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submitted by Ana Flavia Brandhorst, B.Sc. Literaturverzeichnis: Blatt 58-62 Paris-Lodron University of Salzburg, Masterarbeit, 2019 (VLID)5078804

Die duale betriebliche Ausbildung ist die tragende Säule des deutschen Berufsbildungssystems. Dort werden die grundlegenden Fertigkeiten zur selbständigen, eigenverantwortlichen Ausübung von fachlichen Aufgaben vermittelt. Die Neuordnung des Berufes des/r Landwirtschaftlich-technischen Laboranten/in (LTL) wurde erforderlich, da die Ausbildungsverordnung veraltet war und bundeseinheitlich angepasst werden sollte. Ausgehend von dieser Neuordnung wurde 2013 der neue bundeseinheitliche Ausbildungsberuf „Pflanzentechnologe/-in“ eingeführt, der besonders für die Branchen Pflanzenzüchtung und -vermehrung, Pflanzenschutz und Düngung sowie die Bereiche Feldversuche und Kulturlabore entwickelt wurde. Der Beruf stellt keine Konkurrenz zu dem/der schulisch ausgebildeten landwirtschaftlich/agrar-technischen Assistenten/-in (LTA/ATA) dar, die weiterhin besonders in forschungsintensiven Sektoren wie der Pflanzenzüchtung vielfältig eingesetzt werden. Die Ausbildung in acht Einsatzbereichen ermöglicht eine breite berufliche Perspektive in der Pflanzenproduktion. Die Weichen für den beruflichen Fortbildungsabschluss zum Pflanzentechnologiemeister/-in wurden 2016 gestellt und das offizielle Verordnungsverfahren eingeleitet. Plant Technologist (m/f) – a new vocation for plant breeding A cornerstone of German vocational training is its twin-track structure called the “dual system”, a combination of school education and on-the-job training that allows the apprentice to acquire the essential competences he will need to handle his professional tasks with a high degree of personal responsibility and autonomy. The vocational training for an Agricultural Laboratory Technological Officer (m/f) (Landwirtschaftlich-technische/r Laborant/in (LTL)) needed revisions since the syllabus was outdated and needed to be harmonized between the German Federal States. These revisions resulted in 2013 in the creation of a new vocational training course for “Plant Technologist (m/f )” (“Pflanzentechnologe/-in”) designed with a particular view to plant breeding and seed production, plant protection and manuring as well as field trials and laboratory cultivation. This vocational course does not compete with, but complements the other vocational courses often employed in research-intensive sectors like plant breeding, namely the Agricultural Technical Assistant (m/f ) or the Assistant for Agricultural Technologies (Landwirtschaftlich-technische/r Assistent/in (LTA) or Agrar-technische/r Assistent/in (ATA)). The broad syllabus comprising eight different areas opens a wide range of possible careers to Plant Technologists in all branches of plant production. In 2016, the path has been paved for a possible qualification as Master Craftsman in Plant Technology and the official process for the respective qualification regulations has been initiated., Julius-Kühn-Archiv, Nr. 457 (2017): Zweites Symposium Zierpflanzenzüchtung in Quedlinburg, 13. - 14. März 2017 - Proceedings

Windende Unkrautarten wie die beiden perennierenden Arten Calystegia sepium und Convolvulus arvensis sowie die sommerannuellen Arten Ipomoea hederacea, Ipomoea purpurea und Fallopia convolvulus sind aufgrund ihrer großen Konkurrenzkraft in der Landwirtschaft weltweit von Bedeutung. Ziel dieser Arbeit ist ein verbessertes Verständnis über die Morphologie, Physiologie und Vermehrung der Arten sowie der Herbizidwirkung auf die Unkräuter zu erlangen, um mit diesem Wissen verbesserte Bekämpfungsstrategien entwickeln zu können. Der erste Abschnitt beinhaltet Untersuchungen zur generativen als auch vegetativen Vermehrung. Gezeigt wird, dass die Arten aus der Familie der Convolvulaceae morphologische Gemeinsamkeiten besitzen und alle Unkrautarten in einem breiten Temperaturspektrum sowie in allen untersuchten Bodenarten keimen können. Die unterirdischen Organe der perennierenden Arten sind im Winter dormant und treiben im Frühjahr aus. Im Weiteren können mehrere Adventivknospen auch direkt nebeneinander austreiben und der prozentuale Austrieb steigt mit Zunahme der Adventivknospenanzahl. Zusätzlich wird ein negativer linearer Zusammenhang zwischen der Ablagetiefe der Rhizom- und