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Die Form betreffend: Topologische Präzision in antimikrobiellen Flaschenbürstenpolymeren
No full textAntimicrobial resistance is an emerging problem of our modern society, which cause around one million death per year. To combat increasing occurrence of antimicrobial resistance and the resulting consequences, alternatives to common antibiotics have to be designed and investigated. One promising solution for this challenge can be found in antimicrobial polymers (AP). These materials are inspired by antimicrobial peptides and interact selectively with bacteria over mammalian cells. Hence the herein presented thesis investigated and optimized antimicrobial materials to achieve a better understanding of different parameters which influence the activity of such (antimicrobial) systems. Since former studies have shown improved antimicrobial activities for bottle brush topologies this architecture should be focused.
For this aim a facile one-pot strategy based on a grafting from RAFT-polymerization approach was developed. To compare different architectures linear chains were compared with bottle brush topologies with the outcome that bottle brush copolymers clearly outperform linear analogous regarding antimicrobial activity and hemocompatibility. Next to this also amphiphilic balance as well as length of backbone and grafts within bottle brush architecture showed strong impact on biological and physico-chemical properties. It was demonstrated that use of equal amounts of cationic and hydrophobic repeating units (50:50 ratio) resulted in best efficiency and compatibility for used comonomer system. Through variation of anisotropy the immense influence of (side chain) mobility could be presented, as this parameter affects overall hydrophobicity and hence biologic activity. With long grafts it was possible to design bottle brush polymers which intramolecularly self-assemble into a core-shell like structure and thus increase biocompatibility. For the optimized comonomer mixture a combination of a short backbone (DP 50) and long grafts (DP 60) seems to be the optimum.
To optimize also synthetic strategies for such systems, another aspect was the development of new polymerization methods. Via a comparison of the conventional and the photo-iniferter (PI-) RAFT approach, advantages of PI technique were presented, as it can overcome some restrictions of conventional RAFT polymerization. Demonstrated benefits of PI-RAFT procedure were for example increased livingness of the macromolecules. However, since also PI-RAFT polymerization has some disadvantages (e.g. limited monomer selection) a new method was developed where small amounts of xanthates were mixed with a second CTA. Thereby, xanthate fuel the reaction while the other CTA provides control through effective chain transfer. Hence photo-activation was decoupled from reaction control, enable easy access to complex macromolecules. Due to this mechanism the procedure was called xanthate mediated photo-iniferter (XPI-) RAFT polymerization. As both CTAs participate in the reaction and therefore were incorporated as end groups, further reactivation induced by irradiation is possible. Another advantage of XPI-RAFT method is increased robustness, since it can circumvent certain amounts of oxygen. Thus XPI-RAFT procedure broadens the scope of producible (complex) macromolecules.
Another important factor to limit fast evolution of antimicrobial resistance is availability of clean water. For this purpose, another research aspect was to design a facile antimicrobial surface functionalization strategy based on 3D printed PLA (poly (lactic acid)) grids. Tests with E. coli water suspensions as well as with freshwater samples demonstrated an efficient reduction of microorganism if aqueous solutions were incubated with antimicrobial brush containing scaffolds, while pure PLA does not show any positive effect. Due to its simplicity and adaptability (enabled by 3D printing) the developed method can serve as platform technology for new applications and investigations.
Via investigations of different aspects regarding antimicrobial (brush) polymers and their synthetic methods, new insights could be generated, which can contribute to the development of new and effective antimicrobial materials to offer a solution for the increasing global problem of antimicrobial resistances.Antimikrobielle Resistenz ist ein wachsendes Problem unserer Gesellschaft, welches jedes Jahr viele Todesfälle verursacht. Um die zunehmende Präsenz antimikrobiell resistenter Bakterien und deren Folgen zu bekämpfen, müssen Alternativen zu herkömmlichen Antibiotika entwickelt werden. Eine vielversprechende Lösung für diese Herausforderung liegt in antimikrobiellen Polymeren (AP). Diese Materialien sind von antimikrobiellen Peptiden inspiriert und Interagieren selektiv mit Bakterien- gegenüber Säugetierzellen. Ausgehend von der Bedeutung dieses Forschungsgebiets liegt der Schwerpunkt der hier vorgestellten Arbeit darauf, antimikrobielle Polymere zu untersuchen und zu optimieren, um so ein besseres Verständnis über verschiedene Parameter zu erlangen, die die Aktivität solcher (antimikrobieller) Systeme beeinflussen. Da frühere Studien zeigten, dass Flaschenbürsten-Strukturen höhere antimikrobielle Aktivitäten aufweisen können, sollte diese Architektur fokussiert werden.
