Zeitabhängige, multimodale Modellierung und Analyse von Herzdaten

Kardiovaskuläre Erkrankungen stellen in den westlichen Industrienationen eine der Haupttodesursachen dar. Für die Diagnostik steht inzwischen mit der Computer-Tomographie ein leistungsfähiges bildgebendes Verfahren zur Verfügung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Verfahren entwickelt, um dem Radiologen durch eine weitgehend automatische und umfassende Analyse von 4D-CTA-Daten und der automatischen Berechnung wichtiger diagnostischer Parameter zu unterstützen

Akute Myokarditis: Quantitative Analyse des Late Gadolinium Enhancement in der kardialen Magnetresonanztomografie

Es wurden retrospektiv 56 stationäre Patientenfälle mit der Hauptdiagnose akute Myokarditis an der Universtitätsklinik Regensburg analysiert. Dabei gingen die klinische Symptomatik, Laborwerte, EKG-Veränderungen, kardiales MRT und ggf. Herzkatheteruntersuchung incl. Myokardbiopsie in die Untersuchung ein. Das Ziel dieser Arbeit war es, eine quantitative Analyse des Late Gadolinium Enhancement (LGE) im kardialen MRT bei Myokarditispatienten durchzuführen und im kardialen 18-Segmentmodell auszuwerten. Die Analyse ergab eine mittlere LGE-Gesamtanreicherung von 21,8% des linken Ventrikels bei 5SD. Es zeigt sich ein charakteristisches subepikardiales LGE-Anreicherungsmuster. In inferolateralen und anterolateralen kardialen Segmenten (entspricht der kardialen Seitenwand), sowie apikalen Segmenten ließ sich eine signifikant höhere LGE-Anreicherung nachweisen. Es konnte eine Korrelation zwischen der Masse des LGE 5SD und Höhe der Troponin I-Werte bzw. der Ejektionsfraktion nachgewiesen werden

Separation und Rekonstruktion funktionaler Elemente im Zentral-Nervensystem

Ziel dieser Arbeit ist es, eine Lücke im methodischen Spektrum neurobiologischer Methoden zu schließen. Es ist heute möglich, das Gehirn auf unterschiedlichen Ebenen zu beschreiben. Es stehen jedoch keine Methoden zur Verfügung, um die Anordnung der Zellen innerhalb eines Nukleus quantitativ zu beschreiben. Die Anzahl und die Anordnung der Zellen ist jedoch eine essentielle Voraussetzung, um die Funktion eines Nukleus zu verstehen. Das hier vorgestellte Verfahren zur Rekonstruktion eines Nukleus basiert auf Nissl-gefärbten Semidünnschnitten der Medialen Superioren Olive (MSO) der Wüstenrennmaus Meriones ungiuculatus. Diese werden mit einer Digitalkamera lichtmikroskopisch aufgenommen und bilden die Basis der Rekonstruktion. In einem ersten Schritt werden innerhalb einer Schnittebene mehrere Einzelbilder patchworkartig zu einem Image Mosaic zusammengefügt. Durch diesen Schritt ist die Auflösung innerhalb einer Schnittebene praktisch unbegrenzt. Das Verfahren beinhaltet mehrere Kontrollmechanismen und funktioniert praktisch fehlerfrei. Danach werden die Bilder farblich korrigiert und mit Methoden der Mustererkennung werden die Zellkerne extrahiert. Die Extraktion der Zellkerne steht in ihrer Qualität einer manuellen Extraktion in nichts nach. Die Zellkerne dienen als Grundlage für den Archimedes-Alignment-Algorithmus, der die Schnittserie in einen dreidimensionalen Bezug setzt, indem aufeinander folgende Schnitte aneinander ausgerichtet werden. Auch dieses Verfahren beinhaltet eine Kontrolle und funktioniert fehlerfrei. Aus diesen Daten kann dann eine Rekonstruktion erstellt werden. Diese wird weiter ausgewertet und ergibt schließlich ein dreidimensionales Abbild des untersuchten Bereichs. Sämtliche Verfahrensschritte arbeiten entweder fehlerfrei oder mit einer nur sehr geringen Fehlerrate. Somit stellt dieses Verfahren eine robuste, effiziente und universell anwendbare Möglichkeit für die umfassende Analyse der Neuronenverteilung im ZNS dar. Das Verfahren eröffnet die Möglichkeit, Nuklei dreidimensional zu untersuchen, bietet aber auch einen Ansatzpunkt um mittels histologischer Daten weiteres Datenmaterial (etwa elektrophysiologischer oder morphologische Daten) zu integrieren

