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Item type:Item, To Strepto and beyond! Large-scale bacterial genomics with a focus on pathogenic streptococci(2026-03) Fenske, LindaBacteria are central research organisms across many disciplines and capturing their diversity is essential for understanding their genomic features, which in turn illuminate virulence, transmission, and the rapid evolution and spread of antimicrobial resistance. Advances in whole-genome sequencing has driven an explosion of publicly available data, with thousands of new datasets deposited daily. However, despite broad data availability, major hurdles remain in terms of accessibility and comparability due to heterogeneous processing pipelines, inconsistent quality control, and incomplete or unstructured metadata.<br> *Streptococcus agalactiae* is an opportunistic multi-host pathogen with major relevance in both human and veterinary medicine. Beyond humans and cattle, *S. agalactiae* has also been reported in endangered species such as elephants, but elephant-associated strains lack detailed genomic characterization to date. Although extensively studied, existing genomic work is often restricted to specific regions or single outbreaks, offering only fragmented views of its true diversity.<br> This thesis addresses these challenges through three linked projects, motivated by an interest in the diversity of *S. agalactiae*. Initial attempts to perform a large-scale comparative analysis of *S. agalactiae* were hampered by the lack of suitable reference datasets. To enable robust comparative genomics from uniformly processed public data, BakRep was developed: A large-scale, searchable web repository built on the assemblies from the *AllTheBacteria* project. BakRep connects consistent genomebased characterizations, like taxonomic information, subtypings and annotations, with descriptive metadata and provides an integrated search interface complemented by interactive visualizations of genomic features. As a use case, BakRep was used to conduct a population-scale comparative analysis of all *S. agalactiae* genomes in the repository, confirming dominant stable lineages while exposing substantial metadata gaps that limited biological interpretation and highlighted the need for curated, structured metadata. Additionally, isolates from elephant-derived *S. agalactiae* were analyzed, to address the present date deficit.<br> These isolates were phylogenetically distinct from strains found in other hosts, and several lineage-specific genes suggested potential niche adaptation. Together, this work demonstrates how consistent, scalable resources support large-scale comparative studies across thousands of bacterial species to identify shared patterns of adaptation, virulence, as well as resistance, to guide focused follow-up research in lesser-studied hosts and ecological niches. While comparative genomics is crucial for understanding genetic variation and host adaptation in multi-host pathogens like *S. agalactiae*, its impact is undermined when sequencing data are generated and shared without well-curated metadata. Such metadata gaps present significant obstacles to biological interpretation and clinical translation, thereby necessitating rigorous data and metadata quality control. Furthermore, this work identified opportunities to enhance methods devised here, highlighted new research questions, and set a foundation for future investigations.Item type:Item, Vergleich verschiedener Färbemethoden von aufgetautem Tiefgefrier-Rüdensperma(2026) Klumb, Indra SaraDie vorliegende Studie vergleicht sechs etablierte Färbemethoden (Eosin, Eosin-Nigrosin, Diff-Quick®, Hemacolor®, Spermac®, Formolzitrat-Bengalrosa) für die lichtmikroskopische Untersuchung kryokonservierter Rüdenspermien. Nach dem Auftauen wurden die Proben von zehn Rüden in vier Fraktionen aufgeteilt und entweder keinem oder einem zweistündigen Stresstest bei 6 °C, 18 °C oder 37 °C unterzogen. Ziel war es, die pathomorphologische Varianz für eine bessere Aussagekraft der Untersuchungsergebnisse zu erhöhen. Im Anschluss wurden gefärbte Samenzellpräparate angefertigt und sowohl eine pathomorphologische Begutachtung als auch eine Beurteilung der Färbequalität unmittelbar nach der Präparation durchgeführt. Wiederholungsuntersuchungen zur Lagerungsstabilität erfolgten nach 24 Stunden, 7 Tagen und 3 Monaten. Ergänzend wurde das CASA-System AndroVision® eingesetzt. Pro Färbemethode wurden 40 (Eosin, Diff-Quick®, Hemacolor®) bzw. 80 Präparate (Eosin-Nigrosin, Spermac®, Formolzitrat-Bengalrosa) erstellt. Die Gesamtanalyse umfasste 360 Präparate mit 960 Evaluationsprozessen. Dabei ergaben sich folgende wesentliche Erkenntnisse: Eosin - Färbequalität: gute Farbintensität, Detailerkennbarkeit und Kontrast, stabil über 3 Monate. - Im Vergleich: Detailerkennbarkeit: zu t0 signifikant schlechter als Spermac® und Formolzitrat-Bengalrosa (jeweils p = 0,029). - Zeitaufwand: schnellste Methode mit mittlerem Arbeitsaufwand zur Präparation und Beurteilung je Objektträger von 8,15 ± 0,36 Min. (mit Vitalitätsbeurteilung +5,29 ± 0,22 Min.). - Kosten: günstigste Methode mit 0,13 € je Präparat für Verbrauchsstoffe; 1,85 € inklusive Personalkosten (mit Vitalitätsbeurteilung +1,12 €). - Stresstest: signifikant mehr rudimentäre Schwänze bei 37 °C im Vergleich zu ungestressten Proben. - Lagerungsstabilität: keine relevanten Veränderungen der Pathomorphologie. - Besonderheiten: sehr gut für die Routinediagnostik geeignet, sofern keine Beurteilung des Akrosoms benötigt wird. Eosin-Nigrosin - Färbequalität: gute Farbintensität; leicht unterdurchschnittliche Detailerkennbarkeit und Kontrast. - Im Vergleich: signifikant schlechtere Detailerkennbarkeit als Spermac®- und Formolzitrat-Bengalrosa-Färbung; schlechterer Kontrast als Diff-Quick®, Spermac® und Formolzitrat-Bengalrosa (jeweils p = 0,029). - Zeitaufwand: 10,54 ± 0,50 Min. (mit Vitalitätsbeurteilung +5,45 ± 0,28 Min.). - Kosten: 0,26 € Verbrauchsstoffe; 2,49 € inklusive Personalkosten (mit Vitalitätsbeurteilung +1,15 €). - Stresstest: signifikant mehr Pathomorphologien bei 37 °C im Vergleich zu ungestressten Samenzellen (p = 0,012). - Lagerung: keine maßgeblichen Veränderungen der Pathomorphologie oder Qualitätsparameter. - Besonderheiten: feine Strukturen (Schwanzenden) teils nur mit erhöhtem Zeitaufwand beurteilbar, daher eingeschränkt für fein graduierte morphologische Beurteilung geeignet. Diff-Quick® - Färbequalität: gute Detailerkennbarkeit, mittlere Farbintensität und sehr guter Kontrast. - Im Vergleich: signifikant höherer Kontrast als bei Eosin-Nigrosin (p = 0,029). - Pathomorphologie: niedrigster Anteil pathomorphologischer Veränderungen (Md = 13,75 %); signifikant weniger Schleifenformen als bei Spermac® (p = 0,029). - Zeitaufwand: 10,24 ± 0,38 Min. - Kosten: 0,46–0,91 € Verbrauchsstoffe, abhängig vom Verbrauch der Farblösungen; 2,63–3,08 € inklusive Personalkosten. - Stresstest und Lagerung: keine signifikanten Effekte auf Pathomorphologie-Prävalenzen oder Färbequalität. - Besonderheiten: robuste und schnelle Methode, die sich bei niedrigem Farbstoffverbrauch für Labore mit hohem Probenaufkommen eignet. Hemacolor® - Färbequalität: gute Farbintensität, Detailerkennbarkeit und Kontrast; vereinzelt hohe Variabilität der Farbintensität (blass) ohne Beeinträchtigung der Beurteilbarkeit. - Zeitaufwand: 10,46 ± 0,32 Min. - Kosten: 0,69–2,28 € Verbrauchsstoffe, abhängig vom Verbrauch der Farblösungen; 2,90–4,49 € inklusive Personalkosten. - Stresstest und Lagerung: keine signifikanten Effekte auf Pathomorphologie-Prävalenzen oder Färbequalität. - Besonderheiten: beständige und schnelle Ergebnisse; wirtschaftlich jedoch nur bei niedrigem Verbrauch der Farblösungen oder geringer Priorität der Wirtschaftlichkeit sinnvoll. Spermac® - Färbequalität: beste Ergebnisse aller Methoden zu t0. - Im Vergleich: signifikant bessere Detailerkennbarkeit im Vergleich zu Eosin und Eosin-Nigrosin; signifikant höherer Kontrast als Eosin-Nigrosin (jeweils p = 0,029). - Pathomorphologie: höchste Prävalenz schleifenförmiger Spermien (Md = 8,75 %); signifikant mehr als bei Diff-Quick® (p = 0,029). - Zeitaufwand: sehr zeitintensiv mit 29,91 ± 0,33 Min. - Kosten: 1,04 € Verbrauchsstoffe; 7,37 € inklusive Personalkosten. - Stresstest: für rudimentäre Schwänze signifikanter Unterschied zwischen 37 °C (Md = 1,75 %) und 18 °C (Md = 3,5 %, p = 0,047). - Lagerung: signifikante Qualitätsverluste aller Parameter (Farbintensität: t0 im Vergleich zu t1/t3; Detailerkennbarkeit und Kontrast: t0 im Vergleich zu den drei Wiederholungsuntersuchungen); vereinzelt Pigmentverlust. - Besonderheiten: insgesamt geringste Häufigkeit an Artefakten; sehr gut zur unmittelbaren pathomorphologischen Beurteilung inklusive Akrosom geeignet; aufgrund des Zeit- und Kostenaufwands für die Routinediagnostik nur eingeschränkt empfehlenswert. Formolzitrat-Bengalrosa - Färbequalität: durchweg hohe Mediane in allen Parametern. - Im Vergleich: bessere Detailerkennbarkeit im Vergleich zu Eosin und Eosin-Nigrosin; höherer Kontrast als Eosin-Nigrosin (jeweils p = 