Wurzelstücke im Boden und der Fähigkeit aufzulaufen festgestellt. Neben diesen Ergebnissen zeigen die Analysen der Stärke und Zuckerkonzentrationen im Verlauf einer Wachstumsperiode, dass die Stärkekonzentration 1,5 Monate vor der Blüte ihr Minimum erreicht. Im zweiten Abschnitt dieser Arbeit wird das Hauptaugenmerk auf die Bekämpfung mittels Herbizide gelegt. Im Vordergrund steht hierbei der neuartige Wirkstoff TCM (Thiencarbazonemethyl), ein Acetolactatsynthase (ALS)-Hemmer. Der aktive Wirkstoff TCM verbleibt stabil in den Unkrautarten. TCM wird über die Blätter aufgenommen und systemisch transportiert und bewirkt eine Entgleisung des Aminosäurehaushaltes. Der Anstieg der verzweigten Aminosäuren erfolgt in Abhängigkeit der Zeit sowie der applizierten Herbizidkonzentration. In den Gewächshausversuchen bekämpft TCM wie auch die Wirkstoffe Dicamba, Glufosinat und Glyphosat im Nachauflauf in der vollen und halben Feldaufwandmenge die aus Samen gezogenen Unkrautarten zu über 85 %. Im Vergleich dazu liegen die oberirdischen Bekämpfungserfolge der vegetativ vermehrten perennierenden Pflanzenarten ca. 5-15% niedriger. Die Untersuchungen zur Bekämpfung in verschiedenen Wachstumsstadien zeigen, dass die Wirkung von TCM, Dicamba und Glyphosat auf die annuellen Arten in früheren Wachstumsstadien größer ist, während die generativ vermehrten Pflanzen auch in den späteren Wachstumsstadien zu 100% und 80% gleichbleibend hoch bekämpft werden. Dahingegen nimmt der gemessene Bekämpfungserfolg mit Zunahme der Sprosslänge von 5 cm auf 30 cm bei den vegetativ vermehrten Pflanzen im Durchschnitt um ca. 40% ab. Die Bekämpfungserfolge aus den Gewächshaus- und Feldversuchen der annuellen Arten besitzen eine höhere Übereinstimmung als die der perennierenden Arten. Der erzielte Bekämpfungserfolg nach einer Frühjahrs- als auch einer Herbstapplikation von Calystegia sepium und Convolvulus arvensis unter Feldbedingungen, unter denen die perennierenden Pflanzen sich hauptsächlich vegetativ vermehren, ist deutlich geringer als unter Gewächshausbedingungen. Nachauflaufapplikationen in den empfohlenen Feldaufwandmengen bewirken eine Reduktion der oberirdischen Biomasse von Calystegia sepium mit TCM zu ca. 65% und von Convolvulus arvensis zu maximal 50% mit TCM, TCM in Kombination mit TBT (Tembotrione) und Dicamba. Die Herbizide reduzieren bei beiden Arten die Austriebsfähigkeit der unterirdischen Organe nicht. Die annuelle Art Fallopia convolvulus wird in Feldversuchen durch TCM sowie TCM in Kombination mit TBT in der normalen Feldaufwandmenge wie auch durch Dicamba zu über 90% bekämpft. Die Ergebnisse der Bekämpfungserfolge von Ipomoea hederacea in den zwei Versuchsjahren schwanken sehr stark. Durchschnittlich ist die Wirkung der Applikation von TCM in Kombination mit IFT (Isoxaflutole), Glufosinat und Dicamba in Kombination mit Diflufenzopyr mit über 95% ähnlich hoch wie im Gewächshaus. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass aus Samen gekeimte junge Pflanzen in frühen Wachstumsstadien oberirdisch und unterirdisch mit den untersuchten Herbiziden gut bekämpft werden können, so dass TCM zur Bekämpfung von Fallopia convolvulus als Alternative zu den herkömmlich eingesetzten Herbiziden verwendet werden kann. Trotz der nachgewiesenen systemischen Translokation und der Hemmung des Wiederaustriebs der Rhizom- und Wurzelstücke der vegetativ vermehrten perennierenden Arten zeigt TCM wie auch die anderen untersuchten Herbizide in einer Frühjahrs- wie auch einer Herbstapplikation keinen ausreichenden langfristigen Bekämpfungserfolg von Calystegia sepium und Convolvulus arvensis unter Feldbedingungen. Die mechanische Bekämpfung der perennierenden Arten kann durch eine starke Zerteilung der Rhizom- und Wurzelstücke in Kombination mit einer hohen Vergrabungstiefe optimiert werden. Vining weed species as the two perennial plants Calystegia sepium and Convolvulus arvensis, and the annual species Ipomoea hederacea, Ipomoea purpurea and Fallopia convolvulus are very important in agriculture worldwide due to their high competitive ability. The aim of this work is to gain a better understanding of the morphology, physiology and reproduction of these species and the efficacy of herbicides on the weeds to develop improved control strategies with this knowledge. The first section of this paper consists of studies