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The study “Proteomic and systems biological database analysis of changed proteins from rat brain tissue after diving “ is about system biological testing of proteomic data obtained by rat brain after experimental diving in a pressure chamber. Basically, brain tissue from animal decompression sickness (DCS) was analyzed by mass spectrometry and has given two larger sets of modified proteins. Thereupon, the resulting up- and down-regulated proteins wereidentified and later compared by means of systems of biological databases, in this case GeneGo MetaCoreTM, in order to find similar or various affected cell biological signaling pathways when two different mass-spectrometry methods were compared.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die sekretorische Produktion des DESIGNER-Proteins DP10A durch Pichia pastoris untersucht. Dazu wurde die DNA-Sequenz des Zielproteins in den Vektor pPICZαA kloniert und in das Genom von Pichia pastoris durch homologe Rekombination integriert. Für die Auswahl eines geeigneten Klons wurde ein Klon-Screening durchgeführt. Zusätzlich wurde die Produktion des Zielproteins bei verschiedenen pH-Werten sowie die Löslichkeitsverteilung von intrazellulär vorliegendem DP10A untersucht.
Das DESIGNER-Protein DP10A konnte mit P. pastoris produziert werden. Allerdings konnte das Ziel einer sekretorischen Produktion nicht erreicht werden, da DP10A nur intrazellulär und hauptsächlich unlöslich in der Zelle vorlag.
Die ABC-Transportproteine MDR1, MRP1 und MRP2 bilden einen zellulären Schutzmechanismus gegen ein breites Spektrum toxischer Substanzen, indem sie diese aktiv aus der Zelle schleusen. Substanzen, die die Funktion dieser Proteine einschränken, werden als „Chemosensitizer“ bezeichnet. Werden die Transportproteine durch Chemosensitizer blockiert, können toxisch wirkende Substanzen ungehindert in der Zelle akkumulieren. In dieser Diplomarbeit wurde zum Einen ein für die MDR1- und MRP1-Transportproteine bereits bestehendes Testsystem zur Messung der Transporter-Aktivität modifiziert und für MRP2 etabliert. Zum Anderen wurde mit dem optimierten Aktivitätstest die Wirkung von zwölf synthetischen Duftstoffen auf die drei ABC-Transportproteine untersucht. Dabei wurden transfizierte MDCKII-Zellen eingesetzt, die die jeweiligen Transportproteine überexprimieren. Die Aktivität der Proteine wurde mit einem Fluoreszenzfarbstoff überprüft. Eine Farbstoff-Akkumulation in der Zelle deutete auf eine Inhibierung des Transportproteins durch die Versuchschemikalien hin.
Influenza Viren sind einzelsträngige RNA Viren, welche in drei unterschiedliche Typen unterteilt werden: A, B und C. Sie alle besitzen ein in acht Segmente unterteiltes Genom. Während Viren vom Typ B und C eher langsam im Menschen evolvieren, evolvieren Viren vom Typ A sehr schnell und verursachen milde bis schwere Erkrankungen. Sie sind daher eine ständige Gefahr für den Menschen. Neben den üblichen genetischen Mutationen zur Veränderung des Erbguts hat Influenza die Fähigkeit zur Reassortierung. In diesem Fall muss eine Wirtszelle gleichzeitig von zwei (oder mehr) unterschiedlichen Influenza Viren befallen sein, welche als neuer Virus von der Wirtszelle hervorgebracht werden und Segmente von beiden (allen) gleichzeitig infizierenden Vieren enthalten. Neben diesem speziellen Fall von Reassortierungen haben Influenza A Viren bereits eine hohe Mutationsrate. Ursache für die schnelle genetische Veränderung und die damit verbundene Umgehung des Immunsystems des Wirts, ist eine Polymerase der eine proofreading-Untereinheit fehlt. Speziell genetische Veränderungen in einem der beiden Oberflächenglykoproteinen - Hämagglutinin (HA) - können massive Auswirkungen auf die Fähigkeit des Virus haben, Menschen zu infizieren. Dieses Protein zeigt bevorzugte Aminosäuren auf, welche unter extremen Selektionsdruck stehen. Genetische Veränderungen in diesem Proteinen ist einer der Hauptgründe dafür, dass Influenza A Viren das Immunsystems des Wirts umgehen können, da dieses bevorzugt von Antikörpern erkannt wird. Exogenes Material wird sehr spezifisch durch das Immunsystem erkannt und ist sehr speziell auf die Oberfläche einiger Aminosäuren und deren Eigenschaften angepasst. Schon kleine Veränderungen an bekannten, wichtigen Stellen können zum Umgehen der Immunantwort des Wirts führen, da die Bindung und damit die Markierung durch Antikörper beeinträchtigt ist. Die hohe Mutationsrate von Influenza A Viren, speziell im HA protein, ist der Grund für die Notwendigkeit von jährlichen Impfungen.
