570 Biowissenschaften, Biologie
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Proteins are involved in almost every aspect of life, mediating a wide range of cellular tasks. The protein sequence dictates the spatial arrangement of the residues and thus ultimately the function of a rotein. Huge effort is put into cumbersome structure eludication experiments which obtain models describing the observed spatial conformation of a protein, enabling users to predict their function, to understand their mode of action or to design tailored drugs to cure disease caused by misfolded or misregulated proteins.
However, the result of structure determination experiments are merely models of reality, made under simplifying assumptions - sometimes containing major undetected errors. On the other hand, such experiments are resource demanding and they cannot supply the actual demand.
Thus, scientists are predicting the structure of proteins in silico, resulting in models that are even
more prone to error.
In consequence, the structure biologists search after a practicable definition of structure quality and over the last two decades several model quality assessment programs emerged, measuring the local and global quality of peculiar structures. Seven representatives were studied, regarding the paradigms they follow and the features they use to describe the quality of residues. Their predications were compared, showing that there is almost no common ground among the tools.
Is there a way to combine their statements anyway?
Finally, the accumulated knowledge was used to design a novel evaluation tool, addressing problems previously spotted. Thereby, high quality of its predication as well as superior usability was
key. The strategy was compared to existing approaches and evaluated on suitable datasets.
As widely discussed in literature spatial patterns of amino acids, so-called structural motifs, play an important role in protein function. The functional responsible part of a protein often lies in an evolutionary highly conserved spatial arrangement of only few amino acids, which are held in place tightly by the rest of the structure. In general, these motifs can mediate various functional interactions, such as DNA/RNA targeting and binding, ligand interactions, substrate catalysis, and stabilization of the protein structure.
Hence, characterizing and identifying such conserved structural motifs can contribute to understanding of structurefunction relationships in diverse protein families. Therefore and because of the rapidly increasing number of solved protein structures, it is highly desirable to identify, understand and moreover to search for structural scattered amino acid motifs. The aim of this work was the development and the implementation of a matching algorithm to search for such small structural motifs in large sets of target structures. Furthermore, motif matches were extensively analyzed, statistically assessed and functionally classified. Following a novel approach, hierarchical clustering was combined with functional classification and used to deduce evolutionary structure-function relationships. The proposed methods were combined and implemented to a feature-rich and easy-to-use command line software tool, which is freely available and contributes to the field of structural bioinformatic research.
Diese Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Knowledge Base für die Integration von biologischen Daten des Forschungsprojekts CyanoFactory. Ziel des Projekts ist die Verbesserung der Wasserstoffproduktion von Cyanobakterien, speziell vom Modellorganismus Synechocystis sp. PCC 6803. Als Basis für diese Knowledge Base soll ein Data Warehouse verwendet werden. Mehrere existierende Data Warehouse-Systeme für biologische Daten werden vorgestellt, evaluiert und eines für die Anforderungen von CyanoFactory angepasst.
Die Produktion von Biowasserstoff mit unterschiedlichen Mikroorganismen ist einer der vielversprechendsten Wege, kostengünstig und umweltschonend molekularen Wasserstoff für die Wirtschaft zu gewinnen. Es existieren bereits viele Arbeiten zu diesem Thema. Die Komplexität und Vielfalt der Möglichkeiten ist jedoch bei weitem nicht ausgeschöpft. Die Optimierung der bestehenden Methoden steht daher momentan im Vordergrund der Forschung. Daher befasst sich diese Arbeit mit der Optimierung der Kultivierungsbedingungen des Organismus Rhodobacter sphaeroides im kontinuierlichem Betrieb. Hauptsächlich sollen die Durchflussraten sowie die Glutaminsäurekonzentration für den Chemostat angepasst werden. Außerdem erfolgten einzel-ne Versuche zur Optimierung der Wasserstoffausbeute.