Zu diesem Zweck wurde ein einfacher Syntheseweg entwickelt, der auf einem „grafting- from“ Ansatz und der RAFT-Polymerisation basiert. Zunächst wurden verschiedene Architekturen verglichen, mit dem Ergebnis, dass Flaschenbürsten-Copolymere ihren linearen Analoga hinsichtlich antimikrobieller Aktivität und Hämokompatibilität deutlich überlegen sind. Daneben zeigten auch das amphiphile Gleichgewicht, sowie die Länge des Rückgrats und der Seitenketten innerhalb der Flaschenbürstenarchitektur starke Auswirkungen auf die biologischen und physikalisch-chemischen Eigenschaften. Es konnte gezeigt werden, dass die Verwendung von gleichen Mengen kationischer und hydrophober Wiederholungseinheiten (50:50-Verhältnis) die beste Effizienz und Kompatibilität für das verwendete Comonomersystem aufweist. Durch die Variation der Anisotropie, konnte der immense Einfluss der Seitenkettenmobilität aufgezeigt werden. Mit diesem Parameter ließen sich auch Eigenschaften, wie die Gesamthydrophobie oder die biologische Aktivität beeinflussen. Mit langen Seitenketten war es möglich, Flaschenbürstenpolymere zu entwerfen, die sich intramolekular zu einer Kern-Schale ähnlichen Struktur arrangieren, wodurch die Biokompatibilität erhöht wurde. Für das optimierte Comonomerverhältnis zeigte eine Kombination aus kurzem Rückgrat (DP 50) und langen Seitenketten (DP 60) optimale Biokompatibilität.
Um auch den synthetischen Zugang zu solchen Systeme zu optimieren, war ein weiterer Aspekt die Entwicklung neuer Polymerisationsmethoden. Durch einen Vergleich des konventionellen und des Photoiniferter (PI-) RAFT-Ansatzes wurden die Vorteile der PI-Technik aufgezeigt. Vorteile des PI-RAFT-Verfahrens waren hierbei z.B. die erhöhte Endgruppentreue der Polymere. Da jedoch auch die PI-RAFT-Polymerisation Nachteile aufwies (z.B. begrenzte Monomerauswahl), wurde ein neues Verfahren entwickelt, bei dem kleine Mengen von Xanthaten mit einem zweiten CTA gemischt werden. Dabei dient das Xanthat hauptsächlich als Initiator und treibt die Reaktion an, während der andere CTA durch effektiven Kettentransfer die Reaktionskontrolle generiert. Dadurch wurde die Photoaktivierung von der Reaktionskontrolle entkoppelt und ein einfacher Zugang zu komplexen Makromolekülen ermöglicht. Aufgrund dieses Mechanismus wurde das Verfahren Xanthat-vermittelte Photo-Iniferter (XPI-) RAFT-Polymerisation genannt. Da beide CTAs an der Reaktion beteiligt sind und daher als Endgruppen in das Polymer eingebaut werden, ist eine erneute Reaktivierung durch Bestrahlung möglich. Ein weiterer Vorteil der XPI-RAFT-Methode ist die erhöhte Robustheit, da sie z.B. bestimmte Mengen an Sauerstoff tolerieren kann. Somit erweitert das XPI-RAFT-Verfahren das Spektrum an einfach herzustellenden (komplexen) Makromolekülen.
