Implementation of a siRNA Screen for Prostate Tumour Cell Lines Using Living Cell Arrays

Prostate cancer is one of the most common causes of death in men. In this work a siRNA screen of around 1500 cancer-relevant genes was performed using 3 different cell lines (VCaP, LAPC-4, RWPE-1). A novel technique, the living cell array, was initiated in order to obtain information about the biology of Androgeninduced growth in prostate tumour cell lines. This technique is based on the principal of reverse transfection [1] and genes are knocked down by siRNAs. The cells on the living cell array were set under stress by reduction of the androgens in the media while the proliferation and apoptosis were quantified. The statistical analysis of the data implicates the success of the screen and shows that this method is suitable for large-scale experiments.Prostatakrebs ist neben Lungenkrebs eine der häufigsten Todesursachen bei Männern. In dieser Arbeit wurden 1500 potenziell tumorrelevante Gene in drei Zelllinien (VCaP, LAPC-4, RWPE-1) gescreent. Dafür wurde eine neue Technik, die Lebendzellarrays, genutzt, um Informationen über die Biologie Androgen-unabhängiger Prostatazellen zu gewinnen. Die Lebendzellarrays basieren auf dem Prinzip der reversen Transfektion [1], und in Folge werden die mRNAs der gewünschten Gene durch spezifische »silencer RNAs« (siRNAs) ausgeschaltet. Die Zellen wurden parallel sowohl in normalem Medium untersucht als auch mit androgen-reduziertem Medium unter Stress gesetzt. Das Wachstum der Prostatazellen wurde mittels Markern für Proliferation und Apoptose beobachtet. Die Daten der Screens wurden mit Hilfe statistischer Verfahren evaluiert. Die Lebendzellarrays konnten erfolgreich für einen umfangreichen SiRNA-screen angewendet werden

Etablierung von Hochdurchsatz-Kultivierungs- und -Screeningmethoden für phototrophe Einzeller

Mit Hochdurchsatz-Kultivierungs- und -Screeningmethoden können viele Proben parallel, miniaturisiert und kostengünstig bearbeitet werden. Für phototrophe Organismen wie Mikroalgen und Cyanobakterien sind Hochdurchsatz-Kultivierungsverfahren jedoch bis heute kaum etabliert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden diese Verfahren beispielhaft für das Cyanobakterium Synechocystis sp. PCC 6803 etabliert. Die benötigte technische Automatisierung wurde hierbei durch den Einsatz eines Tecan Genesis RSP 150 Pipettierroboters erreicht. Die Kultivierung erfolgte in Deepwell-Mikrotiterplatten innerhalb einer speziell angefertigten Kammer mit programmierbaren Schüttlern, einstellbarer Belichtung und CO2-Atmosphäre. Die in diesem System erreichten Wachstumsraten sind vergleichbar mit publizierten Kultivierungsmethoden. Das Hochdurchsatz-Screening wurde mit Hilfe eines in den Roboter integrierten Tecan Genios Plus Plattenreaders durchgeführt. Es wurden beispielhaft Methoden zur Bestimmung von optischer Dichte und Chlorophyllgehalt etabliert. Die hier vorgestellte Plattform kann vielseitig zur Analyse phototropher Organismen eingesetzt werden und ist durch entsprechende Assays leicht zur Messung anderer Parameter erweiterbar.High-throughput cultivation and screening methods allow a parallel, miniaturized and cost efficient processing of many samples. These methods however, have not been generally established for phototrophic organisms such as microalgae or cyanobacteria. In this work we describe and test high-throughput methods with the model organism Synechocystis sp. PC6803. The required technical automation for these processes was archived with a Tecan Genesis RSP 150 pipetting robot. The cultivation was performed in deepwell microtiter plates within a specially constructed cultivation chamber. The chamber is outfitted with programmable shaking conditions, variable illumination and an adjustable CO2 atmosphere. The growth rates archived within this system are comparable to those achieved with established methods such as bioreactors. The high-throughput screening was achieved with a Tecan Genios Plus plate reader integrated within the pipetting robot. Methods for determination of optical density and amount of chlorophyll were established within the scope of this work. The presented platform can be used for a variety of analyses of phototrophic organisms and is easily expandable with further assays to screen for additional targets

Einführung eines Qualitätsmanagement-Systems in einem molekularbiologischen Labor einer Hochschule