Indieser Arbeit werden Einflussfaktoren der Wasserstoffentstehung bei Rhodobacter sphaeroidesStamm 2.4.1 auf Genom- undTranskriptomebene untersucht. Zudiesem Zweck wurden eine Re-Sequenzierung sowie die Sequenzierung desTranskriptoms durchgeführt. DieDaten wurden anschließend bioinformatisch ausgewertet. Langfristiges Ziel ist die Optimierung derFermentationsbedingungen von Rhodobacter. DieAusbeute entstehenden Wasserstoffs soll maximiert werden, um dasGas als alternativen Energieträger verwenden zu können.
The almost complete transcription of the human genome yield in a high number of transcripts, that do not encode proteins. However, the functional elucidation of especially long non cod-ing RNAs is still difficult. Secondary structure analysis is assumed to be a possible method to detect functional relationships of lncRNAs on a large scale, but it is still time consuming and error-prone. GRAPHCLUST, the currently most suitable clustering tool based on RNA secondary structure analysis, lacks mainly in an efficient method for the interpretation of its results. Hence, an independent and interactive RNA clustering interpretation tool was developed to allow visu-alisation and an efficient analysis of RNA clustering results.
Hormonelle Belastungen in Grund-, Oberflächen und Trinkwasser sind weitreichend bekannt. Die daraus resultierenden Einflüsse auf das endokrine System bei Mensch und Tier, besonders durch das endogene Steroidhormon 17b -Estradiol (E2), sind bewiesen und führen unter anderem zu Feminisierung, Dezimierung von Spermien und kann als Indikator bei Brustkrebs wirken. Bisherige Filteranlagen können die rückstandslose Entfernung von pharmakologisch wirksamen Stoffen und deren Rückstände aus den Oberflächen-, Grund- und Trinkwässern nicht gewährleisten. Ein neuartiger Reinigungsansatz auf Aptamer-basis sollte untersucht werden und dessen Potential E2 aus belasteten Gewässern zu entfernen. Das bereits existierende und E2 selektive DNA Aptamer wurde in silico durch molekular dynamischen Simulationen untersucht um möglich Bindungsstellen zu identifizieren. Das ssDNA Aptamer wurde in die robustere PNA überführt. Diese soll anstelle der DNA in das Filtersystem integriert werden und in vivo Einsatz getestet werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Informationen zur standardisierten Differenzierung von lederbefallenden Schimmelpilzen zusammengetragen. Anlass dazu liefert das Forschungsinstitut für Leder und Kunstbahnen (FILK). Schimmelpilze befallen die Lagerbestände und müssen schnellst möglichst sowie kostengünstig identifiziert werden, um entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten und Personal ausreichend zu schützen. Dazu wurde eine frei verfügbare Webseite eingerichtet die mikros- und makroskopische, sequenzielle und molekularphylogenetische Bestimmungsmerkmale enthält. Auf den informationsgebenden Seiten zu mikros- und makroskopisch sind bekleidende Abbildungen sowie Schablonen hinterlegt. Zudem sind die Daten der Pilzelemente aufgelistet, die zur Differenzierung dienen. Die Informationssammlung und Ausarbeitung der Daten zum Bereich sequenziell und der molekularphylogenetischen Bestimmungsmerkmale ist Grundlage einer anderen Arbeit der Hochschule Mittweida und wurde durch Zusammenarbeit ebenfalls auf die Seite integriert. Auf den folgenden Seiten sind Grundlagen der Schimmelpilze und die Herangehensweise der Schimmelpilzdiagnostik von interessierenden Schimmeln beschrieben. Zudem ist die Ergebnisdarstellung durch die Webseite erläutert.
Zur Optimierung der schnellen Messung des pH-Wertes in Ackerböden wurden verschiedene Bodenproben angelehnt an das DIN-Verfahren mit der Antimonelektrode untersucht. Darüber hinaus wurde die Messzeit auf eine Minute verkürzt und das Volumen der Extraktionslösungen reduziert, um den späteren Chemikalieneinsatz auf dem Feld zu reduzieren. Zur Untersuchung interferierender Matrixeffekte wurden die elektrische Leitfähigkeit, das Redoxpotenzial sowie die Ionengehalte der einzelnen Bodenproben ermittelt. Verschiedene auftretende Effekte wurden mittels des Standard-additionsverfahrens näher charakterisiert und aufgeklärt.
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.