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Geistig fit durch mediterrane Kost? : Wie Menschen gesünder alt werden können
(2003)
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Gunter P. Eckert
Sebastian Schaffer
Stephanie Schmitt-Schillig
Walter E. Müller
- In südlichen Gefilden wächst so manches, was in Maßen genossen dem Wohlbefinden dient. Dies gilt nicht nur für Heilkräuter und Rotwein, sondern vermutlich auch für andere für den Mittelmeerraum typische Getränke und Speisen. Auf der Suche nach diesen "natürlichen Apotheken" erfassen Wissenschaftler aus Deutschland und sechs weiteren europäischen Ländern derzeit seltene Unterarten bewährter Nutzpflanzen wie Thymian, Olive, Wein und Orange. Sie erforschen, ob die seit Jahrhunderten überlieferten Schutzund Heilungskräfte der Gewächse einer wissenschaftlichen Prüfung standhalten und worauf sie beruhen. Die Frankfurter Gruppe um Prof. Dr. Walter Müller hat dabei insbesondere Stoffe im Blick, die das Nervensystem beeinflussen. Macht mediterrane Kost wirklich geistig fit?
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Klimaverschiebungen bringen Vogelarten in Bedrängnis : wie sich die Konkurrenz zwischen Vögeln und Siebenschläfern verschärft
(2003)
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Karl-Heinz Schmidt
- Die Mitteltemperatur hat sich in den vergangenen 120 Jahren um mindestens 0,6 Grad Celsius erhöht. Für die nächsten hundert Jahre wird ein weiterer Anstieg um 1,4 bis 5,8 Grad Celsius prognostiziert. Auswirkungen dieser Erwärmung sind heute schon in der Tierwelt in unseren Regionen zu spüren: So ziehen einige Vogelarten im Winter nicht mehr in ferne Gefilde, sondern überwintern deutlich näher an ihren Brutgebieten. Verschiedene Tier- und Pflanzenarten, wie die Zebraspinne (Argiope bruennichi) oder das Salomonsiegel (Polygonatum odoratum), breiten sich stärker nach Norden aus. Immer häufiger gerät die friedliche Koexistenz von Tieren ins Wanken: Wegen der gestiegenen Temperaturen erwachen die Siebenschläfer deutlich früher aus ihrem Winterschlaf und stellen eine Bedrohung für höhlenbrütende Singvögel dar.
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Von Schnecken und Menschen : beeinflussen Umweltchemikalien die Entwicklung und Fortpflanzung?
(2003)
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Jörg Oehlmann
- In allen Stämmen des Tierreichs werden Entwicklung und Fortpflanzung durch chemische Botenstoffe gesteuert. Obwohl die generelle Strategie der endokrinen Kontrolle im Laufe der Evolution weitgehend unverändert blieb, bildeten die verschiedenen systematischen Gruppen stark divergierende Hormonsysteme aus. Gleichwohl werden einige Hormonklassen, etwa die zu den Steroiden gehörenden Geschlechtshormone der Wirbeltiere, auch von wirbellosen Tieren, wie den Stachelhäutern (Echinodermaten) oder den Vorderkiemerschnecken (Prosobranchier), als Signalstoffe verwendet.
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Antibiotika aus Käse und Humus : eine Alternative bei Resistenzen - die Lantibiotika Nisin und Subtilin
(2003)
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Torsten Stein
Karl-Dieter Entian
- Krankheitserreger lernen schnell und gründlich. Manche von ihnen besiegen bereits alle therapeutisch zur Verfügung stehenden Antibiotika. Doch Biochemiker und Mikrobiologen haben die Suche nach Substanzen mit neuartigen Wirkmechanismen gestartet und sind in Milch und Erde fündig geworden.
