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Hintergrund und Ziel Eine Gewichtsreduktion im Alter birgt das Risiko, eine durch die altersabhängige Reduktion der fettfreien Masse (FFM) bedingte Sarkopenie noch zusätzlich zu erhöhen. Aufgrund des Zusammenhangs zwischen FFM und Ruheenergieumsatz (REE) ist es ebenfalls notwendig eine Reduktion dessen zu vermeiden. Zudem ist es von besonderer Bedeutung, die physische Funktion (PF) der Betroffenen zu erhalten. Ziel der Studie war deshalb zu prüfen, ob durch eine Reduktionsdiät mit erhöhter Proteinzufuhr die FFM, der REE und die PF besser erhalten bleiben als bei einer Diät mit normaler Proteinzufuhr. Methoden In einer zwölfwöchigen Interventionsphase mit einer Reduktion des individuellen Gesamtenergiebedarfs von 750 kcal/d wurden 54 postmenopausale Frauen (BMI 30,9 ± 3,4 kg/m²; 59 ± 7 Jahre) in die Gruppen mit 0,8 g Protein/kg Körpergewicht (KG)/d (Gruppe K) bzw. 1,5 g/kg KG/d (Gruppe P) doppelt verblindet randomisiert. Die Proteindosis wurde gleichmäßig auf zwei Trinkmahlzeiten und eine feste Mahlzeit verteilt. Die Shakes der P-Gruppe wurden zusätzlich mit reinem Molkeneiweiß angereichert. Begleitend wurden in vier Schulungen Informationen bezüglich des Ablaufes der Studie und insbesondere zu gesunder Ernährung vermittelt. Die Probandinnen führten jeweils zu Beginn und am Ende des Interventionszeitraums ein 7-Tage Ernährungsprotokoll. Die Parameter FFM (mittels bioelektrischer Impedanzanalyse), REE (mittels indirekter Kalorimetrie), PF (Kraft, Ausdauer, Balance mittels short shysical performance battery SPPB, 400 m Gehgeschwindigkeit und Handkraft mittels Handdynamometer), Blutparameter (Lipid- und Kohlenhydratprofil, Harnstoff, Vitamin D, Calcium, Magnesium, Leber- und Nierenwerte aus dem Serum) und Blutdruck wurden vor der Intervention (t0), nach der Intervention (t1) und nach einer Follow-Up Phase von sechs Monaten (t2) erhoben. Die Auswertung erfolgte primär als Intention to treat Analyse mit Korrelations- und Regressionsanalysen, gepaarten und ungepaarten t-Tests, wobei das Signifikanzlevel auf p ≤ 0,05 gesetzt wurde. Angegeben sind durchgehend Mittelwert ± Standardabweichung. Ergebnisse 46 (P: n = 21, K: n = 25) Frauen beendeten den RCT und 29 die Follow-Up Phase. Der mittlere Gewichtsverlust belief sich auf -4,6 ± 3,6 kg (P) bzw. -5,2 ± 3,4 kg (K) (beide p < 0,001), der anschließende Gewichtsanstieg auf 1,3 ± 2,8 kg (P) (p = 0,028) und 0,4 ± 2,5 kg (K) (p = 0,392). Ebenfalls ähnliche Verluste zeigten sich in der FFM (-0,9 ± 1,1 kg (P) vs. -1,0 ± 1,3 kg (K)) und im REE (-206 ± 136 kcal/d (P) vs. -239 ± 134 kcal/d (K)) (beide p < 0,001). Zum Follow-Up gab es keine weiteren Veränderungen der FFM, dagegen stieg der REE in der K-Gruppe wieder an (33 ± 71, p = 0,02). Die Hauptdeterminanten des FFM Verlusts waren das Energiedefizit und die Geschwindigkeit der Gewichtsabnahme. Die K-Gruppe verbesserte durch den Gewichtsverlust ihre Punktezahl beim SPPB Test (0,6 ± 0,8, p < 0,001), verlor jedoch im Gegensatz zur P-Gruppe an Handgriffstärke (-1,7 ± 3,4 kg, p < 0,001), was zu einem signifikanten Gruppenunterschied führte (p = 0,041). Die Blutwerte verbesserten sich insbesondere hinsichtlich der Parameter des Kohlenhydratstoffwechsels durch die Gewichtsabnahme, ebenfalls der Blutdruck. Schlussfolgerung Durch eine zwölfwöchige Reduktionsdiät mit hohen Proteindosen konnte im Vergleich zur Kontrolldiät die Reduktion der FFM und des REE bei postmenopausalen Frauen nicht verringert werden. Dagegen konnte die PF in der P-Gruppe, gemessen an der Handgriffstärke, im Vergleich zur K-Gruppe aufrechterhalten werden. Da die Handgriffstärke ein sensitiver Parameter für eine beginnende Sarkopenie sein kann, noch bevor die Muskelmasse merklich abnimmt, kann hieraus gefolgert werden, dass eine erhöhte Proteinzufuhr während einer Gewichtsabnahme dem Risiko der Sarkopenie entgegenwirken werden kann. Energiedefizit und Geschwindigkeit der Gewichtsabnahme sollten in künftigen Studien als Confounder berücksichtigt werden. Zudem müssen weitere Strategien zur Erhaltung der FFM bei einer Gewichtsreduktion im Alter verfolgt werden. Aim Weight loss in old age increases the risk of sarcopenia caused by the age-related reduction of fat-free mass (FFM). Due to the strong correlation between FFM and resting energy expenditure (REE), the maintenance of this must also be considered. In addition, the physical function (PF) must be maintained. The objective was to investigate the impact of protein intake on changes in fat-free mass (FFM), resting energy expenditure (REE), and physical function (PF) during weight loss. Methods 54 postmenopausal women (BMI 30.9 ± 3.4 kg/m²; 59 ± 7 years of age) were randomized into two groups with 0.8 g (K) or 1.5 g protein/kg body weight/d (P) energy-restricted diets (- 750 kcal of individual energy requirements) for 12 weeks, followed by six months weight maintenance with ad libitum food intake. The protein dose was evenly distributed to two liquid and one solid meal. The shakes of the P group were