Cell-free protein synthesis is gaining increasing importance in basic and applied research as a result of advances that have been made in the past years. This study successfully established a commercially available coupled in vitro transcription/translation system for DNA expression templates based on HeLa cell lysate and suitable detection methods. Possibilities to establish an inexpensive in-house CFPS system based on E. coli lysate were elucidated. Cell-free extract from E. coli strains HB101, JM109 and B (Luria) was generated using sonication and a streamlined procedure for the creation of a reaction mix for convenient and simple application in CFPS systems was established. Of the three strains tested using the in-house protocol, neither exhibited any CFPS activity.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Sequenzanalyse der für die Legionellose relevanten Schlüsselproteine der Organismen Legionella anisa, Legionella drancourtii und Legionella shakespearei, sowie mit in vitro-Kultivierungsexperimenten der Spezies Legionella pneumophila ATCC 33152. Zunächst wurden die gesetzlichen Gegebenheiten der Legionellenproblematik und die biologischen Hintergründe betrachtet, darunter die intrazellulären Mechanismen der Legionellose. Die Ergebnisse der Arbeit beinhalten Informationen über die Schlüsselproteine der drei Legionellen Spezies und deren mögliche Pathogenität.
In this work a new method for the prediction of the Xaa-proline (where Xaa is any amino acid) cis/trans isomerization was investigated. By extraction of twelve structural features (real secondary structure, inside/outside classification, properties of the environment around proline and proline itself) a support vector machine (SVM) based prediction approach was evolved. The Java software Xaa-PIPT for structural feature extraction was developed. Based on 4397 (2199 cis and 2198 trans) prolines extracted from non-redundant, globular proteins a classifier was trained using the radial basis function (RBF) kernel. In ten-fold cross-validation it achieved an accuracy of 70.0478 % and a Matthews correlation coefficient (MCC) of 0.4223, a sensitivity of 0.5433 and a specificity of 0.8576. Based on this classifier a lightweight and easy-to-use Java software tool, called m Xaa-PIPT, for the prediction of the Xaa-proline cis/trans isomerization was devel-oped. It was shown that there are correlations between the proline surrounding environment and the isomerization state. m Xaa-PIPT can be used for the evaluation of low-resolution protein structures and theoretical models to improve their quality by the prediction of the Xaa-proline isomerization.
In der regenerativen Medizin, insbesondere beim Tissue Engineering, spielt die natürliche extrazelluläre Matrix eine große und immer bedeutsamere Rolle. Ein wichtiger Schritt für die medizinische Anwendung ist die Probenvorbereitung. Um die genaue Zusammensetzung des fertigen Produkts bestimmen zu können, muss eine einheitliche Methode für die Extraktion der Bestandteile zur Verfügung stehen. Ein anderer Teil der Probenvorbereitung ist die Dezellularisierung. Um bei der Anwendung in der regenerativen Medizin Abstoßungsreaktionen zu vermeiden, sollen die Zellen des zur Herstellung des Produkts verwendeten Gewebes nahezu vollständig entfernt werden. In dieser Arbeit wurde eine Methode zur Extraktion der extrazellulären Matrix optimiert und etabliert. Zusätzlich wurden verschiedene Dezellularisierungsansätze für die Gewebe untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Extraktion mit dem GuHCl-Puffer für 24 beziehungsweise 48 h gute Ergebnisse bei der anschließenden Evaluation mittels Massenspektrometrie mit sich bringt. Allerdings ist der Erfolg der Extraktion stark gewebeabhängig. Für die Dezellularisierung hat sich die Anwendung des pH-WechselVerfahrens als wirksam erwiesen. Jedoch konnten mit Hilfe der gewählten Bedingungen die bestehenden Grenzwerte für eine erfolgreiche Dezellularisierung nicht erreicht werden.
Als eines der wichtigsten Verfahren der Biologie als beobachtende Wissenschaft ist das Vergleichen von Organismen. Zweck dafür ist es auf phylogenetische Zusammenhänge schließen zu können. Dieses Prinzip ist ebenso auf den Nanokosmos der Proteine übertragbar. Aus dem Vergleich zweier Sequenzen können Unterschiede und Ähnlichkeiten aufgedeckt, und somit Rückschlüsse auf die funktionellen, strukturellen und evolutionären Beziehungen gewonnen werden. Es existieren zahlreiche Algorithmen, die den Vergleich von Proteinen auf den verschiedensten Abstraktionsebenen ermöglichen, wobei diese meist hochgradig spezialisiert sind. Diese Determiniertheit führt häufig zum Informationsverlust. Um den biologischen Kontext zu erfassen, ist es oft notwendig verschiedene Algorithmen auf eine Fragestellung anzuwenden. In dieser Arbeit wird ein Algorithmus vorgestellt, der die Informationen verschiedenster Proteinstrukturebenen vereint und daraus ein einziges Alignment erzeugen kann. Dafür nutzt das Programm den neuartigen Ansatz der Proteinenergieprofilberechnung. Weiterhin wird im Rahmen dieser Arbeit näher auf die Berechnung und Strukturkorrelationen von Energieprofilen eingegangen. Zudem wird ein Algorithmus erläutert, der Alignments dieser Profile durchführt. Im letzten Punkt wird eine Methodik zur Vorhersage von Energieprofilen erläutert sowie dessen Güte abgeschätzt.