about the generative propagation and seed germination in response to various factors. It is shown that the species of the family of Convolvulaceae have morphological similarities and any weed species can germinate in a wide temperature range and in all studied soil types. The proliferation studies revealed that the rhizome and root pieces of Calystegia sepium and Convolvulus arvensis are dormant in the winter and sprout in spring. In addition, several buds on rhizome and root pieces also directly next to each other can sprout and the percentage of sprouting increases with the number of buds. Additionally, a negative linear relationship between the burial depth of the rhizome and root pieces in the soil and the ability to emerge is determined. In addition to these results, the analysis of the starch and sugar concentrations during a growth period shows that the starch concentration reaches its minimum 1.5 months before flowering. In the second part of this work, the main focus is placed on weed control with herbicides especially with the novel active substance TCM (Thiencarbazone-methyl), an acetolactate synthase (ALS) inhibitor, whose mechanism is investigated. The active ingredient TCM remains stable in the vining weeds and does not degrade as in corn. Proven TCM is absorbed through the leaves and transported systemically. TCM causes a disruption of the amino acid balance. The increase of the branched amino acids is carried out in dependence of the time as well as the applied herbicide concentration. TCM under greenhouse conditions as well as the active ingredients dicamba, glufosinate and glyphosate, frequently used in corn, control annual and perennial weed species germinated from seeds to a degree of more than 85% in the full and half field application rate. In comparison, the efficacy of shoot control of vegetatively propagated perennial plants is about 5-15% lower. Nevertheless, the regrowth of rhizome and root pieces is suppressed by the herbicide applications almost completely. The studies of the control in different growth stages show that the effect of TCM, dicamba and glyphosate on the annual species is greater in earlier stages of growth; however, the generatively propagated plants are controlled constantly even high in the later stages of growth. In contrast, with an increasing shoot length from 5 cm to 30 cm, the efficacy of control of the vegetatively propagated plants decreases to an average 40 %. The obtained control of Calystegia sepium and Convolvulus arvensis after a spring and a fall application under field conditions is much lower than under greenhouse conditions. Post-emergence application at recommended field application rates results in a reduction in the aboveground biomass of Calystegia sepium with TCM about 65% and of Convolvulus arvensis to a maximum of 50% with TCM, TCM in combination with TBT(tembotrione) and dicamba. The herbicides dont reduce the sprouting ability of underground organs of both species; and corn yield isnt even increased by the use of a herbicide against Convolvulus arvensis. Fallopia convolvulus, an annual species, is controlled in field trials by TCM and TCM in combination with TBT in the normal field application rate to an extent of more than 90 %, also with dicamba. The control results of Ipomoea hederacea in the two experimental years vary greatly. On average, the efficacy of the application of TCM in combination with IFT (isoxaflutole), glufosinate and dicamba in combination with diflufenzopyr is as high as in the greenhouse experiments with a rate of 95 %. In summary, the results show that young plants germinated from seeds in early growth stages can be controlled quite well above and below ground with the studied herbicides, so that TCM can be used to control Fallopia convolvulus as an alternative to other herbicides used conventionally. Despite the proven systemic translocation and inhibition of regrowth of rhizome and root pieces of vegetatively propagated perennial species TCM as well as the other tested herbicides do not provide suffcient long-term success of control of Calystegia sepium and Convolvulus arvensis in spring and in fall application under field conditions. The mechanical control of perennial species can be optimized by a strong division of the rhizome and root pieces in combination with a high burial depth.