additionally enriched with pure whey protein. Four seminars were held to provide information on the course of the study and in particular on healthy nutrition. At the beginning and at the end of the study, the subjects kept a 7-day nutrition protocol. FFM (by bioelectrical impedance analysis), REE (by indirect calorimetry), PF (strength, endurance, and balance by short physical performance battery test (SPPB), 400 m walking speed and handgrip strength by hand dynamometer), blood parameters (lipid and carbohydrate profile, urea, vitamin D, calcium, magnesium, liver and kidney values from serum) and blood pressure were measured at baseline, after weight loss, and after follow up. The evaluation was primarily based on an intention to treat analysis with correlation and regression analysis, paired and unpaired t-tests, whereby the significance level was set ≤ at 0.05. The values given are continuous mean values ± standard deviation. Results 46 women completed the weight loss intervention and 29 were followed up after weight maintenance. Weight loss was -4.6 ± 3.6 kg (P) and -5.2 ± 3.4 kg (K) (both p < 0.001) and weight regain during follow up was 1.3 ± 2.8 kg (P, p = 0.028) and 0.4 ± 2.5 kg (K) (p = 0.392) with no differences between protein groups. Similar losses in FFM (-0.9 ± 1.1 kg (P) vs. -1.0 ± 1.3 kg (K)) and REE (-206 ± 136 kcal/d (P) vs. -239 ± 134 kcal/d (K), both p < 0.001) were observed in both groups. At follow-up, no changes in FFM were detected in both groups whereas in the NP group the REE increased again (138 ± 296, p = 0.02). The main determinants of the FFM loss were the energy deficit and the speed of weight loss. In the NP group, SPPB score improved with weight loss (0.6 ± 0.8, p < 0.001) and handgrip strength decreased (-1.7 ± 3.4 kg, p < 0.001) whereas no changes were observed in the HP group. The blood profile improved, especially regarding the carbohydrate profile, due to weight loss, and blood pressure. Conclusion A high protein weight loss diet without exercise had no impact on preserving FFM and REE but may help maintain muscle strength in postmenopausal women. As the handgrip strength can be a sensitive parameter for incipient sarcopenia even before the muscle mass decreases noticeably, it can be concluded that an increased protein intake during weight loss can counteract the risk of sarcopenia. Energy deficit and speed of weight loss should be considered as confounders in future studies. In addition, further strategies must be pursued to maintain FFM in weight loss in old age.

Die Aktivität von Organismen in komplexen, mikrobiellen Gemeinschaften wurde in den letzten Jahrzehnten vermehrt durch den Einbau stabiler Isotope in die Biomasse aktiver Spezies untersucht. Der Isotopeneinbau kann in allen Biomolekülen, aber hauptsächlich in DNA, RNA, Proteinen und Phospholipidfettsäuren nachverfolgt werden. Hierbei nimmt die phylogenetische Information, der Genotyp, ausgehend von der DNA über die RNA hin zu den Proteinen ab, wohingegen der Phänotyp maßgeblich durch die Proteine geprägt wird. Folglich liefert die Untersuchung von DNA und RNA präzisere phylogenetische Daten, während Proteine genauere Aussagen über den tatsächlichen Zustand im System erlauben. In dieser Arbeit wurde die Markierung mit stabilen Isotopen (13C und 15N) in Proteinen (Protein-SIP) für zwei grundsätzlich verschiedene mikrobielle Gemeinschaften angewandt: (a) Die Benzolmineralisation einer sedimentären Gemeinschaft, die aus einem anaeroben Grundwasseraquifer angereicht wurde sowie (b) die kurzzeitige und aerobe Assimilation von Pflanzenmaterial im Boden. Markierung des Sekundärstoffwechsels einer benzolmineralisierenden und sulfatreduzierenden, mikrobiellen und in Zeitz angereicherten Gemeinschaft mittels 13C2-Acetat: Die seit 2007 untersuchte und aus Zeitz angereicherte mikrobielle Gemeinschaft wurde mit dem zuvor postulierten Hauptintermediat der syntrophen Benzolmineralisation, Acetat, inkubiert. Das Substrat wurde vollständig 13C-markiert in geringen Mengen zugegeben, um den sekundären Abbau während verschiedener Stadien des Benzolabbaus aufzuschlüsseln. Es wurde demonstriert, dass zusätzlich zur Benzolmineralisation zugegebenes Acetat keinen Einfluss auf das Ausmaß der Sulfidbildung als Endprodukt der Sulfatreduktion hat. Stattdessen wird Acetat in absteigender Reihenfolge von den Campylobacterales, den Syntrophobacterales, den Archaeoglobales, den Clostridiales und den Desulfobacterales assimiliert. Die epsilonproteobakteriellen Campylobacterales zeigten den schnellsten und höchsten Einbau, wodurch zuvorige metagenombasierende Studien bestätigt und den Epsilonproteobakterien dieser Gemeinschaft erstmals eine physiologische Rolle gegeben werden konnte. Physiologie des primären Acetatverwerters einer benzolmineralisierenden und sulfatreduzierenden, mikrobiellen und in Zeitz angereicherten Gemeinschaft: In dieser Studie wurde das Genom des primären Acetatverwerters aus dem vollständigen Metagenom der benzolmineralisierenden mikrobiellen Gemeinschaft