Die Rolle von Quorum sensing und Quorum quenching im Metaorganismus Hydra

Every metaorganism consisting of a host and its associated microbes needs to maintain its homeostasis. Bacteria are controlling their behavior by their communication system, called quorum sensing (QS). As a host is interested in suppressing processes as virulence, the interference with a QS system (quorum quenching, QQ) could be an instrument to regulate the behavior of its bacteria. In this thesis, it could be proven that bacteria colonizing Hydra vulgaris (AEP) are producing N-acyl-homoserine-lactones, a class of QS signaling molecules. By analyzing the QS system of Curvibacter sp., the main colonizer of Hydra vulgaris (AEP), it could be shown that it can detect 3-hydroxy-HSLs (3OH-HSLs) as well as 3-oxo-HSLs (3O-HSLs) and produces 3OHC12. Furthermore, a new host mechanism could be identified, which enables Hydra to modify 3O-HSLs via an oxidoreductase activity to the 3OH-HSL counterpart. Consequently, Hydra’s QQ activity promotes Curvibacter’s 3OH-HSL regulated processes. Transcriptional expression data revealed that Curvibacter sp. possesses a differential response to 3OHC12 and 3OC12. Thereby, genes involved in flagella biosynthesis were induced by 3OC12 and inhibited by 3OHC12. The AHLs have also different impacts on the metaorganism assembly. While 3OHC12 promotes, 3OC12 inhibits colonization of host tissue by Curvibacter sp., most likely by a flagellin activated innate immune response. These findings indicate that 3O-HSLs induce the production of flagella in Curvibacter sp., which cause a response in Hydra, resulting in a decreased bacterial community within the metaorganism Hydra. These insights show for the first time, that a host is manipulating QS signals and thereby maintain symbiotic function of its bacteria, which contribute to the homeostasis of the metaorganism.Jeder Metaorganismus, bestehend aus einem Wirt und seinen assoziierten Mikroben, muss seine Homöostase erhalten. Bakterien kontrollieren ihr Verhalten mit ihrem Kommunikationssystems, dem so genannten Quorum sensing (QS). Da QS gesteuerte Prozesse, wie Virulenz für den Wirtsorganismus von Nachteil sein können, könnte das Eingreifen in das QS-System (Quorum quenching, QQ) der bakteriellen Kolonisierer für den Wirt von Vorteil sein und eine Möglichkeit bieten das Verhalten seiner Bakterien zu regulieren. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Bakterien von Hydra vulgaris (AEP) N-Acyl-Homoserinlaktone produzieren, eine Klasse von QS-Signalmolekülen. Die Analyse des QS-Systems von Curvibacter sp., der Hauptkolonisierer von Hydra vulgaris (AEP), ergab, dass es sowohl 3-hydroxy-HSLs (3OH-HSLs) als auch 3-oxo-HSLs (3O-HSLs) erkennt und 3OHC12 produziert. Außerdem wurde ein neuer Wirtsmechanismus entdeckt, wodurch Hydra in der Lage ist 3O-HSLs mit einer Oxidoreduktase-Aktivität zu ihrem 3OH-HSL Gegenstück zu modifizieren. Folglich fördert Hydras QQ-Aktivität Curvibacters 3OH-HSL regulierte Prozesse. Die Analyse von Transkriptionsdaten ergab, dass Curvibacter sp. unterschiedlich auf 3OHC12 und 3OC12 reagiert. Unter anderem werden Gene, die an der Flagellenbiosynthese beteiligt sind, durch 3OC12 induziert und durch 3OHC12 inhibiert. Die AHL-Modifizierungen haben auch einen Einfluss auf den Metaorganismus; 3OHC12 fördern die Kolonisierung durch Curvibacter sp., während 3OC12 sie inhibieren. Diese Ergebnisse zeigen, dass 3O-HSLs u.a. die Flagellenproduktion von Curvibacter sp. induzieren, wodurch möglicherweise eine Immunantwort in Hydra ausgelöst wird, die zur Reduktion der bakteriellen Gemeinschaft führt. Diese Erkenntnisse zeigen zum ersten Mal, dass ein Wirt QS-Signale manipuliert und dadurch die symbiotischen Eigenschaften seiner Bakterien fördert, und damit zur Homöostase des Metaorganismus beiträgt

