstabil. Unter anaeroben Bedingungen wurde ein Kupferzentrum der Bilirubinoxidase einer direkten Redoxumwandlung unterworfen. Der Nachweis dieses Redoxprozesses gelang erstmalig mit kovalent fixierter Bilirubinoxidase. Bei pH 7 in 100mM CiP-Puffer mit 25mV/s wurde ein formales Potential von etwa 680±10mV gegen SHE bestimmt. Dieses Potential entspricht in etwa den in den letzten Jahren publizierten Standardpotentialen für das T1-Kupferzentrum von BOD.[1] Weitere Experimente mit Bilirubin und den Inhibitoren NaF und NaN3 unter aeroben und anaeroben Bedingungen deuteten ebenfalls daraufhin, daÿ beim DET mit BOD die Elektronen von der Elektrode auf das T1-Zentrum übertragen werden.
Background
Tardigrades represent an animal phylum with extraordinary resistance to environmental stress.
Results
To gain insights into their stress-specific adaptation potential, major clusters of related and similar proteins are identified, as well as specific functional clusters delineated comparing all tardigrades and individual species (Milnesium tardigradum, Hypsibius dujardini, Echiniscus testudo, Tulinus stephaniae, Richtersius coronifer) and functional elements in tardigrade mRNAs are analysed. We find that 39.3% of the total sequences clustered in 58 clusters of more than 20 proteins. Among these are ten tardigrade specific as well as a number of stress-specific protein clusters. Tardigrade-specific functional adaptations include strong protein, DNA- and redox protection, maintenance and protein recycling. Specific regulatory elements regulate tardigrade mRNA stability such as lox P DICE elements whereas 14 other RNA elements of higher eukaryotes are not found. Further features of tardigrade specific adaption are rapidly identified by sequence and/or pattern search on the web-tool tardigrade analyzer http://waterbear.bioapps.biozentrum.uni-wuerzburg.de. The work-bench offers nucleotide pattern analysis for promotor and regulatory element detection (tardigrade specific; nrdb) as well as rapid COG search for function assignments including species-specific repositories of all analysed data.
Conclusion
Different protein clusters and regulatory elements implicated in tardigrade stress adaptations are analysed including unpublished tardigrade sequences.
mRNA-seq is a paradigm-shifting technology because of its superior sensitivity and dynamic range and its potential to capture transcriptomes in an agnostic fashion, i.e., independently of existing genome annotations. Implementation of the agnostic approach, however, has not yet been fully achieved. In particular, agnostic mapping of pre-mRNA splice sites has not been demonstrated. The present study pursued dual goals: (1) to advance mRNA-seq bioinformatics toward unbiased transcriptome capture and (2) to demonstrate its potential for discovery in neuroscience by applying the approach to an in vivo model of neurological disease. We have performed mRNA-seq on the L4 dorsal root ganglion (DRG) of rats with chronic neuropathic pain induced by spinal nerve ligation (SNL) of the neighboring (L5) spinal nerve. We found that 12.4% of known genes were induced and 7% were suppressed in the dysfunctional (but anatomically intact) L4 DRG 2 wk after SNL. These alterations persisted chronically (2 mo). Using a read cluster classifier with strong test characteristics (ROC area 97%), we discovered 10,464 novel exons. A new algorithm for agnostic mapping of pre-mRNA splice junctions (SJs) achieved a precision of 97%. Integration of information from all mRNA-seq read classes including SJs led to genome reannotations specifically relevant for the species used (rat), the anatomical site studied (DRG), and the neurological disease considered (pain); for example, a 64-exon coreceptor for the nociceptive transmitter substance P was identified, and 21.9% of newly discovered exons were shown to be dysregulated. Thus, mRNA-seq with agnostic analysis methods appears to provide a highly productive approach for in vivo transcriptomics in the nervous system.