Die zukünftige Bedeutung der Aquakultur für die Welternährung wird mehr und mehr auch von der breiten Öffentlichkeit erkannt. Wichtige Vorraussetzung für das weitere, stetige Wachstum der Aquakulturproduktion ist die ausreichende Produktion von hochwertigem Futter für semi-intensive und intensive Produktion. Die Verwertungseffizienz ist in der Vergangenheit im europäischen Raum oft durch die Zugabe von Wachstumsbeschleunigern, z.B. Antibiotika und Hormone, gesteigert wurden. Der Einsatz solcher Futteradditive ist in der EU seit 1. Januar 2006 nicht mehr zulässig und genießt zudem einen schlechten Ruf bei den Konsumenten. Vor ungefähr einer Dekade wurden Saponine, sekundäre Pflanzenmetabolite, als mögliche Alternativen zu den Futteradditiven entdeckt. Saponinmischungen von Quillaja saponaria, dem südamerikanischem Seifenrindenbaum, zeigten bei Karpfen Cyprinus carpio und Niltilapien Oreochromis niloticus positive Wirkungen auf Wachstum, Futter- und Nährstoffverwertung sowie auf den Metabolismus. Weiterhin wurde in einem Experiment ein höherer Anteil an männlichen Tilapien in einer Saponin-gefütterten Gruppe im Vergleich zur Kontrolle gefunden. Dies wäre ein weiterer attraktiver Effekt von Saponinen bei Tilapien, da kommerzielle Aquakultur von Niltilapien nur finanziell rentabel ist, wenn rein-männliche Populationen zur Produktion verwendet werden. Gemischtgeschlechtliche Populationen unkontrollierten Nachwuchs erzeugen und die Weibchen Maulbrüter sind. Die Erzeugung rein männlicher Tilapienpopulationen wird derzeit größtenteils durch das potentiell Umwelt-gefährdende und krebserregende synthetische Hormon 17-a-Methyltestosteron gewährleistet. Aus den oben genannten Problemen hat sich ein Forschungsvorhaben mit Partnern in Israel und Palästina entwickelt, in dessen Rahmen diese Dissertation entstanden ist. Ziel des Vorhabens war das Fraktionieren durch Hochleistungs-Flüssigkeits-Chromatographie und Testen von Saponinen des Bockshornklees Trigonella foenum-graecum. Es wurde davon ausgegangen, daß eine erhöhte biologische Aktivität gefunden wird, wenn statt grober Saponinmischungen Fraktionen als Futteradditive genutzt werden. Verschiedene, in vitro getestete Saponinfraktionen bzw. Saponineluate wurden in verschiedenen Fütterungsexperimenten auf ihre Wirkung auf Wachstum, Futter- und Nährstoffverwertung, Metabolismus, grobchemische Zusammensetzung, Genexpression von GH und IGF-1, Geschlechterverhältnis, Reproduktion und Gonadenhistologie getestet. Primär wurden dafür Niltilapien genommen aber auch ein Fütterungsexperiment an Karpfen durchgeführt. Drei der Fütterungsexperimente wurden zum Zweck der kontinuierlichen Sauerstoffverbrauchsmessung in einer computergesteuerten Respirationsmessanlage durchgeführt, ein weiteres in Außenanlagen in Jericho, Palästina. Die Experimente zur Feststellung des Einflusses von Bockshornklee Saponinfraktionen auf das Geschlechterverhältnis von undifferenzierten Tilapienlarven wurden primär in einer Durchflußanlage durchgeführt. Für die Erzeugung von rein männlichen Tilapienpopulationen eignen sich die in dieser These getesteten Saponinfraktionen von T. foenum-graecum und Q. saponaria und ein ebenfalls getestetes Sapogenin nicht. Die Geschlechterverhältnisse nach Fütterung von gemischtgeschlechtlichen Tilapienlarven wiesen nur in einem Experiment signifikant mehr Männchen auf, als bei den Fischen, die mit Kontrollfutter gefüttert wurden. In einem größer angelegten Wiederholungsexperiment konnten die vorhergehenden Beobachtungen statisitisch nicht bestätigt werden und müssen zufälligen Effekten oder einer von vornherein beim Besatz der Becken entstandenen Ungleichverteilung der Geschlechter zugeordnet werden. Dies bestätigte sich durch ein Experiment in dem genetisch weibliche Tilapien mit zwei Saponinfraktionen vom Bockshornklee sowie Positiv- und Negativkontrollen gefüttert wurden. Ebenfalls wurde bei einem Langzeitexperiment in Jericho kein Einfluß auf das Geschlecht und die Vermehrung nach kurz- und langfristiger Fütterung von rein weiblichen Tilapien mit Saponinmischungen von Q. saponaria im Vergleich zu Fischen