Biotechnologische Herstellung von Psilocybin in Aspergillus nidulans. - Ilmenau. - 54 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Auf Grund seiner psychoaktiven Wirkung ist Psilocybin, der Inhaltsstoff vieler halluzinogener Pilze, interessant zur Behandlung verschiedenster neurologischer Erkrankungen wie Angststörungen, Süchten und Depressionen (Nichols, 2020). Die biotechnologische Herstellung von Psilocybin in Aspergillus nidulans (Hoefgen et al., 2018) ist in diesem Kontext eine Alternative zur chemischen Synthese (Kargbo et al., 2020). Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Prozessoptimierung zur Herstellung von Psilocybin in A. nidulans im Schüttelkolbenmaßstab mit anschließend Scale-up in den 7 l-Bioreaktormaßstab durchgeführt. Im Schüttelkolbenmaßstab konnten in dem Aspergillus Minimalmedium nach Barratt et al. (Barratt et al., 1965), gepuffert auf pH 7,0 mit 100 mM 3-(N-Morpholino)propansulfonsäure, die höchsten Produktkonzentrationen erzielt werden. Bei der detaillierten Untersuchung der Kultivierung konnte eine Stickstofflimitation sowie ein Biomassemaximum nach 48 h Kultivierung festgestellt werden. Die maximale Produktkonzentration konnte nach 172 h mit Beendigung der Kultivierung gemessen werden. Unter sauerstoffunlimitierten Bedingungen konnte mit dem optimierten Induktionszeitpunkt kurz nach dem Maximum der Sauerstofftransferrate, hier nach 30 h, ein Maximum von 243 mg/l Psilocybin nach bereits 72 h Kultivierung gemessen werden. Durch die Zugabe von Tryptophan als precursor konnte die Psilocybinkonzentration auf 262 mg/l gesteigert werden. Mit dem Scale-up der optimierten Kultivierung in den 7 l Bioreaktor wurde die prozesstechnische Realisierbarkeit gezeigt. Jedoch wurden nur 85 mg/l Psilocybin gebildet, was z. B. am Alter der für die Vorkultur verwendeten Sporen gelegen haben kann und die Grundlage für eine weitere Optimierung darstellt. Insgesamt ist es dieser Arbeit gelungen, das Kultivierungsmedium sowie den Induktionszeitpunkt im Schüttelkolbenmaßstab zu optimieren und weitere potenziell optimierbare Prozessparameter zu identifizieren (z. B. die Stickstoffkonzentration). Es wurde mit 262 mg/l die höchste bisher in A. nidulans erreichte Psilocybinkonzentration gemessen. Weiterhin konnte das Potenzial von A. nidulans zur biotechnologischen Herstellung von Psilocybin verdeutlicht werden, da das Scale-up in den 7 l Bioreaktormaßstab erfolgreich durchgeführt werden konnte, aber auf Grund der geringeren Psilocybinkonzentration im Vergleich zur Schüttelkolbenkultivierung noch weitreichendes Optimierungspotenzial aufweist.
Betrachtung der Fitnessentwicklung von ssDNA und ssRNA Phagen und Evaluierung des LAMP Verfahrens anhand der Modellphagen MS2 und PhiX174. - Ilmenau. - 98 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
In vorangegangenen Masterarbeiten wurden bereits verschiedene populationsgenetische Experimente mit den Bakteriophagen T4 und T7 durchgeführt. Diese Arbeit soll eine Erweiterung dieser Versuchsreihe darstellen, indem sie die Fitnessentwicklung von MS2 und PhiX, zwei einzelsträngigen Modell-Phagen, betrachtet. Dabei werden die Phagen mittels 40 Plaque to Plaque Passagen vermehrt und ihre Entwicklungen dokumentiert. Da in den früheren Arbeiten eine genetische Eigenschaftsänderung Restriktionsverdaus lediglich vermutet werden konnte, soll in dieser Arbeit zusätzlich eine alternative, hoch spezifische Amplifikationsmethode namens „LAMP“ (loop mediated isothermical amplification) untersucht werden. Dabei wird die Methode auf ihre Genom-Konzentrationsgrenzen sowie andere Faktoren untersucht und beurteilt. Schlussendlich soll die Fragestellung betrachtet werden, ob die Methode sich zum Nachweis von Phagen-Genomen eignet, bzw. worin ihre Vor- und Nachteile gegenüber der herkömmlichen PCR liegen.