AI based segmentation of the prostate

Magnetic resonance imaging (MRI) provides increasingly reliable imaging of prostate cancer (PCa) and can improve the detection of lesions and the performance of targeted biopsies. In this regard, segmentation of the prostate in the MRI dataset is critical for several tasks, including the creation of three-dimensional models, e.g., for navigational purposes when planning biopsies or interventional therapies, for planning radiotherapy, for improved volume estimation to assess disease progression, and for automated detection of prostate zones and PCa. However, segmentation by hand is very time-consuming, making an automated machine-based solution desirable. Methods: For this project, a data set of 158 MRI examinations of the prostate was compiled, which meet the technical requirements of the PIRADS V2.1 standard. These included 102 patients with histologically confirmed prostate carcinoma and an image morphological finding of PIRADS 4 or higher. The examinations were then divided into a training data set and a test data set. Both datasets were manually segmented by two subject matter experts with several years of experience in uroradiological imaging, firstly annotating the anatomy and zonal divisions and secondly annotating the tumor regions. Furthermore, a deep learning model was developed and trained on the segmentation of anatomy and tumor region using the training dataset. Subsequently, the agreement of the segmentations of the experts among themselves and the agreement of the segmentations of the model with those of the experts were compared on the test data set. Results: The agreement between the segmentations of the two experts was highest for the central zone, followed by the peripheral zone and lowest for the tumor region. A similar picture was seen for the segmentations of the model. There was no significant difference in the agreement between the model and the respective experts 1 and 2. However, a worse agreement between the model to the experts compared to the interrater agreement between the experts could be observed. Conclusion: Although the deep learning model used for this Thesis for prostate anatomy segmentation and tumor region detection and segmentation could not quite reach the human expert standard, a perspective and great potential for further research and progress in this area of medical image analysis can still be seen. Automated segmentations and tumor detection may facilitate and accelerate clinical workflow and improve future diagnostics and therapies. In the context of further technical advances, a similar quality and safety as long-time trained human experts can be expected.Die Magnetresonanztomographie (MRT) ermöglicht eine zuverlässige Darstellung von Prostatakrebs (PCa) und kann die Erkennung von Läsionen und die Durchführung gezielter Biopsie verbessern. Die Segmentierung der Prostata im MRT Datensatz ist dabei für viele Aufgaben von entscheidender Bedeutung, u. a. für die Erstellung dreidimensionaler Modelle, z. B. zu Navigationszwecken bei der Planung von Biopsien oder interventionellen Therapien, für die Planung einer Strahlentherapie, für eine verbesserte Volumenschätzung zur Beurteilung des Krankheitsverlaufs und für die automatisierte Erkennung der Anatomie und von PCa. Eine Segmentierung von Hand ist jedoch zeitaufwändig, weshalb eine automatisierte maschinelle Lösung erstrebenswert ist. Methoden Es wurde ein Datensatz von insgesamt 158 MRT Untersuchungen der Prostata zusammengestellt, welche den technischen Anforderungen des PI-RADS V2.1 Standards entsprechen. Hierunter befanden sich 102 Patienten mit histologisch gesicherten Prostatakarzinomen und einem bildmoprhologischen Befund von PI-RADS 4 oder höher. Die Untersuchungen wurden daraufhin auf einen Trainingsdatensatz und einen Testdatensatz aufgeteilt. Beide Datensätze wurden händisch durch zwei Experten mit mehrjähriger Erfahrung in uroradiologischer Bildgebung segmentiert, wobei zum einen die zonale Anatomie und zum anderen die Tumorregionen annotiert wurden. Des Weiteren wurde ein Deep Learning Modell entwickelt und mit Hilfe des Trainingsdatensatzes auf die Segmentierung der Anatomie und der Tumorregion trainiert. Anschließend wurde am Testdatensatz die Übereinstimmung der Segmentierungen der Experten untereinander sowie die Übereinstimmung der Segmentierungen des Modells mit denen der Experten verglichen. Ergebnisse Die Übereinstimmung zwischen den Segmentierungen der beiden Experten war am höchsten für die zentrale Drüse, gefolgt von der peripheren Zone und am niedrigsten für die Tumorregion. Ein ähnliches Bild zeigte sich auch für die Segmentierungen desModells. Es bestand kein signifikanter Unterschied in der Übereinstimmung zwischen dem Modell und den jeweiligen Experten 1 und 2. Es konnte jedoch eine schlechtere Übereinstimmung zwischen dem Modell zu den Experten gegenüber der Interrater Übereinstimmung zwischen den Experten festgestellt werden. Schlussfolgerung Obgleich das verwendete Deep Learning Modells für die Segmentierung der Prostataanatomie sowie der Segmentierung der Tumorregion nicht ganz den menschlichen Expertenstandard erreichen konnte, lässt sich dennoch eine Perspektive und großes Potential für weitere Forschung und Fortschritte in diesem Bereich der medizinischen Bildanalyse erkennen. Automatisierte Segmentierungen und Tumordetektionen können den klinischen Arbeitsfluss erleichtern und beschleunigen sowie zukünftige Diagnostik und Therapien verbessern. Im Rahmen weiterer technischer Fortschritte ist eine ähnliche Qualität und Sicherheit wie langjährig antrainierte menschliche Experten erwartbar

