Angewandte Computer‐ und Biowissenschaften
In dieser Arbeit wird ein DNA-Einzelstrang mittels fluoreszenzspektroskopischer Untersuchungen charakterisiert. Die DNA ist mit zwei Fluorophoren markiert, damit die Charakterisierung mittels FRET durchgeführt werden kann. Durch Zugabe von monovalenten Metallionen K(I) und Na(I) wird der Faltungszustand der DNA beeinflusst. Die Messungen werden bei verschiedenen Bedingungen durchgeführt (Metallionenkonzentration, Metallion, Temperatur, Puffer und pH-Wert). Durch die Berechnung des relativen Anteils der Akzeptoremission kann FRET bestimmt werden und daraus auf den Abstand der Farbstoff am Molekül der DNA geschlossen werden.
Glycans play an important role in the intracellular interactions of pathogenic bacteria. Pathogenic bacteria possess binding proteins capable of recognizing certain sugar motifs on other cells, which are found in glycan structures. Artificial carbohydrate synthesis allows scientists to recreate those sugar motifs in a rational, precise, and pure form. However, due to the high specificity of sugar-binding proteins, known as lectins, to glycan structures, methods for identifying suitable binding agents need to be developed. To tackle this hurdle, the Fraunhofer Institute for Cell Therapy and Immunology (Fraunhofer IZI) and the Max-Planck Institute of Colloids and Interfaces (MPIKG) developed a binding assay for the high throughput testing of sugar motifs that are presented on modular scaffolds formed by the assembly of four DNA strands into simple, branched DNA nanostructures. The first generation of this assay was used in combination with bacteria that express a fluorescent protein as a proof-of-concept. Here, the assay was optimized to be used with bacteria not possessing a marker gene for a fluorescent protein by staining their genomic DNA with SYBR® Green. For the binding assay, DNA nanostructures were combined with artificially synthesized mannose polymers, typical targets for many lectins on the surface of bacteria, presenting them in a defined constellation to bind bacteria strongly due to multivalent cooperativity. The testing of multiple mannose polymers identified monomeric mannose with a 5’-carbon linker and 1,2-linked dimeric mannose with linker as the best binding candidates for E. coli, presumably due to binding with the FimH protein on the surface. Despite similarities between the FimH proteins of E. coli and K. pneumoniae, binding was only observed between E. coli and the different sugar molecules on DNA structures. Furthermore, the degree of free movement seemed to affect the binding of mannose polymers to targeted proteins, since when utilizing a more flexible DNA nanostructure, an increase in binding could be observed. An alternative to the simple DNA nanostructures described above is the use of larger, more complex DNA origami structures consisting of several hundred strands. DNA origami structures are capable of carrying dozens of modifications at the same time. The results for the DNA origami structure showed a successful functionalization with up to 71 1,2-linked dimeric mannose with linker molecules. These results point towards a solution for the high-throughput analysis of potential binding agents for pathogenic bacteria e.g. as an alternative treatment for antibiotic-resistant.
Pollinating insects are of vital importance for the ecosystem and their drastic decline imposes severe consequences for the environment and humankind. The comprehension of their interaction networks is the first step in order to preserve these highly complex systems. For that purpose, the following study describes a protocol for the investigation of honey bee pollen samples from different agro-environmental areas by DNA extraction, PCR amplification and nanopore sequencing of the barcode regions rbcL and ITS. It was shown, that the most abundant species were classified consistently by both DNA barcodes, while species richness was enhanced by single-barcode detection of less abundant species. The analysis of the the different landscape variables exhibited a decline of species richness, Shannon diversity index, and species evenness with increasing organic crop area. However, sampling was only carried out in August and further investigations are suggested to display a more complete picture of honey bee foraging throughout the seasons.
Das folgende Werk behandelt die Vererbung epigenetischer Modulationen der menschlichen DNA und der daraus resultierenden Beeinflussung der Schuldfähigkeit und Verurteilungswürdigkeit eines erwachsenen Straftäters. Das Hauptaugenmerk soll dabei darauf liegen, herauszufinden, ob ein Mensch durch seine epigenetische Veranlagung dazu getrieben werden kann, eine Straftat zu begehen und inwiefern dies dessen Schuldfähigkeit und eine Verfolgung durch das deutsche Rechtssystem vermindert. Zusätzlich wird über den Aspekt der Willensfreiheit eines Menschen als Voraussetzung für dessen Schuldfähigkeit und für das Fortbestehen des deutschen Strafrechts diskutiert.
In dieser Bachelorarbeit werden DNA-Mischspuren von zwei, drei und vier Personen im Hinblick auf Unterschiede in Peakhöhen und Peakareas untersucht. Dabei werden die Einflüsse sinkender DNA-Mengen, steigender Verhältnisse sowie Temperatur und UV-Lichteinfluss auf die Signalstärken der Allele betrachtet und verglichen. Es wird im Speziellen auf die Häufigkeiten aufgetretener Degradationsphänomene Allelic Drop-in und Allelic Drop-out eingegangen, sowie die genutzten STR-Systeme diesbezüglich bewertet. Die Abgrenzbarkeit der Mischspuren bzw. deren Bewertung erfolgt auf Grundlage der aktuellen Vorgaben der Spurenkommission.
Für die switchSENSE®-Technologie der Firma Dynamic Biosensors sollen DNAOrigami-Konstrukte gefaltet werden. Da der einzelsträngige M13mp18-Virus-DNAStrang zu lang für die benötigten DNA-Origami-Strukturen ist, sollen aus diesem kürzere Gerüststränge generiert werden. Dafür gibt es zwei Strategien: den DNAStrang durch passende Restriktionsenzyme spalten zu lassen oder einen einzelsträngigen DNA-Strang durch eine asymmetrische PCR amplifizieren zu lassen. Beide Strategien wurden ausgetestet und auf ihre Wirtschaftlichkeit hin verglichen.
In dieser Arbeit ging es hauptsächlich darum, zu untersuchen wie bestimmte, gewählte Degradationsparameter auf DNA Proben realer Personen einwirken und wie diese im Laufe der Zeit verändert werden. Besonderes Augenmerk lag hierbei auf dropout/dropin Phänomenen. Dabei wurde zusätzlich die Verwendbarkeit des Chimera® Mentype® Kits in der forensischen Spurenanalytik überprüft.
Es wurden unterschiedliche Spurenmaterialien von fünf Probanden über einen Zeitraum von 4 h bis 14 Tagen, diversen Temperaturen und UVC-Bestrahlung ausgesetzt. Die Auswertung erfolgte mittels STR-Profilen sowie Fragment Analyzer™. Ebenfalls wurden Hautabriebsspuren gesichert, welche mittels NanoDrop™ und Fragment Analyzer ™ analysiert wurden um eine Beurteilung über die Tauglichkeit dieser Tools vornehmen zu können.
Die Ergebnisse bestätigen, dass ein großer Unterschied zwischen Speichelproben und Mundschleimhautabstrichen besteht, was Degradationserscheinungen betrifft. Es konnte auch festgestellt werden, dass es signifikante Unterschiede bei den Probanden gibt. (Shedderstatus) Bei dem Vergleich von STR-Profilen mit den Fragment Analyzer™ Daten zeigt sich, dass eine Korrelation nicht möglich ist.
Der angesetzten Toolvergleich brachte hervor, dass der Fragment Analyzer™ effizienter und präziser ist, womit der NanoDrop™ vorgezogen werden sollte.