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Assoziation zwischen dem Healthy Lifestyle Score und der Anzahl von Carotisplaques und deren Gray-Scale-Median
No full textDer Schlaganfall gehört zu den häufigsten Ursachen für Mortalität in Bezug auf kardiovaskuläre Erkrankungen (Benjamin et al., 2017). Zur Risikoabschätzung werden in der Primärprävention verschiedene Scores angeboten, um das komplexe Zusammenwirken von Lebensstilfaktoren besser ermitteln zu können. Allerdings gibt es noch keinen HLS in Bezug auf den GSM und die Anzahl der Carotisplaques. Vor diesem Hintergrund liegt der Fokus dieser Arbeit zum einen auf der Zusammenstellung eines HLS mit validierten Risikofaktoren, welche die Progression der Atherosklerose bedingen. Zum anderen beschäftigt sich die Arbeit mit dem Vergleich geeigneter Messmethoden, um vulnerable Plaques, rechtzeitig zu erkennen.
Bei der vorgelegten Studie handelt es sich um eine Querschnittsanalyse von n = 10.000 Proband:innen der Hamburg City Health Study, einer populationsbasierten prospektiven epidemiologischen Kohortenstudie. Bei n = 2.163 Proband:innen wurde der Zusammenhang des HLS mit der Plaqueanzahl und deren GSM-Wert mittels multipler linearer und logistischer Regression als Odds Ratio untersucht. Bei der Bildung des HLS wurde jeweils ein Punkt für Nichtrauchen, MEDAS Score 6+, körperliche Aktivität mindestens 3,5 Stunden pro Woche und normalen BMI verteilt.
In dem Modell 2c konnte eine signifikante Assoziation zwischen dem HLS 3 und dem GSM festgestellt werden (Odds Ratio 0,507; LL 0,260-UL 0,989). Das Risiko für einen Plaque mit einem GSM-Wert ≤ 39 sank für den HLS 3 um 49 %. In dem Modell 3a konnte gezeigt werden, dass die Plaqueanzahl bei einem HLS 3 signifikant abnahm (Plaqueanzahl 2,344; LL 2,068-UL 2,657). Des Weiteren konnten signifikante Assoziationen bei den Kontrollvariablen wie für Hyperlipidämie, GFR, Schlaganfall, lipidsenkende Medikamente, Alter und das metabolische Syndrom festgestellt werden.
Ein niedriger HLS ist assoziiert mit einer GSM-Abnahme und mit einer Erhöhung der Plaqueanzahl. Allerdings muss konstatiert werden, dass es sich aufgrund der vielen nicht signifikanten p-Werte lediglich um Zufallsschwankungen handeln kann. Zudem bewegen sich die Ergebnisse nur im Dezimalzahlenbereich, sodass die klinische Bedeutung diskutiert werden muss. Es bedarf weiterer Forschung, um eine Assoziation zwischen dem HLS und Messgrößen wie dem GSM und der Plaqueanzahl zu analysieren. Dabei empfiehlt es sich, über eine andere Zusammensetzung sowie differenzierte Abstufungen des HLS nachzudenken. Von Bedeutung wären Risikofaktoren wie Fettstoffwechselstörungen, erhöhter Taillenumfang oder Diabetes mellitus, die speziell mit der Entstehung von lipidhaltigen Plaques in Zusammenhang stehen.Stroke is one of the leading causes of cardiovascular disease-related mortality (Benjamin et al., 2017). Various scores are offered in primary prevention for risk assessment to better determine the complex interplay of lifestyle factors. However, there is currently no HLS regarding GSM and the number of carotid plaques. Against this background, this study focuses on compiling an HLS with validated risk factors that drive the progression of atherosclerosis. Additionally, the study addresses the comparison of suitable measurement methods to timely identify vulnerable plaques.