die ohne Zusatz von Saponinen gefüttert wurden, gefunden. Ein Laborexperiment, in welchem Bockshornklee Saponinfraktionen getestet werden sollten, konnte diesbezüglich nicht ausgewertet werden. Bei den Experimenten zur Evaluierung der Effekte von den getesteten Saponinen auf das Wachstum, die Futter- und Nährstoffverwertung, die Genexpression von GH und IGF-1 sowie die grobchemische Zusammensetzung und den Metabolismus gab es keine statistisch signifikanten Ergebnisse. Es gibt aber in allen Experimenten Hinweise darauf, daß eine bestimmte Bockshornklee Saponinfraktion, eluiert mit 60%/40% (v/v) Methanol/Wasser, bessere Ergebnisse liefert als die Kontrollen und die anderen Saponinfraktionen. Die 40%/60% (v/v) Methanol/Wasser Saponinfraktion liefert über alle durchgeführten Exeperimente die numerisch schlechtesten Ergebnisse. Dies läßt darauf schließen, daß diese Fraktion die oftmals in der Literatur beschriebenen ?Anti-Nutrients? enthält. Nur ein signifikantes Wachstumsergebnis konnte mit kontinuierlicher Fütterung von einer Q. saponaria Saponinmischung mit hohem Sapogeningehalt in Jericho erzielt werden. Die in dieser These gefundenen Ergebnisse lassen nicht hoffen, die getesteten Saponinfraktionen als umweltfreundlichen Ersatz für Methyltestosteron zur Erzeugung von rein männlichen Tilapienpopulationen oder zur Unterbindung von unkontrollierter Vermehrung nutzen zu können. Jedoch sollten noch Experimente zur Verabreichungsmethode durchgeführt werden, da sämtliche in dieser These durchgeführten Experimente Fütterungsexperimente waren. Es müßten, um die besprochenen Saponinfraktionen als potentielle Ersatzstoffe für Methyltestosterone ausschließen zu können, noch Tauchbehandlungen und Injektionen getestet werden. Größeres Potential bieten die Bockshornklee Saponinfraktionen bei einem möglichen Einsatz als Wachstumsförderer, wobei die erzielten Ergebnisse auf Experimenten mit kleinen Stichprobenmengen, anlagenbedingt, beruhen. Daher müßte in diesem Forschungsfeld ein ?upscaling? stattfinden, so daß die Saponinfraktionen unter nahezu kommerziellen Bedingungen getestet werden könnten. The future role and importance of aquaculture for the world food supply is more and more recognized by the public. High quality feed for semi-intensive and intensive aquaculture operations are necessary to guarantee a future continuous growth of fish production. Nutrient utilization efficiency has in the past been augmented by addition of feed additives, mainly anti-biotics and hormones. That practice is prohibited in the European Union since 1st of January 2006 and the consumer acceptance of products produced in that way is low. Around a decade ago saponins, secondary plant metabolites, have been found to be potential alternatives for aquafeeds. Saponinmixtures derived from the South American soap bark tree Quillaja saponaria, have been found to have beneficial effects on growth, feed and nutrient utilization and on metabolism of common carp Cyprinus carpio and Nile tilapia Oreochromis niloticus. Furthermore, in one of the early experiments a sex ratio in favor of males was observed in saponin fed tilapia compared to control fish not supplemented with saponins. An influence on sex ratio of Nile tilapia would be highly desirable since industrially Nile tilapia production is only financially viable if all male populations are produced since mixed sex tilapia populations tend to reproduce uncontrollable. The production of all male tilapia populations is mainly conducted by feeding the potentially environmentally hazardous and carcinogenic synthetic hormone 17--methyltestosterone to sexually undeveloped tilapia fry. The above mentioned problems led to a joint research project with partners in Israel and Palestine in which this dissertation has been conducted. The aim of the project was the fractionation of crude saponin extract derived from fenugreek Trigonella foenum-graecum and its testing in vitro and in vivo. It was assumed that a higher biological activity could be achieved if saponin fractions instead of crude mixtures would be applied. After in vitro