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Der unerschöpfliche Reichtum des Mikrokosmos : Reise in eine Welt der verborgenen Landschaften mit dem Elektronenmikroskop
(2003)
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Manfred Ruppel
- Wer tagtäglich in die Mikrowelt eintaucht, dem geht weniger die sichtbare Welt verloren, vielmehr zieht er Gewinn aus den Strukturen der sonst unsichtbaren Feinheiten aus belebter und unbelebter Natur . Vielleicht lüftet nicht jede Probe spektakulär Neues, aber es offenbaren sich ständig wechselnde ästhetische Momente im unerschöpflichen Reichtum des Mikrokosmos. In jenem abgedunkelten Raum, in dem sich das Raster-Elektronenmikroskop mit seinen tuckernden Vakuumpumpen befindet, blicken wir auf Fernsehmonitore, die durch den nachleuchtenden Elektronenstrahl eine plastische, sehr tiefenscharfe Gebirgswelt zaubern, eine Kraterlandschaft, scheinbare Phantasiegebilde, die beispielsweise von der Unterseite des Lavendelblattes stammen.
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Untersuchung der Kälteadaptation der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae
(2003)
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Babette Schade
- Organismen besitzen die Fähigkeit sich Temperaturerniedrigungen anzupassen, wobei über die molekularen Mechanismen der Kälteadaptation wenig bekannt ist. Für die Untersuchung dieser Mechanismen stellt die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae ein ausgezeichnetes Modellsystem aufgrund der einfachen Struktur und der Möglichkeit zur genetischen Manipulation dar. In dieser Arbeit wurde die transkriptionelle Antwort von S. cerevisiae auf Kälte mit Hilfe von DNA Chips (6330 ORFs) charakterisiert, wobei Proben von Hefekulturen mit einer Inkubationsdauer von 10 und 30 min, 2, 12 und 60 h bei 10°C verwendet wurden. 634 Gene reagierten mit einer signifikanten Expressionsänderungen auf den Kälteeinfluss, wobei zwei distinkte Phasen, definiert als frühe und späte Kälteantwort, identifiziert wurden. Vergleiche der Kälteantwort mit Expressionsdaten verschiedener Umweltstressbedingungen ergaben differentielle Expressionsmuster. Im Vergleich zu anderen Stressreaktionen zeigten Gene der frühen Kälteantwort entweder ein entgegengesetztes Expressionsmuster (“inverser Hitzeschockeffekt”) oder keine transkriptionelle Reaktion. Dieser Effekt kehrte sich während der späten Kälteantwort in eine allgemeine Stressantwort um. Messungen des Trehalose- und Glykogengehalts sowie Studien mit einer in der Stressinduktion beeinträchtigten Doppelmutante Δmsn2/Δmsn4 bei 10°C zeigten, dass die allgemeine Stressantwort ein Teil der späten Kälteantwort ist. Dagegen deuten die Daten der frühen Kälteantwort auf eine Kälte-spezifische Reaktion hin, wobei Anpassung der Membranfluidität sowie RNA-Modifikation eine essentielle Rolle spielen. Im Zusammenhang mit der Untersuchung der Kälteanpassung in S. cerevisiae wurde der ORF YBR255W mit unbekannter Funktion, dessen Deletion einen Kälte-sensitiven Wachstumsdefekt besitzt, auf molekular-biologischer und biochemischer Ebene charakterisiert. Die transkriptionelle Reaktion einer Δybr255w-Mutante bei Kälte (10ºC) wurde mit den Expressionsdaten des Wildtyps verglichen und zeigte starke Veränderungen während der frühen Kälteantwort, wobei nach 2 Stunden der größte Expressionsunterschied zum Wildtyp beobachtet wurde. 65% der Gene der frühen Kälteantwort zeigten YBR255Wabhängige Veränderungen, darunter Gene des Zellzyklus, des Zellwachstums und der Zelldifferenzierung. Interaktionsstudien auf genetischer und Proteinebene ergaben, dass Ybr255p mit einer Komponente des „Mitotic Exit Network“ und Komponenten des PKC1-Wegs interagiert. Die Überexpression von Ybr225p zeigte drastische Veränderungen der Zellmorphologie, wie sie ebenfalls für Mutanten des „Mitotic Exit Network“ beschrieben sind. Zusammengenommen mit der transkriptionellen Reaktion der Δybr255w-Mutante auf Kälte deuten diese Ergebnisse auf eine essentielle Rolle von Ybr255p im Zellzyklus bei Kälte hin.