0,029). - Pathomorphologie: höchste Prävalenz pathomorphologischer Veränderungen (Md = 22,25 %); gehäuft lanzenförmige Spermienköpfe bei direkter Auswertung (Md = 2,25 %) als Artefakt unzureichend abgeflachter Spermienköpfe, die nach Lagerung nicht mehr auftraten. - Zeitaufwand: durch 30-minütige Lagerungsphase mit 36,00 ± 0,33 Min. zeitaufwändigste Methode. - Kosten: 0,24 € Verbrauchsstoffe; 7,85 € inklusive Personalkosten. - Stresstest und Lagerung: keine signifikanten Effekte auf Pathomorphologie oder Färbequalität; nach dreimonatiger Lagerung höchste Qualitätsparameter. - Besonderheiten: aufgrund sehr guter Färbequalität und Lagerstabilität für präzise pathomorphologische Analysen geeignet; bei effizienter Integration in Laborabläufe zeitsparender als und kostentechnisch vergleichbar mit Eosin, jedoch mit höherer Färbequalität. Alle Präparate waren zu allen vier Auswertungszeitpunkten auswertbar, sodass sich die sechs Färbemethoden zur Archivierung kryokonservierter Rüdenspermien eignen. Die computergestützte Spermienanalyse (AndroVision®) konnte nicht erfolgreich eingesetzt werden. Infolge der Kryokonservierung wurden vermehrt Schleifenformen, jedoch seltener gebrochene/geknickte Schwänze oder abgelöste Köpfe identifiziert, was möglicherweise methodisch begründet ist. Die Stresstests beeinflussten die Färbequalität nicht, jedoch induzierte der Stresstest bei 37 °C signifikant höhere mediane Anteile pathologischer Auffälligkeiten im Vergleich zu ungestressten Samenzellen (Gesamtanteil pathologischer Spermien: p = 0,012; rudimentäre Schwänze: p = 0,035).Item type:Item, Exploring the Interactions and Functional Implications of Dbp2 and the RSC Complex in Schizosaccharomyces pombe(2025) Böhme, JacquelineTranscription is a fundamental process by which genetic information encoded in DNA is transcribed into RNA, representing a crucial step in gene expression. This process is regulated by a variety of factors that influence both the activity and accessibility of DNA. One of the central mechanisms that control transcription is the remodeling of chromatin by dedicated complexes, which modulate transcriptional activity through alterations in chromatin structure, either in an activating or repressive manner. The RSC complex is involved in various cellular processes, particularly transcriptional regulation. Dbp2, an RNA helicase with diverse biological functions, is critical in mRNA processing and other RNA-related processes. In light of their potential interaction, this study investigates the functional connection between Dbp2 and the RSC complex in Schizosaccharomyces pombe. To this end, a modified auxin-inducible depletion system was successfully established, enabling inducible and rapid depletion of the RSC complex's essential subunit Snf21. Our results suggest an interaction between Dbp2 and the RSC complex in the nucleoplasm. Interestingly, however, the two components act independently concerning their cellular localization and function. Notably, the loss of Dbp2 results in impaired mRNA export, while the loss of the RSC complex does not directly affect this process. Furthermore, the influence of the RSC complex on gene expression was characterized in greater detail to thoroughly investigate its functional roles in transcriptional regulation and identify potential target genes. Through PolⅡ-ChIP-Seq experiments, we identified a surprising repressive effect of the RSC complex on various target genes, particularly those located near the telomeres. These findings provide new insights into the function of chromatin remodeling complexes and their role in transcriptional regulation. Our results contribute to the broader understanding of chromatin-based genome regulation and open new avenues for exploring the functional diversity of these complexes.Item type:Item, Implementation of Artificial Intelligence at PK-4 for the Analysis of Complex Plasmas(2026-03-20) Klein, MaxComplex plasmas serve as a distinctive experimental framework for particle-resolved investigations of strongly coupled many-particle systems under controlled laboratory and microgravity conditions. However, experiments such as the Plasmakristallexperiment-4 generate large image datasets whose analysis is complicated by noise, limited observation times, evolving experimental conditions and inherent ambiguities between ordered and disordered states. Furthermore, the necessity of human intervention during the experiments limits repeatability and is a source of error. This dissertation examines how machine learning methods can be