Modellierung primärer multisensorischer Mechanismen der räumlichen Wahrnehmung

Abstract The presented work concerns visual, aural, and multimodal aspects of spatial perception as well as their relevance to the design of artificial systems. The scientific approach chosen here, has an interdisciplinary character combining the perspectives of neurobiology, psychology, and computer science. As a result, new insights and interpretations of neurological findings are achieved and deficits of known models and applications are named and negotiated. In chapter one, the discussion starts with a review on established models of attention, which largely disregard early neural mechanisms. In the following investigations and experiments, the basic idea can be expressed as a conceptual differentiation between early spatial attention and higher cognitive functions. All neural mechanisms that are modelled within the scope of this work, can be regarded as primary and object-independent sensory processing. In chapter two and three the visual and binaural spatial representations of the brain and the specific concept of the computational topography in the central auditory system are discussed. Given the restriction of early neural processes, the aim of the actual multisensory integration, as it is described in chapter four, is not object classification or tracking but primary spatial attention. Without task- or object-related requirements all specifications of the model are derived from findings about certain multisensory structures of the midbrain. In chapter five emphasis is placed on a novel method of evaluation and parameter optimization based on biologically inspired specifications and real-world experiments. The importance of early perceptional processes to orienting behaviour and the consequences to technical applications are discussed.In der vorliegenden Arbeit werden visuelle, auditive und multimodale Formen der räumlichen Wahrnehmung und deren Relevanz für den Entwurf technischer Systeme erörtert. Der dabei vertretene wissenschaftliche Ansatz hat interdisziplinären Charakter und berücksichtigt im Umfeld der Neuroinformatik und Robotik methodische Aspekte der Neurobiologie, Wahrnehmungspsychologie und Informatik gleichermaßen. Im Ergebnis sind einerseits neue und weitergehende Interpretationen der Befunde über die natürliche Wahrnehmung möglich. Andererseits werden Defizite bestehender Simulationsmodelle und technischer Anwendungen benannt und überwunden. Den Ausgangspunkt der Untersuchungen bildet in Kapitel 1 die Diskussion und kritische Wertung etablierter Aufmerksamkeitsmodelle der Wahrnehmung, in denen frühe multisensorische Hirnfunktionen weitgehend unbeachtet bleiben. Als Grundgedanke der folgenden Untersuchungen wird die These formuliert, dass eine konzeptionelle Trennung zwischen primärer Aufmerksamkeit und höheren kognitiven Leistungen sowohl die Einordnung von sensorischen Merkmalen und neurologischen Mechanismen als auch die Modellierung und Simulation erleichtert. In den Kapiteln 2 und 3 werden zunächst die primären räumlichen Kodierungen der zentralen Hörbahn und des visuellen Systems vorgestellt und die Spezifika von projizierten und berechneten sensorischen Topographien beschrieben. Die anschließende Modellierung von auditorisch-visuellen Integrationsmechanismen in Kapitel 4 dient ausdrücklich nicht der Klassifikation oder dem Tracking von Objekten sondern einer frühen räumlichen Steuerung der Aufmerksamkeit, die im biologischen Vorbild unbewusst und auf subkortikalem Niveau stattfindet. Nach einer Erörterung der wenigen bekannten Modellkonzepte werden zwei eigene multisensorische Simulationssysteme auf Basis künstlicher neuronaler Netze und probabilistischer Methoden entwickelt. Kapitel 5 widmet sich der systematischen experimentellen Untersuchung und Optimierung der Modelle und zeigt, wie unbewusste Wahrnehmungsleistungen und deren Simulation unter Bezugnahme auf qualitative und quantitative Befunde über multisensorische Effekte im Mittelhirn evaluiert werden können. Die Diskussion des Modellverhaltens in realen audio-visuellen Szenarien soll unterstreichen, dass die frühe Steuerung der Aufmerksamkeit noch vor der Objekterkennung einen wichtigen Beitrag zur räumlichen Orientierung leistet