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Die Regulation der Glukoneogenese und des Glyoxylat-Zyklus bei den humanpathogenen Hefen Candida albicans und Candida glabrata
(2003)
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Susanne Dicken
- In der vorliegenden Arbeit wurden die Glukoneogenese und der Glyoxylat-Zyklus in den humanpathogenen Hefen Candida albicans und Candida glabrata untersucht und Komponenten dieser Stoffwechselwege charakterisiert. Durch Aktivitätsmessungen konnten Homologe der Enzyme von Glukoneogenese und Glyoxylat-Zyklus in C. glabrata nachgewiesen werden, und gezeigt werden, dass ihre Aktivität einer kohlenstoffquellen-abhängigen Regulation unterliegt. Die Gene der Enzyme des Glyoxylat-Zyklus wurden mittels funktioneller Komplementation in S. cerevisiae isoliert. In S. cerevisiae unterliegen die Enzyme aus C. glabrata derselben Regulation wie die nativen Enzyme aus S. cerevisiae, was darauf hindeutet, dass die aus S. cerevisiae bekannte Regulationskaskade zumindest teilweise in C. glabrata konserviert ist. In C. glabrata konnten ferner Homologe der Transkriptionsaktivatoren Cat8p und Sip4p identifiziert werden. Beide Proteine werden nur bei Wachstum auf nichtfermentierbaren Kohlenstoffquellen gebildet und sind dann im Zellkern lokalisiert. CgCat8p und CgSip4p sind in der Lage, in einem heterologen System die Expression der Gene des Glyoxylat-Zyklus von C. glabrata kohlenstoffabhängig zu aktivieren. Im Vergleich zu ihren S. cerevisiae Homologen, unter denen Cat8p den Hauptregulator darstellt, waren beide Proteine im gleichen Maße in der Lage, ihre Zielgene zu aktivieren. Dies deutet daraufhin, dass die Regulation der Glukoneogenese und des Glyoxylat-Zyklus in C. glabrata redundanter organisiert ist als in S. cerevisiae. Auch in C. albicans konnte ein Cat8p-Homolog identifiziert werden. Das CaCat8p ist in der Lage, in einem heterologen System die Expression der Gene der Glukoneogenese und des Glyoxylat-Zyklus von C. albicans kohlenstoffabhängig zu aktivieren. Die Cat8p-vermittelte Aktivierung erfolgt dabei zumindest teilweise über Sequenzen, die einen ähnlichen Konsensus aufweisen wie die UAS/CSRE des ScCat8p. Eine Deletion von CaCAT8 in C. albicans zeigt aber keinen sichtbaren Phänotyp, was auf die Existenz eines weiteren Aktivators hindeutet. Die Stoffwechselwege der Glukoneogenese und des Glyoxylat-Zyklus sind innerhalb der Hefen konserviert. Auffällig ist allerdings dass die humanpathogenen Hefen C. albicans und C. glabrata im Vergleich zu S. cerevisiae mehrere fast gleichberechtigte Aktivatoren dieser Stoffwechselwege besitzen. Das unterstreicht die Bedeutung, die diese Stoffwechselwege für diese Hefen haben.
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Sozialstruktur futtersuchender Meisenschwärme
(2003)
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Miriam Pampus
- Durch Beobachtungen individuell farbmarkierter Meisen und Kleiber an einer Futterstelle zwischen Sommer und Frühjahr konnte erstmals die Struktur gemischter Meisenschwärme und ihre Veränderung im Jahresverlauf systematisch analysiert werden. Nur im Winter bilden sich sehr kompakte Schwärme von durchschnittlich 27 Individuen, die sich schnell fortbewegen und nur zehn bis fünfzehn Minuten an der Futterstelle verweilen. Ihr Auftreten ist sowohl mit der Tageslänge als auch direkt mit der Temperatur korreliert. Eine Erniedrigung der Temperatur führt zu einem engeren Zusammenschluß der Individuen, vor allem auch verschiedener Arten. Dieses Verhalten ermöglicht eine effizientere Nahrungssuche, weil die Individuen von den Kenntnissen der übrigen Schwarmmitglieder über Nahrungsquellen profitieren und weil sie weniger Zeit zum Sichern aufwenden