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Charakterisierung der Interaktionen zwischen Entamoeba gingivalis und der oralen Mukosa zur Feststellung des pathogenen Potentials
Abstract
Background: The frequency of the protozoan Entamoeba gingivalis is strongly increased in inflamed periodontal pockets, where it contributes the second-most abundant rRNA after human rRNA. Another Entamoeba species, Entamoeba histolytica, colonizes the gut where it causes amoebic dysentery that often causes inflammation and ulceration of the colon. This raised our concern about a putative pathogenic role of Entamoeba gingivalis in oral
inflammation and the pathogenesis of periodontitis.
Aim: We aimed to evaluate the frequency of E. gingivalis in the oral cavity of periodontitis cases and healthy individuals. We assessed, if E. gingivalis used strategies to colonize the human host similarly to E. histolytica and compared the host adaptive immune response with the host response to colonization with the oral pathogenic bacterium Porphyromonas gingivalis.
Method: Subgingival plaque and buccal swabs were collected for detection and culture of E. gingivalis. Polymerase Chain Reaction (PCR) was performed after the DNA extraction of the collected samples with E. gingivalis specific primers. Primary gingival epithelial cells and fibroblasts were cultured from gingiva explants for the establishment of in vitro cell infection model. Quantitative real-time PCR was performed to test the related gene expression after the infection experiment. Histochemical staining was performed to prove the capability of E. gingivalis to invade inflamed human gingiva in vivo and in ex vivo biopsies. The cell proliferation rate of in vitro cultures of gingival epithelial cells was analyzed during E. gingivalis colonization.
Results: E. gingivalis was detected in 15% of health controls (n=107), 77% of inflamed gingival pockets and 22% of healthy sites in periodontitis group (n = 51). MUC21 expression was upregulated in gingival epithelial cells after 2 h infection with E. gingivalis (7.7 fold, P=7×10-4). E. gingivalis infection of gingival epithelial and fibroblast cells increased IL-8 expression 2000 fold (P=2×10-4) and 20 fold (P=4×10-5), respectively. In gingival fibroblast cells E. gingivalis increased MMP13 expression 11 fold (P=3×10-4). In vitro infection further showed that E.
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gingivalis inhibited cell proliferation, and induced cell death of gingival epithelial cells. Microscopy showed that E. gingivalis invaded the inflamed and wounded oral mucosa.
Conclusion: E. gingivalis colonizes inflamed periodontal pockets in a high frequency and it has the capacity to invade inflamed and wounded gingival tissue where able to feed on the host cell nuclei. E. gingivalis infection causes a strong adaptive immune response, inhibits host cell proliferation and causes cell death. Upregulation of MUC21 and MMP13 suggests similar invasion strategies as the related colonic parasite E. histolytica.Zusammenfassung
Hintergrund: Das Protozoon Entamoeba gingivalis kolonisiert die Mundhöhle und ist besonders in entzündeten Parodontaltaschen sehr häufig. Hier trägt es nach menschlichen Zellen den größten Teil detektierbarer rRNA bei. Entamoeba histolytica, ein weiterer Vertreter der Gattung Entamoeba, kolonisiert den Darm und ist der Auslöser der Amöbenruhr, die oftmals durch Entzündung und Ulzeration des Darmgewebes gekennzeichnet ist. Ein möglicher Zusammenhang zwischen einer möglichen Pathogenität von Entamoeba gingivalis, oraler Entzündung und der Ätiologie der
Parodontitis war zu Beginn der Arbeit nicht bekannt.
Ziele der Arbeit: In der vorliegenden Arbeit sollte die Häufigkeit von E. gingivalis in der Mundhöhle von Patienten der Parodontitis und gesunden Probanden untersucht werden. Es sollte geprüft werden, ob die von E. gingivalis verwendeten Mechanismen zur Kolonisierung des menschlichen Wirtes denen von E. histolytica ähnlich sind. Außerdem sollte die adaptive Immunantwort gegen E. gingivalis gegen eine Infektion mit dem oralen pathogenen Bakterium Porphyromonas gingivalis verglichen werden.
Methoden E. gingivalis wurde aus subgingivaler Plaque und Wangenabstrichen über einen DNA Nachweis mit der Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR) detektiert. Zur Etablierung eines in vitro Zellmodells zur Infektion mit E. gingivalis wurden primäre gingivale Epithelzellen und Fibroblasten aus Zahnfleischbiopsien kultiviert. Die relative Genexpression wurde durch Quantitative Real-Time PCR bestimmt. Gewebefärbungen wurden durchgeführt, um die Fähigkeit von E. gingivalis zu testen, in Zahnfleischgewebe einzudringen. Die Zellproliferation gingivaler Epithelzellen wurde während der in vitro Kolonisierung mit E. gingivalis bestimmt.