The presented study is a cross-sectional analysis of n = 10,000 participants from the Hamburg City Health Study, a population-based prospective epidemiological cohort study. Among n = 2,163 participants, the association of HLS with the number of plaques and their GSM value was investigated using multiple linear and logistic regression as odds ratios. When constructing the HLS, one point each was allocated for non-smoking, a MEDAS score of 6 or higher, engaging in physical activity of at least 3.5 hours per week, and having a normal BMI.
In Model 2c, a significant association was found between HLS 3 and GSM (Odds Ratio 0.507; LL 0.260-UL 0.989). The risk for a plaque with a GSM value ≤ 39 decreased by 49 % for HLS 3. In Model 3a, it was demonstrated that plaque count significantly decreased with HLS 3 (plaque count 2.344; LL 2.068-UL 2.657). Furthermore, significant associations were observed in the control variables such as hyperlipidemia, GFR, stroke, lipid-lowering medications, age, and metabolic syndrome.
A low HLS is associated with a decrease in GSM and an increase in plaque count. However, it must be noted that due to numerous non-significant p-values, these findings may merely be random fluctuations. Additionally, the results are within decimal ranges, requiring a discussion regarding their clinical significance. Further research is needed to analyze an association between HLS and metrics such as GSM and plaque count. It is advisable to consider a different composition and nuanced gradations of HLS. Risk factors such as lipometabolic disorders, increased waist circumference or diabetes mellitus, which are specifically associated with the development of lipid-containing plaques, would be significant
Elucidating signal transduction in multi-domain BLUF photoreceptors by studying the Photoactivated Adenylate Cyclase OaPAC
No full textPhotosensory receptors, essential molecular entities across all domains of life, enable organisms to detect and respond to light stimuli, underpinning their critical involvement in regulating biological processes such as phototropism, circadian rhythms, photomorphogenesis, and photosynthesis. Among the myriad types of photosensory receptors, blue light sensing proteins such as Blue Light Using Flavin (BLUF) photoreceptors distinguish themselves through their ability to utilize blue light for signalling. Characterized by the conserved structure of their sensor domain, BLUF photoreceptors are found in a wide array of organisms, from bacteria and algae to plants and certain fungi. Known for their capacity to bind flavin chromophores, typically flavin adenine dinucleotide (FAD), they undergo conformational changes upon blue photon absorption, leading to downstream signalling events, highlighting their pivotal role in the adaptive responses of various organisms to light. This dissertation provides a comprehensive exploration of the BLUF photoreceptors, particularly focusing on the Photoactivated Adenylate Cyclase protein from Oscillatoria acuminata (OaPAC), which comprises a BLUF sensor domain linked to an Adenylate Cyclase (AC) effector domain, catalysing the conversion of ATP into cAMP. This study aims to elucidate the photoactivation mechanism of OaPAC and the ensuing signal transduction pathway, employing an integrative approach that leverages time-resolved crystallography, small angle X-ray scattering, spectroscopy, and biochemical characterization techniques. Special emphasis is placed on the Tyr-Gln-Met triad in the BLUF domain, which plays a crucial role in the initial light-induced rearrangements. Additionally, significant attention is given to the less understood aspects of BLUF photoreceptors, particularly the transduction of the initial light signal to more distal parts of the protein, which ultimately leads to biological activity. This research identifies a Met(out)/Trp(in) transition as a crucial element in conveying the