Contributions to aryl-benzyl bis-thiazole heterocyclic systems. - Ilmenau. - 47 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Thiazole sind die Grundbausteine vieler natürlich vorkommenden chemischen Verbindungen. So lassen sie sich zum Beispiel als Teil von Vitamin B1 oder Coenyzme Carboxylasen wiederfinden. Diese wiederum sind wichtiger Bestandteil des Lebens und unterstützen beispielsweise einen ausgeglichenen, biochemischen Haushalt im menschlichen Körper. Desweiteren begleitet die Thiazole eine Lumineszenz – die Fluoreszenz. Ausschlaggebend ist diese unteranderem bei den Glühwürmchen, wo Thiazole als Grundbaustein des D-Luciferins dienen. Genau diese Eigenschaften sind es auch, die als Motivation für diese Arbeit dienen. 2,5-substituierte 4-Hydroxythiazole und ihre Derivate weisen charkteristische Fluoreszenz auf, welche durch geziehlte Derivatisierung manipuliert werden kann. Besonders auch die bis-Thiazole sind von Interesse, da sie als Liganden agieren können in Komplexen mit Metallionen. Die dadruch entstehende Veränerung der Fluoreszenz ermöglicht ihren Nutzen als Chemosensoren. Diese Arbeit untersucht neue mono-Thiazol sowie ortho-bis-Thiazolverbindungen und unternimmt erste Schritte um ihr Potential als Chemosensoren zu etablieren.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Wärmeabfuhr in industriellen Semi-Batch Reaktorsystemen. Zur näheren Betrachtung wurden Ethoxylierungsreaktionen mit verschieden viskosen Produkten herangezogen.
Electrochemical Investigations on Carbon Nanotubes in Concentrated Sulfuric Acid. - Ilmenau. - 51 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind bekannte und in der Forschung stark nachgefragte Substanzen. Die breite Palette an Eigenschaften, die sie bieten, macht sie außergewöhnlich und sehr interessant nicht nur in der Grundlagenforschung, sondern auch in der Anwendung. In dieser Arbeit wurde das oxidative und reduktive Verhalten von Carbon Nanotubes unter konzentrierter Schwefelsäure untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Oxidation in mehreren Schritten bei unterschiedlichen Potentialen abläuft, wobei der letzte Schritt die vollständige Oxidation des Kohlenstoffs zu CO2 ist. Wenn die Umwandlung nicht vollständig ist, wurden in den Proben Poren mit maßgeschneiderten Durchmessern gefunden. Dieser Befund macht die Produkte interessant für Anwendungen in Membranen zur Gas- und Flüssigkeitstrennung. Darüber hinaus ist aufgrund der hohen spezifischen Fläche die Verwendung als Träger für Katalysatoren zu erwarten. In dieser Arbeit wird der Mechanismus der elektrochemischen Oxidation/Reduktion von Kohlenstoff-Nanoröhren unter konzentrierter Schwefelsäure mit Hilfe von zyklischer Voltammetrie, Chronopotentiometrie, Thermogravimetrie und Rasterelektronenmikroskopie aufgeklärt. Weitere Experimente sind erforderlich, um die Identität der Zwischenprodukte endgültig nachzuweisen.
