TU Braunschweig: LeoPARD - Publications And Research Data
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PadR-ähnliche Transkriptionsfactors in Listeria monocytogenes EGD-e
Full text linkTranscriptional regulators belonging to the PadR family contribute to resistance against antibiotics and small toxic compounds in many bacteria. The genome of the Gram-positive human pathogen Listeria monocytogenes contains 5 genes encoding proteins belonging to the PadR family. The transcriptome of mutants in four different PadR-like proteins was determined for L. monocytogenes EGD-e using RNA-sequencing. The RNA-sequencing data revealed that all four PadR-like transcription factors strongly repress a small set of genes comprising one or two transcriptional units. Using promoter-lacZ reporter strains, a natural compound collection was screened for substances inducing transcription of genes controlled by members of the PadR family. This screen identified the depsipeptide antibiotic aurantimycin A as an inducer of LftR-controlled gene expression. It could be shown that the lftR-controlled lieAB genes mediate resistance against aurantimycin. The LieAB transporter was shown to protect L. monocytogenes from aurantimycin induced lysis. This is the first description of an aurantimycin resistance mechanism. The system discovered may play a vital role for the survival, spread and persistence of L. monocytogenes in the soil, where it may come into contact with the aurantimycin-producing bacterium Streptomyces aurantiacus. Additionally, the operator of the transcriptional regulator LftR was characterized in systematic truncation and mutation studies. Genes controlled by another PadR-type transcription factor, LstR, were shown to be induced by the 16-membered macrolide antibiotic josamycin, but they were not involved in resistance against this antibiotic. One of the genes controlled by LstR, lmo0421, encodes a homolog to RodA or FtsW, which are involved in cell wall biosynthesis. However, under the conditions investigated, Lmo0421 did not possess RodA or FtsW functionality. The padR-like gene lmo0599 (renamed lltR) was important for growth of L. monocytogenes at low temperatures. The inactivation of lmo0599 impaired the growth of L. monocytogenes at 6°C. It was also shown that this phenotype depended on the overexpression of the gene lmo0600 in the absence of lltR.In vielen Bakterien regulieren PadR-typ Transkriptionsfaktoren Resistenz-mechanismen gegen toxische Substanzen oder Antibiotika. Im Genom des Gram-positiven Listeriose Erregers Listeria monocytogenes sind insgesamt fünf Gene enthalten, welche Proteine aus der PadR Proteinfamilie codieren. Mittels RNA-Sequenzierung wurden die Transkriptome von Mutanten in vier PadR-ähnlichen Proteinen bestimmt. Die Daten zeigten, dass die PadR-Typ-Transkriptionsfaktoren eine kleine Zahl an Genen sehr stark reprimieren. Mithilfe von Promoter-lacZ Fusionen der am stärksten reprimierten Gene wurde eine Naturstoffsammlung des DZIF auf Substanzen, welche die Genexpression induzieren, untersucht. Diese Experimente zeigten, dass LftR-kontrollierte Gene vom Depsipeptidantibiotikum Aurantimycin A induziert werden. Es konnte ebenfalls gezeigt werden, dass die LftR-kontrollierten Gene lieAB Resistenz gegen Aurantimycin vermitteln, da der LieAB Transporter L. monocytogenes vor Lyse durch Aurantimycin schützt. Dies ist die erste Beschreibung eines Resistenzmechanismus gegen Aurantimycin. Der entdeckte Mechanismus könnte eine wichtige Rolle für das Überleben und die Verbreitung von L. monocytogenes im Boden spielen, wenn es dort mit dem Aurantimycin-produzierenden Bakterium S. aurantiacus zusammentrifft. Zusätzlich wurde der Operator des Repressors LftR durch systematische Trunkierungs- und Mutationsstudien bestimmt. Gene, welche von einem weiteren Transkriptionsfaktor, LstR, reguliert werden, wurden durch das Makrolidantibiotikum Josamycin induziert. Sie hatten jedoch keinen Einfluss auf die Resistenz gegenüber Josamycin. Ein von LstR kontrolliertes Gen, lmo0421, kodiert für ein Protein mit Homologie zu RodA oder FtsW, welche an der Zellwandbiosynthese beteiligt sind. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass unter den getesteten Bedingungen Lmo0421 die Funktion von RodA oder FtsW nicht übernehmen konnte. Das Gen lmo0599 (umbenannt in lltR) war wichtig für das Wachstum von L. monocytogenes bei niedrigen Temperaturen. Nach Inaktivierung von lmo0599 war Wachstum bei 6°C nur eingeschränkt möglich. Es wurde auch gezeigt, dass dieser Phänotyp von der Überexpression des Genes lmo0600 verursacht wurde
Modellbasierte Bewertung von Energie- und Materialeffizienz in der Batteriezellproduktion