Zertifizierte Qualitätsmanagementsysteme (QM-Systeme) sind in akademischen Forschungslaboren bisher kaum vertreten. Hier ist vor allem die Bedeutung eines zertifizierten Labors vor dem Hintergrund der Veröffentlichung wissenschaftlicher Publikationen scheinbar bedeutungslos. Im industriellen Bereich hingegen sind QM-Systeme weitaus häufiger eingeführt. Labore im akademischen Bereich stehen jedoch grundsätzlich in der Verantwortung, schonend mit den Ressourcen des Staates umzugehen, und haben darüber hinaus das Bestreben, Forschungs-/Industrieaufträge einzuwerben. Mit dieser Publikation wird gezeigt, wie durch die Einrichtung eines QM-Systems und der Einhaltung der normativen Vorgabe ein verbesserter schonender Umgang mit staatlichen Ressourcen möglich ist, die Ergebnissicherheit erhöht, Betriebsabläufe optimiert, die Chancen für Studenten auf dem Arbeitsmarkt verbessert werden und mehr Forschungs-/Industrieaufträge akquiriert werden können. Es wird dargestellt, wie ein QM-System in einem Labor eingerichtet werden kann. Dabei wird erläutert, welche QM-Regelwerke für ein Labor im Hochschulbereich in Betracht kommen. Zudem wird eine Methodik in Form eines Projektplans vorgestellt, mit dem die Anforderungen der Norm strukturiert umgesetzt werden können. Das QM-System wurde im Labor für Molekularbiologie und Funktionelle Genomik an der Technischen Hochschule Wildau [FH] eingeführt und im Rahmen der Zertifizierung der Hochschule in das Audit einbezogen.Up to now certified Quality-Management-Systems(QM-system) are hardly prevalent in university research laboratories. Even if a laboratory is certified, it seems to have no meaning for a scientific publication originating from this laboratory. In the industrial sector QM-systems are a lot more common. Basically, academic laboratories have to use their rescources, provided primarily by govermental funding, very sparingly and responsible. Furthermore universities have a strong endeavour to accquire funding for further research. We demonstrate here, how the establishment of a QM-system, and compliance to normative requirements, can improve the economic use of governmental funding. Furthermore a QM-system can ensure result reliability and work routines can be optimized. In addition the job perspectives for graduates as well as the possibilities to aquire funding will be improved. We present how a QM-system can be established in a lifescience- laboratory. Thereby it will be outlined which regulations are applicable to an academic research lab. Following that, a method to implement a QM-system will be presented. This method is shown as a project schedule and explains the requirements that are necessary to establish quality standards. The QM-system was implemented in the Laboratory for Molecular Biology and Functional Genomics of the Technical University of Applied Sciences Wildau and was included within the scope of the certification of the university in the audit

ECS-Komplex – ein neuer Biomarker bei Wachstumshormonstörungen?

Störungen im Metabolismus des Wachstumshormons können sich als Wachstumshormonmangel oder -überschuss (Akromegalie) äußern. In beiden Fällen handelt es sich um seltene Krankheiten, die aufwendig behandelt werden müssen, da jeder Patient anders auf seine jeweilige Medikation anspricht. Zur Bestimmung des individuellen Ansprechverhaltens auf die medikamentöse Behandlung wird Insulin-like Growth Factor 1 verwendet, das jedoch als unzuverlässig für die Therapiekontrolle gilt. Um die Diagnostik und Therapie von Wachstumshormonstörungen zu verbessern, wurde in dieser Pilotstudie der Nutzen des neuen potenziellen Biomarkers Elongin B/C-Cullin5-Socs-box Komplex (ECS-Komplex) überprüft. Die fünf Proteine des Komplexes üben zusammen einen negativen Feedback-Mechanismus auf den Wachstumshormonrezeptor aus und regulieren ihn in Abhängigkeit vom Wachstumshormonspiegel im Blut. Für diese Pilotstudie wurden vier Patienten mit Wachstumshormondefizienz und 15 Patienten mit Akromegalie rekrutiert. Die Messung von Unterschieden in der Expression der Gene auf RNA-Ebene in Blutproben der Patienten erlaubt erste Aussagen über deren Eignung als therapeutische Marker für diese Krankheiten.Growth hormone (GH) dysfunctions can occur as a GH-deficiency (GHD) or an overproduction of GH, leading to acromegaly. Both are rare diseases, which have to be treated for many years before the correct individual dosage is found and a mitigation of symptoms can be achieved. Current medical therapy is determined by the levels of the insulin-like growth factor-1, which is considered to be an unreliable theranostic tool. In order to improve the diagnosis and therapy of patients with GH-dysfunctions, we investigated the benefits of the novel potential biomarker Elongin B/C-Cullin5-Socs-box complex (ECS-complex). Together, these proteins regulate the growth hormone receptor levels according to the blood GH concentration through a negative feedback loop. For this study, we were able to recruit four patients with a GHD and 15 patients with acromegaly. The detected differential expression of the ECS-complex in patients with growth hormone dysfunctions allows for first conclusions about the potential of those proteins as predictive biomarker molecules for individualized therapies