signal to the α-helix linker region. Finally, structural models of OaPAC with ATP bound in the active site, along with complementary FTIR investigations, provide a thorough understanding of ATP binding and allosteric communication. As a result, the research presented in this dissertation not only expands the fundamental understanding of BLUF photoreceptor biology, but also provides a framework for future studies aimed at deciphering complete signal transduction pathways in multi-domain BLUF photoreceptors and towards the development of optogenetic tools.Photosensorische Rezeptoren sind wichtige molekulare Einheiten in allen Lebensbereichen. Sie ermöglichen es Organismen, Lichtreize zu erkennen und darauf zu reagieren. Dies unterstreicht ihre essentielle Rolle bei der Regulierung biologischer Prozesse wie Phototropismus, circadianer Rhythmen, Photomorphogenese und Photosynthese. Unter den unzähligen Arten photosensorischer Rezeptoren zeichnen sich blaues Licht wahrnehmende Proteine, wie die Blue Light Using Flavin (BLUF)-Photorezeptoren, durch ihre Fähigkeit aus, blaues Licht zur Signalgebung zu nutzen. BLUF-Photorezeptoren zeichnen sich durch die konservierte Struktur ihrer BLUF Sensordomäne aus und kommen in einer Vielzahl von Organismen vor, von Bakterien und Algen bis hin zu Pflanzen und bestimmten Pilzen. Sie sind für ihre Fähigkeit bekannt, Flavin-Chromophore – typischerweise Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD) – zu binden. Bei der Absorption blauer Photonen verändern sie ihre Konformation, was zu nachfolgenden Signalereignissen führt und ihre zentrale Rolle bei der adaptiven Reaktion verschiedener Organismen auf Licht unterstreicht. Diese Dissertation bietet eine umfassende Untersuchung der BLUF-Photorezeptoren, wobei der Schwerpunkt insbesondere auf dem Photoaktivierten Adenylatzyclase-Protein von Oscillatoria acuminata (OaPAC) liegt, das aus einer BLUF-Sensordomäne besteht, die mit einer Adenylatzyclase-(AC)-Effektordomäne verknüpft ist und die Umwandlung von ATP in cAMP katalysiert. Ziel dieser Studie ist es, den Photoaktivierungsmechanismus von OaPAC und den daraus folgenden Signalübertragungsweg aufzuklären. Dabei wird ein integrativer Ansatz verwendet, der zeitaufgelöste Kristallographie, Kleinwinkelstreuung, Spektroskopie und biochemische Charakterisierungstechniken nutzt. Besonderes Augenmerk wird auf die Tyr-Gln-Met-Triade in der BLUF-Domäne gelegt, die eine entscheidende Rolle bei den anfänglichen lichtinduzierten Konformationsänderungen spielt. Darüber hinaus liegt ein Hauptaugenmerk auf den bislang weniger verstandenen Aspekten der BLUF-Photorezeptoren, insbesondere der Übertragung des anfänglichen Lichtsignals auf weiter entfernte Teile des Proteins, welche letztlich zur biologischen Aktivität führen. Diese Forschung identifiziert einen Met(außen)/Trp(innen)-Übergang als entscheidendes Element bei der Signalübermittlung an die α-Helix-Linkerregion. Schließlich liefern Strukturmodelle von OaPAC mit im aktiven Zentrum gebundenem ATP zusammen mit ergänzenden FTIR-Untersuchungen ein umfassendes Verständnis der ATP-Bindung und der allosterischen Kommunikation. Infolgedessen erweitert die in dieser Dissertation vorgestellte Forschung nicht nur das grundlegende Verständnis der BLUF-Photorezeptorbiologie, sondern bietet auch einen Rahmen für zukünftige Studien zur Entschlüsselung vollständiger Signalübertragungswege in Multi-Domänen BLUF-Photorezeptoren und zur Entwicklung optogenetischer Werkzeuge
The role of migration status in the link between ADL/IADL and informal as well as formal care in Germany