Ein wichtiger Faktor zur Begrenzung der rapiden Entwicklung von antimikrobiellen Resistenzen, ist die Verfügbarkeit von sauberem Wasser. Zu diesem Zweck war ein weiterer Schwerpunkt die Entwicklung einer einfachen antimikrobiellen Oberflächenfunktionalisierung auf der Grundlage von 3D-gedruckten PLA (Poly(Milchsäure))-Gittern. Tests mit E. coli-Wassersuspensionen sowie mit Seewasserproben zeigten eine effiziente Reduzierung von Mikroorganismen, wenn wässrige Lösungen mit antimikrobiell beschichteten Oberflächen inkubiert wurden. Im Gegensatz dazu zeigte reines PLA keinen positiven Effekt. Aufgrund ihrer Einfachheit und Anpassungsfähigkeit (ermöglicht durch 3D-Druck) kann die entwickelte Methode als Plattformtechnologie für neue Anwendungen und Untersuchungen dienen.
Durch die Verknüpfung und Untersuchung verschiedener Aspekte aus dem Bereich antimikrobieller Polymere und deren Synthese konnten neue Erkenntnisse erlangt werden. Diese können bei der Entwicklung und Erforschung neuer wirksamer antimikrobieller Materialien helfen, um so einen Lösungsansatz für das globale Problem von antimikrobiellen Resistenzen zu bieten
Die P600, Noradrenalin und domänenübergreifende Prozesse während des Satzverstehens
No full textAre processes of language comprehension and their neural substrate shared with other cognitive domains or specific to language? The present dissertation investigated different aspects of this question in three electroencephalography experiments, focusing on the P600 component of the event-related potential observed in response to incongruencies during sentence comprehension.
The first aspect of this question was how independent the language system is from other aspects of cognition. Study 1 revealed that processes involved in language comprehension – as reflected in the P600 – can be modulated by sustained attention, suggesting they reflect rather controlled aspects of sentence comprehension. Study 2 demonstrates that the P600 correlates with indices of recognition memory, indicating that the underlying processes also promote explicit memory formation in sentence reading. These findings underscore the idea that language comprehension is an active process that recruits more general executive resources.
A second question related to language specificity concerns how involved domain-general neural substrates are when processing language. Study 2 and 3 address this question by providing evidence suggesting that the P600 might reflect phasic release of norepinephrine from the locus coeruleus as a general response to salient and motivationally significant events. Study 2 corroborates this idea by demonstrating that the P600 is correlated with explicit memory effects which are argued to arise as a consequence of norepinephrine release. In line with this, study 3 revealed that the P600 amplitude can be predicted by pupil dilation, a non-invasive marker of norepinephrine. These results reveal a link between locus coeruleus and markers of language comprehension such as the P600, highlighting the involvement of domain-general neural systems in language processing.
Together, these findings support the notion that sentence comprehension recruits more domain-general cognitive and neural resources. Thereby, these results may inspire future research on the causal links between the P600 and norepinephrine as well as novel computational accounts of the P600. In conclusion, this work provides insights advancing our understanding of the neural systems underlying language comprehension.Werden Prozesse des Sprachverstehens und ihre neuronalen Grundlagen mit anderen kognitiven Domänen geteilt oder sind sie sprachspezifisch? Die vorliegende Dissertation untersucht verschiedene Aspekte dieser Frage in drei Elektroenzephalographie-Experimenten. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der P600-Komponente des ereignis-korrelierten Potenzials, welches durch Inkongruenzen während des Satzverstehens hervorgerufen wird.
Wie unabhängig ist das Sprachsystem von anderen Bereichen der Kognition? Studie 1 zeigt, dass Prozesse, die im Sprachverstehen involviert sind und welche die P600 auslösen, durch anhaltende Aufmerksamkeit beeinflusst werden. Dies deutet darauf hin, dass diese Prozesse eher kontrollierte Aspekte des Satzverstehens widerspiegeln. Studie 2 demonstriert, dass die P600 mit expliziten Gedächtniseffekten einhergeht, was darauf hinweist, dass die zugrundeliegenden Prozesse auch die Bildung von Erinnerungen beim Lesen von Sätzen fördern. Beide Befunde unterstreichen die Auffassung, dass Sprachverstehen ein aktiver Prozess ist, welcher allgemeinere exekutive Ressourcen einbezieht.