rekonstruiert. Die genomische DNA stammte aus einer Hungerkultur des gleichen Aquifers, die zuvor auf m-Xylen wuchs und eine Anreicherung des epsilonproteobakteriellen Phylotyps dieser Gemeinschaft aufzeigte. Die Präsenz der Sulfidquinonoxidoreduktase (sqr) und der Polysulfidreduktase (psr) suggeriert eine Schlüsselrolle im Schwefelzyklus. Das Epsilonproteobakterium ist in der Lage, das aus der Sulfatreduktion des Sekundärstoffwechsels entstandene und toxische Sulfid mittels SQR zu Polysulfid zu oxidieren und anschließend mittels PSR zu reduzieren. Die in der zuvorigen Studie demonstrierte direkte Acetatassimilation wurde durch die Detektion eines Acetattransporters (actP) und der Acetyl-CoA Synthetase (acsA) zur Acetataktivierung bestätigt. Kurzzeitige Assimilation von 15N-markiertem Pflanzenmaterial im Boden: In dieser Protein-SIP Studie wurde die Assimilation von Pflanzenmaterial im Boden erstmals mittels 15N-markiertem Tabak gezeigt. Gegensätzlich zu der bisher vorherrschenden Annahme, dass Pilze die aus den Pflanzen stammenden, komplexen Verbindungen wie Cellulose und Lignin abbauen und niedermolekulare Verbindungen abgeben, die anschließend von Bakterien metabolisiert werden, wurde gezeigt, dass Bakterien die dominanten Organismen während der kurzzeitigen Assimilation von Pflanzenmaterial sind. Die in den Pflanzen enthaltenen, niedermolekularen Verbindungen werden zunächst von den Bakterien genutzt bis die komplexen Verbindungen angereichert und von den langsam wachsenden Pilzen umgesetzt werden. Die Verwendung von multiOMIK-Techniken resultierte in einem multidimensionalen Schema, dass die Gruppierung und Kategorisierung unterschiedlicher Verhaltensweisen von Mikroorganismen ermöglicht. The activity of microorganisms was heavily investigated using the incorporation of stabile isotopes in the last decade. Here, all biomolecules but predominantly DNA, RNA, proteins and phospholipid derived fatty acids are used to trace the label in the biomass of active microbes. Thereby, the phylogenetic information decreases from DNA and RNA to proteins whereas the latter allow to describe the actual phenotype. In this work, protein stable isotope probing (protein-SIP) was applied to two different microbial systems: (a) the anaerobic mineralization of benzene and (b) the assimilation of plant-derived organic matter in soil. Labeling of the secondary metabolism of the benzene-mineralizing and sulfate-reducing community using 13C2-acetate: The well-described microbial community enriched from the Zeitz aquifer was fed with the postulated and fully 13C-labeled intermediate of syntrophic benzene fermentation, acetate, to unveil detailed secondary utilization processes. Additional acetate amended to the ongoing benzene mineralization showed no influence on sulfide produced by sulfate reduction. Instead, labeled acetate was incorporated by Campylobacterales, Syntrophobacterales, Archaeoglobales, Clostridiales and Desulfobacterales in descending order. The epsilonproteobacterial Campylobacterales featured the fastest and the highest 13C-incorporation to confirm previous metagenome-based studies and to assign a physiological role to this phylotype of the community for the first time. Metagenome based labeling of the secondary metabolism of the benzene-mineralizing and sulfate-reducing community: In this study, the population genome of the primary acetate utilizer was reconstructed from the metagenome of the benzene mineralizing community obtained by whole-genome shotgun sequencing. Genomic DNA originated from a starvation enrichment culture previously metabolizing m-xylen and enriched in the identical epsilonproteobacterial phylotype of this community. The presence of the sulfide quinone oxidoreductase (sqr) and the polysulfide reductase (psr) suggested a key role in sulfur cycling. Hence, the epsilonproteobacterial phylotype is able to oxidize otherwise toxic sulfid produced by sulfate reduction to polysulfide via SQR and its subsequent reduction to sulfide via PSR. Further, the detection of an acetate transporter (actP) and the acetyl-CoA synthetase (acsA) for acetate activation approved direct assimilation as shown in the previous study. Short-term assimilation of plant-derived organic matter in soil: In this protein-SIP study, the short-term assimilation of plant-derived organic matter in soil was demonstrated using 15N-labeled tobacco for the first time. In contrast to the postulated model in which fungi degrade plant-derived complex compounds and secrete low molecular weight compounds which are then degraded by bacteria, our study demonstrated the dominance of bacteria over fungi during the short-term assimilation of plant-derived organic matter. Bacteria outcompete fungi for the easy available plant-derived compounds until complex compounds such as cellulose and lignin are enriched and degraded by slow growing fungi. The use of multiOMIC techniques resulted in a multidimensional scheme to easily group and categorize different behaviours of microorganisms.