Ultraschallbasierte Navigation für die minimalinvasive onkologische Nieren- und Leberchirurgie

In der minimalinvasiven onkologischen Nieren- und Leberchirurgie mit vielen Vorteilen für den Pa- tienten wird der Chirurg häufig mit Orientierungsproblemen konfrontiert. Hauptursachen hierfür sind die indirekte Sicht auf die Patientenanatomie, das eingeschränkte Blickfeld und die intra- operative Deformation der Organe. Abhilfe können Navigationssysteme schaffen, welche häufig auf intraoperativem Ultraschall basieren. Durch die Echtzeit-Bildgebung kann die Deformation des Organs bestimmt werden. Da viele Tumore im Schallbild nicht sichtbar sind, wird eine robuste automatische und deformierbare Registrierung mit dem präoperativen CT benötigt. Ferner ist eine permanente Visualisierung auch während der Manipulation am Organ notwendig. Für die Niere wurde die Eignung von Ultraschall-Elastographieaufnahmen für die bildbasierte Re- gistrierung unter Verwendung der Mutual Information evaluiert. Aufgrund schlechter Bildqualität und geringer Ausdehnung der Bilddaten hatte dies jedoch nur mäßigen Erfolg. Die Verzweigungspunkte der Blutgefäße in der Leber werden als natürliche Landmarken für die Registrierung genutzt. Dafür wurden Gefäßsegmentierungsalgorithmen für die beiden häufigsten Arten der Ultraschallbildgebung B-Mode und Power Doppler entwickelt. Die vorgeschlagene Kom- bination beider Modalitäten steigerte die Menge an Gefäßverzweigungen im Mittel um 35 %. Für die rigide Registrierung der Gefäße aus dem Ultraschall und CT werden mithilfe eines bestehen- den Graph Matching Verfahrens [OLD11b] im Mittel 9 bijektive Punktkorrespondenzen definiert. Die mittlere Registrierungsgenauigkeit liegt bei 3,45 mm. Die Menge an Punktkorrespondenzen ist für eine deformierbare Registrierung nicht ausreichend. Das entwickelte Verfahren zur Landmarkenverfeinerung fügt zwischen gematchten Punkte weitere Landmarken entlang der Gefäßmittellinien ein und sucht nach weiteren korrespondierenden Gefäß- segmenten wodurch die Zahl der Punktkorrespondenzen im Mittel auf 70 gesteigert wird. Dies erlaubt die Bestimmung der Organdeformation anhand des unterschiedlichen Gefäßverlaufes. Anhand dieser Punktkorrespondenzen kann mithilfe der Thin-Plate-Splines ein Deformationsfeld für das gesamte Organ berechnet werden. Auf diese Weise wird die Genauigkeit der Registrierung im Mittel um 44 % gesteigert. Die wichtigste Voraussetzung für das Gelingen der deformierbaren Registrierung ist eine möglichst umfassende Segmentierung der Gefäße aus dem Ultraschall. Im Rahmen der Arbeit wurde erstmals der Begriff der Regmentation auf die Segmentierung von Gefäßen und die gefäßbasierte Registrie- rung ausgeweitet. Durch diese Kombination beider Verfahren wurde die extrahierte Gefäßlänge im Mittel um 32 % gesteigert, woraus ein Anstieg der Anzahl korrespondierender Landmarken auf 98 resultiert. Hierdurch lässt sich die Deformation des Organs und somit auch die Lageveränderung des Tumors genauer und mit höherer Sicherheit bestimmen. Mit dem Wissen über die Lage des Tumors im Organ und durch Verwendung eines Markierungs- drahtes kann die Lageveränderung des Tumors während der chirurgischen Manipulation mit einem elektromagnetischen Trackingsystem überwacht werden. Durch dieses Tumortracking wird eine permanente Visualisierung mittels Video Overlay im laparoskopischen Videobild möglich. Die wichtigsten Beiträge dieser Arbeit zur gefäßbasierten Registrierung sind die Gefäßsegmen- tierung aus Ultraschallbilddaten, die Landmarkenverfeinerung zur Gewinnung einer hohen Anzahl bijektiver Punktkorrespondenzen und die Einführung der Regmentation zur Verbesserung der Ge- fäßsegmentierung und der deformierbaren Registrierung. Das Tumortracking für die Navigation ermöglicht die permanente Visualisierung des Tumors während des gesamten Eingriffes