Inference of the cosmic rest-frame from supernovae Ia

We determine the proper motion of the Solar system from the Pantheon sample of supernovae (SNe) of type Ia. The posterior distribution of the Solar system proper velocity, its direction and relevant cosmological parameters are obtained based on the observed distance moduli, heliocentric redshifts, and positions of SNe by means of a Markov Chain Monte Carlo method. We account for the unknown peculiar motion of SNe by including their expected covariance from linear theory. We find that the Solar system moves with $v_o = 249 \pm 51$ km/s towards $RA = 166 \pm 16$ deg, $Dec = 10 \pm 19$ deg (J2000) (all at 68\% C.L.). The direction of motion agrees with the direction of the dipole observed in the cosmic microwave background (CMB) ($RA = 166$ deg, $Dec = -7$ deg). The inferred velocity is $2.4 \sigma$ smaller than the value inferred from a purely kinematic interpretation of the CMB dipole ($370$ km/s). Assuming a flat $\Lambda$ cold dark matter model, we find no degeneracy of Solar proper motion with other cosmological parameters. The dimensionless matter density is $\Omega_M = 0.305 \pm 0.022$, in excellent agreement with CMB measurements. We also find no degeneracy of the Solar proper motion with the SN calibration nuisance parameter. We conclude that a larger sample of SNe will allow an independent and robust test of the kinematic nature of the CMB dipole.Comment: 13 pages, 22 figure

Evaluierung des Wirkpotentials spezifischer Small interfering RNAs zur personalisierten Therapie des Prostatakarzinoms in vitro

de:Das Prostatakarzinom ist die häufigste Krebserkrankung des Mannes. Für mehr als ein Drittel der Männer besteht das Risiko im Laufe ihres Lebens einen bösartigen Tumor in der Vorsteherdrüse zu entwickeln. Der größte Risikofaktor ist dabei das Alter und aufgrund der steigenden Lebenserwartung und der verbesserten Screening Methoden, wird der Anteil der Neuerkrankungen weiter zunehmen. Die heutigen therapeutischen Möglichkeiten mit dem Ziel einer Heilung, bestehen hauptsächlich aus der operativen Entfernung oder der Radiotherapie, häufig in Verbindung mit neo-/adjuvanter Hormontherapie. Beide können mit dauerhaften, lebensqualitätseinschränkenden Nebenwirkungen, wie Harn- und Stuhlinkontinenz oder erektiler Dysfunktion einhergehen. Außerdem bergen sie die allgemeinen Risiken einer Operation oder einer Bestrahlung. Diese unerwünschten Wirkungen machen es schwierig vor allem ältere, multimorbide Patienten ausreichend zu therapieren. Eine Chemotherapie findet in palliativen Situationen und bei Versagen der Hormontherapie Anwendung. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist es, einen Stent oder Katheter, der in einem kurzen Eingriff in die Urethra eingesetzt werden kann, mit spezifischer siRNA zu beschichten und über eine kontrollierte Freisetzung die Proliferation der Krebszellen zu beeinflussen. Damit ließe sich der symptomatische Effekt des Stents mit einem therapeutischen kombinieren. In dieser Arbeit wurden die Wirkungen der Transfektion von acht spezifischen siRNAs auf drei Prostatakarzinomzelllinien getestet. Die Zellen wurden zunächst unter Standardbedingungen angezüchtet und mit drei verschiedenen Konzentrationen (25 nM, 50 nM, 100 nM) der siRNAs gegen Survivin, E2F1, HIF1α, HIF2α, STAT3, SRF und PSA (Transkriptvariante 1 und 2) transfiziert. Die Transfektion von SCR-siRNA diente als Kontrolle. Die mRNA Expression wurde mittels quantitativer Real-Time PCR gemessen, die Beeinflussung der Zellzahl mit dem Casy Cellcounter System. Die Resultate unterschieden sich hinsichtlich der Zelllinien und der transfizierten siRNAs. PSA-, STAT3- und SRF-siRNA zeigten nur einen geringen Einfluss auf die drei Zelllinien, während die Transfektion von Survivin, E2F1, HIF1α und HIF2α bei der PC-3 Zelllinie in einer signifikant reduzierten mRNA Expression, sowie einer deutlich verringerten Zellzahl resultierte. Die DU-145 Zellen und LnCAP Zellen reagierten ähnlich auf die siRNAs gegen Survivin und E2F1. Die Ergebnisse zeigten, dass eine RNAbasierte Therapie möglicherweise eine gute adjuvante Option zu den bisherigen Behandlungsmethoden des Prostatakarzinoms bieten könnte, vor allem bei älteren, inoperablen Patienten oder bei fortgeschrittener Tumorerkrankung. Auf die verschiedenen Subtypen der Prostatakarzinome könnte durch eine speziell auf den individuellen Tumor des Patienten ausgerichtete siRNA-Beschichtung eingegangen werden. Zudem ist die lokale Anwendung von siRNA sehr spezifisch und es sind daher weniger Nebenwirkungen zu erwarten

The inflammation in cutaneous lichen planus is dominated by IFN‐ϒ and IL‐21—A basis for therapeutic JAK1 inhibition