Tardigrades are small, multicellular invertebrates which are able to survive times of unfavourable environmental conditions using their well-known capability to undergo cryptobiosis at any stage of their life cycle. Milnesium tardigradum has become a powerful model system for the analysis of cryptobiosis. While some genetic information is already available for Milnesium tardigradum the proteome is still to be discovered.
Unter Verwendung von mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren wurde in dieser Studie eine neuartige Anode zum Einsatz in Biobrennstoffzellen entwickelt. Dazu wurde das rekombinante Enzym Pyrrolochinolinchinon(PQQ)- abhängige Glucosedehydrogenase kovalent an eine aus PQQ bestehenden Zwischenschicht gekoppelt, welche zuvor an die Kohlenstoffnanoröhren adsorbiert war. Die Nanoröhren wurden aufgrund ihrer Thiolmodifikation chemisorptiv auf einer Goldelektrode gebunden. In glucosehaltiger Lösung konnte der Start eines katalytischen Stroms bei einem Potential von -80 mV vs. Ag/AgCl (1 MKCl) beobachtet werden. Unter Substratsättigung wurden Stromdichten im Bereich von 170 bis 200 μA/cm2 gemessen. Dieses System basiert auf einem mediatorvermittelten Elektronentransfer. Die entwickelte (PQQ)-GDH-MWCNT-Elektrode wurde mit einer MWCNT-modifizierten Elektrode kombiniert, bei der Bilirubinoxidase (BOD) als Biokatalysator fungiert. Daraus resultierte eine membranfreie Biobrennstoffzelle mit einem leichgewichtspotential von 600 mV und Leistungsdichten im Bereich von 20-25 μW/cm2.
Tardigrades have fascinated researchers for more than 300 years because of their extraordinary capability to undergo cryptobiosis and survive extreme environmental conditions. However, the survival mechanisms of tardigrades are still poorly understood mainly due to the absence of detailed knowledge about the proteome and genome of these organisms. Our study was intended to provide a basis for the functional characterization of expressed proteins in different states of tardigrades. High-throughput, high-accuracy proteomics in combination with a newly developed tardigrade specific protein database resulted in the identification of more than 3000 proteins in three different states: early embryonic state and adult animals in active and anhydrobiotic state. This comprehensive proteome resource includes protein families such as chaperones, antioxidants, ribosomal proteins, cytoskeletal proteins, transporters, protein channels, nutrient reservoirs, and developmental proteins. A comparative analysis of protein families in the different states was performed by calculating the exponentially modified protein abundance index which classifies proteins in major and minor components. This is the first step to analyzing the proteins involved in early embryonic development, and furthermore proteins which might play an important role in the transition into the anhydrobiotic state.
The use of a priori knowledge in the alignment of targeted sequencing data is investigated using computational experiments. Adapting a Needleman–Wunsch algorithm to incorporate the genomic position information from the targeted capture, we demonstrate that alignment can be done to just the target region of interest. When in addition use is made of direct string comparison, an improvement of up to a factor of 8 in alignment speed compared to the fastest conventional aligner (Bowtie) is obtained. This results in a total alignment time in targeted sequencing of around 7 min for aligning approximately 56 million captured reads. For conventional aligners such as Bowtie, BWA or MAQ, alignment to just the target region is not feasible as experiments show that this leads to an additional 88% SNP calls, the vast majority of which are false positives (∼92%).