Entwicklung stabiler Gold Nanopartikel-Peptid-Konjugate zur Untersuchung von Rezeptor-Liganden Wechselwirkungen im zellulären System

In dieser Arbeit wird eine neuartige Syntheseroute zur Herstellung biokompatibler und hochstabiler Gold Nanopartikel-Peptid-Konjugate entwickelt, die der gezielten Untersuchung von Rezeptor-Liganden-Wechselwirkungen in hippocampalen Neuronen dienen. Aktivierte NMDA-(N-Methyl-D-Aspartat) Rezeptoren vermitteln vermutlich abhängig von ihrer räumlichen Lage in der postsynaptischen Zelle verschiedene Signalkaskaden: Die Aktivierung synaptischer NMDA-Rezeptoren fördert das Überleben der Zelle, während die Aktivierung der extrasynaptischen Rezeptoren zum programmierten Zelltod führt. Um diese Hypothese der positionsabhängigen Funktion der unterschiedlich lokalisierten NMDA-Rezeptoren zu untersuchen, werden Nanopartikel entwickelt, die aufgrund ihrer Ausdehnung nicht in den synaptischen Spalt diffundieren können. Werden diese Nanopartikel mit einem selektiven NMDA-Rezeptorantagonisten funktionalisiert, sollten ausschließlich die extrasynaptischen NMDA-Rezeptoren blockiert werden ohne die synaptischen NMDA-Rezeptoren zu erreichen. Zunächst wird daher in dieser Arbeit die gezielte Darstellung von Gold Nanopartikeln mit einem vorher bestimmbaren Durchmesser ( größer 30 nm) optimiert, die zudem eine geringe Größenverteilung besitzen. Um die synthetisierten Nanopartikel vor Aggregation zu schützen, werden sie mit einer gemischten Monolage aus Amino- und Carbonsäure terminierten thiolierten Polyethylenglykol (PEG)-Liganden versehen. Diese stabilisieren die Partikel einerseits aufgrund sterischer und elektrostatischer Effekte der Carbonsäure, während die Aminogruppen der weiteren Biofunktionalisierung dienen. Das synthetisierte Alkyl-PEG 600 System wird hierzu mit dem kommerziell erhältlichen PEG 3000 System verglichen. Die resultierenden Nanopartikel beider Systeme besitzen eine hohe Stabilität bezüglich Aggregation in hochkonzentrierten Salzlösungen sowie Zellkulturmedium. Neben der Charakterisierung der Schichtdicke der Polymere werden die Nanopartikel auf ihre chemische Zusammensetzung der Passivierungsschicht untersucht. Hierzu dient ein in der vorliegenden Arbeit entwickeltes, neuartiges fluoreszenz-basiertes Verfahren. Die Anzahl reaktiver Aminogruppen auf der Oberfläche kann so quantitativ bestimmt werden, wodurch die Desorption der thiolierten Liganden mit der Zeit von der Goldoberfläche beobachtet wird. Weiterhin wird gezeigt, dass die Anzahl der gebundenen Aminogruppen beeinflusst und kontrolliert werden kann. In einem analogen fluoreszenz-basierten Verfahren wird die durchschnittliche Anzahl an bioaktiven Peptiden pro Partikel bestimmt - eine wichtige Information zur Untersuchung von Rezeptor-Liganden-Wechselwirkungen im Hinblick auf multivalente Liganden. Das Verfahren zeigt erstmals, dass das Alkyl-PEG 600 System eine direkte Bindung der Peptide an die Oberfläche der Partikel unterbindet, während im kommerziellen PEG 3000 System eine solche unerwünschte direkte Bindung nicht verhindert werden kann. Damit ist das Alkyl-PEG 600 System für die kontrollierte und definierte Darstellung von Peptid-Nanopartikel-Konjugaten besser geeignet, als das kommerziell erhältliche PEG3000 System. Zur Untersuchung der Wechselwirkung der Peptid-funktionalisierten Nanopartikel mit NMDARezeptoren wird ein Modellsystem eingesetzt, in welchem HEK 293 Zellen transient mit Plasmiden der NMDA-Rezeptoruntereinheiten transfiziert werden. In diesen Zellexperimenten kann die spezifische Wechselwirkung der Peptid-funktionalisierten Gold Nanopartikel sowohl qualitativ mittels elektronenmikroskopischen Aufnahmen, als auch quantitativ in einer Bindungsstudie nachgewiesen werden. Zudem wird die Bindungskonstante der Konjugate bestimmt, die um einen Faktor 1000 größer ist, als die des löslichen Antagonisten. Damit wird bestätigt, dass die hergestellten biofunktionalisierten Nanopartikel für die Anwendung im biologischen System bestens geeignet sind

Eine neue Facette im zellulären Anpassungsprozess von Bacillus subtilis an hohe Salinitäten : Die Analyse des osmotisch induzierten yqiHIK Operons