Detektion des Kartoffelspindelknollen Viroids mit Hilfe der Loop Mediated Isothermal Amplification

PSTV ist ein hoch infektiöses Viroid, das in Kartoffeln verkleinerte und spindelähnliche Knollen verursacht. Um Ernteverlusten vorzubeugen, ist eine Detektion in frühen Infektionsstadien von großer Bedeutung. Aufgrund ihrer hohen Sensitivität und Spezifität wird die PCR als Standardnachweisverfahren für PSTV verwendet. Nachteilig an dieser Methode sind der apparative Aufwand und die zeitaufwändige Durchführung. Als viel versprechende Alternative konnte der Nachweis von PSTV mit Hilfe der Reverse Transcription Loop Mediated Isothermal Amplification (RT-LAMP) gezeigt werden. Hierbei handelt es sich um eine einfache und schnelle Methode, für die wenig aufwändige Laborausrüstung benötigt wird. Dabei ermöglichte eine an den Amplifikationsprozess gekoppelte Fluoreszenzreaktion die Detektion von Produkten direkt nach der Nachweisreaktion mit dem bloßen Auge (bzw. unter UV-Licht). Die Ergebnisse konnten mit Hilfe einer Real Time Detektion des auftretenden Fluoreszenzsignals bestätigt werden.PSTV is a highly infectious viroid which leads to small and spindle shaped tubers in potatoes. The detection at an early stage of infection is important to minimize loss of harvest. Normally PCR is used for the detection of PSTV, because of its high sensitivity and specificity. Disadvantages of this method are the requirement of sophisticated equipment and the time consuming process. As a promising alternative, the detection of PSTV with the reverse transcription loop mediated isothermal amplification (RT-LAMP) was shown. LAMP is a very fast and simple detection method requiring only standard laboratory equipment. A fluorescence reaction, coupled to the amplification process, allowed the detection of amplification products directly after the reaction with the naked eye (or under UV light, respectively). Real time detection of the occurring fluorescence signal was possible and confirmed the obtained results

Einfluss der Kryokonservierung auf die Immunantwort von Leukozyten

Die Messung von Zytokinen in Stimulationsexperimenten zur Bestimmung von Stärke und Umfang einer Immunreaktion werden in der Praxis häufig an kryokonserviertem Zellmaterial durchgeführt. Bisherige Untersuchungen zum Einfluss der Kryokonservierung auf die Zytokinexpression sind widersprüchlich. In den hier durchgeführten Experimenten wurden die Genexpression und/ oder Sekretion der Zytokine IL-2, IL-4, IL-5, IL-10, IL-12, IL-13, GM-CSF, IFN-γ und TNF-α in frisch isolierten und kryokonservierten Immunzellen aus Blut (PBMC) eines gesunden Spenders bestimmt. Diese wurden mit den Immunsystem-aktivierenden Stoffen OKT-3 und Concanavalin A (Con A) stimuliert und für 4 bzw. 24 h kultiviert. Ein Vergleich der frisch-isolierten und kryokonservierten PBMC in Stimulationsexperimenten zeigt, (1) dass die Messung der Genexpression genauere Einblicke zu Beginn der einsetzenden Immunreaktion verschafft, als die Messung der ausgeschütteten Zytokine, (2) dass durch Einfrieren die Immunreaktion insbesondere zu diesem Zeitpunkt beeinflusst wird und (3) dass zu späteren Zeitpunkten die Konzentrationsbestimmung der Zytokine im Zellkulturüberstand das Mittel der Wahl ist.The measurement of cytokines in stimulation experiments with the aim to determine the strength and the complexitiy of an immune reaction is commonly carried out on cryopreserved cells. Previous studies, investigating the impact of cryopreservation on the cytokine expression, are inconsistent in their findings. Experiments conducted in this study determine the gene expression and/or secretion of IL-2, IL-4, IL-5, IL-10, IL-12, IL-13, GM-CSF, IFN-γ and TNF-α in freshly isolated and cryopreserved PBMC of a healthy donor. The cells were stimulated with the substances OKT-3 and Concanavalin A (Con A) and cultured for 4h and 24h. The comparison of freshly isolated and cryopreserved cells in stimulation experiments showed (1) that the measurement of the gene expression offers a more accurate insight into the immune-reaction at early timepoints than the measurement of the secreted cytokines; (2) that freezing of the cells affect the immune response at this early stage and (3) that at later points the measurement of secreted proteins is the method of choice