Random mutagenesis is a useful tool to genetically modify organisms for various purposes, such as adaptation to cultivation conditions, the induction of tolerances, or increased yield of valuable substances. This is especially attractive for systems where it is not obvious which genes require modifications. Random mutagenesis has been extensively used to modify crop plants, but even with the renewed interest in microalgae and cyanobacteria for biofuel applications, there is relatively limited current research available on the application of random mutagenesis for these organisms, especially for cyanobacteria. In the presented work we characterized the lethality and rate of non-lethal point mutations for ultraviolet radiation and methyl methanesulphonate on the model cyanobacteria Synechocystis sp. PCC6803. Based on these results an optimal dosage of 10–50 J/m2 for UV and either 0.1 or 1 v% for MMS was determined. A Synechocystis wildtype culture was then mutagenized and selected for increased temperature tolerance in vivo. During the second round of mutagenesis the viability of the culture was monitored on a cell by cell level from the treatment of the cells up to the growth at an increased temperature. After four distinct rounds of treatment (two with each mutagen) the temperature tolerance of the strain was effectively raised by about 2°C. Coupled with an appropriate in vivo screening, the described methods should be applicable to induce a variety of desirable characteristics in various strains. Coupling random mutagenesis with high-throughput screening methods would additionally allow to select for important characteristics for biofuel production, which do not yield a higher fitness and can not be selected for in vivo, such as fatty acid concentration. In a combined approach with full genome sequencing random mutagenesis could be used to determine suitable target-genes for more focused methods.
Tardigrades have unique stress-adaptations that allow them to survive extremes of cold, heat, radiation and vacuum.
To study this, encoded protein clusters and pathways from an ongoing transcriptome study on the tardigrade Milnesium tardigradum were analyzed using bioinformatics tools and compared to expressed sequence tags (ESTs) from Hypsibius dujardini, revealing major pathways involved in resistance against extreme environmental conditions.
ESTs are available on the Tardigrade Workbench along with software and databank updates. Our analysis reveals that RNA stability motifs for M. tardigradum are different from typical motifs known from higher animals. M. tardigradum and H. dujardini protein clusters and conserved domains imply metabolic storage pathways for glycogen, glycolipids and specific secondary metabolism as well as stress response pathways (including heat shock proteins, bmh2, and specific repair pathways). Redox-, DNA-, stress- and protein protection pathways complement specific repair capabilities to achieve the strong robustness of M. tardigradum.
These pathways are partly conserved in other animals and their manipulation could boost stress adaptation even in human cells. However, the unique combination of resistance and repair pathways make tardigrades and M. tardigradum in particular so highly stress resistant.
Tardigrades are multicellular organisms, resistant to extreme environmental changes such as heat, drought, radiation and freezing. They outlast these conditions in an inactive form (tun) to escape damage to cellular structures and cell death. Tardigrades are apparently able to prevent or repair such damage and are therefore a crucial model organism for stress tolerance. Cultures of the tardigrade Milnesium tardigradum were dehydrated by removing the surrounding water to induce tun formation. During this process and the subsequent rehydration, metabolites were measured in a time series by GC-MS. Additionally expressed sequence tags are available, especially libraries generated from the active and inactive state. The aim of this integrated analysis is to trace changes in tardigrade metabolism and identify pathways responsible for their extreme resistance against physical stress.
Throughout the recent years, 454 pyrosequencing has emerged as an efficient alternative to traditional Sanger sequencing and is widely used in both de novo whole-genome sequencing and metagenomics. Especially the latter application is extremely sensitive to sequencing errors and artificially duplicated reads. Both are common in 454 pyrosequencing and can create a strong bias in the estimation of diversity and composition of a sample. To date, there are several tools that aim to remove both sequencing noise and duplicates. Nevertheless, duplicate removal is often based on nucleotide sequences rather than on the underlying flow values, which contain additional information.
Limno-terrestrial tardigrades are small invertebrates that are subjected to periodic drought of their micro-environment. They have evolved to cope with these unfavorable conditions by anhydrobiosis, an ametabolic state of low cellular water. During drying and rehydration, tardigrades go through drastic changes in cellular water content. By our transcriptome sequencing effort of the limno-terrestrial tardigrade Milnesium tardigradum and by a combination of cloning and targeted sequence assembly, we identified transcripts encoding eleven putative aquaporins. Analysis of these sequences proposed 2 classical aquaporins, 8 aquaglyceroporins and a single potentially intracellular unorthodox aquaporin. Using quantitative real-time PCR we analyzed aquaporin transcript expression in the anhydrobiotic context. We have identified additional unorthodox aquaporins in various insect genomes and have identified a novel common conserved structural feature in these proteins. Analysis of the genomic organization of insect aquaporin genes revealed several conserved gene clusters.