müssen. Die Schwarmgröße ist jedoch nicht temperaturabhängig. Sie wächst mit der Anzahl der Individuen, die an einem Tag die Futterstelle nutzen. Demnach erweitern die Individuen im Winter ihre Aktionsräume, vermutlich aufgrund des erhöhten Nahrungsbedarfs. Dadurch begegnen sich mehr Individuen bei der Nahrungssuche und bilden größere Schwärme. Die individuelle Zusammensetzung der Schwärme verändert sich dabei ständig. Es gibt keine Gruppen fester Zusammensetzung, die auch nur tage- oder stundenweise zusammen blieben. Während die Neigung der Individuen, sich anderen Meisen anzuschließen, im Winter sehr stark ist, spielen individuelle Bindungen für die Schwarmbildung offensichtlich keine Rolle. Dieser offenen Struktur der Schwärme entsprechend, wurde bei der Kohlmeise, die den größten Anteil an den gemischten Schwärmen hatte, nur eine schwach entwickelte, nicht strikt lineare Rangordnung gefunden. Lediglich das Männchen, in dessen Brutrevier die Futterstelle lag, war allen anderen Individuen eindeutig überlegen. Territorialität beeinflußte bei Männchen und Weibchen die Aggressivität. Männchen sind aggressiver als Weibchen, jedoch nicht immer dominanter, das Alter spielt für die Dominanz keine Rolle. Männchen sind um so dominanter, je schwerer sie sind. Männchen, die bis Ende Juli im Gebiet eintreffen oder im Vorjahr schon ansässig waren, sind dominanter als Männchen, die erst ab Oktober eintreffen. Bei jungen Männchen wird die Dominanz hauptsächlich von der Aggressivität bestimmt. Die einzige nachweisbare individuelle Bindung bei Kohlmeisen in Winterschwärmen ist die Paarbindung, die im Gegensatz zu bisherigen Vermutungen bereits ab Oktober besteht. Die Wahl von Freßkumpanen ist dennoch nicht völlig beliebig. Männchen meiden einander, und Weibchen ziehen andere Weibchen als Freßkumpaninnen vor, weil sie von Männchen vom Futter verdrängt werden könnten. Bei einander bereits bekannten Brutvögeln ist dies jedoch nicht festzustellen. Männchen, die sich gegenseitig einschätzen können, meiden einander nicht grundsätzlich. Auch verpaarte Weibchen meiden bekannte Männchen nicht. Sie profitieren vielleicht auch vom Status ihres Männchens. Sowohl die schwach ausgeprägte Rangordnung als auch das Fehlen individuell aneinander gebundener Gruppen bei Kohlmeisen widerspricht der einzigen systematischen Freilanduntersuchung zur Sozialstruktur der Kohlmeise, die in einer Population der japanischen Unterart P. m. minor feste Gruppen konstanter Zusammensetzung fand. Ein selektiver Vorteil von Gruppen konstanter Zusammensetzung ist nicht zu erkennen, da keine gemeinsamen Territorien verteidigt werden und sich Individuen verschiedener Gruppen frei mischen. Die zwischenartliche Dominanzstruktur in den gemischten Schwärmen war eindeutig. Kleiber, die sich einzeln oder paarweise Meisenschwärmen anschließen, dominieren alle Meisenarten, Kohlmeisen dominieren Blau- und Sumpfmeisen. Letztere sind allen anderen Arten unterlegen. Dementsprechend bevorzugen Sumpf- und Blaumeisen Artgenossen als Freßkumpane. Kohlmeisen ziehen jedoch die schwächeren Blaumeisen ihren eigenen Artgenossen vor. Dominante Arten profitieren von der gemeinsamen Nahrungssuche mit untergeordneten Arten, weil sich die Nahrungskonkurrenz, die mit der Schwarmbildung immer verbunden ist, auf sie weniger negativ auswirkt. Als schwächste Art bleiben die Sumpfmeisen innerhalb gemischter Schwärmen meist deutlich unter sich und mischen sich nur im Winter stärker mit anderen Arten. Durch den erhöhten Nahrungsbedarf und die stark herabgesetzte Aggressivität der Individuen in dieser Zeit übersteigt dann der Vorteil großer Schwärme für die Nahrungssuche den Nachteil der Konkurrenz auch für unterlegene Individuen.