Cutaneous lichen planus (CLP) and psoriasis (PSO) are both common chronic inflammatory skin diseases for which development of new treatments requires the identification of key targets. While PSO is a typical Th17/IL-17-disorder, there is some evidence that Th1/IFN-ɣ dominate the inflammatory process in CLP. Nonetheless, the immunopathogenesis of CLP is not fully explained and key immunological factors still have to be recognized. In this study, we compared the immune signature of CLP lesions with the well-characterized inflammation present in PSO skin. First, we analysed the histological and immunohistological characteristics of CLP and PSO. Second, we assessed the cytokine expression (IL1A, IL1B, IL4, IL6, IL8, IL10, IL17A, IL19, IL21, IL22, IL23A, IL13, IFNG, TNF, IL12A, IL12B and IL36G) of lesional skin of CLP with PSO by qPCR. Histology revealed a similar epidermal thickness in CLP and PSO. Immunohistochemically, both diseases presented with an inflammatory infiltrate mainly composed by CD3+CD4+ T cells rather than CD3+CD8+. Importantly, mRNA analysis showed a distinct cytokine signature: while levels of IL12B, IL1A, IL6 and IL23 were similar between the two groups, the characteristic PSO-associated cytokines IL8, IL17A, IL22, IL19 and IL36G were expressed at very low levels in CLP. In contrast, CLP lesional skin was dominated by the expression of IFNG, IL21, IL4, IL12A and TNF. Immunohistochemistry confirmed the dominance of IL-21, IFN-ɣ and also pSTAT1 in the dermal infiltrate of CLP, while IL-17A was more present in PSO. Collectively, this study improves our understanding of the immunological factors dominating CLP. The dominating cytokines and signalling proteins identified suggest that anti-cytokine therapeutics like JAK inhibitors may be beneficial in CLP

Resolving structure and function of metaorganisms through a holistic framework combining reductionist and integrative approaches

Current research highlights the importance of associated microbes in contributing to the functioning, health, and even adaptation of their animal, plant, and fungal hosts. As such, we are witnessing a shift in research that moves away from focusing on the eukaryotic host sensu stricto to research into the complex conglomerate of the host and its associated microorganisms (i.e., microbial eukaryotes, archaea, bacteria, and viruses), the so-called metaorganism, as the biological entity. While recent research supports and encourages the adoption of such an integrative view, it must be understood that microorganisms are not involved in all host processes and not all associated microorganisms are functionally important. As such, our intention here is to provide a critical review and evaluation of perspectives and limitations relevant to studying organisms in a metaorganism framework and the functional toolbox available to do so. We note that marker gene-guided approaches that primarily characterize microbial diversity are a first step in delineating associated microbes but are not sufficient to establish proof of their functional relevance. More sophisticated tools and experiments are necessary to reveal the specific functions of associated microbes. This can be accomplished through the study of metaorganisms in less complex environments, the targeted manipulation of microbial associates, or work at the mechanistic level with the toolbox available in model systems. We conclude that the metaorganism framework is a powerful new concept to help provide answers to longstanding biological questions such as the evolution and ecology of organismal complexity and the importance of organismal symbioses to ecosystem functioning. The intricacy of the metaorganism requires a holistic framework combining reductionist and integrative approaches to resolve metaorganism identities and to disclose the various roles that microorganisms play in the biology of their hosts

Theory of Laboratory Techniques: BCH 314

Theory of Laboratory Techniques: BCH 314, degree examination June 2011

Theory of Laboratory Techniques: BCH 314

Theory of Laboratory Techniques: BCH 314, degree examination June 2011

Inference of the cosmic rest-frame from supernovae Ia

Horstmann N, Pietschke Y, Schwarz D. Inference of the cosmic rest-frame from supernovae Ia. Astronomy and Astrophysics. 2022;668: A34.We determine the proper motion of the Solar System from the Pantheon sample of type Ia supernovae (SNe). The posterior distribution of the Solar System proper velocity, its direction, and relevant cosmological parameters were obtained based on the observed distance moduli, heliocentric redshifts, and positions of SNe by means of a Markov chain Monte Carlo method. We accounted for the unknown peculiar motion of SNe by including their expected covariance from linear theory. We find that the Solar System moves with vo = 249 ± 51 km s−1 towards RA = 166 ± 16 deg, Dec = 10 ± 19 deg (J2000), (all at 68% C.L.). The direction of motion agrees with the direction of the dipole observed in the cosmic microwave background (CMB) (RA = 166 deg, Dec = −7 deg). The inferred velocity is 2.4σ lower than the value inferred from a purely kinematic interpretation of the CMB dipole (370 km s−1). Assuming a flat Λ cold dark matter model, we find no degeneracy of solar proper motion with other cosmological parameters. The dimensionless matter density, ΩM = 0.305 ± 0.022, is in excellent agreement with CMB measurements. We also find no degeneracy of the solar proper motion with the SN calibration nuisance parameter. Bulk flows might be able to explain why the solar motion appears to be slower than that of nearby SNe. We conclude that a larger sample of SNe, distributed over wide areas of the sky and a broad range in redshift, will allow an independent and robust test of the kinematic nature of the CMB dipole