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Neue Veröffentlichungen:

Processes of eco-evolutionary metacommunity assembly in insular ecosystems with special emphasis on ancient Lake Ohrid
(2019-03) Hauffe, Torsten
One of the major challenges of eco-evolutionary research is to understand how metacommunity structuring processes scale up over time and imprint evolutionary dynamics. Insular ecosystems are suitable systems to study the eco-evolutionary intersection due to ecological, evolutionary, and geological processes occurring on similar timescales. Island Biogeography Theory (IBT) postulates that available niche space varies over the life cycle of an insular ecosystem and regulates insular biodiversity through the feedback of available niche space on immigration, speciation, and extinction rates. Competitive interaction among species for ecological resources and/or geographical space occurs on short time scale and at the level of the metacommunity. In concert with dispersal limitation and the sorting of species along environmental gradients according to their ecological niche, it should therefore also shape metacommunity structure by affecting the assembly of local communities. Metacommunity structure in turn is pivotal for diversification where different metacommunity dynamics may scale up over time to distinct biodiversity trajectories. However, there is limited empirical evidence on whether the processes shaping the co-existence of species in local communities in insular ecosystems imprint the species richness and endemism trajectories through time. In order to address this knowledge gap, this synthesis (i) summarized how individual level processes theoretically scale up to shape macroevolutionary dynamics, (ii) compiled confirmatory and contradictory evidence for such a mechanistic link from several insular ecosystems, putting specific emphasis on gastropods of the model system Lake Ohrid, and (iii) outlined future avenues for enhancing the understanding of the consequences of metacommunity processes on short timescales on evolutionary dynamics over long timescales. Simulation experiments suggested a differential upscaling of metacommunity assembly processes over time, resulting in distinct macroevolutionary diversification dynamics. This offers the possibility to infer mechanisms of species co-existence from evolutionary dynamics and vice versa. Results of empirical studies across several taxa like cichlids, lizards, spiders, and plants of different insular ecosystems such as Lake Tanganyika and the Carribean and Hawaiian Islands, suggest a match between declining diversification rate and community assembly driven by biotic interactions. In contrast, the demonstrated diversification decline for Madagascan herpetofauna is not reflected by their metacommunity assembly processes. For the gastropods of Lake Ohrid, a new approach of inferring metacommunity assembly processes revealed a high importance of dispersal limitation and environmental filtering, whereas competitive interaction played a minor role in structuring gastropod communities. Over long timescales, weak competitive interaction may be caused by plenty vacant niche space, which is a scenario meshing with the identified constant diversification, and that results on evolutionary timescales in a higher species richness than under strong competitive interaction. The identified assembly processes may therefore explain the evolution of the high endemic gastropod richness of Lake Ohrid. In order to improve our understanding of the reciprocal effect between metacommunity assembly processes and diversification dynamics, this synthesis presented new approaches for estimating time-varying diversification rates for 219 insular communities arising from multiple colonization events and outlines a way to infer the importance of community assembly processes needed for a mechanistical upscaling to the observed diversification dynamics over time. The eco-evolutionary dynamic of mainly dispersal limited community assembly and constant geographic speciation resulted in the gradual build-up of Lake Ohrid’s gastropod diversity through time. This and the suggested approaches to infer diversification dynamics and the way to link them to metacommunity assembly contribute to the aim of inferring the driving forces of biotic evolution in Lake Ohrid.