Ist domänenübergreifendes neuronales Substrat an Sprachverarbeitung beteiligt? Studie 2 und 3 liefern Hinweise darauf, dass die P600 eine phasische Freisetzung von Noradrenalin im Locus caeruleus widerspiegeln könnte, welche als allgemeine Reaktion auf saliente und motivational wichtige Ereignisse fungiert. Studie 2 untermauert diese Annahme, indem sie zeigt, dass die P600 mit expliziten Gedächtniseffekten korreliert, welche mutmaßlich durch die Freisetzung von Noradrenalin entstehen. Studie 3 liefert Evidenz, dass die Amplitude der P600 durch die Erweiterung der Pupille – einem nicht-invasiven Korrelat von Noradrenalin – vorhergesagt werden kann. Beide Studien legen somit eine Verbindung zwischen dem Locus caeruleus und der P600 während der Satzverarbeitung nahe und damit eine Einbindung domänenübergeifender neuronaler Systeme in die Sprachverarbeitung.
Gemeinsam stützen die Befunde die Annahme, dass Satzverstehen domänengenerelle kognitive und neuronale Ressourcen rekrutiert. Damit regen sie sowohl zukünftige Forschung zum möglichen kausalen Zusammenhang zwischen der P600 und Noradrenalin als auch computergestützte Erklärungsansätze der P600 an. Abschließend liefert die Dissertation wichtige weitere Erkenntnisse zu den neuronalen Grundlagen des Sprachsystems
Therapie in der Gruppe bei stotternden Kindern und Jugendlichen
No full textDie methodenkombinierte Stottertherapie nach Thum und Mayer veranschaulicht am Gruppenprogramm „Stärker als Stottern“ (Thum & Mayer, 2014), zielt darauf ab, Menschen, die stottern, zu einem selbstbestimmten und selbstbewussten Umgang mit ihrem Sprechen zu befähigen. Im Mittelpunkt steht der Aufbau von Selbstkompetenz durch einen individuell anpassbaren „Werkzeugkoffer“ therapeutischer Ansätze. Diese umfassen sowohl Techniken zur Veränderung des Sprechens als auch Ansätze zur Akzeptanz des Stotterns, kombiniert mit Übungen zur Übertragung in den Alltag.
Am Ende der Therapie steht eine starke Botschaft, die Teilnehmende mitnehmen: „Ich bin stärker als mein Stottern. Ich kann mein Sprechen und mein Stottern verändern. Ich kann angstfrei mein Stottern akzeptieren und sagen, was ich möchte – ob stotternd oder mit Sprechwerkzeugen.“ Die Gruppe wird zu einem Ort, an dem jede:r über sich hinauswachsen und lernen kann, selbstbewusst und authentisch zu kommunizieren
Argumentationsstrukturanalyse von Erörterungstexten (ARGUE!)
No full textFür die Weiterentwicklung eines teilautomatisierten Verfahrens für die qualitative Argumentationsstrukturanalyse von dialektischen Erörterungen (QASA) wurden zu drei verschiedenen Messzeitpunkten (s.u.) insgesamt 48 Erörterungstexte von BA-Studierenden erhoben. Einerseits dienen diese Texte dem Trainieren des QASA-Analysetools. Andererseits soll mithilfe des Textkorpus der Frage nachgegangen werden, auf welcher Qualitätsstufe BA-Studierende eine dialektische Erörterung schreiben, welche eine obligatorische Textsorte in den Deutsch-Prüfungen am Ende der Klassenstufe 10 (Erlangung des mittleren Schulabschlusses) darstellt
Der Enteignungsbegriff in der Systematik der eigentumsbezogenen Entschädigungsansprüche
No full textDas Staatshaftungsrecht ist überwiegend nicht kodifiziert, sondern über viele Jahrzehnte durch die Rechtsprechung und die Rechtswissenschaft entwickelt und verändert worden. Ein Teilgebiet, die eigentumsbezogenen Entschädigungsansprüche, ist hierfür paradigmatisch. Gleichwohl gibt es Schlüsselbegriffe, die das Staatshaftungsrecht erschließen.