To support a quantitative real-time polymerase chain reaction standardization project, a new reference gene database application was required. The new database application was built with the explicit goal of simplifying not only the development process but also making the user interface more responsive and intuitive. To this end, CouchDB was used as the backend with a lightweight dynamic user interface implemented client-side as a one-page web application. Data entry and curation processes were streamlined using an OpenRefine-based workflow. The new RefPrimeCouch database application provides its data online under an Open Database License.
DNA methylation is a widely conserved epigenetic modification. The analysis of genome-scale DNA methylation patterns in various organisms suggests that major features of animal methylomes are widely conserved. However, based on the variation of DNA methyltransferase genes in invertebrates, it has also been proposed that DNA methylation could provide a molecular mechanism for ecological adaptation. We have now analyzed the methylome of the desert locust, Schistocerca gregaria, which represents an organism with a high degree of phenotypic plasticity. Using genome-scale bisulfite sequencing, we show here that the S. gregaria methylome is characterized by CpG- and exon-specific methylation and thus shares two major features with other animal methylomes. In contrast to other invertebrates, however, overall methylation levels were substantially higher and a significant fraction of transposons was methylated. Additionally, genic sequences were densely methylated in a pronounced bimodal pattern, suggesting a role for DNA methylation in the regulation of locust gene expression. Our results thus uncover a unique pattern of genome methylation in locusts and provide an important foundation for investigating the role of DNA methylation in locust phase polyphenism.
In drug discovery, the characterisation of the precise modes of action (MoA) and of unwanted off-target effects of novel molecularly targeted compounds is of highest relevance. Recent approaches for identification of MoA have employed various techniques for modeling of well defined signaling pathways including structural information, changes in phenotypic behavior of cells and gene expression patterns after drug treatment. However, efficient approaches focusing on proteome wide data for the identification of MoA including interference with mutations are underrepresented. As mutations are key drivers of drug resistance in molecularly targeted tumor therapies, efficient analysis and modeling of downstream effects of mutations on drug MoA is a key to efficient development of improved targeted anti-cancer drugs. Here we present a combination of a global proteome analysis, reengineering of network models and integration of apoptosis data used to infer the mode-of-action of various tyrosine kinase inhibitors (TKIs) in chronic myeloid leukemia (CML) cell lines expressing wild type as well as TKI resistance conferring mutants of BCR-ABL. The inferred network models provide a tool to predict the main MoA of drugs as well as to grouping of drugs with known similar kinase inhibitory activity patterns in comparison to drugs with an additional MoA. We believe that our direct network reconstruction approach, demonstrated on proteomics data, can provide a complementary method to the established network reconstruction approaches for the preclinical modeling of the MoA of various types of targeted drugs in cancer treatment. Hence it may contribute to the more precise prediction of clinically relevant on- and off-target effects of TKIs.
Die medizinischen Blutegel, Hirudo medicinalis und Hirudo verbana, werden wegen ihrer kurativen Wirkung in der Humanmedizin angewandt. Während des Blutsaugens injizieren sie über ihren Speichel eine Vielzahl bioaktiver, derzeit noch unbekannter Moleküle. Eine vollständige Aufklärung aller Inhaltsstoffe mit Wirkmechanismen ist für die Entwicklung von neuen Pharmaka von großem Interesse. Vor diesem Hintergrund wurden verschiedene Organe beider Arten auf ihre Besiedlung durch symbiontische Bakterien untersucht. Dazu wurden die Bakterien zunächst unter geeigneten Bedingungen kultiviert und mittels biochemischer Methoden charakterisiert. Die Identifizierung der Symbionten erfolgte durch Polymerasekettenreaktion (PCR) und Sequenzierung der 16S rDNA. Die biochemischen Tests ergaben, dass die kultivierbaren Bakterien Amylase positiv, Gram negativ und Ornithin Decarboxylase negativ sind. Mit Hilfe von datenbankgestützten Analysen der 16S rDNA-Sequenzen konnte Aeromonas veronii biovar sobria nachgewiesen werden. Hochdurchsatzsequenzierungen der gesamtgenomischen DNA des Bakteriums aus H. medicinalis zeigten deutliche Abweichungen zum Referenzgenom von Aeromonas veronii B565.