Tagebuch Haim Wiederspiel: 01.09.1939-27.07.1944, Abschrift
(2026) Wiederspiel, Haim
Nachhaltige Ernährung in gemeinschaftlichen Gartenprojekten im urbanen Raum
(2026-03-29) Bock, Jessica Sabrina
Urbane Gemeinschaftsgartenprojekte gewinnen als Orte alternativer Ernährungspraktiken und des gemeinschaftlichen Lebens zunehmend an Bedeutung. Die vorliegende Arbeit untersucht, wie solche Projekte die Alltagspraktiken und sozialen Beziehungen ihrer Teilnehmenden im Hinblick auf Ernährung und Nachhaltigkeit verändern. Auf der Grundlage qualitativer Inter-views mit zehn Personen aus drei Projekten im Raum Gießen-Marburg wurden Motive und Teilnahmeformen, Ernährungs- und Konsumpraktiken, Projektpraxis und Rollenverständnis, soziale Beziehungen in der Gemeinschaft sowie Nachhaltigkeitsverständnis und -praxis unter-sucht und mittels qualitativer Inhaltsanalyse ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass urbane Gartenprojekte bestehende Werte und Praktiken ihrer Teilnehmenden vertiefen und konkreti-sieren, anstatt grundlegend neue zu erzeugen. Ernährungspraktiken werden nachhaltiger und bewusster, der Gemüseanteil in der Ernährung steigt und eine überwiegend pflanzliche Ernäh-rungsweise wird gestärkt, neue Praktiken der Haltbarmachung und Resteverwertung entstehen als pragmatische Antwort auf Erntemengen und -zusammenstellungen und Nachhaltigkeit wan-delt sich vom abstrakten Begriff zur gelebten Alltagspraxis. Besonders deutlich wird in den Projekten die zentrale Bedeutung der sozialen Dimension. Soziale Bindungen entstehen im ge-meinsamen Tun, der Garten wird als Ort des Grundvertrauens und der Zugehörigkeit erlebt, und die Gemeinschaft erweist sich als wesentlicher Faktor für die Kontinuität der Teilnahme und die Tiefe der Veränderungsprozesse. Die Arbeit knüpft an die Forschung zu Community Food Initiatives an und unterstreicht, dass die soziale Dimension urbaner Gartenprojekte keine Be-gleiterscheinung ist, sondern ein zentrales Element, das Veränderungsprozesse erst ermöglicht.
Equines Thrombozytenlysat als potenzförderndes Zellkultursupplement in der regenerativen Veterinärmedizin
(2023) Hagen, Alina
Die regenerative Medizin und die klinische Anwendung von multipotenten mesenchymalen Stromazellen (MSC) haben in der Veterinärmedizin enorm an Bedeutung gewonnen. Um eine ausreichende Anzahl der MSC für eine therapeutische Anwendung zu erhalten, ist ihre In-vitro-Kultivierung erforderlich, da die MSC in ihrem Ursprungsgewebe nur in einer geringen Menge vorhanden sind. Ein kritischer Aspekt bei der In-vitro-Kultivierung der MSC ist das Zellkulturmedium, welches die Qualität und Wirksamkeit des zellbasierten Therapeutikums stark beeinflussen kann. Derzeit ist das kritisch diskutierte fetale bovine Serum (FBS) der Goldstandard als Basalmediumsupplement für die In-vitro-Kultivierung von tierischen MSC. Es zeichnet sich jedoch ein Trend zur Verwendung von xenofreien Zellkultursupplementen ab und die European Medicines Agency (EMA) und die International Society for Cell and Gene Therapy (ISCT) empfehlen den Ersatz von FBS. Während einige Alternativen untersucht wurden, hat die Verwendung von humanem Thrombozytenlysat (hPL) in der Humanmedizin vielversprechende Ergebnisse gezeigt. Das Ziel der ersten Studie war die Entwicklung eines skalierbaren Protokolls für die Herstellung von equinem Thrombozytenlysat (ePL) in Anlehnung an das hPL-Produktionsprotokoll und der Vergleich