No full textDie Dissertation hat die Rolle des Migrationsstatus im Zusammenhang zwischen Einschränkungen in ADL/IADL und der Inanspruchnahme formeller sowie informeller häuslicher Pflege in Deutschland untersucht. Dazu wurden Paneldaten der bevölkerungsrepräsentativen SHARE-Erhebung ausgewertet. Der Migrationsstatus wurde in „kein Migrationshintergrund“ und „Migrationshintergrund“ kategorisiert. Die Aktivitäten des täglichen Lebens (ADL/IADL) wurden anhand gut etablierter Skalen quantifiziert. Die häusliche Pflege wurde in folgende drei Kategorien unterteilt: formelle Pflege, informelle Pflege von einer Person innerhalb und außerhalb des eigenen Haushalts. Die Regressionsanalysen zeigten, dass Einschränkungen in ADL/IADL signifikant die Wahrscheinlichkeit erhöhen, formelle und informelle Pflege in Anspruch zu nehmen. Dies trifft für alle untersuchten Gruppen unabhängig vom Migrationsstatus zu. Es konnte kein signifikanter moderierender Effekt des Migrationsstatus auf den Zusammenhang zwischen Einschränkungen in ADL/IADL und der Inanspruchnahme von Pflege festgestellt werden. Die Arbeit leistet einen Beitrag zu der Repräsentanz von Personen mit Migrationshintergrund in der Versorgungsforschung und erläutert die Relevanz sowie die Herausforderungen migrationssensibler Studien.The aim of this study was to clarify the role of migration status in the link between impairments in ADL/IADL and the use of formal as well as informal home care in Germany. Cross-sectional data were used from the representative SHARE-Survey. Migration status was quantified as no migration background and migration background. ADL and IADL were quantified by well-established disability scales. The type of care was categorized as formal care received at home, informal care from someone inside the household and from someone outside the household. Regression analysis showed that impairments in ADL/IADL are significantly linked with an increased likelihood of receipt of formal and informal care. This applies to all respondents regardless of their migration background. However, the analysis could not demonstrate a significant moderating effect of the migration status on the link between impairments in ADL/IADL and the use of care. The work contributes to the representation of people with a migration background in public health research and explains the relevance and challenges of migration-sensitive studies
Von Genotyp-Phänotyp-Korrelationen bei pädiatrischen Patienten mit dem Marfan-Syndrom. Bestimmt die spezifische Genvariante die Prognose des Marfan-Syndroms?
No full textDas Marfan-Syndrom ist eine durch eine autosomal-dominant vererbte Variante des FBN1-Gens entstehende Erkrankung des Bindegewebes. Das MFS betrifft vor allen das kardiovaskuläre und skelettale System sowie die Augen. Die Detektion von Genotyp-Phänotyp-Korrelationen erweist sich als komplex, allerdings wurden bereits einige Korrelationen gefunden. Obwohl der Genotyp mitentscheidend für die Prognose zu sein scheint, ist die Datenlage bei Kindern noch rar. Diese Untersuchung sollte die bereits
bekannten Genotyp-Phänotyp-Korrelationen verifizieren, neue Korrelationen finden und die Relevanz für die Prognose einordnen. Bei der retrospektiven Untersuchung von 131 pädiatrischen Patienten in Gruppen nach Variantentypen und Lokalisation aufgeteilt und Häufigkeit sowie Alter beim Auftreten der Symptome der Ghent-Nosologie und RGC analysiert. Es zeigen sich mehr kardiovaskuläre Pathologien wie SV-Dilatationen, häufiger skelettale Manifestationen sowie weniger okuläre Phänotypen des MFS bei Patienten mit einer PTC-Variante. Spleißstellen-Varianten führen ebenfalls häufiger zu SV-Dilatationen. Missense- und Inframe-Varianten waren mit weniger skelettalen und kardiovaskulären Manifestationen assoziiert. Cysteinrest-betreffende Missense-Varianten führen häufiger zu einer Ectopia lentis. Diese Untergruppe war auch schwerer von kardiovaskulären und skelettalen Symptomen betroffen als die nicht-Cystein-betreffenden Varianten. Bei der Aufteilung nach Lokalisationen zeigte sich ein Cluster für Linsenluxationen in den Exons 11–23. Varianten in den Exons 24–32 sind mit dem neonatalen MFS assoziiert und insgesamt von schwereren Verläufen durch häufigere kardiovaskuläre Pathologien betroffen.