No full textBattery cell production is composed of numerous heterogeneous processes and interdependencies across different production levels, such as processes and products. The growing demand for batteries further increases this complexity, as it requires scaling existing processes and integrating new chemistries and technologies. As the material and energy flows within battery cell production affect both the technosphere and the ecosphere, achieving environmental sustainability requires a comprehensive understanding of these flows and their environmental implications. To meet this need, this work proposes a model-based methodology for digitally representing and investigating battery cell production systems, assessing energy and material efficiency while considering interdependencies between different elements of production systems. The modularity of the proposed modeling approach allows diverse stakeholders (e.g., production designers and sustainability experts) to identify unknown interdependencies and support knowledge-based decision-making. A flexible modeling of different elements within battery cell production systems accounts for differences in production, including process technologies and production capacities. The detailed, dynamic material flow modeling enables tracking of materials used in production and the assessment of how product quality and scrap rates influence material efficiency. Similarly, the dynamic energy flow modeling allows the reproduction of weather-related variations in energy demand and the impact of dynamic events (e.g., machine breakdowns and bottlenecks). The methodology also considers product embodied energy, accounting for indirect contributions from technical building services and non-productive machine states, thereby supporting the assessment of production performance and the identification of potential energy efficiency improvements. Furthermore, it includes the analysis of material-energy-carbon interdependencies, delivering a detailed breakdown of results at both product and process levels to support stakeholders with varying expertise and focus areas. The proposed methodology is prototypically implemented in Python, combining a process chain model for simulating material and energy flows with discrete event and agent-based modeling approaches. Complementary process- and product-specific models offer deeper insights into how process parameters influence electrode structure and battery cell performance. Three case studies demonstrate the application of the methodology to (i) evaluate different production system designs under consideration of location, weather conditions, and electricity mix, (ii) compare different process technologies, and (iii) analyze the impact of product design at both process and production chain levels. The high temporal resolution of the results enables the identification of the impact of simulated scenarios on material and energy demand, as well as the carbon emissions associated with each battery cell produced. These findings contribute to a greater understanding of efficiency measures and environmental impacts, highlighting the importance of a comprehensive modeling approach for sustainable battery cell production.Batteriezellproduktion besteht aus zahlreichen heterogenen Prozessen und Wirkzusammenhängen zwischen verschiedenen Elementen, wie Prozessen und Produkten. Die wachsende Nachfrage nach Batteriezellen erhöht diese Komplexität, da sie die Skalierung bestehender Prozesse sowie die Integration neuer Chemien und Technologien erfordert. Da die Material- und Energieflüsse innerhalb der Batteriezellproduktion sowohl die Technosphäre als auch die Ökosphäre beeinflussen, erfordert eine nachhaltige Produktion ein umfassendes Verständnis dieser Flüsse und ihrer ökologischen Auswirkungen. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, stellt diese Arbeit eine modellbasierte Methodik zur digitalen Abbildung und Untersuchung von Batteriezellproduktionssystemen vor. Dabei werden die Energie- und Materialeffizienz bewertet und die Wirkzusammenhänge zwischen den verschiedenen Elementen der Produktionssysteme berücksichtigt. Die Modularität des Ansatzes ermöglicht es unterschiedlichen Akteuren (z. B. Produktionsplanern und Nachhaltigkeitsexperten), bislang unbekannte Wirkzusammenhänge zu identifizieren und wissensbasierte Entscheidungen zu treffen. Eine flexible Modellierung verschiedener Elemente berücksichtigt Unterschiede in Produktionsebenen. Die detaillierte, dynamische Modellierung der Materialflüsse ermöglicht die Nachverfolgung der in der Produktion eingesetzten Materialien sowie die Bewertung, wie Produktqualität und Ausschussraten die Materialeffizienz beeinflussen. Ebenso erlaubt die dynamische Modellierung der Energieflüsse die Abbildung wetterbedingter Schwankungen im Energiebedarf sowie die Auswirkungen dynamischer Ereignisse (z. B. Maschinenausfälle und Engpässe). Die Methodik berücksichtigt indirekte Energiebedarfe durch technische Gebäudeausrüstung und nicht-produktive Maschinenzustände, und trägt so zur Identifikation von Potenzialen zur Steigerung der Energieeffizienz bei. Darüber hinaus