Automatisierung des Bio-Plex Pro Analyseverfahrens

Für den simultanen Nachweis mehrerer Analyten innerhalb einer Probe ist die Bead-basierte Multiplexanalytik ein häufig verwendetes Verfahren und wird beispielsweise zur Quantifizierung von Proteinen genutzt. Die aufwendige Durchführung der Assays soll durch Automatisierung einerseits dem Anwender abgenommen werden, während andererseits die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Analyse gesteigert wird. Die Automatisierung des Bio-Plex Pro™ Assays ist mit dem Pipettierroboter Tecan Freedom EVO 200 umgesetzt worden. Es ist ein Skript mit der Software Freedom EVOware® entwickelt worden, welches die Probenvorbereitung des Assays vollständig übernimmt. Für einen Vergleich der manuellen und automatisierten Methode sind die humanen Zytokine IL-2, IL-4, IL-10, GM-CSF, IFN-γ und TNF-α in einer achtstufigen Standardverdünnungsreihe und in unterschiedlich konzentrierten Proben gemessen worden. Die Berechnung der Streuungen (Standardabweichung und Variationskoeffizient) der einzelnen Standardverdünnungsreihen sowie der Vergleich von gemessenen und erwarteten Konzentrationen der automatisierten und manuellen Methode zeigen, dass die Automatisierung neben der zeitlichen Optimierung auch die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Analyse verbessert.Bead-based multpiplex analysis is frequently used for the simultaneous detection of multiple analytes within a sample. Such assays are commonly used to quantify proteins. The automation of the process relieves the user from the complex assay conductance and on the other hand increases the accuracy and reproducibility of the analysis. The automation of the Bio-Plex Pro™ assay has been successfully implemented with the pipetting-robot Tecan Freedom EVO 200. A script has been developed, using the Freedom EVOware® which has the ability to perform the complete assay procedure. For a comparison between manual and automated methods, the human cytokines IL-2, IL-4, IL-10, GM-CSF, IFN-γ and TNF-α were analysed by an eight-point standard dilution series and with samples of different concentrations. The calculation of the variances (standard deviation and coefficient of variation) of the single standard dilution series as well as the comparison of the observed and expected concentrations of the manual or automated method show the higher precision and reproducibility of the automated process in addition to its time-saving nature

Quantification of nitroaromatic explosives in contaminated soil using MALDI-TOF mass spectrometry

Contamination from various sources is a global environmental and health threat, with mining and military activities in particular having spread nitroaromatic compounds, such as 2,4,6-trinitrotoluene and its degradation products and by-products, to the soil. The investigation and monitoring of large contaminated areas requires new detection methods since the established ones are expensive and time-consuming. Hence, we established a matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI--TOF MS) method using 1,5-diaminonaphthalene as the matrix substance and an internal standard for quantification. Analyzing standard substances, we found specific signals for radical and fragment ions of different nitrotoluenes and nitrobenzenes with good reproducibility and detection limits down to 0.25 ng/μL. The analysis of soil sample extracts from a former production site showed clear signals for 2,4,6-trinitrotoluene and the primary degradation products aminodinitrotoluenes. Furthermore, quantification gave results comparable to those obtained by conventional liquid chromatography--tandem mass spectrometry analysis. The MALDI-TOF MS method has a comparatively lower reproducibility, with relative standard deviations of 6% to 20% for multiple measurements of standard solutions and soil sample extracts. Nevertheless, a comparison of both methods revealed the advantages of MALDI-TOF MS analysis of explosive-contaminated areas with regard to costs, time, and handling. Finally, our MALDI-TOF MS method fulfills all the needs for high sample throughput and can therefore be a valuable screening tool for explosive-contaminated areas

Leishmania siamensis als Erreger von autochthoner kutaner Leishmaniose bei Pferden in Deutschland - eine neue Infektionskrankheit in Mitteleuropa?