G-Quadruplex (G-4) structures are formed when G-rich DNA sequences fold into intra- or intermolecular four-stranded structures in the presence of metal ions. G-4-hemin complexes are often effective peroxidase-mimicking DNAzymes that are applied in many detection systems. This work reports the application of a G-rich daunomycin-specific aptamer for the development of an antibody-antigen detection assay. We investigated the ability of the daunomycin aptamer to efficiently catalyze the hemin-dependent peroxidase activity independent of daunomycin. A reporter probe consisting of biotinylated antigen and daunomycin aptamer coupled to streptavidin gold nanoparticles was successfully used to generate a colorimetric readout. In conclusion, the daunomycin aptamer can function as a robust alternative DNAzyme for the development of colorimetric assays.
The identification of QTL involved in heterosis formation is one approach to unravel the not yet fully understood genetic basis of heterosis - the improved agronomic performance of hybrid F1 plants compared to their inbred parents. The identification of candidate genes underlying a QTL is important both for developing markers and determining the molecular genetic basis of a trait, but remains difficult owing to the large number of genes often contained within individual QTL. To address this problem in heterosis analysis, we applied a meta-analysis strategy for grain yield (GY) of Zea mays L. as example, incorporating QTL-, hybrid field-, and parental gene expression data.
We have re-analyzed previously published gene expression data from ninety-four pancreatic ductal adenocarcinomas (PDAC) samples. We determined the gene expression profile of genes differentially expressed in PDAC compared to non-malignant pancreatic tissue. Using the 100 top-ranked genes, we were able to discriminate between PDAC and non-malignant pancreatic tissue. A hierarchical cluster analysis revealed only a 6 % false discovery rate. The prognostic strength of these discriminative genes was underscored by a SVM classification and 3-fold cross validation with an 89 % correct class assignment. The annotation of the 100 top-ranked genes revealed that most of the genes were involved in the processes of signal transduction, cell adhesion, extracellular matrix organization and cell migration. The most greatly affected signal cascade was the transforming growth factor β receptor signaling pathway, which was significantly enriched in the top-ranked genes. Furthermore, we identified eleven genes that were associated with good prognosis.
During the last decades the ground-breeding Montagu’s harrier ( Circus pygargus , Linnaeus, 1758) has changed its breeding habitats in Europe to agricultural areas in which many local populations would be close to extinction without a special nest protection regime. Although Montagu’s harrier is a well-studied species in terms of ecology and breeding biology, its genetic structure and population genetics are almost unknown. As there is a lack of good genetic markers we developed a set of 19 microsatellite markers comprising 16 new STR markers which were identified by next-generation sequencing (NGS) using 454 shot-gun pyrosequencing of genomic DNA. The STR markers were arranged into three multiplex PCR sets for high throughput genotyping and characterised. The marker set provides a powerful tool for kinship analysis. The combined non-exclusion probability for parent pairs was 1.13* 10-11. Only three loci showed PIC values < 0.50. In total, 121 known family relationships were compared with genetically calculated ones to test the markers suitability for parentage analysis. In 97.5% of all cases full-sibships were accurately determined and 97.6% of all mothers were assigned correctly to their chicks. The present multiplex PCR panels can be used to investigate several hypotheses concerning breeding behaviour, kinship, exchange rates between populations and phylogeography.