umfasst sie die Analyse von Material-Energie-Carbon-Wirkzusammenhängen und liefert eine detaillierte Aufschlüsselung der Ergebnisse auf Produkt- und Prozessebene, um Akteure mit unterschiedlichem Fachwissen und Zielen gezielt zu unterstützen. Die vorgeschlagene Methodik ist prototypisch in Python implementiert und kombiniert ein Prozesskettenmodell zur Simulation von Material- und Energieflüssen mit ereignisorientierten und agentenbasierten Modellierungsansätzen. Ergänzende prozess- und produktspezifische Modelle ermöglichen tiefere Einblicke in die Auswirkungen von Prozessparametern auf Elektrodenstruktur und die Batteriezelleigenschaften. Drei Fallstudien demonstrieren die Anwendbarkeit der Methodik, um (i) verschiedene Produktionssysteme unter Berücksichtigung von Standort, Wetterbedingungen und Strommix zu bewerten, (ii) verschiedene Prozesstechnologien zu vergleichen und (iii) die Auswirkungen des Produktdesigns sowohl auf Prozess- als auch auf Produktionsebene zu analysieren. Die hohe zeitliche Auflösung der Ergebnisse ermöglicht die Identifikation der Auswirkungen simulierter Szenarien auf den Material- und Energiebedarf sowie die CO2-Emissionen jeder produzierten Batteriezelle. Diese Ergebnisse fördern das Wissen über Effizienzmaßnahmen und Umweltauswirkungen und unterstreichen die Bedeutung eines ganzheitlichen Modellierungsansatzes für eine nachhaltige Batteriezellproduktion
The impact of smart products - Empirical analyses from the consumer perspective
No full textSmarte Produkte aus den Bereichen Haushalt, Gesundheit und Fahrzeuge erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. Durch die Integration von Informationstechnologie in die Produkte weisen diese eine „Intelligenz“ auf, die Konsumenten neben ihrem eigentlichen Produktnutzen einen Mehrwert bieten. Das große Potenzial der Produktintelligenz geht jedoch mit tiefgreifenden Herausforderungen für Produktanbieter einher, die aus nicht intendierten Konsequenzen entstehen, wie z. B. einem wahrgenommenen Kontrollverlust. Bisher existiert jedoch kaum aussagekräftige Forschung, die sich mit der Wirkung der Intelligenz smarter Produkte auf die Konsumenten beschäftigt. Bestehende Studien sind meist auf die Untersuchung eines einzelnen Produkts fokussiert und die gewonnenen Erkenntnisse somit nur bedingt verallgemeinerbar. Die vorliegende Dissertation trägt zur Schließung dieser Forschungslücke bei, indem sie den Einfluss der Produktintelligenz-Merkmale auf den Akzeptanzprozess der Konsumenten umfassend untersucht. Studie 1 untersucht den Einfluss der wahrgenommenen Produktintelligenz-Merkmale 28 verschiedener smarter Produkte auf die Akzeptanz über ausgewählte Treiber und Barrieren. Die Untersuchung der hierarchischen Datenstruktur (n = 1.170) erfolgt mittels Mehrebenenanalyse. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wahrnehmung der Produktintelligenz-Merkmale insbesondere über die positiven Einflussfaktoren Nutzerfreude und Nützlichkeit steigernd auf die Nutzungsintention wirkt. Lediglich das Bewusstsein smarter Produkte senkt die Nutzungsintention mittels einer Reduktion der Nutzerfreude und Nützlichkeit. Studie 2 der vorliegenden Dissertation integriert mithilfe einer Metaanalyse die bestehende empirische Forschung zu den Einflussfaktoren der Konsumentenakzeptanz smarter Produkte. Durch die Berücksichtigung erklärender Faktoren in Form der Merkmale der Produktintelligenz werden darüber hinaus Diskrepanzen im Stand der Forschung aufgeklärt und die Auswirkungen individueller Antezedenzien auf die Technologieakzeptanz der Konsumenten verdeutlicht. Die Konsolidierung relevanter Produktintelligenz-Merkmale in einem Best-Practice-Modell trägt zu einem einheitlichen Rahmenwerk von Produktintelligenz bei. Studie 2 zeigt, dass insbesondere die Autonomie smarter Produkte die positive Wirkung der Akzeptanztreiber tendenziell steigert, während Ausbaufähigkeit diese abschwächt. Aus den gewonnenen Erkenntnissen lassen sich zahlreiche praktische Implikationen ableiten. Insbesondere Entscheidungsträger aus den Unternehmensbereichen Entwicklung und Vermarktung smarter Produkte können Produktbestandteile und -positionierung auf Basis eines verbesserten Verständnisses der Konsumentenwahrnehmung zielgerichteter implementieren und kommunizieren. So sollte beispielsweise ein Fokus auf die Integration von menschenähnlichen Elementen, wie z. B. Sprachsteuerung, gelegt werden, um Produkten eine gewisse Persönlichkeit zu verleihen. Weiterhin muss beachtet werden, dass Autonomie-bezogene Funktionen zwar konsumentenseitig wünschenswert sind, deren Nützlichkeit aber gezielt kommuniziert werden sollte. In einer Phase der andauernden Nutzung ist die Transparenz über smarte Funktionen und deren kontinuierliche Erweiterung wesentlich, um Konsumenten fortwährend zu begeistern. Die Erweiterung des Verständnisses zu smarten Produkten führt außerdem zu Impulsen für weiterführende Forschung in den