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Fossil birds from the lower eocene Green River formation (USA)
(2003)
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Ilka Weidig
- The objective of this study is the avifauna of the North American Green River Formation. Five new Green River bird species as well as several new specimens of already known species are described. * Galliformes: Gallinuloides wyomingensis EASTMAN 1900 A second specimen of the galliform Gallinuloides wyomingensis could be identified. Gallinuloides wyomingensis resembles closely Paraortygoides MAYR 1999, which is known from Messel and the London Clay. The new specimen exhibits characters such as a cup-like cotyla scapularis of the coracoid that clearly indicate that Gallinuloides is a stem-group representative of galliforms. * Eurypygidae: Eoeurypyga olsoni gen. et sp. nov. Eoeurypyga is the only fossil representative of the Eurypygidae. Eoeurypyga and the modern sunbittern Eurypyga helias share the typical long bill, the caudally situated neck and the elongated vertebrae cervicales. Additional synapomorph characters were found. The new species indicates a North American origin for the Eurypygidae. * Messelornithidae: Messelornis nearctica HESSE 1992 The original description of Messelornis nearctica was based on a single specimen. Ten new specimens, described in this study, reveal additional information. Messelornis nearctica shows the same large intraspecific size range as Messelornis cristata HESSE 1988 from Messel, the type species of the genus. * Apodidae: Wyomingcypselus pohli gen. nov. sp. nov. Wyomingcypselus pohli is the first described fossil apodiform bird for North American. Due to characters of the wing, especially the position of the processus musculi extensor metacarpi radialis, Wyomingcypselus is referrred to the Apodidae. * Trogoniformes: unnamed species The Green River birds include a poorly preserved, but apparently heterodactyl specimen, which also resembles trogons in overall appearance. * Primobucconidae: Primobucco mcgrewi BRODKORB 1970 Originally, Primobucco mcgrewi was only known from a partial skeleton consisting of the right wing. Three new specimens could be referred to the species. Primobucco mcgrewi clearly exhibits an anisodactyl foot, which makes the assignment to the zygodactyl Bucconidae highly doubtful. Instead, Primobucco mcgrewi is referrred to the Coraciiformes s.s. Thus, Primobucconidae are the first New World representatives of stem-group Coraciiformes. * ?Leptosomidae: Plesiocathartes wyomingensis sp. nov. and Plesiocathartes major sp. nov. Plesiocathartes wyomingensis and Plesiocathartes major represent the first North American record for the genus. Both species exhibit the diagnostic characters for the Leptosomidae as listed by MAYR (2002a, b). * Primoscenidae: Eozygodactylus americanus gen. et sp. nov. and unnamed species Eozygodactylus americanus is the first North American member of this taxon. Both Eozygodactylus americanus and the unnamed species show the zygodactyl foot and the large processus intermetacarpalis of the carpometacarpus, which are typical for Primoscendiae. Due to differences mainly of the humerus, it was placed in a new genus. Besides the descriptionof new species, the avifauna of the Green River Formatin was studied and compared with the avifauna of Messel. The formations show a high concordance, more than 60 % of the Green River taxa also occur in Messel. Such a high concordance is also found for mammals. This is due to the existence of two landbridges, the Thule landbridge and the de Geer landbridge, between Europe and North America during the early Eocene.