Aus mitteleuropäischer Sicht ist die durch Parasiten verursachte und von Sandmücken übertragene Leishmaniose eine in Ländern tropischer und subtropischer Regionen auftretende Infektionskrankheit. In zunehmendem Maße werden jedoch autochthone Fälle in Mitteleuropa, insbesondere in Süddeutschland, verzeichnet. Dies ist vermutlich auf die globale Erwärmung und die Ausdehnung des Verbreitungsgebietes der Sandmücken nach Norden zurückzuführen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Identifizierung und phylogenetischen Charakterisierung der Erreger dieser Fälle. Dazu wurden verschiedene Marker im Leishmaniengenom sequenziert und mit bekannten Arten verglichen. Die untersuchte DNA stammte von autochthonen kutanen Leishmaniosen bei Pferden und einem Rind, die in den letzten zehn Jahren in Deutschland und der Schweiz auftraten. Aufgrund identischer Sequenzen konnten die Parasiten als L. siamensis identifiziert bzw. verifiziert werden, eine erst im Jahr 2008 neu beschriebene Art, die in Thailand humane viszerale Leishmaniose verursacht. Die phylogenetischen Analysen zeigten die Ähnlichkeit von L. siamensis mit weiteren bisher nicht identifizierten Stämmen aus Martinique und Ghana, die kutane Leishmaniose bei Menschen verursachen. Um die Frage zu beantworten, ob sich die Leishmaniose zu einer in Mitteleuropa endemischen zoonotischen Krankheit entwickeln könnte, müssen weitere Studien über kompatible Vektoren, mögliche Reservoire und zur Virulenz durchgeführt werden

Etablierung verschiedener Bead-basierter Multiplexmethoden mit einem Suspensions Array-System für molekulardiagnostische Zwecke

Die simultane Bestimmung mehrerer Analyten und die Erstellung komplexer Parameterprofi e erlangt immer größere Bedeutung in der heutigen Labordiagnostik. Die Bead-basierte Multiplexanalytik bietet hier eine flexible, schnelle und einfache Methode zur Erstellung individueller Analysen. Aufgrund der Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten, die diese moderne Nachweismethode im Bereich molekularbiologischer Fragestellungen bietet, ist die Etablierung der Beadbasierten Multiplexanalytik im Labor für Molekularbiologie und funktionelle Genomik der Technischen Hochschule Wildau von großem Nutzen. Zur Einarbeitung in das Testsystem wurden die Konzentrationen der Zytokine IL-2, IL-4, IFN-γ und TNF-α in Zellkulturüberständen mit kommerziellen Fertigsystemen gemessen und mit mRNA-Expressionsraten der gleichen Proben verglichen. Des Weiteren wurde ein Testsystem zum Nachweis von humanen Antikörpern der Klassen IgG und IgM sowie deren antigen-spezifischer Anteil in Zellkulturüberständen entwickelt. Außerdem konnte durch die erfolgreiche Detektion von DNA-gekoppelten Beads mittels markierter Oligonukleotidsequenz die Kopplung und die Anwendbarkeit der Methode auf Bindungsexperimente mit Nukleotidsequenzen gezeigt werdenThe simultaneous determination of multiple analytes and the generation of complex parameter profi les gains increasing importance in today’s laboratory diagnostics. The bead-based multiplex assay is offering a flexible, rapid and easy to handle method for the creation of individual analyses. Because of the multitude of applications this modern detection system offers, the establishment of the bead-based multiplex technique is of great benefit for the Laboratory for Molecular Biology and Functional Genomics of the Technical University of Applied Sciences Wildau. To familiarize with the testing system the concentrations of the cytokines IL-2, IL-4, IFN-γ and TNF-α in cell culture supernatant were analysed with commercially available assays and compared with mRNA expression ratios of the same samples. Furthermore a custom testing system was developed for the detection of human IgG and IgM antibodies and also antigen specific antibodies in cell culture supernatants. The assignability of the method to binding experiments with nucleotide sequences could be shown by the successful detection of DNA-modified beads by conjugated oligonucleotide