testing, different saponin fractions or eluates, have been tested on their effects on growth, feed and nutrient utilization, metabolism, proximate composition, gene expression of GH and IGF-1, sex ratio, reproduction and gonad histology. Most of the feeding experiments were conducted with Nile tilapia but one experiment was also conducted with carp. Three of the feeding experiments have been conducted in a system capable of measuring continuous respiration of the fish. Another experiment has been conducted at a field station at Jericho, Palestine. The experiments conducted to evaluate the influence of saponin fractions on sex ratio of undifferentiated tilapia fry have been conducted primarily in a flow-through system. The tested saponin fractions and a tested sapogenin are not suitable to produce male monosex tilapia populations. The sex ratios after supplementation of diets of mixed sexed tilapia fry did only in one case show a significantly higher proportion of males than the control. In a larger scale repetition of that experiment the previous observations could statistically not be proofed. It must be assumed to be random effects or be the result of initially biased sex ratios after stocking undifferentiated tilapia fry. An experiment in which genetically female tilapias were fed with two fenugreek saponin fractions and positive and negative controls supported that finding. A long term feeding experiment conducted at Jericho revealed no influence of the long and short term supplemented Q. saponaria saponin mixtures on sex ratio and reproduction of genetically female tilapia. A similar laboratory experiment with fenugreek saponin fractions could not be evaluated in that regard. The experiments evaluating the effects of the saponin fractions on growth, feed and nutrient utilization, gene expression of GH and IGF-1 and proximate composition revealed no significant differences. But in all experiments one fraction eluated with 60%/40% (v/v) methanol/water showed numerically improved values compared to control and other fractions. Furthermore one fraction eluated with 40%/60%/ (v/v) methanol/water gave constantly numerically inferior results of tested parameters compared to control. That supports the conclusion that the 40% methanol fraction contains saponins generally referred to as anti-nutrients. In only one experiment, conducted at Jericho, significantly higher growth was observed after long term supplementation with a Q. saponaria saponin mixture containing elevated sapogenin content. The presented data in this thesis is not supporting an application of the tested saponin fractions as environmentally friendly alternative to methyltestosterone to produce all male populations of tilapia or to inhibit uncontrollable reproduction. Additional experiments are needed to evaluate different modes of application like immersion treatments or injections since during the experimental work of this thesis all tested saponins were added to the feed. An application of the tested fenugreek saponin fractions as growth promoters yields a higher potential although the experimental results are based upon low sample sizes due to capacity restrictions of the respirometric system. Therefore a repetition under near commercial or commercial conditions must be considered.

Schlagwörter: Salmonella , Salmonella enterica , Salmonella typhimurium , Salmonellose , Escherichia coli , Shigella , Infektion , Bakterielle Infektion , Zellkultur , HeLa-Zelle , Apoptosis , Metabolismus , Stoffwechsel , Glucose , Glucosetransport , Glucosestoffwechsel , Katabolismus , Kohlenstoff , Kohlenstoffbedarf , Kohlenstoffhaushalt , Kohlenstoffstoffwechsel , Kohlenstoff-13 , Kohlenstoffisotop Salmonella Typhimurium und enteroinvasive E. coli (EIEC) sind fakultativ intrazelluläre Bakterien aus der Familie der Enterobacteriaceae. Während erstere sich nach der Internalisierung durch eukaryotische Zellen normalerweise in einem spezialisierten Phagosom, der Salmonella-enthaltenden Vakuole (SCV), vermehren, replizieren EIEC im Zytoplasma der Wirtszellen. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst durch Mikroinjektion die Fähigkeit von S. Typhimurium 14028s untersucht, ebenfalls im Zytoplasma von Caco-2-Zellen replizieren zu können. Dabei wurde festgestellt, daß ein früher als S. Typhimurium 14028s WT bezeichneter Stamm eine Insertion eines Desoxythymidins an Position 76 des offenen Leserasters von rfbP trägt, einem Gen, dessen Protein an der LPS-Synthese beteiligt ist. Weiterhin synthetisierte dieser Stamm ein rauhes LPS. Aufgrund von Agglutination konnte der Rauh-Stamm nur mit geringem Erfolg mikroinjiziert werden. Hingegen lag 5 h nach der Mikroinjektion einer nicht invasiven Mutante von Salmonella mit vollständigem LPS der Anteil an Caco-2-Zellen, die mehr als 32 Bakterien enthielten, bei etwa 30 %. Der Anteil war 2-3 mal höher als bei früheren Mikroinjektionen in HeLa-Zellen. Daher wurde das Verhalten von HeLa-Zellen nach einer Infektion durch S. Typhimurium ΔsifA - einer Mutante, die aus der SCV ins Zytoplasma entkommt - untersucht. Dabei wurde festgestellt, daß die sifA-Mutante 10 h nach der Infektion die Aktivität der Caspasen 9 und 3 in HeLa-Zellen, aber nicht in Caco-2-Zellen induziert. In weiteren Versuchen wurde die Bedeutung von Glukose, Glukose-6-phosphat und Mannose als Kohlenstoffquellen für die extra- und intrazelluläre Replikation zweier Isolate enteroinvasiver E. coli und eines S. Typhimurium Stammes analysiert. Zu diesem Zweck wurden zunächst definierte Mutanten in den beiden wichtigsten Phosphoenolpyruvat-abhängigen Phosphotransferasesystemen (PTS) für die Aufnahme von Glukose und Mannose, ptsG und manXYZ, sowie im Antiporter für die Aufnahme von Glukose-6-phosphat, uhpT, konstruiert. Bei Wachstum im Minimalmedium mit Glukose als einziger C-Quelle waren die Generationszeiten aller ΔptsG- und ΔptsG, manXYZ-Mutanten im Vergleich zu den Wildstämmen deutlich verlängert. Ebenso wuchsen ΔmanXYZ-Mutanten bzw. ΔuhpT-Mutanten deutlich langsamer auf Mannose bzw. Glukose-6-phosphat. Jedoch ergaben sich hierbei Stamm-spezifische Unterschiede. So erreichte EIEC 4608-58 ΔuhpT in der stationären Phase eine ähnliche Zelldichte wie der Wildstamm in Gegenwart von Glukose-6-phosphat und eine ΔptsG, manXYZ-Mutante von S. Typhimurium 14028s konnte immer noch effizient mit Glukose wachsen. Infektionsversuche mit Caco-2-Zellen zeigten weiterhin, daß die Deletion von ptsG zu einer signifikanten Erhöhung der Adhärenz und Invasivität von EIEC 4608-58 führt, während sich die intrazellulären Generationszeiten aller hier untersuchten Mutanten kaum veränderten. Selbst die ΔptsG, manXYZ, uhpT-Dreifachmutanten der drei hier verwendeten Enterobakterien und die ΔptsG, manXYZ, glk-Mutante von S. Typhimurium 14028s konnten immer noch in Caco-2-Zellen replizieren, wenn auch mit Stamm-spezifisch verringerten Geschwindigkeiten. 13C-Markierungsexperimente mit [U-13C6]-Glukose als Substrat ergaben jedoch, daß in der Tat alle hier untersuchten enterobakteriellen Wildstämme Glukose während der Replikation in Caco-2-Zellen unter Zellkulturbedingungen verwerten. Glukose-6-phosphat, Glukonat oder Fettsäuren konnten dagegen als wichtigste Kohlenstoffquellen für das intrazelluläre Wachstum ausgeschlossen werden. EIEC 4608-58 metabolisierte Glukose jedoch weniger effizient als EIEC HN280 und schien zudem noch zusätzlich C3-Substrate aus der Wirtszelle aufzunehmen. Das Markierungsmuster zeigte einen Stamm-spezifischen Kohlenstofffluß durch Glykolyse und/oder Entner-Doudoroff-Weg, Pentosephosphatzyklus, Citratzyklus und den anaplerotischen Reaktionen zwischen PEP und Oxalacetat. Mutanten mit Deletionen in ptsG und manXYZ konnten auf alternative C3-Substrate wechseln und glichen dies durch eine erhöhte Aufnahme von Aminosäuren aus den Wirtszellen aus., Salmonella Typhimurium and enteroinvasive E. coli (EIEC) are facultative intracellular bacteria belonging to the family of Enterobacteriaceae. After internalisation by eukaryotic cells Salmonella normally resides inside a specialised phagosome called Salmonella-containing vacuole (SCV) whereas EIEC replicates inside the cytosol of host cells. In this study the ability of S. Typhimurium 14028s to replicate