Hierzu zählt der Enteignungsbegriff. Ansprüche auf Enteignungsentschädigung, Entschädigung wegen einer sonst unverhältnismäßigen Inhalts- und Schrankenbestimmung sowie die Entschädigungsansprüche aus enteignungsgleichen und enteignenden Eingriffen sind über den Enteignungsbegriff miteinander verbunden. Wer ihn versteht, versteht die Systematik der eigentumsbezogenen Entschädigungsansprüche. Hierfür sind Kenntnisse der Rechtsprechung(sgeschichte) notwendig, weil der Enteignungsbegriff nicht gesetzlich definiert, sondern richterrechtlich geprägt ist. In der Sache wurde und wird darüber gestritten, welche Formen der Sozialbindung des Eigentums eine zwingend entschädigungspflichtige
Enteignung sind und welche nicht
Fortschritte in der Charakterisierung von Ölreservoir-Mikrobiomen: Von Extraktionstechniken bis zur Ökosystemüberwachung
No full textOil reservoirs host diverse polyextremophilic microorganisms that have adapted to high temperatures, high salinity, anoxic conditions, and elevated hydrocarbon concentrations. Central to their role is the degradation of hydrocarbons, where various metabolic pathways break down complex molecules, influencing crude oil composition. Microbial activity poses multiple challenges to the oil industry. Souring, driven by sulphate-reducing microorganisms, leads to the production of corrosive and toxic hydrogen sulphide gas, jeopardising safety and infrastructure integrity while diminishing oil value. Microbiologically influenced corrosion (MIC) exacerbates infrastructure degradation and prompts equipment failures. Despite the significance of microbial communities, studying their ecology in oil reservoirs is hindered by the limitations of cultivation-based techniques. Addressing these challenges requires cultivation-independent methods to identify microbial taxa, as most taxa are not culturable. Moreover, crude oil's complex composition and hydrophobic nature present obstacles to DNA extraction, necessitating specialised techniques for effective isolation and analysis.
By contrast to most of the deep subsurface biosphere, oil reservoirs experience anthropogenic alterations by the introduction of novel electron acceptors and foreign microbial species during exploration and oil production.
Numerous studies have investigated the microbial composition of oil reservoirs, predominantly using production water samples from reservoirs subjected to flooding, a common practice in the oil industry to enhance recovery rates by maintaining reservoir pressure. Injected fluids, often seawater in offshore operations, introduce non-native microbial species, which can significantly disrupt indigenous microbial communities. Seawater typically contains microorganism densities ranging from 108 to 109 per millilitre, contrasting with the expected microbial densities in oil reservoirs, which vary widely depending on factors such as temperature and salinity, ranging from zero cells to 104 cells per millilitre. Injection of fluids into oil fields decreases reservoir temperature, creating conditions conducive to the growth of sulphate-reducing bacteria (SRB) and the subsequent production of hydrogen sulphide. These conditions are facilitated by the availability of sulphate, nitrogen, and phosphorus sources in the injected water.
This thesis is composed of three main publications. The first publication is focused on an improved DNA extraction method for crude oil samples. Extracting DNA from crude oil is a challenging task, but our novel method, using isooctane and SDS (sodium dodecyl sulphate), yielded reliable and sequenceable results. We applied this method to a wide range of oil samples from different origins with different densities (API gravity). The method was also applied to a pristine oil reservoir, and the following 16S rRNA sequencing revealed indigenous thermophilic, halophilic, and anaerobic taxa.
The second publication focuses on investigating microbial diversity and structure in the Edvard Grieg oil reservoir in the North Sea, with a particular emphasis on the impact of ongoing fluid injection. Utilising 16S rRNA sequencing, our study revealed regional microbial variations and low taxonomic diversity within the reservoir, alongside an abundance of thermophilic, anaerobic, and halotolerant taxa. Following fluid injections, we observed a significant shift in community structure, notably marked by an increase in specific groups like sulphate-reducing bacteria. Interestingly, rather than community overprinting, we observed a homogenization of taxa within the reservoir. Additionally, statistical analysis of compositional reservoir metadata suggests strong correlations between microbial community composition with variables such as oil resin ratios and hydrocarbon molecule length, indicating potential influences on the microbial community.
The third paper presents a case study conducted with samples from the Alvheim oil field, comprising five adjacent fluid-injected oil fields in the North Sea. Our study involved the DNA sequencing of production water and oil samples from each reservoir to investigate the efficacy of using production water samples versus oil samples in studying reservoir microbial ecology. Our findings indicate that production water samples exhibit significant alterations due to fluid injections, whereas oil samples demonstrate greater variability in microorganism composition, likely reflecting the reservoir's indigenous microbial community.