Mikrofluidische Untersuchungen zum mikrobiellen Abbau von synthetischen Polymeren und Polymerpartikeln. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einer Anwendung von segmentbasierten Mikrofluidtechnik, bei der etablierten optischen Messtechniken, MTP-Kulturtechniken und moderne molekularbiologische Methoden (NGS, 16S rRNA-Gensequenzen) kombiniert werden, um neue Isolate aus Bodenproben von speziellen Standorten zu gewinnen und zu identifizieren, die in der Lage sind, synthetische wasserlösliche Polymere (Polyvinylpyrrolidon PVP, Polyacrylamid PAM und Polyethylenglykol PEG) und PMMA-Polymerpartikel abzubauen. Zur Bewertung des Bakterienwachstums innerhalb des 500 nl-Segments wurde die Kombination von mikrofluidischen Segmenten mit einem miniaturisiertem Durchfluss-Photo-Fluorimeter verwendet. Es wurden Serien von sub-µl-Segmenten erzeugt, die Bodenbakteriengemeinschaften enthielten und verschiedenen wasserlösliche Polymeren und Polymerpartikel ausgesetzt wurden. Die segmentbasierte mikrofluidische Technik liefert äußerst detaillierte Dosis-Wirkungs-Beziehungen und eignet sich gut für die Umsetzung des Prinzips der "reduzierten Gemeinschaften". Sie ermöglicht die Identifizierung charakteristischer Reaktionsmuster von mikrobiellen Bodengemeinschaften als Reaktion auf verschiedene wasserlösliche Polymere oder Polymerpartikel und die Klassifizierung mikrobieller Gemeinschaften verschiedener Böden. Mit dieser Strategie könnten 84 Isolate aus den Polymer-Experimenten und 20 Isolate aus den PMMA-Polymerpartikel-Experimenten gewonnen werden, wobei die meisten Isolate zu den Phyla Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes gehörten. Anschließende wurden 8 Isolate, darunter Achromobacter spanius, Advenella kashmirensis, Pseudarthrobacter siccitolerans und Priestia aryabhattai ausgewählt, um eine phänotypische Charakterisierung gegen synthetische Polymere mittels Mikrofluidtechnik durchzuführen. Durch hochauflösendes Dosis-Wirkungsscreening konnte gezeigt werden, dass Achromobacter spanius das Potential zum Abbau von PVP, PEG und PAM besitzt. Das Einzelwirkungsscreening der Co-Kultur von Pseudarthrobacter siccitolerans und Priestia aryabhattai gegen PVP zeigte, dass PVP in Co-kultivierten mikrofluidischen Kulturen schneller abgebaut wurde als in Einzelkultur. Das Einzelwirkungsscreening von Pseudarthrobacter siccitolerans gegen PMMA-Partikel zeigte, dass PMMA-Partikel als Kohlenstoffquelle eingesetzt werden können. Ein Kombinationswirkungsscreening von Advenella kashmirensis gegen binäre Gemische aus PEG und PVP zeigte eine stärkere Autofluoreszenz als beim Screening gegenüber den Einzelsubstanzen.
Voruntersuchungen zur Wirkung potentiell antiviraler Peptide am Beispiel von Bakteriophagen. - Ilmenau. - 47 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Die vorliegende Bachelorarbeit beinhaltet Voruntersuchungen zu einer neuartigen antiviralen Strategie auf Basis von Enzym inhibierenden Peptiden. Ziel ist es, Versuche dieser Methode in nicht pathogenen Systemen mit Bakterien und Bakteriophagen als Modellorganismen durchzuführen. Eine Methode zur Anwendung der Strategie wurde entwickelt und Versuche zur Wirksamkeit durchgeführt.
Optimale Annealingbedingungen für DNA Oligomere. - Ilmenau. - 48 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Die vorliegende Bachelorarbeit hatte das Ziel, die Arbeit vorangegangener Bachelorarbeiten weiter zu führen und deren Prozesse zu optimieren. In diesen Arbeiten ging es darum, artifizielle ssDNA Oligonukleotidsequenzen zu designen und aus diesen Texte in Form von einer Abfolge bestimmter DNA Codons darzustellen. Die codierten ssDNA Sequenzen können in Form von dsDNA mit produktspezifischen Informationen als Gegenstände aller Art angebracht werden. In der Synthese dieser dsDNA Sequenzen ergeben sich aber Probleme, da ein Großteil des Produkts mit unterwünschten Nebenprodukten anfällt. In verschiedenen Experimenten wurde jetzt versucht, die Synthese möglichst reiner dsDNA Sequenzen zu realisieren.