Über Expression und Funktionen der akzessorischen Proteine 3a, 3b, 3c, 7a und 7b von FCoVs ist bislang wenig bekannt. Diese Proteine des FIPV Stamms 79-1146 wurden in der vorliegenden Arbeit untersucht. Die erzielten Ergebnisse sind nachfolgend dargestellt: 1. Die akzessorischen FCoV Proteine 3a, 3c und 7b wurden mit einem C-terminalen His-Tag in E. coli exprimiert. Zudem wurden die Proteine 3a, 3b, 3c, die C-terminale Hälfte von 3c, 7a, 7b sowie 7b ohne die Aminosäuren 1-17 (7bdeltaSS) als Fusionsproteine mit einem N-terminalen GST- und C-terminalen His-Tag exprimiert. Die Reinigung der Fusionsproteine erfolgte über eine Ni2+-Ionen Affinitätschromatographie unter denaturierenden Bedingungen. 2. Die gereinigten 3c- und 7b-Fusionsproteine wurden für die Immunisierung von Mäusen zur Herstellung von mAk verwendet. Es wurden ELISA-Verfahren etabliert, mit denen anti-3c und anti-7b mAk produzierende Hybridome identifiziert wurden. 3. Die Charakterisierung der anti-3c mAk ergab, dass sie Sequenzen im C-terminalen Bereich des Proteins binden. Der Nachweis des 3c-Proteins gelang jedoch weder in einem eukaryotischen induzierbaren Expressionssystem (Tet-on Zelllinie BHKFIPV-3c) noch in FCoV-infizierten Zellen. Die anti-7b mAk detektierten den Bereich von Aminosäure 58-75; beide reagierten mit einem rekombinanten 7b-Fusionsprotein von Serotyp I FCoV. 4. Die Expression des 7b-Proteins in infizierten Zellen wurde im Western Blot bestätigt. Im Bindungsbereich befindet sich eine N-Glykosylierungsstelle. Nach Tunicamycin-Behandlung war das Signal mit den anti-7b mAk deutlich stärker. Das 7b-Protein konnte, ebenfalls nach Tunicamycin-Behandlung, mittels indirekter Immunfluoreszenz im Zytoplasma infizierter Zellen nachgewiesen werden. Das 7b-Protein kolokalisierte teilweise mit dem ER. 5. Das rekombinante 7b-Protein wurde von allen anti-FIPV 79-1146 Seren und dem Aszites detektiert, jedoch nicht von den untersuchten anti-FECV 79-1683 Seren. Die rekombinanten Fusionsproteine 3a, 3b, 3c und 7a konnten mit keinem der untersuchten anti-FCoV Seren nachgewiesen werden. Little is known about the expression and function of the FCoV accessory proteins 3a, 3b, 3c, 7a and 7b. These proteins of FIPV strain 79-1146 were investigated in the present study. The obtained results are outlined: 1. The accessory FCoV proteins 3a, 3c and 7b were expressed in E. coli with a C-terminal his-tag. Furthermore the proteins 3a, 3b, 3c, the C-terminal half part of 3c, 7a, 7b as well as 7b without the amino acids 1 to 17 (7bdeltaSS) were expressed as fusion proteins with an N-terminal GST-tag and a C-terminal his-tag. The purification of all fusion proteins was performed by Ni2+ ion affinity chromatography under denaturing conditions. 2. To generate monoclonal antibodies the purified fusion proteins 3c and 7b were used for immunization of mice. ELISA screenings were established which enabled the identification of hybridoma cells that produce mabs against 3c and 7b. 3. The characterization of the anti-3c mabs led to the identification of regions in the C-terminus of the protein. The 3c protein could not be detected in an eukaryotic inducible expression system (Tet-on cell line BHKFIPV-3c) and also not in FCoV-infected cells. The anti-7b mabs bound within the region of amino acids 58 to 75 and reacted with a recombinant 7b fusion protein of a serotype I FCoV. 4. The expression of the 7b protein in infected cells was confirmed by western blot. An N-glycosylation site is located within the binding region. After incubation with tunicamycin the signal obtained with the anti-7b mabs was considerably stronger. Again after tunicamycin treatment the 7b protein was detected in the cytoplasm of infected cells by indirect immunofluorescence. The 7b protein colocalized partially with the ER. 5. The recombinant 7b protein was detected with all of the anti-FIPV 79-1146 sera and the ascites, but not with the anti-FECV 79-1683 sera. In contrast the recombinant fusion proteins 3a, 3b, 3c and 7a were not detected with the analyzed anti-FCoV sera.