Bereichen Akzeptanz, Konsumenteninteraktion und -wahrnehmung, Produktlebenszyklus sowie Nutzbarkeit.Smart products in the household, health, and automotive sectors are becoming increasingly popular. By integrating information technology into products, they exhibit a level of “intelligence” that offers consumers added value beyond the actual product benefits. However, the great potential of product intelligence is accompanied by profound challenges for product providers, arising from unintended consequences such as a perceived loss of control. To date, however, there has been little meaningful research into the effect of smart product intelligence on consumers. Existing studies mostly focus on the investigation of a single product, and the findings can therefore only be generalized to a limited extent. This dissertation contributes to closing this research gap by comprehensively examining the influence of product intelligence features on the consumer acceptance process. Study 1 examines the influence of perceived product intelligence characteristics of 28 different smart products on acceptance via selected drivers and barriers. The hierarchical data structure (n = 1,170) is examined using multilevel analysis. The results show that the perception of product intelligence features has a positive effect on usage intention, particularly through the positive influencing factors of user enjoyment and usefulness. Only awareness of smart products reduces usage intention by reducing user enjoyment and usefulness. Study 2 of this dissertation uses meta-analysis to integrate existing empirical research on the factors influencing consumer acceptance of smart products. By considering explanatory factors in the form of product intelligence features, it also clarifies discrepancies in the state of research and highlights the effects of individual antecedents on consumer technology acceptance. The consolidation of relevant product intelligence characteristics in a best practice model contributes to a uniform framework of product intelligence. Study 2 shows that the autonomy of smart products in particular tends to increase the positive effect of acceptance drivers, while upgradability weakens it. Numerous practical implications can be derived from the findings. In particular, decision-makers in the areas of smart product development and marketing can implement and communicate product components and positioning in a more targeted manner based on an improved understanding of consumer perception. For example, there should be a focus on integrating human-like elements, such as voice control, to give products a certain personality. It should also be noted that although autonomy-related functions are desirable to consumers, their usefulness should be communicated in a targeted manner. During a phase of continuous use, transparency about smart functions and their ongoing expansion is essential in order to keep consumers enthusiastic. Expanding the understanding of smart products also provides impetus for further research in the areas of acceptance, consumer interaction and perception, product life cycle, and usability
Molecular basis of host adaptation of the gut pathogen Clostridioides difficile
No full textAufgrund der in den letzten Jahrzehnten drastisch gestiegenden Relevanz des Darmpathogens C. difficile in der Humanmedizin ist eine umfangreiche Charakterisierung des Organismus essenziell, um präventive sowie effektive therapeutische Strategien zu entwickeln. Ziel dieser Arbeit war es verschiedene Anpassungsstrategien, die der Temperatur- und Antibiotikaadaption des Organismus zu Grunde lagen, gezielt zu entschlüsseln. Darüber hinaus stand die Funktionscharakterisierung von der an der Stickland-Reaktion beteiligten Proteine im Vordergrund. Im Rahmen dessen wurde der reduktive Stoffwechselweg und dessen Interaktion mit dem membrangebundenen Rnf-Komplex fokussiert. Die molekulare und zelluläre Kälteadaption von C. difficile ist bis zum Zeitpunkt dieser Arbeit nicht untersucht worden. Im Rahmen dieses Projektes sollte die Organismus-spezifische Anpassung an Raumtemperatur (20 °C) analysiert werden. Hierfür wurde zunächst ein Kälteschockexperiment durchgeführt, bei dem die Kultivierungstemperatur schlagartig von 37 °C auf 20 °C gesenkt wurde. Weiterführende Transkriptom- und Proteomanalysen entschlüsselten eine Vielzahl molekularer Prozesse, die eine Bedeutung für die Kälteschock- und der Kälteadaptionsstrategie haben könnten. Insbesondere der Energiemetabolismus, wie auch Eisentransportsysteme und die Flagellenbiosynthese wurden durch die Temperatursenkung kontrolliert. Mittels Proteomik konnte zudem eine signifikant erhöhte Produktion von Zellwandproteinen des S-Layers im Rahmen der Kälteschockantwort detektiert werden. Vor allem das Cwp84, Cwp66 und Cwp18 schienen eine wichtige Funktion für die Schockadaption zu übernehmen. Da die Bedeutung des S-Layers und seiner