All three studies emphasise methodological approaches and underscore the nascent stage of research in understanding the microbial ecology of oil reservoirs. Much more work needs to be done to fully unravel these deep subsurface ecosystems.Ölreservoire beherbergen eine Vielzahl polyextremophiler Mikroorganismen, die sich an hohe Temperaturen, hohe Salzkonzentrationen, anoxische Bedingungen und erhöhte Konzentrationen von Kohlenwasserstoffen angepasst haben. Im Zentrum ihrer Aktivität steht der Abbau von Kohlenwasserstoffen, bei dem verschiedene Stoffwechselwege komplexe Moleküle zersetzen und so die Zusammensetzung des Rohöls beeinflussen. Diese mikrobielle Aktivität stellt die Erdölindustrie vor mehrere Herausforderungen. „Souring“, verursacht durch sulfatreduzierende Mikroorganismen, führt zur Bildung des korrosiven und toxischen Gases Schwefelwasserstoff (H₂S), was die Sicherheit gefährdet, Infrastrukturen beschädigt und den wirtschaftlichen Wert des Öls mindert. Mikrobiell beeinflusste Korrosion (MIC) verschärft diese Problematik zusätzlich durch den Abbau metallischer Strukturen und den Ausfall technischer Anlagen.
Trotz ihrer großen Bedeutung wird das Verständnis mikrobieller Gemeinschaften in Ölreservoiren durch die Einschränkungen kultivierungsbasierter Methoden erschwert. Die meisten Mikroorganismen lassen sich nicht unter Laborbedingungen anzüchten, weshalb kultivierungsunabhängige Methoden erforderlich sind, um die mikrobielle Diversität zuverlässig zu erfassen. Zudem erschwert die komplexe und hydrophobe Zusammensetzung von Rohöl die DNA-Extraktion, was den Einsatz spezialisierter Protokolle zur effektiven Isolierung und Analyse notwendig macht.
Im Gegensatz zu weiten Teilen der tiefen Biosphäre unterliegt das Ökosystem in Ölreservoiren erheblichen anthropogenen Einflüssen – insbesondere durch die Einführung neuer Elektronenakzeptoren und fremder Mikroorganismen im Rahmen von Exploration und Förderung. Zahlreiche Studien zur mikrobiellen Zusammensetzung von Ölreservoiren basieren auf Produktionswasserproben, die häufig aus gefluteten Reservoiren stammen – einer etablierten Methode der Ölindustrie zur Steigerung der Förderrate durch Druckerhalt. Dabei eingesetzte Flüssigkeiten, meist Meerwasser bei Offshore-Anlagen, bringen nicht-native Mikroorganismen in das Reservoirsystem ein und können die dortigen mikrobiellen Gemeinschaften erheblich verändern. Während Meerwasser typischerweise Mikrobendichten von 10⁸ bis 10⁹ Zellen pro Milliliter aufweist, variieren die Zellzahlen in Ölreservoiren je nach Temperatur und Salzgehalt stark und liegen zwischen null und etwa 10⁴ Zellen pro Milliliter. Die Injektion solcher Flüssigkeiten senkt die Temperatur im Reservoir und schafft günstige Bedingungen für das Wachstum sulfatreduzierender Bakterien, das durch die erhöhte Verfügbarkeit von Sulfat, Stickstoff und Phosphor aus dem Injektionswasser zusätzlich begünstigt wird.
Diese Dissertation besteht aus drei Hauptpublikationen:
Die erste Publikation befasst sich mit einer verbesserten Methode zur DNA-Extraktion aus Rohölproben. Die DNA-Gewinnung aus Rohöl stellt aufgrund seiner physikochemischen Eigenschaften eine große Herausforderung dar. Unsere neu entwickelte Methode, basierend auf Isooctan und SDS (Natriumdodecylsulfat), lieferte zuverlässige und für die Sequenzierung geeignete Ergebnisse. Sie wurde erfolgreich auf Ölproben unterschiedlicher Herkunft und Dichte (API-Gravity) angewendet. Auch bei einer Probe aus einem ungestörten Ölreservoir konnte DNA extrahiert und mittels 16S-rRNA-Sequenzierung eine autochthone Gemeinschaft thermophiler, halophiler und anaerober Mikroorganismen nachgewiesen werden.