The increasing demand of energy together with the implementation of the European Program for the use of energy from renewable sources are favourable scenarios to increment the ethanol production in the coming years in the EU. Ethanol production yields dried distillers´ grains with soluble (DDGS) as the main by-product, a valuable feedstuff for ruminants. A great number of publications mainly form USA and Canada has demonstrated the great variability of the feed value of corn-DDGS, the main by-product from ethanol production in these countries. In the EU, different and diverse technological conditions predominate and little was investigated to evaluate the feed value of DDGS. The variability of feeding value in conjunction with expected increase of DDGS production demands for further and more specific characterization of this by-product in the EU. Therefore, a project was conceived to characterize the chemical composition and evaluate the protein and energy value for ruminants of DDGS from different European countries. Thirteen samples of DDGS originating from wheat, corn, barley, and blends of different substrates were used. In the first study, the objective was to characterize variations in the composition and nutritive value of DDGS, and to estimate the undegradable crude protein (UDP) in DDGS. The rumen degradation of crude protein (CP) was determined using the nylon bag technique. Samples were incubated for 0, 1, 2, 4, 8, 16, 32, and 72 h, and in situ degradation kinetics were determined. UDP was estimated using a passage rate of 8 %/h. In vitro gas production was measured to estimate the metabolizable energy (ME), net energy for lactation (NEL) and in vitro digestibility of organic matter (IVDOM). Chemical profiles varied among samples (in g/kg dry matter (DM) ± standard deviation, the values were 310 ± 33 CP, 86 ± 37 ether extract, 89 ± 18 crude fibre, 408 ± 39 neutral detergent fibre, 151 ± 39 acid detergent fibre, and 62 ± 31 acid detergent lignin), as well as in protein fractions according to the Cornell Net Carbohydrate and Protein System (in g/kg CP, the values were 161 ± 82 for fraction A, 24 ± 11 for fraction B1, 404 ± 105 for fraction B2, 242 ± 61 for fraction B3, and 170 ± 87 for fraction C). ME, NEL (MJ/kg DM) and IVDOM (%), also varied among samples: 12.1 ± 0.59, 7.3 ± 0.39, and 72.5 ± 4.30, respectively. The in situ rapidly degradable CP fraction (a) varied from 10.2 to 30.6%, and the potentially degradable fraction (b) averaged to 66.8%. UDP varied from 8.6 to 62.6% of CP. This first study suggests significant variations in composition and nutritive value among different sources of DDGS. UDP could be predicted on the basis of analysed CP fractions, but the accuracy of UDP prediction improved upon the inclusion of neutral-detergent insoluble nitrogen, explaining 94% of the variation in the UDP values. To conclude, chemical protein fractions may be used to predict the UDP values of DDGS and the variability in the protein fractions of DDGS should be considered when formulating diets for dairy cows. To provide additional information on the nutritional value of DDGS, a second study was carried out to determine and compare the in situ ruminal degradation of CP and amino acids (AAs) of DDGS and to characterize the in vitro pepsin-pancreatin solubility of CP (PPS) from dietary DDGS (d-DDGS) and DDGS residue (DDGS-r) obtained after 16-h ruminal incubation. The rumen degradation of AAs and CP was determined using nylon bag incubations in the rumen of cows. Lysine and methionine content of d-DDGS varied from 1.36 to 4.00 and 1.34 to 1.99 g/16 g N, respectively. The milk protein score (MPS) of d-DDGS was low and ranged from 0.36 to 0.51, and lysine and isoleucine were estimated to be the most limiting AAs in d-DDGS and DDGS-r. DDGS-r contained slightly more essential AAs than did the d-DDGS. Rumen degradation of CP after 16 h varied from 44% to 94% between DDGS samples. Rumen degradation of lysine and methionine ranged from 39% to 90% and from 35% to 92%, respectively. Linear regressions showed that ruminal degradation of individual AAs can be predicted from CP degradation. The PPS of d-DDGS was higher than that of DDGS-r and it varied from 70% to 89% and from 47% to 81%, respectively. There was no significant correlation between the PPS of d-DDGS and PPS of DDGS-r (R2 = 0.31). The estimated intestinally absorbable dietary protein (IADP) averaged 21%. Moderate correlation was found between the crude fibre content and PPS of DDGS-r (R2 = 0.43). This study suggests an overestimation of the contribution of UDP of DDGS to digestible protein supply in the duodenum in currently used protein evaluation systems. More research is required and recommended to assess the intestinal digestibility of AAs from DDGS. Finally, in a third study, three sources of DDGS were evaluated in diets of mid-lactating dairy cows on milk production and milk composition and on digestibility in sheep. DDGS from wheat, corn and barley (DDGS1), wheat and corn (DDGS2) and wheat (DDGS3) were studied and compared with a rapeseed meal (RSM). RSM and DDGS were characterized