Zellwandproteine im Rahmen der Organismus-spezifischen Kälteadaption bisher unbekannt ist, wurden weiterführende Analysen zur Funktionscharakterisierung angesetzt. Dazu wurde mittels ClosTron®-Technologie die Insertionsmutanten C. difficile 630∆erm-cwp18::346|347a intron ermB, C. difficile 630∆erm-cwp66::468|469a intron ermB und C. difficile 630∆erm-cwp84::358|359s intron ermB generiert, die signifikante phänotypische Wachstumsunterschiede bei Raumtemperatur (20 °C) aufwiesen. Die Kältekultivierung der Stämme resultierte zudem im Verlust des flagellaren Filaments, was zu einer Inmotitität dieser führte. Weiterführende Biofilmanalysen verdeutlichten die Bedeutung des Proteins Cwp84. Während unter Standardkultivierungsbedingungen (37 °C) die Inaktivierung von Cwp18 und Cwp66 keinen Einfluss auf die Biofilmformation hatte, zeigte die cwp84-defiziente Mutante eine signifikant erhöhte Produktion dessen. Darüber hinaus konnte eine temperaturvermittelte Regulation der Biofilmproduktion der Mutantenstämme und des parentalen Stammes nachgewiesen werden. Zudem wurde eine durch die Temperatur kontrollierte Toxinproduktion von C. difficile 630∆erm detektiert, wobei dieser unter Raumtemperatur signifikant geringer Level an TcdA und TcdB sekretierte. Die Daten dieses Projektes deuten darauf hin, dass die Organismus-spezifische Kälteadaption auf multifaktorieller Ebene betrachtet werden kann. Zudem wurden wichtige Virulenzfaktoren temperaturvermittelt reguliert. Des Weiteren scheint der S-Layer eine fundamentale Bedeutung für die Kälteschockadaption von C. difficile zu haben. Es lässt sich die Hypothese aufstellen, dass der Kälteschock eine verstärke S-Layer-Formation induzierte, um die Zelle vor dem äußeren Temperaturstress zu schützen. Weshalb die Produktion der Zellwandproteine unter adaptierten Temperaturbedingungen wiederum reguliert wurde, muss für ein umfangreiches Verständnis weiterführend analysiert werden. Die zunehmende Resistenzentwicklung von C. difficile-Stämmen gegen therapeutisch relevante Wirkstoffe bedarf es einer umfangreichen Charakterisierung, um zukünftig effektive Behandlungsansätze zu etablieren. Ziel dieses Projektes war die Identifizierung molekularer und zellulärer Prozesse, die mit der Wirkstofftoleranz korrelieren. Auf Grundlage einer erzeugten C. difficile 630∆erm-Transposonmutantenbank unter Verwendung des für das marine Transposasegen himar1 kodierende Expressionssystem pRPF215, sollten MTZ-, VAN- und FDX-resistente Mutantenstämme isoliert und weiterführend analysiert werden. Im Rahmen dessen konnte eine Mutante mit erhöhter MTZ-Toleranz isoliert werden, wohingegen keine VAN- oder FDX-resistente Stämme identifiziert wurden. Weiterführende Transposon-Insertionssequenzierungen wiesen für die isolierte Mutante eine Transposonintegration im Genlokus einer mutmaßlichen Exonuklease (CDIF630erm_01989) nach. Über weiterführende MHK-Bestimmungen und phänotypischer Wachstumsanalysen ließ sich eine MTZ-Resistenz für C. difficile 630∆erm-CDIF630erm_01989::Himar1 bestätigen. Mittels Proteomanalysen sollte die Bedeutung der mutmaßlichen Exonuklease für die Entwicklung der MTZ-Resistenz im Organismus entschlüsselt werden. Aus zeitlichen Gründen werden die Daten dieser Analyse im Rahmen der vorliegenden Arbeit nicht repräsentiert. Das Proteom könnte zur Aufklärung wichtiger molekularer MTZ-Adaptionsstrategien und somit zu einem detaillierteren Verständnis der Organismus-spezifische Resistenzentwicklung beitragen, die für die Entwicklung alternativer therapeutischer Ansätze zu Nutze gemacht werden können. Die Fermentation von Aminosäuren im Rahmen der Stickland-Reaktion stellt für den Organismus C. difficile eine wichtige metabolische Grundlage der Energiegewinnung dar. Ziel dieses Projektes war die Charakterisierung der bisher in ihrer Funktion unbekannten PrdD- und PrdE-Untereinheiten des für die reduktive Stickland-Reaktion essenziellen Enzyms der D-Prolin-Reduktase. Im Rahmen dessen erfolgte die ClosTron®-basierte Erzeugung der prdD- bzw. prdE-Insertionsmutante C. difficile 630∆erm-prdD::265|266s intron ermB und C. difficile 630∆erm-prdE::96|97s intron ermB. Zudem sollte die Bedeutung der Interkation der Enzymuntereinheit PrdC mit der RnfC-Untereinheit des Rnf-Komplexes anhand der rnfC/prdC-defizienten Mutante C. difficile 630∆erm-rnfC::636|637s∆prdC analysiert werden. Mittels phänotypischer Wachstumsanalysen des parentalen Stammes C. difficile 630∆erm, der über eine funktionale D-Prolin-Reduktase verfügt, konnte im Minimalmedium CDMM eine signifikante Wachstumsreduktion des WT nachgewiesen werden. Die Daten deuten somit auf ein D-Prolin entkoppeltes Wachstum der defizienten Stämme hin. Darüber hinaus konnten phänotypische Wachstumsunterschiede der prdD- und prdE-Mutanten nachgewiesen werden, was differente Funktionalitäten beider Untereinheiten impliziert. Die Hypothese lässt sich durch nachfolgende NAD+- und NADH-Quantifizierungen