Die Kenntnis von Genotyp-Phänotyp-Korrelationen kann die Versorgung und Einschätzung der Prognose verbessern. Patienten mit Cystein-Substitution, PTC- und Spleißstellen-Varianten sowie bei Varianten in den Exons 46–58 sollen bei kardialen Pathologien
frühzeitig medikamentös therapiert werden. Trägern von PTC- und Spleißstellen-Varianten kann eine frühzeitige orthopädische Vorstellung empfohlen werden. Patienten mit Varianten
in den Exons 1–23 sind besonders für Linsenluxationen gefährdet und sollten früh bei einem Augenarzt angebunden werden. Bei Vorliegen einer Variante in den Exons 24–32 besteht ein hohes Risiko für kardiovaskuläre Manifestationen mit schwerem Verlauf und sollten früh bei spezialisierten Kardiologen angebunden werden und niederschwellig eine medikamentöse Therapie erhalten (Stark et al. 2020). Neben den Genotypen gibt es noch weitere Einflüsse und epigenetische Faktoren, die zu der Variabilität der Phänotypen des MFS beitragen. Weitere Studien mit größeren Stichproben könnten die Kenntnis der genauen molekularen Mechanismen für ein besseres Verständnis der Pathophysiologie sorgen und damit möglicherweise auch bessere Prognosen ermöglichen
Neural Networks for Seismic Data Denoising: Attention Mechanisms and Diffusion Models
No full textSeismic data, which is crucial for understanding the Earth’s subsurface structure, is frequently compromised by incoherent and coherent noise, complicating accurate geological imaging and thus making noise suppression one of the most important processing steps. Traditional denoising methods, although widely used, are typically time-intensive and struggle to differentiate adequately between signal and noise, often leading to primary signal damage. We therefore utilize advanced machine learning methods and in this regard introduce a novel self-supervised residual encoder-decoder network equipped with a local attention mechanism to effectively attenuate uncorrelated seismic noise. The self-supervised nature of this architecture allows the network to learn directly from the data itself, eliminating the need for explicit labels or prior knowledge about the noise, thereby simplifying us- age and enhancing efficiency. Residual connections within the network help retain critical seismic signal characteristics during the denoising process. A significant innovation in our approach is the integration of a local self-attention mechanism, enabling the model to concentrate on relevant segments of the input data, thus improving noise attenuation while preserving the seismic signals. Additionally, we employ a specialized loss function that combines Mean Squared Error (MSE) with the Structural Similarity Index (SSIM) to minimize primary damage and ensure better preservation of primary signals. To address the more complex challenge of coherent noise attenuation, we enhance the encoder-decoder network by incorporating attention gates alongside the already implemented local attention within the so-called Dual-Attention Residual Encoder-Decoder (DARED) network. This dual-attention mechanism allows the network to focus on both local and global features, further reducing the loss of primary signal. Given the predictable structure of the noise, we have to use supervised learning with labels, generated by rank-reduction-based denoising. Recognizing the time-intensive nature of traditional denoising parameter selection, we propose to train the network on a manually denoised small portion of the dataset before applying it to the entire dataset. This strategy offers a time-efficient enhancement to conventional methods. The results indicate that our approach can reduce the primary damage more effectively than the deterministic denoising label. Furthermore, this thesis tackles the challenge of limited labeled training data by introducing a novel data augmentation scheme based on Denoising Diffusion Probabilistic Models (DDPM). This approach generates new seismic data and corresponding labels that mirror the distribution of the seismic dataset used to train this generative network, effectively addressing the training data limitation. By integrating DDPM-based data augmentation with the Dual-Attention Residual Encoder-Decoder network, we achieve significant performance improvements in denoising. Our results demonstrate that this combined approach enhances the attenuation of noise and also better mitigates primary damage, compared to the application of the DARED network without data augmentation. Applications of these methods to both synthetic and field seismic data showcase their potential for seismic denoising. These methods offer efficient and less destructive noise attenuation techniques, underscoring the impact of using neural networks and integrating attention mechanisms alongside data augmentation based on generative AI in seismic data denoising. This thesis highlights the crucial role of advanced machine learning in modern geophysical research
Metall-Halbleiter Nanohybride zur Umwandlung von Sonnenlicht zu Brennstoff: Eine systematische Studie über die Prozesse, welche die photokatalytische Ausbeute limitieren
No full textColloidal semiconductor-metal nanostructures can be used as photocatalysts for generating hydrogen from water. The use of nanostructures is especially promising due to their large surface-area-to-volume ratio, providing a large catalytically active surface area with small amounts of material. Additionally, due to their synthetically adjustable optoelectronic properties and composition, these nanostructures can serve as model systems for studying the efficiency-limiting parameters of the solar-to-fuel conversion processes. Literature agrees that the photocatalytic activity of the nanostructures critically relies on the separation of the photogenerated charge carriers, which can be altered by tuning the dimensionality and composition of the nanoparticles or by inducing charge scavenging and trapping processes. However, processes occurring at the nanoparticles’ surface were only partly considered in the present discussion, e.g. electron donating agent-specific surface interactions have not been addressed so far.