inside the cytosol of Caco-2 host cells was investigated by microinjection. It was thereby observed that a formerly used strain also called S. Typhimurium 14028s WT harboured an insertion of one deoxythymidin at position 76 of the rfbP open reading frame, a gene whose protein is involved in the LPS biosynthesis. Furthermore this strain expressed a rough LPS. Due to agglutination the microinjection procedure of the rough strain had only little success. But the percentage of Caco-2 cells that harboured more than 32 bacteria was about 30 % 5 h after injection of a non invasive mutant of Salmonella expressing full-length LPS chains. This was 2-3 times higher than the results observed before using HeLa cells. Therefore, the behaviour of HeLa cells infected by S. Typhimurium ΔsifA - a mutant that escapes from the SCV into the cytosol - was studied. The results showed that the sifA mutant strain induced the activity of caspases 9 and 3 in HeLa cells 10 h after infection but not in Caco-2 cells. In further experiments the contribution of glucose, glucose 6-phosphate and mannose as carbon sources for extra- and intracellular growth of two enteroinvasive E. coli isolates and one S. Typhimurium strain was analysed. Therefore, defined mutants of the most important phosphoenolpyruvate-dependent phosphotransferase systems (PTS) taking up glucose or mannose, i.e. ptsG and manXYZ, were constructed as well as mutants carrying a deletion of uhpT the antiporter for uptake of glucose 6-phosphate. During growth of the resulting ΔptsG and ΔptsG, manXYZ mutants in minimal medium with glucose as sole carbon source considerably longer generation times were observed. Likewise, ΔmanXYZ mutants and ΔuhpT mutants grew significantly slower on mannose or glucose 6-phosphate, respectively. But there were also strain specific differences. EIEC 4608-58 ΔuhpT reached a similar cell density as the wild-type strain during stationary phase when grown in the presence of glucose 6-phosphate and S. Typhimurium ΔptsG, manXYZ could still grow efficiently on glucose. Infections of Caco-2 cells showed that the deletion of ptsG increased the ability of EIEC 4608-58 significantly to adhere and invade these cells. But the intracellular generation times of all mutants under study were hardly changed. Even the triple mutants ΔptsG, manXYZ, uhpT of all three enterobacterial strains and the ΔptsG, manXYZ, glk mutant of S. Typhimurium 14028s were still able to replicate in Caco-2 cells, albeit at strain specific lower rates. 13C-Isotopologue profiling using [U-13C6]glucose as precursor revealed that in deed all analysed enterobacterial wild-type strains utilised glucose for their replication in Caco-2 cells under the applied conditions. Glucose 6-phosphate, gluconate and fatty acids could be ruled out as main carbon sources for intracellular growth. EIEC 4608-58 metabolised the applied glucose less efficiently than EIEC HN280 and seemed to take up C3-compounds from the host cells in addition to glucose. The labelling patterns reflected strain specific carbon fluxes via glycolysis and/or Entner-Doudoroff pathway, pentose phosphate pathway, citric acid cycle and the anaplerotic reactions between PEP and oxaloacetate. Mutants carrying deletions in ptsG and manXYZ switched to alternative C3-substrates and counterbalanced this by an increased uptake of amino acids from the host cells.

eingereicht von Monika Enigl Zsfassung in dt. Sprache Wien, Univ. für Bodenkultur, Diss., 2006 OeBB

For the assessment of contaminated and remediated soils and substrates, and the estimation of chronic toxicity of soil contaminations, an ecotoxicological test was developed using the terrestrial nematode Panagrellus redivivus. The population dynamics expressed by the reproduction factor (VF) allows an estimation of soil quality within seven days. Due to the rapid generation time of Panagrellus (< 5 d), the short test duration is considered to be sufficient. The suitability of this test was evaluated by investigating soils which had been contaminated using applications of specific pollutants (lindane and PCB 52).