bestätigen, wobei die Inaktivierung von prdD zu einer erhöhten Ansammlung von NAD+ führte. Dieses Phänomen wurde auch für die rnfC- und rnfC/prdC-Mutante nachgewiesen. Des Weiteren resultierte die Inaktivierung von rnfC, prdD und prdE in der stationären Wachstumsphase in einem sichtbaren Funktionsverlust der D-Prolin-Reduktase. Für die rnfC/prdC-Mutante konnte hierbei keine Enzymaktivität nachgewiesen werden, was die Relevanz der Interaktion beider Untereinheiten für den Energiemetabolismus unterstreicht. Schlussfolgernd lässt sich anhand der Daten dieser Arbeit ableiten, dass die PrdD- und PrdE-Untereinheiten einen wichtigen Beitrag in der reduktiven Stickland-Fermentation und somit in der Energiegewinnung übernehmen. Zudem lassen sich unterschiedliche Proteinfunktionalitäten vermuten. Weiterführende Transkriptomanalysen könnten einen detaillierten Aufschluss über deren molekulare Funktion bieten.Due to the drastically increased relevance of the intestinal pathogen C. difficile in human medicine a detailed characterization of this organism is essential in order to develop preventive and effective therapeutic strategies The aim of this thesis was to identify various adaptive strategies underlying the organism’s temperature and antibiotic adaption. Furthermore, the functional characterization of proteins involved in the Stickland reaction was focused. In this context, the reductive metabolic pathway and its interaction with the membran-bound Rnf complex was analyzed in detail. The molecular and cellular cold adaptation of C. difficile has not been investigated to date. As part of this project, the organism-specific adaptation to room temperature (20 °C) was analyzed. For this purpose, a cold shock experiment was conducted in which the cultivation temperature was abruptly lowered from 37 °C to 20 °C. Further transcriptomic and proteomic analyses revealed multiple molecular processes that were significant for the cold shock response and cold adaptation strategy. In particular, energy metabolism, iron transport systems and flagellar biosynthesis were controlled in response to the temperature down shift. Proteomic analysis also detected a significantly increased production of cell wall proteins of the S-layer as part of the cold shock response. Especially Cwp84, Cwp66, and Cwp18 appeared to have an important function in the organism’s cold shock adaptation. Since the relevance of the S-layer and its associated cell wall proteins in the organism-specific cold adaptation is unknown, further analyses were conducted to characterize their functions. Using the ClosTron® technology, the insertional mutant strains C. difficile 630∆erm-cwp18::346|347a intron ermB, C. difficile 630∆erm-cwp66::468|469a intron ermB, and C. difficile 630∆erm-cwp84::358|359s intron ermB were generated, which showed significant phenotypic growth differences at room temperature (20 °C). Additionally, cultivation of the strains under cold stress resulted in loss of flagellar filaments, leading to immotility. Biofilm analysis highlighted the importance of Cwp84. While inactivation of Cwp18 and Cwp66 did not influence the biofilm formation under standard cultivation conditions (37 °C), the cwp84-deficient mutant produced significantly more biofilm mass. A temperature-dependent regulation of biofilm formation was also observed for the mutant strains and the parental strain. Moreover, temperature-controlled toxin production was detected for C. difficile 630∆erm. In this context, the organism secreted significantly lower levels of TcdA and TcdA at room temperature. The data from this study suggest that cold adaptation in C. difficile occurs on a multifactorial level. Key virulence factors were also shown to be regulated in a temperature-dependent manner. Furthermore, the S-layer appears to play an important role in the organism-specific cold shock response. Conclusevly, it can be hypothesized that cold shock induced S-layer formation as a protective mechanism against external temperature stress. The repression of cell wall protein production under adapted temperature conditions requires further analyses for a detailed understanding. The increased development of resistances of C. difficile strains to therapeutically relevant agents requires detailed characterization in order to establish effective treatment approaches in future. The goal of this project was to identify molecular and cellular processes that correlate with drug tolerance. Based on the generation of a C. difficile 630∆erm transposon mutant library, using the pRPF215 expression system encoding the marine transposase gene himar1, MTZ, VAN and FDX resistant mutant strains should be isolated and further analyzed. Within this project, a mutant strain with increased MTZ tolerance was isolated, whereas no VAN or FDX resistant strains were identified. Further transposon insertion sequencing revealed a transposon integration into