To assess the impact of the various parameters limiting the photocatalytic yield, a systematic study was carried out, which correlates the charge carrier dynamics within 11-mercaptoundecanoic acid-capped, Pt-tipped CdSe/CdS dot-in-rods with their photocatalytic activity and colloidal stability. The charge carrier dynamics and photocatalytic activity of the nanoparticles were investigated in parameter studies by conducting transient absorption and time-resolved photoluminescence spectroscopy, as well as steady-state hydrogen production measurements. These measurements were combined with electron microscopy, dynamic light scattering, and static spectroscopy to examine the colloidal stability of the nanoparticles.
Based on this large set of measurements, the study reveals that the photocatalytic activity is critically dependent on processes occurring at the nanoparticles’ surface. It was found that electron donating agents interact differently with the nanoparticles’ surface, and the two distinct groups of surface-active and diffusion-limited electron donating agents were identified. Besides these electron donating agent-specific surface interactions, the degree of surface passivation by ligands was observed to influence the nanoparticles’ photocatalytic activity. The largest photocatalytic activities were determined for nanoparticle agglomerates, forming upon ligand loss or induced by the presence of surface-active electron donating agents. These results indicate that the agglomeration of nanoparticles does not necessarily diminish the photocatalytic activity due to a loss of accessible surface area but instead may increase it by enabling charge transfer within the formed network. Combining these insights into the processes occurring at the nanoparticles’ surface with a detailed acquisition of the synthesis parameters for obtaining Pt-CdSe/CdS nanoparticles with functional components of distinct number and dimensionality, this study enables to produce tailored nanohybrids functioning as building blocks for assembling structured and highly efficient catalyst networks
Rhizosphere Processes in Wetlands
No full textWetlands are diverse and important ecosystems in global nutrient and carbon cycles but are declining due to anthropogenic and climatic threats to their areal extent and quality. Wetlands are profoundly shaped by their hydrology that gives rise to unique soil characteristics and well-adapted plant communities. Water level fluctuations are a common feature in many wetlands such as estuarine tidal marshes and freshwater lakes, where increased variability in abiotic factors can have a strong influence on plant productivity and the distribution of plant traits. Vegetation is a key element in carbon sequestration because of carbon fixation and deposition into the soil as various forms of organic matter, including belowground biomass and root exudates. Plant inputs are subsequently transformed by soil microbiota that drive organic matter degradation and contribute to the formation of soil organic matter (i.e. long-term soil carbon storage). The imbalance between input and output of carbon is remarkably large in many wetland types, making them significant carbon sinks. Most information we have on wetland plants and their role in nutrient and carbon cycling stems from investigations of certain aboveground plant traits (e.g. aboveground biomass, plant height, specific leaf area). These aboveground plant traits have been related to nutrient acquisition and depicted along gradients that reflect a variety of plant functional strategies (i.e. plant economic spectrum). Comparatively, belowground plant traits are more challenging to access and study, revealing a research gap in how these traits also relate to overall plant function. Functional plant traits at the individual or species level have been shown to correlate with observations of plants at the community- and ecosystem scales. Therefore, examining root traits, particularly those that influence microbial degradation of organic matter, has great potential to make predictions about ecosystems functioning with respect to carbon sequestration and storage. As root-microbiota interactions are most intense in the rhizosphere, i.e. the immediate soil around the roots, a trait-based approach was used to evaluate of physiological root traits (O2 release, CO2 uptake, exudation) on biogeochemical properties of soil or sediments and microbial communities in wetlands.