through in situ CP degradability. Nutrient digestibility was determined in sheep. Twenty-four multiparous cows were used in a 4 × 4 Latin square design with 28-day periods. Treatments included total mixed rations containing as primary protein sources RSM (control), DDGS1 (D1), DDGS2 (D2) or DDGS3 (D3). RSM contained less rapidly degradable CP (fraction a), more potentially degradable CP (fraction b) and more UDP than the three DDGS. In vivo organic matter digestibility of RSM was similar to DDGS. Calculated NEL was lower for RSM (7.4 MJ/kg DM) than for DDGS, which averaged 7.7 MJ/kg DM. Cows? dry matter intake did not differ between diets (21.7 kg/d). Cows fed D1 yielded more milk than those fed D3 (31.7 vs. 30.4 kg/d); no differences were found between control and DDGS diets (31.3 vs. 31.1 kg/d). Energy-corrected milk was similar among diets (31.2 kg/d). Diets affected neither milk fat concentration (4.0%) nor milk fat yield (1.24 kg/d). Milk protein yield of control cows (1.12 kg/d) was significantly higher than D3 (1.06 kg/d) but not different from D1 and D2 (1.08 kg/d each). Feeding DDGS significantly increased milk lactose concentration (4.91%) compared to control (4.81%). DDGS can be a suitable feed compared to RSM and can be fed up to 4 kg dry matter per day in rations of dairy cows in mid-lactation. To conclude, DDGS is a suitable feedstuff for ruminants in terms of chemical composition, energy and protein value. However, the variability should be considered when included in diets of ruminants, especially in animals with high performance. For this purpose, prediction approaches initated in this study should be further developed into tools for routine application for rapid DDGS evaluation and estimation of feed values. These approaches might also be usefull for the evaluation of other feed protein sources and taked into consideration for practical feeding and diets formulation. Die steigende Nachfrage nach Energie sowie die Umsetzung des europäischen Programmes für die Nutzung von Energie aus erneubaren Ressourcen sind günstige Szenarien für das Wachstum der Ethanolproduktion der EU in den nächsten Jahren. Bei der Ethanolproduktion fällt Trockenschlempe (DDGS) als wichtigstes Nebenprodukt an, welche ein hochwertiges Futtermittel für Wiederkäuer darstellt. Zahlreiche Publikationen, überwiegend aus den USA und Kanada, haben die große Variabilität des Futterwertes von Mais-DDGS gezeigt, welche in diesen Ländern das wichtigste Nebenprodukt bei der Ethanolproduktion bildet. In der EU liegen verschiedene und vielfältige technologische Bedingungen vor, wobei es kaum Untersuchungen zur Evaluierung des Futterwertes von DDGS gibt. Die Variabilität des Futterwertes in Verbindung mit der erwarteten Zunahme der DDGS Produktion fordert eine weitere und spezifischere Charakterisierung dieses Nebenproduktes in der EU. Deshalb wurde ein Projekt konzipiert, um die chemische Zusammensetzung von DDGS aus verschiedenen europäischen Ländern zu charakterisieren und deren Protein- und Energiewert für Wiederkäuer zu evaluieren. Dreizehn DDGS-Proben, hergestellt aus Weizen, Mais, Gerste oder Mischungen verschiedener Substrate, wurden untersucht. Ziel der ersten Studie war es, die Unterschiede in der Zusammensetzung und im Futterwert von DDGS zu beschreiben und die Gehalte der DDGS an nicht abbaubarem Rohprotein (UDP) zu schätzen. Der ruminale Abbau des Rohproteins (CP) wurde mittels der Nylonbeutel-Technik bestimmt. Die Proben wurden über 0, 1, 2, 4, 8, 16, 32 und 72h inkubiert und es wurde die in situ Abbaukinetik bestimmt. Der UDP Gehalt wurde für eine Passagerate von 8%/h geschätzt. Über die Ermittlung der Gasbildung in vitro erfolgte die Schätzung des Gehaltes an Umsetzbarer Energie (ME), Nettoenergie Laktation (NEL) und der in vitro Verdaulichkeit der organischen Substanz (IVDOM). Die chemische Zusammensetzung variierte zwischen Proben (in g/kg Trockensubstanz (TS) ± Standardabweichung (SD), die Werte betrugen 310 ± 33 CP, 86 ± 37 Rohfett, 89 ± 18 Rohfaser, 408 ± 39 Neutral-Detergenz-Faser, 151 ± 39 Säure-Detergenz-Faser und 62 ± 31 Säure-Detergenz-Lignin) sowie zwischen den Proteinfraktionen, die nach dem Cornell Net Carbohydrate and Protein System bestimmt wurden (in g/kg CP, die Werte betrugen 161 ± 82 für Fraktion A, 24 ± 11 für Fraktion B1, 404 ± 105 für Fraktion B2, 242 ± 61 für Fraktion B3 und 170 ± 87 für Fraktion C). ME, NEL (MJ/kg TS) sowie IVDOM (%) schwankten ebenfalls zwischen den Proben: 12.1 ± 0.59, 7.3 ± 0.39 und 72.5 ± 4.30. Die in situ lösliche Fraktion des CP (a) variierte zwischen 10.2 und 30.6%, die potentiell abbaubare Fraktion (b) lag im Mittel bei 66.8%. Der UDP Gehalt betrug 8.6-62.6% des CP. Diese erste Studie weist auf signifikante Unterschiede zwischen den verschiedenen DDGS-Proben in der Zusammensetzung sowie im Futterwert hin. UDP konnte aus den analysierten Rohprotein Fraktionen geschätzt werden, jedoch wurde die Genauigkeit der UDP Schätzung durch die Einbeziehung des Neutral-Detergenz-unlöslichen N verbessert, wodurch 94% der Variation der UDP Werte erklärt werden konnten. Hieraus lässt sich schlussfolgern, dass die