the gene locus of a putative exonuclease (CDIF630erm_01989). MIC determinations and phenotypic growth analysis confirmed a MTZ resistance for the isolated strain named C. difficile 630∆erm-CDIF630erm_01989::Himar1. Proteomic analysis was used to characterize the specific function of the putative exonuclease in the development of the organism’s MTZ resistance. For time-related reasons, the data from this study are not included in the present work. The proteomic data could contribute to identify important molecular MTZ adaptation strategies and beyond to a detailed understanding of organism-specific resistance development, which can be used for the development of alternative therapeutic approaches. The fermentation of amino acids during the Stickland reaction is an important metabolic basis for energy production of the organism C. difficile. The aim of this project was to characterize the previously unknown functions of the D-proline reductase’s subunits PrdD and PrdE, which is essential for the reductive Stickland reaction. As part of this study, the ClosTron®-based creation of the prdD and prdE insertional mutant strains C. difficile 630∆erm-prdD::265|266s intron ermB and C. difficile 630∆erm-prdE::96|97s intron ermB took place. In addition, the relevance of the interaction of the enzyme subunit PrdC with the RnfC subunit of the Rnf complex was to be analyzed using the rnfC/prdC-deficient mutant strain C. difficile 630∆erm-rnfC::636|637s∆prdC. Phenotypic growth analysis of the parental strain C. difficile 630∆erm, which contains a functional D-proline reductase, revealed a significant reduction in growth rates of the parental strain in minimal medium CDMM. The data indicate an D-proline uncoupled growth of the deficient strains. In addition, phenotypic growth differences of prdD and prdE mutant strains were detected, implying different functionalities of both subunits. The hypothesis is supported by NAD+ and NADH quantifications, whereby the inactivation of prdD led to an increased accumulation of NAD+. This phenomenon was also detected for the rnfC defizient strain and the rnfC/prdC double-gene mutant. Furthermore, the inactivation of rnfC, prdD, and prdE resulted in a visible loss of function of D-proline reductase’s activity in the stationary growth phase. In addition, a total loss of enzymatic activity was observed for the rnfC/prdC mutant strain, which underscores the relevance of the interaction of both subunits for energy metabolism. In conclusion, the data from these analyses suggest that the PrdD and PrdE subunits might have an important function in reductive fermentation pathway and thus in energy production. In addition, different protein functionalities can be assumed. Further transcriptomic analysis could provide detailed information about their molecular functions
Headspace-SPME-GC-MS-Analyse flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) im Urin zur Klassifizierung unter Bedingungen mit begrenzter Probenmenge
No full textBackground/Objectives: Volatile organic compounds (VOCs) are emerging as non-invasive biomarkers of metabolic and disease-related processes, yet their reliable detection from complex biological matrices such as urine remains analytically challenging. This study aimed to establish a robust, non-targeted headspace solid-phase microextraction gas chromatography–mass spectrometry (HS–SPME GC–MS) workflow optimized for very small-volume urinary samples. Methods: We systematically evaluated the effects of pH adjustment and NaCl addition on VOC extraction efficiency using a 75 µm CAR/PDMS fiber and a sample volume of only 0.75 mL. Method performance was further assessed using concentration-dependent experiments with representative VOC standards and by application to real human urine samples analyzed in technical triplicates. Results: Acidification to pH 3 markedly improved extraction performance, increasing both total signal intensity and the number of detectable VOCs, whereas alkaline conditions and additional NaCl produced only minor effects. Representative VOC standards showed compound-specific linear dynamic ranges with minimal carry-over within the relevant analytical range. Application to real urine samples confirmed high analytical reproducibility, with triplicates clustering tightly in principal component analysis and most metabolites exhibiting relative standard deviations below 25 %. Conclusions: The optimized HS–SPME GC–MS method enables comprehensive, non-targeted urinary VOC profiling from limited sample volumes. This workflow provides a robust analytical foundation for exploratory volatilomics studies under sample-limited conditions and supports subsequent targeted method refinement once specific compounds or chemical classes have been prioritized.Hintergrund/Zielsetzung: Flüchtige organische Verbindungen (VOCs) gewinnen zunehmend an Bedeutung als nicht-invasive Biomarker für metabolische