Photo assisted transport behaviour of donor acceptor stenhouse adducts at aqueous-organic interface and their conjugates with drug-like molecules. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Smarte Systeme verändern unseren Alltag seit ihrem Aufkommen für die Fähigkeit zur Signalerfassung; Übertragung und, was noch wichtiger ist, Entscheidungen zu treffen und Anweisungen auf der Grundlage verfügbarer Informationen und einer Datenbibliothek zu erteilen. Meist aus Mikrosystemen hervorgegangen, haben Smart Systems heute immer mehr Kombinationen zwischen Mikrosystemtechnik und anderen Disziplinen wie Biologie, Chemie, Nanowissenschaften, Kognitionswissenschaften geschaffen. Eine neue Klasse von Nanomaterialien, sogenannte Smart Materials, die die Grundlage für solche Smart Systems bilden, hat in den letzten Jahrzehnten eine rasante Entwicklung genommen und auch von der modernen Gesellschaft miterlebt. Im Gegensatz zu herkömmlichen statischen Materialien sind intelligente Materialien strukturell und aktiv. Sie bieten Funktionen zur Selbstbetätigung, Selbsterfassung, Selbstheilung, Selbstmontage und Selbstanpassung; reagieren auf Umweltveränderungen und haben ein großes Potenzial für Anwendungen in vielen Bereichen. In den letzten Jahrzehnten haben sich die Anwendungen von intelligenten Materialien oder genauer gesagt stimuliresponsiven Molekülen immer schneller und breiter in biologischen, pharmakologischen, medizinischen und klinischen Bereichen ausgebreitet. Eine der bekanntesten Anwendungen sind Nanocarrier für die gezielte Verabreichung von Arzneimitteln. Um einen zielgerichteten Transport von Pharmazeutika zu erreichen, werden mit spezifischen Einheiten wie Antikörpern, Genfragmenten, Peptiden etc. modifizierte Träger eingesetzt, die das Medikament vor Abbau schützen, die Zielzellen spezifisch erkennen und vor allem das Medikament unter einzigartigen Stimuli freisetzen .In dieser Arbeit versuchen wir, chemische Konjugate zu etablieren, die durch harmloses sichtbares Licht mit einigen bioaktiven wirkstoffähnlichen Molekülen durchstimmbar sind. Eine neue Klasse von photoschaltbaren Molekülen: Donor acceptor Stenhouse adducts (DASAs) werden zu unserem wunderbaren Kandidaten für ihren photoempfindlichen Schalter der Molekülstruktur und die entsprechende Löslichkeit in organischen und wässrigen Lösungsmitteln. Um einen Drug-Delivery-Prozess abzuschließen, muss vorab das Transportverhalten des Drug-Carriers getestet werden. Das erste Ziel dieser Arbeit ist es, die Transportmöglichkeit von DASAs zwischen organischer und wässriger Phase und sogar einen konsistenten Transport durch eine wässrige Phase von einer organischen Phase zur anderen in einer spezifischen Dreiphasensäule zu untersuchen. Der zweite Zweck ist die Synthese von bioaktiven, wirkstoffähnlichen DASA-Konjugaten. Das medikamentenähnliche Dihydropyrimidinon (DHPM)-Derivat wird zuerst für unsere DASA-donor-modifikation ausgewählt aufgrund seiner Analogien zu Dihydropyridin (DHP)-Derivaten, die bereits häufig als Medikamente gegen Kardiomyopathie verwendet werden. Die sogenannten DHPM-DASA-Konjugate werden dann mit dem DHPM-funktionalisierten Donor erzeugt. Die Modifikation des DASA-Akzeptors erfolgt durch die berühmte Kupfer(I)-katalysierte Azid-Alkin-Cycloaddition (CuAAC). 1,2,3-Triazol wird verwendet, um drei Arzneimittel-Zwischenprodukte und normalen DASA-Akzeptor zu kombinieren, um einen Click-DASA-Akzeptor zu erzeugen, der auch für die nächste Synthese von wirkstoffähnlichen Click-DASA-Konjugaten wichtig ist. Die Charakterisierung dieser beiden wirkstoffähnlichen DASA-Moleküle wird auch durchgeführt, um die ursprüngliche lichtempfindliche Eigenschaft von DASA-Molekülen zu verifizieren. Mit beiden positiven Ergebnissen der Synthese und Charakterisierung bringen wir sie zum Transporttest mit Dreiphasensäule. Abgesehen davon, dass wir am Ende dieser Arbeit auch versucht haben, ein komplexes wirkstoffähnliches Click-DHPM-DASA mit sowohl der DHPM-Gruppe als auch der Wirkstoff-Zwischengruppe zu synthetisieren.
Wirkung von siRNA auf die Genexpression von Survivin in Brustkrebszellen. - Ilmenau. - 51 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Die vorliegende Bachelorarbeit untersucht die Wirkung von siRNA auf die Genexpression von dem Protein Survivin in humanen Brustkrebszellen. Survivin gehört zur den Apoptose-hemmenden Proteinen und kommt in Krebszellen in hohem Maße vor. Zur Untersuchung werden zwei verschiedene siRNAs und ein Primer-Paar über die Festphasensynthese hergestellt und mittels MALDI-TOF, LC-MS, IC und HPLC analysiert. Anschließend werden die siRNAs mit Lipofectamin in MCF7-Zellen eingebracht und die Wirkung auf die Genexpression mit einer qPCR festgestellt. Die Ergebnisse sollen zeigen, ob die siRNAs und Primer erfolgreich hergestellt werden können. Des Weiteren gilt es ein Silencing der Survivinexpression durch die synthetisierten siRNAs aufzuzeigen.