Die zweite Publikation untersucht die mikrobielle Diversität und Gemeinschaftsstruktur im Edvard-Grieg-Ölfeld in der Nordsee mit besonderem Fokus auf den Einfluss laufender Flüssigkeitsinjektionen. Die durchgeführten 16S-rRNA-Sequenzierungen zeigten regionale Unterschiede in der mikrobiellen Zusammensetzung sowie eine insgesamt geringe Diversität. Es dominierten thermophile, anaerobe und halotolerante Mikroorganismen. Nach Flüssigkeitsinjektionen war eine deutliche Veränderung der Gemeinschaftsstruktur zu beobachten, insbesondere durch eine Zunahme sulfatreduzierender Bakterien. Anstelle eines vollständigen Austauschs der mikrobiellen Gemeinschaft zeigte sich eine Homogenisierung innerhalb des Reservoirs. Zudem ergaben statistische Analysen signifikante Korrelationen zwischen der mikrobiellen Zusammensetzung und geochemischen Parametern wie Harzanteil und Kohlenwasserstoffkettenlänge, was auf mögliche steuernde Umweltfaktoren hinweist.
Die dritte Publikation präsentiert eine Fallstudie aus dem Alvheim-Ölfeld, das fünf benachbarte, mit Flüssigkeiten injizierte Felder in der Nordsee umfasst. Ziel war es, anhand von DNA-Sequenzierungen von Produktionswasser- und Ölproben zu bewerten, inwiefern Produktionswasserproben zur Untersuchung mikrobieller Reservoirökologie geeignet sind. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Produktionswasserproben stark durch die Injektion beeinflusst sind, während Ölproben eine größere mikrobielle Variabilität aufweisen – vermutlich ein Spiegelbild der autochthonen mikrobiellen Gemeinschaft im Reservoir.
Alle drei Studien betonen die Bedeutung methodischer Weiterentwicklungen und zeigen, dass sich die Erforschung mikrobieller Ökologie in Ölreservoiren noch in einem frühen Stadium befindet. Es besteht weiterhin erheblicher Forschungsbedarf, um die komplexen Prozesse und mikrobiellen Wechselwirkungen in diesen extremen Lebensräumen der tiefen Biosphäre vollständig zu verstehen
Effects of a NASH-inducing diet and endurance training in a rat model
No full textDie metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease (MASLD), früher als nicht-alkoholische Fettlebererkrankung (NAFLD) bezeichnet, ist durch eine pathologische Akkumulation von Lipiden in der Leber gekennzeichnet. Bei etwa einem Drittel der Betroffenen entwickelt sich daraus die schwerere Verlaufsform der metabolic dysfunction-associated steatohepatitis (MASH), die mit chronischer Entzündung und Fibrose einhergeht und in eine Zirrhose sowie hepatozelluläre Karzinome übergehen kann. In den letzten Jahrzehnten hat sich die MASLD zur häufigsten chronischen Lebererkrankung entwickelt. Obwohl inzwischen zugelassene medikamentöse Therapieoptionen zur Verfügung stehen, stellen Lebensstilinterventionen weiterhin die zentrale Behandlungsstrategie dar. Eine diätetische Gewichtsreduktion ist wirksam, scheitert jedoch häufig an der langfristigen Umsetzung. Eine Steigerung der körperlichen Aktivität stellt eine alternative Maßnahme dar, die auch ohne Gewichtsverlust metabolische Verbesserungen bewirken kann. Die zugrunde liegenden Mechanismen sind jedoch bislang unzureichend verstanden.
Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss von Ausdauertraining auf die Entwicklung der MASLD/MASH in einem Rattenmodell zu untersuchen. Mithilfe einer modifizierten Western-Diät sollten zunächst zentrale pathologische Merkmale der MASH induziert werden. Effekte eines zusätzlichen Trainings wurden sowohl im Wistar- als auch im Sprague-Dawley-Rattenstamm analysiert, um stammspezifische Unterschiede in der Reaktion auf Diät- und Trainingsinterventionen zu erfassen.