In seinem natürlichen Lebensraum ist der Mikroorganismus Bacillus subtilis zahlreichen Stressfaktoren ausgesetzt. Durch komplexe Regulations- sowie Differenzierungsprozesse (Biofilm-Formation, Sporulation) besitzt dieses Bakterium die Fähigkeit, sich an diverse Stresssituationen anzupassen. Die Verfügbarkeit von Wasser ist ein Beispiel für einen solchen Stressfaktor. Als eine zentrale Anpassungsstrategie an hyperosmotische Kulturbedingungen, konnte in B. subtilis die Akkumulation von kompatiblen Soluten durch Synthese und Aufnahme identifiziert werden. In Transkriptom-Analysen hyperosmotisch gestresster B. subtilis Kulturen wurden jedoch zahlreiche Gene identifiziert, die unter Hochsalz Bedingungen eine Induktion in der Genexpression zeigten. Interessanterweise kristallisierte sich bei der Analyse dieser Transkriptom-Daten eine Gruppe von Genen heraus, denen eine Beteiligung am Zellwandmetabolismus zugesprochen werden konnte. Beispiele dafür sind die Gene yqiH sowie yqiI. Das Gen yqiH kodiert vermutlich für ein Lipoprotein, wohingegen das Protein YqiI Sequenzähnlichkeiten zu der Enzymklasse der N-Acetylmuramyl-L-Alanin Amidasen aufweist. Diese Enzyme gehören zu der Gruppe der Zellwandhydrolasen (Autolysine), die in wichtige zelluläre Prozesse involviert sind. Mit Hilfe der Zymographie konnte im Verlauf dieser Arbeit die hydrolytische Fähigkeit für das Protein YqiI in vitro bestätigt werden. Außerdem wurde gezeigt, dass die Kultivierung von B. subtilis unter hyperosmotischen Bedingungen zu einer drastischen Veränderung in der Zellmorphologie führte, die ausschließlich während der Anpassungsphase auftrat. Die Ergebnisse der Transkriptom-Analysen und auch die Beobachtung der morphologischen Veränderungen führten zu der Hypothese, dass die Restrukturierung der Zellhülle eine neue Facette in der Adaptation von B. subtilis an hochsaline Bedingungen darstellen könnte. Um eine mögliche Beteiligung der Proteine YqiH sowie YqiI zu untersuchen wurden, diese im Rahmen der vorliegenden Arbeit einer biochemischen, physiologischen sowie regulatorischen Charakterisierung unterzogen. Durch eine RT-PCR-basierende Methode konnte eine Co-Transkription der yqiHI Gene mit einem weiteren Gen yqiK erstmals gezeigt werden. Die Charakterisierung einer yqiHIK Deletionsmutante zeigte unter normalen physiologischen sowie hyperosmotischen Bedingungen eine Wachstums-verzögerung im Vergleich zum Wildtyp, was alleinig auf das Fehlen der Amidase YqiI