und krankheitsassoziierte Prozesse. Ihre zuverlässige Detektion aus komplexen biologischen Matrizes wie Urin ist jedoch analytisch anspruchsvoll. Ziel dieser Studie war es, einen robusten, nicht-zielgerichteten Headspace-Solid-Phase-Mikroextraktion-Gaschromatographie–Massenspektrometrie-(HS–SPME-GC–MS)-Workflow zu etablieren, der für sehr kleine Urinvolumina optimiert ist. Methoden: Der Einfluss von pH-Wert-Einstellung und NaCl-Zugabe auf die VOC-Extraktionseffizienz wurde systematisch untersucht, unter Verwendung einer 75-µm-CAR/PDMS-Faser und eines Probenvolumens von nur 0,75 mL. Die Methodenleistung wurde weiter durch konzentrationsabhängige Experimente mit repräsentativen VOC-Standards sowie durch die Anwendung auf reale menschliche Urinproben, die in technischen Triplikaten analysiert wurden, bewertet. Ergebnisse: Eine Ansäuerung auf pH 3 verbesserte die Extraktionsleistung deutlich und erhöhte sowohl die Gesamtintensität der Signale als auch die Anzahl der detektierbaren VOCs, während alkalische Bedingungen und zusätzliche NaCl-Zugabe nur geringe Effekte zeigten. Repräsentative VOC-Standards wiesen substanzspezifische lineare dynamische Bereiche mit minimalem Carry-over im relevanten analytischen Bereich auf. Die Anwendung auf reale Urinproben bestätigte eine hohe analytische Reproduzierbarkeit, wobei die Triplikate in der Hauptkomponentenanalyse eng beieinander lagen und die meisten Metabolite relative Standardabweichungen unter 25 % zeigten. Schlussfolgerungen: Die optimierte HS–SPME-GC–MS-Methode ermöglicht ein umfassendes, nicht-zielgerichtetes VOC-Profiling im Urin aus begrenzten Probenvolumina. Dieser Workflow stellt eine robuste analytische Grundlage für explorative Volatilomik-Studien unter probensparenden Bedingungen dar und unterstützt die anschließende gezielte Methodenverfeinerung, sobald spezifische Verbindungen oder Stoffklassen priorisiert wurden
Transformationen eines Wissensraums: 275 Jahre Universitätsbibliothek Braunschweig
No full textDie Universitätsbibliothek Braunschweig verkörpert sowohl Kontinuität als auch Veränderung und ist in ihrer Bedeutung als Wissensraum einzigartig. Anlässlich ihres 275-jährigen Bestehens beleuchten unterschiedliche Akteur*innen die langjährige Entwicklung der Institution. Im Zentrum steht die Rolle der Bibliothek als Lernort und als Raum zur Nutzung gedruckter und digitaler Medien. Die Beiträger*innen decken dabei miteinander vernetzte Transformationen und Wandlungen eines Ortes auf, der Wissen generiert und öffnet. So entstehen neue Perspektiven auf den Wissensraum Universitätsbibliothek und auf Kontinuitäten sowie Brüche einer langen Geschichte – aber auch auf mögliche Wege der Zukunf
Neufassung der Ordnung über den Zugang und die Zulassung für den konsekutiven Masterstudiengang „Computational Sciences in Engineering" (CSE) der Fakultät für Architektur, Bauingenieurwesen und Umweltwissenschaften, der Fakultät für Maschinenbau, der Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik, Physik und der Carl-Friedrich-Gauß-Fakultät der Technischen Universität Braunschweig
No full textNeufassung der Promotionsordnung der Fakultät Architektur, Bauingenieurwesen und Umweltwissenschaften an der Technischen Universität Braunschweig
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In vitro evaluation of 4,4'-trimethylenedipyridinium and 4,4'-trimethylenedipiperidinium-based polycationic polymers against Acanthamoeba hatchetti
Full text linkCorneal exposure to trophozoites of Acanthamoeba spp. may lead to Acanthamoeba keratitis (AK)-a rare, but sight-threatening disease-with a risk of recurrence due to residual stromal cysts. With polyhexanide (PHMB) and chlorhexidine (CHX) often constituting the standard regimen of therapy, polymeric compounds for the treatment of AK have shifted into the focus of research. In this study, the effectiveness of four 4,4'-trimethylenedipyridinium (TMDPy), 4,4'-trimethylenedipiperidinium (TMDPi)-based polymers, and polyquaternium-1 on Acanthamoeba trophozoites and cysts has been evaluated and their interactions with cells characterized. A total eradication assay was performed to assess the efficacy of the investigated compounds, while its effects on host cells and the barrier integrity of epithelial cell layers were evaluated via MTT assays and the relative reduction of transepithelial electrical resistance (TEER). The 4,4'-trimethylenedipyridinium and 4,4'-trimethylenedipiperidinium-based compounds exhibited a high efficacy against trophozoites (< 20 µg/mL), while the cysticidal activity proved to be considerably lower (< 500 µg/mL). The detrimental effect on viability of host cells was time-dependent, while a near total reduction of TEER was observed within the first 15 min of exposure, leading to the conclusion that this class of polymers may not be adequate for therapeutic purposes, but possibly find use as preservatives for contact lens storage solutions