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Etablierung von DNA-Mikroarray-Analysen für halophile Archaea und ihre Anwendung zur Analyse von Stoffwechsel und Zellzyklus
(2003)
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Alexander Zaigler
- Die halophilen Archaea Haloferax volcanii und Halobacterium salinarum haben sich aufgrund ihrer metabolischen Vielseitigkeit und der Verfügbarkeit vieler molekulargenetischer und biochemischer Techniken zu archaealen Modellorganismen für die Untersuchung zellulärer Prozesse entwickelt. In den vergangenen Jahren wurden eine Vielzahl prokaryaler Genome sequenziert, es zeigte sich jedoch, dass ca. 30% aller Gene keine Funktion zugeordnet werden kann. Die funktionelle Genomforschung zielt darauf, durch parallele genomweite Untersuchung der Genexpression die Funktion der Transkripte bzw. der Proteine aufzuklären. In der vorliegenden Arbeit wurden für beide halophilen Archaea genomweite Genexpressionsanalysen unter Verwendung der DNA-Mikroarray- Technologie etabliert. Aufgrund der derzeit nicht vorhandenen Genomsequenz wurde für die Untersuchung der Genexpression von H. volcanii der erste und bisher einzig beschriebene genomweite shotgun-DNA-Mikroarray konstruiert. Dazu wurde zunächst eine Genombibliothek mit einer durchschnittlichen Fragmentgröße von 1,5 kb hergestellt. Die Genombibliothek wurde anschließend in eine PCR-Produkt-Bibliothek umgewandelt, die dazu genutzt wurde, in einem hochdichten Raster zwei DNA-Mikroarrays herzustellen, einen 960-Sonden DNA-Mikroarray zur Etablierung und Optimierung der Methode und einen 2880-Sonden DNA-Mikroarray, der einer einfachen Genomabdeckung entspricht. Für den Vergleich der Genexpression nach einer Änderung der Kohlenstoffquelle wurden Zellen von H. volcanii einem Wechsel von Wachstum mit Aminosäuren zu Wachstum mit Glukose als alleiniger Kohlenstoff-Quelle unterzogen. Die Transkriptomänderungen vom Wechsel der Kohlenstoff-Quelle bis zum erneuten Beginn des exponentiellen Wachstums wurden zu fünf Zeitpunkten mit dem 2880-Sonden DNA-Mikroarray analysiert. Es wurden fünf verschiedene Klassen kinetisch gleichregulierter Gene gefunden, die entweder induziert, reprimiert oder transient induziert waren. Insgesamt wurden ca. 10% aller Gene zu mindestens einem Zeitpunkt mehr als 2,5 fach reguliert. Für Gene aller fünf Klassen wurden die Ergebnisse durch Northern-Analysen verifiziert. Die Identität der regulierten Gene wurde durch Sequenzierung der PCR-Produkte von beiden Enden ermittelt. Es wurde ein breites Spektrum an Genen identifiziert, deren Genprodukte für unterschiedliche funktionelle Kategorien wie Stoffwechselenzyme, ABC-Transporter, regulatorische Proteine und hypothetische Proteine usw. kodieren. Viele gleichregulierte Gene kodieren für Proteine gemeinsamer Funktion. Erwartete wie auch unerwartete Ergebnisse erlaubten Vorhersagen über den zentralen Metabolismus, die Transportkapazität und der zellulären Organisation bei Wachstum von H. volcanii auf Aminosäuren bzw. Glukose. Die Mikroarray-Analysen stehen im Einklang mit der Wachstumsrate und dem Ribosomengehalt von H. volcanii bei Wachstum auf den alternativen Kohlenstoffquellen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass ein shotgun-DNA-Mikroarray mit einfacher Genomabdeckung die Charakterisierung der Regulation metabolischer Prozesse sowie die funktionelle Charakterisierung von Proteinen bzw. Proteinkomplexen erlaubt. Für Halobacterium salinarum, dessen Genomsequenz bekannt ist, wurde ein genomweiter genspezifischer DNA-Mikroarray konstruiert. Hierzu wurde jeder ORF des Genoms unter Verwendung von ORF-spezifischen Oligonukleotiden mittels PCR amplifiziert. Zur Etablierung dieses Systems wurden zunächst mit einem 200-Sonden DNA-Mikroarray exemplarisch Genexpressionsanalysen für zwei verschiedene Wachstumsbedingungen durchgeführt. Bei anaeroben Wachstum von H. salinarum durch fermentativen Argininabbau wurden im Vergleich zu aeroben Wachstum die für die Argininfermentation essentiellen Gene induziert. Dagegen wurden charakteristische Gene des aeroben Stoffwechsels reprimiert. Zur Untersuchung des Zellzyklusses von H. salinarum wurde der genomweite genspezifische DNAMikroarray verwendet. Um erstmals genomweit die zellzyklusspezifische Genexpression eines Archaeons zu analysieren, wurden Zellen von H. salinarum durch eine reversible Zellzyklusblockade mit Aphidicolin, einem DNA-Polymerase Inhibitor, synchronisiert. Vorläufige Transkriptomstudien mit einer synchron wachsenden H. salinarum-Kultur deuten an, dass die Transkription der Mehrzahl der Gene im Verlauf des Zellzyklusses nicht reguliert wird. Die Untersuchungen dieser Arbeit bilden die Grundlage für genomweite funktionelle Charakterisierungen haloarchaealer Genexpression und Regulationsprozesse.