chemischen CP Fraktionen für die Schätzung der UDP Werte von DDGS verwendet werden können und die Variabilität der Proteinfraktionen von DDGS bei der Gestaltung von Milchviehrationen berücksichtigt werden sollte. Für die Gewinnung weiterer Informationen zum Futterwert von DDGS wurde eine zweite Studie durchgeführt. Hierin sollte der ruminale in situ Abbau von Rohprotein und Aminosäuren verschiedener DDGS bestimmt und verglichen werden. Desweiteren sollte eine Charakterisierung der in vitro Pepsin-Pankreatin Löslichkeit des CP (PPS) der verfütterten DDGS (d-DDGS) und der nach 16 stündiger Inkubation verbleibenden DDGS-Rückstände (DDGS-r) erfolgen. Der ruminale Abbau von AS und CP wurde mithilfe von Nylonbeuteln in Pansen fistulierten Kühen bestimmt. Die Lysin- und Methioningehalte verschiedener d-DDGS schwankten zwischen 1.36 und 4.00 bzw. 1.34 und 1.99 g/16 g N. Der Milcheiweiß Score (MPS) von d-DDGS fiel gering aus und schwankte zwischen 0.36 und 0.51. Lysin und Isoleucin wurden als meist limitierende AS in d-DDGS und DDGS-r geschätzt. In DDGS-r wurde ein etwas höherer Gehalt an essentiellen AS als in d-DDGS ermittelt. Der ruminale CP-Abbau nach 16h Inkubationszeit schwankte zwischen den DDGS-Proben im Bereich von 44-94%. Der ruminale Abbau von Lysin und Methionin betrug 39-90% bzw. 35-92%. Anhand linearer Regressionen konnte gezeigt werden, dass der ruminale Abbau einzelner AS aus dem CP-Abbau geschätzt werden kann. Die PPS von d-DDGS war höher als die der DDGS-r und variierte zwischen 70 und 89% bzw. 47 und 81%. Es wurde keine signifikante Korrelation zwischen der PPS von d-DDG und der PPS von DDGS-r ermittelt (R2 = 0.31). Der geschätzte Gehalt an intestinal absorbierbarem Futterprotein (IADP) lag im Durchschnitt bei 21%. Zwischen dem Gehalt an Rohfaser und PPS von DDGS-r wurde eine mittlere Korrelation ermittelt (R2 = 0.43). Die Ergebnisse dieser Studie weisen auf eine Überschätzung des Beitrags vom UDP der DDGS zur Versorgung mit verdaulichem Eiweiß am Duodenum in den aktuell verwendeten Protein-Bewertungssystemen hin. Weitere Studien zur Bestimmung der intestinalen Verdaulichkeit von AS aus DDGS sind erforderlich. Schließlich wurden in einer dritten Studie drei DDGS-Quellen in Rationen von Milchkühen in der Mittellaktation hinsichtlich der Milchproduktion und Milchzusammensetzung evaluiert. Desweiteren wurde die Verdaulichkeit dieser DDGS-Quellen bei Schafen ermittelt. DDGS aus Weizen, Mais und Gerste (DDGS1), Weizen und Mais (DDGS2) und Weizen (DDGS3) wurden untersucht und mit einem Rapsextraktionsschrot verglichen (RES). RES und DDGS wurden zunächst anhand der in situ CP-Abbaubarkeit charakterisiert. Die Nährstoffverdaulichkeit wurde bei Schafen bestimmt. Die Versuchsanordnung erfolgte in einem 4 × 4 Lateinischen Quadrat mit 24 multiparen Kühen in 28-tägigen Versuchsperioden. Die Versuchsrationen bestanden aus Total-Misch-Rationen, die als Hauptproteinquelle RES (Kontrolle), DDGS1 (D1), DDGS2 (D2) oder DDGS3 (D3) enthielten. Im RES war weniger lösliches CP (Fraktion a), mehr potentiell abbaubares CP (Fraktion b) und mehr UDP enthalten verglichen mit den drei DDGS. Die in vivo Verdaulichkeiten der organischen Substanz von RES und DDGS waren vergleichbar. Die für RES (7.4 MJ/kg TS) kalkulierte NEL fiel geringer aus verglichen mit DDGS, bei der die NEL im Mittel 7.7 MJ/kg TS betrug. Zwischen den Rationen wurden keine Unterschiede in der TS-Aufnahme der Kühe festgestellt (21.7 kg/d). Die Milchleistung der Kühe, die Ration D1 erhielten, war höher verglichen mit Ration D3 (31.7 vs. 30.4 kg/d); wobei zwischen der Kontrollration und den DDGS Rationen kein Unterschied ermittelt wurde (31.3 vs. 31.1 kg/d). Es wurden keine Unterschiede in der Energie-korrigierten Milch zwischen den Rationen festgestellt (31.2 kg/d). Die Rationen zeigten keinen Effekt auf den Milchfettgehalt (4.0%) oder die Milchfettmenge (1.24 kg/d). Die Fütterung der Kontrollration erbrachte einen signifikant höheren Micheiweißmenge (1.12 kg/d) verglichen mit D3 (1.06 kg/d), aber keinen signifikant verschiedenen Milcheiweißmenge verglichen mit D1 oder D2 (1.08 kg/d bei beiden). DDGS führte zu einer signifikanten Erhöhung der Milchlaktosekonzentration (4.91%) verglichen zur Kontrolle (4.81%). Demzufolge kann DDGS ein adäquates Futtermittel zu RES sein und kann mit bis zu 4 kg Trockenmasse pro Tag in Rationen von Milchkühen in der Mittellaktation eingesetzt werden. Abschließend kann geschlussfolgert werden, dass DDGS hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung sowie des Energie- und Proteinwertes ein geeignetes Futtermittel für Wiederkäuer darstellt. Allerdings sollte die Variabilität beim Einsatz in Wiederkäuerrationen berücksichtig werden, insbesondere bei Tieren mit hoher Leistung. Zu diesem Zweck sollten die in dieser Studie entwickelten Ansätze zu den Schätzungen weiterentwickelt werden, mit dem Ziel einer routinemäßigen Anwendung für eine schnelle Bewertung und Schätzung der Futterwerte von DDGS. Diese Ansätze könnten auch für die Bewertung von anderen Proteinträgern nützlich sein und in der praktischen Fütterung und Rationsgestaltung berücksichtigt werden.