Männliche Ratten erhielten über einen Zeitraum von sieben Wochen entweder Standardfutter oder eine modifizierte Western-Diät, die neben einem erhöhtem Anteil an ω-6-mehrfach ungesättigten Fettsäuren zusätzlich Cholesterol und Cholat enthielt, sowie Fruktoselösung als Trinkwasserersatz. Tiere beider Diätgruppen wurden entweder ohne körperliche Bewegung gehalten oder einer Ausdauertrainingsgruppe zugeteilt, die ein progressiv gesteigertes Laufbandtraining absolvierte.
In beiden Rattenstämmen führte die Fütterung der modifizierten Western-Diät zu Adipositas, Glukoseintoleranz und einer charakteristischen Leberpathologie mit Steatose, Entzündung und Fibrose. Das Ausdauertraining verbesserte die Glukosetoleranz unabhängig von Veränderungen des Körpergewichts, was vorwiegend auf Anpassungen des Muskelstoffwechsels zurückzuführen war. Diese Effekte waren teilweise mit einer trainingsabhängigen Induktion des Hepatokins FGF21 in der Leber sowie seines Zielgens UCP3 im Skelettmuskel assoziiert. Demgegenüber führte das Training nicht zu einer Verbesserung der Leberpathologie und war im Wistar-Stamm mit einer verstärkten hepatischen Entzündungsantwort verbunden, trotz reduzierter Cholesterolakkumulation und oxidativem Stress. Die entzündungsfördernde Wirkung konnte dagegen im Sprague Dawley-Stamm nicht beobachtet werden.
Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass Ausdauertraining sowohl günstige als auch potenziell nachteilige Effekte auf die MASH-Entwicklung entfalten kann, die sich abhängig vom genetischen Hintergrund gegenseitig aufheben. Die beobachteten stammspezifischen Unterschiede unterstreichen die Bedeutung genetischer Faktoren für die Interpretation tierexperimenteller Studien zur MASLD/MASH und deren Übertragbarkeit auf den Menschen.Metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease (MASLD), formerly termed non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD), is characterized by pathological lipid accumulation in the liver. In approximately one third of affected individuals, MASLD progresses to metabolic dysfunction-associated steatohepatitis (MASH), which is accompanied by chronic inflammation and fibrosis and may advance to cirrhosis and hepatocellular carcinoma. Over recent decades, MASLD has become the most prevalent chronic liver disease worldwide. While recently approved pharmacological therapies have become available, lifestyle interventions remain the cornerstone of MASLD treatment. Dietary weight loss is effective but often limited by long-term adherence. Increasing physical activity represents an alternative approach that can improve metabolic dysfunction even in the absence of weight loss; however, the underlying mechanisms remain insufficiently understood.
The aim of this study was to investigate the effects of endurance exercise on MASLD/MASH development in a rat model. A modified western-type diet was used to induce key pathological features of MASH. The effects of exercise were examined in both Wistar and Sprague Dawley rats to assess strain-specific responses to dietary and training interventions.
Male rats were fed either standard chow or a modified Western diet enriched in ω-6 polyunsaturated fatty acids, cholesterol, and cholate, with fructose provided as drinking solution. Animals were assigned to sedentary or endurance-trained groups undergoing a progressively intensified treadmill training protocol over a 7-week period.
In both rat strains, the modified Western diet induced obesity, glucose intolerance, and characteristic liver pathology, including steatosis, inflammation, and fibrosis. Endurance training improved glucose tolerance independently of body weight changes, predominantly reflecting adaptations in skeletal muscle metabolism. These effects were partly associated with exercise-induced upregulation of the hepatokine FGF21 in the liver and its target gene UCP3 in skeletal muscle. In contrast, endurance training did not improve liver pathology and, in Wistar rats, was associated with enhanced hepatic inflammatory responses, despite reduced hepatic cholesterol accumulation and oxidative stress. This pro-inflammatory effect, however, was not evident in the Sprague Dawley strain.
Overall, the results demonstrate that endurance exercise exerts both beneficial and potentially adverse effects on MASH development, which may offset each other depending on genetic background. The observed strain-specific differences underscore the importance of genetic factors for the interpretation and translational relevance of animal studies on MASLD/MASH