Plant effects on soil redox conditions were quantified along a hydrological gradient in a salt marsh at the Wadden Sea and in a mesocosm experiment (Chapter 2) to determine the impact of plants on soil reduction using IRIS (Indicator of Reduction in Soils) sticks. The study revealed the ability of wetland plants to act as both net oxidizers and reducers of tidally-influenced soil in a manner inversely related to background redox conditions. Plants generally reduced soil with relatively high redox potential and oxidized the soil when redox potentials were low. Intraspecific variation in radial oxygen loss was more deeply investigated using planar optodes; these observations gave further support for plastic root responses of O2 release along a gradient of oxygen demand in the rhizosphere. These findings identify substrate characteristics as an important abiotic filter of plant-mediated shifts of soil redox conditions.
Physiological root traits related to gas exchange between the sediment and plant roots (O2 release, CO2 uptake) were measured in two life forms of the amphibious plant Littorella uniflora (Chapter 3) to evaluate trait performance in each life form under two hydrological treatments and alternating light cycles. The findings of this study indicate that these physiological traits may not be maintained between the aquatic and terrestrial life forms as the terrestrial form demonstrated limited abilities of both sediment CO2 uptake and O2 release compared to the aquatic counterpart, especially upon reintroduction to aquatic conditions (i.e. under submergence). Limitations in either root trait could mean significant consequences for individuals to meet metabolic demands for photosynthesis or respiration. This study underscores the role of phenotypic plasticity as a possible mechanism for adaptation in highly variable environments. Furthermore, the implications of this study could be significant for occurrence of these isoetids and their ecological role in maintaining the oligotrophic status of lakes.
Plants provide electron donors to the soil or sediment via root exudation and thereby indirectly influence the degradation of organic matter by stimulating of soil decomposers. Transcriptional and community composition analysis of prokaryotic soil microbiota (i.e. bacteria and archaea) was conducted on bulk and rhizosphere soil of a common salt marsh plant, Spartina anglica (Chapter 4). By performing pulse-labeling of the aboveground tissues of Spartina anglica with the carbon isotope 13C, photosynthetically-fixed carbon by the plant could be traced into the soil and used to detect the presence of root exudates. In this way, samples could be distinguished by their 13C signature following enrichment analysis and operationally defined as either rhizosphere samples (13C-enriched) or bulk soil samples (13C signatures that did not diverge from control samples). Key gene analysis of both rhizosphere and bulk soils revealed the prominence of two main energy-conserving metabolic pathways, Wood-Ljungdahl and dissimilatory sulfate reduction. Transcriptional activity of the prokaryotes in the rhizosphere showed upregulation of genes involved in motility, stress response and infection, suggesting that roots stimulate bacterial mobility and organismal interactions. Analysis of community composition demonstrated enhanced relative abundances of certain prokaryotic groups in rhizosphere soil compared to the bulk soil, implying that roots may create favorable conditions for certain taxa who might gain a competitive advantage over other constituents of the community.