Mitochondrien und Prokaryonten weisen vielerlei Ähnlichkeiten auf, vermutlich sind sie in der Evolution aus gemeinsamen Vorläufern hervor gegangen. So ist zu erwarten, dass sich ausgeprägte Ähnlichkeiten auch in der Biogenese ihrer Proteine nachweisen lassen. In der vorliegenden Studie wurde dieser Vermutung in Untersuchungen zur Biogenese bestimmter Proteinkomplexe der mitochondrialen Innenmembran nachgegangen. Als Modellorganismus diente dabei die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae. (1) Die γ-Untereinheit der ATP-Synthasen ist in Mitochondrien und Prokaryonten hoch konserviert. Aus älteren Untersuchungen ist bekannt, dass Deletionen am N- oder C-Terminus der γ-Untereinheit nur eine überraschend geringe Reduktion der enzymatischen Aktivität zur Folge haben. In der Experimenten der vorliegenden Studie wurde nun gefunden, dass N- und C-Terminus der γ-Untereinheit für eine effiziente Assemblierung in der ATP-Synthase in den Mitochondrien der Hefe essentiell sind. Bei einer Deletion von 9 Aminosäuren am N-Terminus oder 10 Aminosäuren am C-Terminus wurde die γ-Untereinheit effizient in die Mitochondrien importiert. Der Anteil der Untereinheit, der dann innerhalb von 10 Min. bei 25°C assembliert wurde, reduzierte sich aber um etwa die Hälfte. Deletionen von mehr als 9 N-terminalen oder mehr als 20 C-terminalen Aminosäuren reduzierten den Anteil der assemblierten Untereinheit um mehr als 90%. Hefe-Stämme, die eine verkürzte γ-Untereinheit synthetisierten, waren auf Glycerin als Kohlenstoffquelle nicht lebensfähig. Vermutlich sind N- und C-Terminus der Untereinheit in den ATP-Synthasen sowohl der Mitochondrien, als auch in der Prokaryonten für die Assemblierung von größerer Bedeutung als für die Energieübertragung. (2) Die Metabolittranslokatoren der mitochondrialen Innenmembran sind vermutlich erst im Kontext der Evolution der eukaryontischen Zellen entstanden. Gemeinsam ist den Metabolittranslokatoren das Sequenzmotiv P x (D/E) x x (K/R), das als Carrier signature bezeichnet wird. Für ein Mitglied der Proteinfamilie, den Dicarboxylattranslokator, wurde nun gefunden, dass die Carrier signature die Biogenese des Proteins wesentlich erleichtert. Insbesondere wird der Transport des neu synthetisierten Proteins vom Cytosol in den Intermembranraum wesentlich beschleunigt. (3) Das Protein Oxa1 gehört zu einer Proteinfamilie, zu der auch das Protein YidC der Prokaryonten zählt. Sowohl Oxa1, als auch YidC sind Mediatoren der Proteininsertion in ihren jeweiligen Membranen, und in dieser Funktion u.a. an ihrer eigenen Biogenese beteiligt. Eine Reihe verschiedener Experimente zur Biogenese des mitochondrialen Oxa1 hat nun ergeben, dass neu synthetisiertes Oxa1 nach Import in die Mitochondrien wahrscheinlich nicht vollständig in die mitochondriale Matrix transportiert wird. Vielmehr scheint es im TIM23-Komplex, der Proteintranslokase der Innenmembran, zu akkumulieren und dann unmittelbar in die Lipidphase der Membran zu inserieren. Damit zeigt das Oxa1 eine ähnliche Biogenese wie das bakterielle YidC, das zunächst von der SecYEG-Translokase aufgenommen und dann unmittelbar in die Plasmamembran eingelagert wird. Oxa1 und YidC scheinen somit nicht nur in ihrer Struktur, sondern auch in ihrer Biogenese und in ihrer Funktion signifikante Ähnlichkeiten zu haben. Insgesamt zeigte sich in den Experimenten der vorliegenden Studie, dass sich mitochondriale und prokaryontische Proteine auch nach mehr als zwei Milliarden Jahren getrennter Evolution selbst in molekularen Details ihrer Funktion noch sehr ähnlich geblieben sind. Mitochondria and prokaryotes show many similarities and it is a well established notion that they have common ancestors. It is therefore reasonable to expect significant similarities also in the biogenesis of their proteins. This study followed this idea in investigations on the biogenesis of protein complexes in the mitochondrial inner membrane. The yeast Saccharomyces cerevisiae served as a model organism. (1) The γ-subunit of ATP synthases is highly conserved both in mitochondria and in prokaryotes. Previous studies demonstrated that deletions at the N- or C-terminus of the subunit entail only mild reductions in the enzymatic activity, and the reason of the conserved structure was enigmatic. The experiments of this study show that N- and C-terminus of the γ-subunit are essential for an efficient assembly in the ATP synthase. A deletion of 9 residues at the N-terminus or 10 residues at the C-terminus reduced the ratio of the subunit that assembled within 10 min. at 25°C by about 50%. Deletions of more than 9 N- or more than 20 C-terminal residues reduced the share of the assembled subunit by more than 90%. Yeast strains that synthesized a shortened γ-subunit did not grow on glycerole. N- and C-terminus are probably more relevant for assembly of the ATP synthase than for the transmission of energy. It is proposed that this is the case both for mitochondria and for prokaryotes. (2) The metabolite carrier proteins of the mitochondrial inner membrane were probably newly developed during the evolution of the eukaryotic cells. A common sequence motif of all carrier proteins is the carrier signature, P x (D/E) x x (K/R). The data of this study show that the carrier signature substantially facilitates the biogenesis of the dicarboxylate carrier (DIC). In particular, the translocation of this protein across the mitochondrial outer membrane is significantly accelerated. (3) The mitochondrial inner membrane protein Oxa1 is a member of a protein family that includes the bacterial protein YidC. Both Oxa1 and YidC act as mediators of protein insertion in their membranes, and both proteins participate in their own biogenesis. In this study, a series of experiments indicates that newly synthesized Oxa1 is not imported into the mitochondrial matrix, but accumulates in the inner membrane TIM23 translocase, for direct integration into the lipid bilayer. Oxa1 thereby shows a similar principle of membrane insertion as prokaryotic YidC. This was previously shown to first accumulate in the SecYEG translocase and then to directly integrate into the bacterial plasmamembrane. Oxa1 and YidC thus seem to resemble each other both in their structure and in their biogenesis. In summary, the experiments show that mitochondrial and prokaryotic proteins, after two billion years of separate evolution, have retained surprising similarities, even in molecular details of their function.