systematically integrated into both the analysis and operation of complex plasma experiments in a physically consistent and computationally efficient manner. The core of this cumulative dissertation comprises three publications that address complementary aspects of particle-resolved data analysis. A convolutional encoder–decoder network is employed to identify string-like particle structures in two-dimensional camera images, with network architecture and training data generation guided by the underlying electrorheological physics. An unsupervised self-organizing map is applied and optimized for robust particle tracking between consecutive frames, enabling reliable trajectory reconstruction in dense and high-velocity particle flows without manual threshold tuning. To further improve data quality, an outlier detection procedure is developed. Based on the particle trajectories, turbulence in complex plasmas is formulated as a time-resolved classification problem and investigated using a long short-term memory network operating on physically motivated, invariant trajectory features. Beyond the individual publications, this work demonstrates the practical deployment of machine learning methods directly at the experiment. The developed models are adapted to embedded hardware through compact network architectures and mixed-precision inference, enabling data analysis with minimal latency implemented into the experiment. In addition, molecular dynamics simulations are analyzed using the machine learning framework, revealing systematic dependencies of turbulent particle motion on simulation parameters. Overall, this dissertation establishes a physically motivated and extensible machine learning framework that advances automated data analysis and diagnostics and supports future adaptive control strategies in complex plasma experiments.Item type:Item, Occurrence and partitioning of selected micropollutants in the Ishmi River Basin, Albania: water treatment under use of low-cost functionalized magneto clay-biochar composites for naproxen, carbamazepine, Cd(II), Cr(VI), and Cu(II) removal(2026) Peqini, AleksandërThis cumulative study explores the occurrence, environmental behavior, and removal of heavy metals and pharmaceuticals (belonging to the group of “micropollutants”) through the development of sustainable adsorbents in aquatic systems, with a focus on the Ishmi River basin, Albania. In the first component of this thesis, twelve pharmaceuticals, including caffeine (CAFF), anti-inflammatories (naproxen (NPX), ibuprofen (IBU), and diclofenac (DCF)), antibiotics (anhydro-erythromycin (AETM), azithromycin (ATM), clindamycin (CMC), ciprofloxacin (CFC), erythromycin (ETM), sulfamethoxazole (SMX), and trimethoprim (TMP)), and the antiepileptic carbamazepine (CBZ) were analyzed in surface water and sediment during seasons of the years 2023 and 2024. Highest concentrations occurred near urban areas with limited wastewater treatment, notably at site LR1. Partitioning behavior (Kd, Koc) was significantly influenced by compound-specific (Dow, molecular weight) and sediment-specific (pH, content of organic carbon, CaCO3, and metals) properties, and regression models successfully predicted partition coefficients for NPX, IBU, CFC, AETM, and CMC. In the second component, innovative low-cost magneto-biochar-clay (MBC) composite adsorbents were prepared from the combination of magnetic nanoparticles, biochar (from grape cluster stalk), and feldspar clay and were tested for simultaneously heavy metal removal (Cd(II), Cr(VI), Cu(II)). The MBC 1:2:1 and MBC 1:3:1 showed high adsorption capacities due to enhanced surface area and functional groups. Adsorption was governed by electrostatic interactions and pore filling, with Cr(VI) showing the highest removal efficiency and strong adsorbent reusability over multiple cycles. The third component evaluated the MBC 1:2:1 composite for pharmaceutical removal, specifically NPX and CBZ. The composite demonstrated excellent adsorption performance (≥99% efficiency over five cycles), particularly at low pH values, through electrostatic and hydrophobic interactions. NPX removal remained high (≈93%) even in real Ishmi River water. Overall, the combined findings highlight the influence of environmental and sediment characteristics on pharmaceutical distribution, both the environmental risks posed by pharmaceutical and metal contaminants in under-monitored regions and the effectiveness of MBC composites as sustainable, cost-effective adsorbents for water treatment applications.