Altogether investigating root trait variability at the individual or species level provided mechanistic insight into how plants influence soil biogeochemistry (e.g. soil redox potential) and soil microbiota through physiological root traits. Root traits such as radial oxygen loss and root exudation are both influenced by abiotic factors such as sediment properties and biological drivers of intraspecific variability (e.g. phenotypic plasticity). These insights further the concept of root trait economics by addressing the role of previously neglected functional traits. Future of more physiological root trait measurements will likely enrich the growing knowledge of functional root traits and help to identify further common strategies in the root economic space. As this framework exists to help us predict plant functional responses to a range of environmental gradients, measurements in variable ecosystems like wetlands are particularly needed to make these predictions for wetland-specific plant adaptations. Considering the importance of wetlands not only for carbon sequestration but carbon storage, future research might use a more robust trait-based approach to elucidate the role of functional root traits in carbon stabilization processes as well
Die Rolle von Sphingosin-1-phosphat und seinen Rezeptoren in Atherosklerose und Restenose bei pAVK-Patienten
No full textAtherosklerose ist eine komplexe Systemerkrankung arterieller Gefäße und manifestiert sich unter anderem klinisch als periphere arterielle Verschlusskrankheit (pAVK). Obschon diverse endovaskuläre und offen-chirurgische Verfahren zur Revaskularisierung etabliert sind, ist die 1-Jahres-Restenoserate je nach Lokalisation und Verfahren zum Teil mit 20 bis 40 % sehr hoch. Das natürliche, bioaktive Sphingolipid Sphingosin-1-Phosphat (S1P) reguliert über die Bindung an spezifische S1P-Rezeptoren (S1PR) im Gefäßsystem sowohl physiologische als auch pathophysiologische Prozesse, die an der Entstehung von Atherosklerose sowie der Restenose beteiligt sind. Um ein besseres Verständnis für die Rolle von S1P und seinen Rezeptoren bei der Atherosklerose und Restenose zu gewinnen und mögliche Ansatzpunkte für eine verbesserte Nachsorge bei Hochrisikopatienten zu identifizieren, wurden im Rahmen einer prospektiven Kohortenstudie von 187 Patienten mit einer pAVK klinische Parameter (epidemiologische Daten, präoperative Medikation, Laborparameter und S1PBlutkonzentration) erhoben und sofern möglich, Gewebeproben aus der Plaque und der benachbarten Arterienwand für Genexpressionsanalysen und histologische Untersuchungen gewonnen. Nach den Eingriffen wurden die Patienten über einen Zeitraum von zwölf Monaten mittels farbkodierter Dopplersonographie mehrmals nachuntersucht, um Restenosen zu erfassen. Die laborchemischen Untersuchungen ergaben, dass Patienten mit einer Restenose in Nachsorgeuntersuchungen präoperativ signifikant höhere Blutkonzentrationen an Triglyzeriden, Gesamt- oder LDL-Cholesterin aufwiesen. Zudem zeigte sich für Patienten, deren Gesamt- oder LDL-Cholesterinwerte oberhalb des Normbereichs lagen, im Vergleich zu Patienten mit Werten im Normalbereich eine signifikant erhöhte Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Restenose. Die Genexpressionsanalysen von Gewebeproben aus der Arterienwand zeigten bei Patienten mit einer Restenose geringere Expressionswerte von S1PR1 und dem Endothelmarker CD31. Eine Aktivierung von S1PR1 stärkt die vaskuläre Integrität, fördert die Re-Endothelialisierung der Gefäßwand und könnte damit einer Intimahyperplasie sowie einer Neoatherosklerose als Ursachen einer Restenose entgegenwirken. Interessanterweise wurden bei Patienten mit präoperativer Statineinnahme signifikant höhere Genexpressionswerte von S1PR1, S1PR3 sowie CD31 gemessen. Dieser Zusammenhang zwischen Statineinnahme und S1PR-Expression wurde bisher nur in Mausmodellen beobachtet. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen damit den Schluss zu, dass S1PR1 durch seine positiven Effekte auf das Endothel eine Restenose inhibiert und dass Statine neben ihrer Cholesterinsenkenden Wirkung die Restenose auch durch eine Stimulierung der S1PR1 Expression vermindern kann