Ergebnisse: E. gingivalis wurde in der Mundhöhle von 15% der gesunden Kontrollen nachgewiesen (N=107). 77% der entzündeten Zahnfleischtaschen und 22% der nicht-entzündeten Bereiche von Parodontitispatienten (N = 51) waren mit E. gingivalis kolonisiert. Infektion mit E. gingivalis erhöhte in gingivalen Epithelzellen signifikant die Expression des Gens MUC21 (7.7 fach) und IL-8 (1000 fach). In gingivalen Fibroblasten war die Expression von MMP13 durch E. gingivalis 11 fach erhöht.
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In vitro Infektion zeigte, dass direkter Zellkontakt mit E. gingivalis die Zellproliferation gingivaler Epithelzellen inhibiert und zu vorzeitiger Letalität führt. Gewebeschnitte zeigten, dass E. gingivalis in entzündetes und verwundetes Zahnfleisch eindringen, sich dort fortbewegen und ernähren kann.
Schlußfolgerung: E. gingivalis ist ein häufiger Kolonisierer entzündeter Parodontaltaschen und hat die Fähigkeit in entzündetes und verwundetes Zahnfleischgewebe einzudringen, sich dort fortzubewegen und zu ernähren. E. gingivalis löst eine starke Reaktion des adaptiven Immunsystems aus, inhibiert die Zellproliferation und trägt zu vorzeitigem Zelltod bei. Die signifikant erhöhte Expression von IL-8, MUC21 und MMP13 deutet Wechselwirkungen an, die der Invasion- und Abwehrmechanismen zwischen menschlichem Wirt und E. histolytica ähnlich sind. Bei E. gingivalis handelt es sich um einen pathogenen Parasiten der Mundhöhle mit einer möglichen Bedeutung für die Ätiologie der Parodontitis
Real-Time Online Human Tracking with a Stereo Camera for Person-Following Robots
Person-Following Robots have been studied for multiple decades now. Recently, person-following robots have relied on various sensors (e.g., radar, infrared, laser, ultrasonic, etc). However, these technologies lack the use of the most reliable information from visible colors (visible light cameras) for high-level perception; therefore, many of them are not stable when the robot is placed under complex environments (e.g., crowded scenes, occlusion, target disappearance, etc.). In this thesis, we are presenting three different approaches to track a human target for person-following robots in challenging situations (e.g., partial and full occlusions, appearance changes, pose changes, illumination changes, or distractor wearing the similar clothes, etc.) with a stereo depth camera. The newest tracker (SiamMDH, a Siamese convolutional neural network based tracker with temporary appearance model) implemented in this work achieves 98.92% accuracy with location error threshold 50 pixels and 92.94% success rate with IoU threshold 0.5 on our extensive person-following dataset
Enhanced Feedback Iterative Decoding of Sparse Quantum Codes
Decoding sparse quantum codes can be accomplished by syndrome-based decoding
using a belief propagation (BP) algorithm.We significantly improve this
decoding scheme by developing a new feedback adjustment strategy for the
standard BP algorithm. In our feedback procedure, we exploit much of the
information from stabilizers, not just the syndrome but also the values of the
frustrated checks on individual qubits of the code and the channel model.
Furthermore we show that our decoding algorithm is superior to belief
propagation algorithms using only the syndrome in the feedback procedure for
all cases of the depolarizing channel. Our algorithm does not increase the
measurement overhead compared to the previous method, as the extra information
comes for free from the requisite stabilizer measurements.Comment: 10 pages, 11 figures, Second version, To be appeared in IEEE
Transactions on Information Theor
Schur indices for super-Yang-Mills with more general gauge groups
We study the unflavored Schur indices in the super-Yang-Mills
theory for the gauge groups. We explore two methods, namely
the character expansion method and the Fermi gas method, to efficiently compute
the -series expansion of the Schur indices to some high orders. Using the
available data and the modular properties, we are able to fix the exact
formulas for the general gauge groups up to some high ranks and discover some
interesting new features. We also identify some empirical modular anomaly
equations, but unlike the case of groups, they are quite complicated and
not sufficiently useful to fix exact formulas for gauge groups of arbitrary
rank.Comment: 30 page
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