zurückgeführt werden konnte. Darüber hinaus konnte ausgeschlossen werden, dass die YqiHIK Proteine wesentlich an der Restrukturierung der Zellwand beteiligt sind. Durch Reportergenstudien wurde die osmotische Induktion des yqiHIK Operons näher analysiert. Dabei zeigte sich, dass eine Expression des yqiHIK Genclusters nur bei sehr hohen NaCl-Konzentrationen erfolgte (> 0,7 M NaCl). Die Expression wird dabei über einen SigA-Promotor vermittelt, der mit Hilfe einer Primer-Extension-Analyse identifiziert werden konnte und ferner einer detaillierten Mutagenese-Studie unterzogen wurde. Verkürzungen in der yqiHIK Promotorregion führten zu der Identifikation einer AT-reichen Region, die kritisch für die Induktion des Operons unter hohen osmotischen Bedingungen war. Diese AT-reiche Region wurde als mögliche Binderegion für den Regulator DegU aus B. subtilis wiedererkannt. Die Beteiligung des Zwei-Komponenten-Systems DegS/DegU an der Induktion der Expression des yqiHIK Operons unter salinen Bedingungen, stellte dabei ein zentrales Ergebnis dieser Arbeit dar, wobei somit erstmalig ein Hinweis darauf gegeben wurde, wie die Zelle in der Lage ist, hohe NaCl-Konzentrationen wahrzunehmen und darauf zu reagieren. Neben der Induktion des yqiHIK Operons unter hyperosmotischen Bedingungen wurden im Verlauf dieser Dissertation noch zwei weitere regulatorische Besonderheiten dieses Genclusters aufgedeckt. Zum einen konnte gezeigt werden, dass eine Induktion der Expression des yqiHIK Operons direkt nach Initiation der Sporulation erfolgte. Dabei wurde eine Beteiligung des SinR Regulators nachgewiesen, welcher auch die Expression dieses Operons unter normalen Wachstumsbedingungen verhindert. Darüber hinaus konnte eine Erhöhung der Transkription des yqiHIK Genclusters in der sogenannten „Todeszone“ beobachtet werden. Für beide dieser regulatorischen Aspekte wurde eine Beteiligung des zuvor identifizierten SigA-Promotors ausgeschlossen. Im Rahmen dieser Dissertation wurden somit drei physiologische Prozesse aufgedeckt, an denen die Genprodukte des yqiHIK Operons beteiligt zu sein scheinen, wobei die Transkription des yqiHIK Genclusters über mindestens zwei unterschiedliche Promotoren erfolgt. Zusätzlich wurden zwei Transkriptionsfaktoren identifiziert, die die Expression des yqiHIK Operons kontrollieren. Die Regulation des yqiHIK Operons ist ein gutes Beispiel dafür, wie facettenreich Bakterien ihre Umwelt wahrnehmen und genetisch darauf reagieren können