des hergestellten ePL mit FBS als Zellkultursupplement in der Kultivierung von equinen MSC (eMSC) im Hinblick auf die Erhaltung ihrer Basischarakteristika. Die Potenz und die funktionellen Eigenschaften der MSC sind stark von verschiedenen Umweltfaktoren abhängig. Daher zielte die zweite Studie darauf ab den Einfluss des ePL auf die Zellfitness und das pro-angiogene Potenzial der eMSC zu untersuchen. In der ersten In-vitro-Studie wurde das Vollblut von 20 gesunden Pferden in Blutbeuteln entnommen. Nach einem Screening des Vollblutes auf Erregerkontamination wurde das Blut von 19 Pferden in die Studie aufgenommen. Mithilfe der Buffy-Coat-Methode wurden die Thrombozytenkonzentrate aus dem Vollblut hergestellt und anschließend durch Gefrier-/Auftauzyklen lysiert. Während des Herstellungsprozesses wurden die Thrombozyten-, Leukozyten-, Platelet-derived growth factor-BB (PDGF-BB)- und Transforming growth factor-β1 (TGF-β1)- Konzentrationen bestimmt. Nach der Herstellung wurde das finale, gepoolte ePL als Zellkultursupplement für die Kultivierung von eMSC aus Fettgewebe von n=4 Spenderpferden im Vergleich zu FBS bewertet. Die Generationszeit, der Immunophänotyp und das tripotente Differenzierungspotenzial der eMSC wurden unter Verwendung der drei verschiedenen Mediensupplemente 10% FBS, 10% ePL und 2,5% ePL untersucht. In der zweiten Studie wurde analysiert, ob die Zellfitness und das pro-angiogene Potenzial der eMSC aus Fettgewebe durch ePL vergleichbar unterstützt werden wie durch FBS-Medium. Zu diesem Zweck wurden eMSC von n=5 Spenderpferden, die in 10% FBS, 10% ePL oder 2,5% ePL-Medium kultiviert wurden, hinsichtlich ihres apoptotischen, nekrotischen und seneszenten Zustands, ihrer genetischen Stabilität und ihres pro-angiogenen Potenzials untersucht. Für die Analyse des pro-angiogenen Potenzials in Co-Kultur wurden equine Endothelzellen aus equinen Nabelschnurarterien mit Hilfe des Digestionsverfahrens gewonnen und ein Arterien-Ring-Assay auf der Grundlage von Arterien-Ringen, die ebenfalls aus diesen Nabelschnurarterien gewonnen wurden, durchgeführt. Für die Co-Kultivierung von eMSC und equinen Endothelzellen wurde ein indirektes Transwell-System verwendet. Das pro-angiogene Potenzial der eMSC wurde durch eine Messung der vascular endothelial growth factor-A (VEGF-A)-Konzentration in den verschiedenen Zellkulturüberständen nach der Co-Kultivierung sowie durch die Untersuchung der Genexpression von Faktoren, die mit der Angiogenese verbunden sind, mittels qRT-PCR bewertet. Darüber hinaus wurde eine morphologische Analyse der Zellen durchgeführt, für welche die eMSC mit einer Phalloidin-Färbung und die Endothelzellen sowohl im Arterien-Ring-Assay als auch nach der Co-Kultivierung mit eMSC mit Lektin angefärbt wurden. In der Studie 1 wurde erstmals ein Buffy-Coat-basiertes Protokoll für die ePL-Produktion evaluiert. Dabei wurde eine 4,2-fach erhöhte Thrombozytenkonzentration (p < 0,05) und eine 0,4-fach reduzierte Leukozytenkonzentration (p < 0,05) in den Thrombozytenkonzentraten im Vergleich zum Vollblut beobachtet. Zudem zeigte sich eine Aufkonzentrierung der Wachstumsfaktoren PDGF-BB und TGF-β1 in den Thrombozytenkonzentraten (p < 0,05 für PDGF-BB und p < 0,01 für TGF-β1) sowie in den Thrombozytenlysaten (p < 0,01 für PDGF-BB und p < 0,05 für TGF-β1). Das Alter der Spender korrelierte negativ mit der Thrombozytenkonzentration (p < 0,01 und r = -0,582) sowie mit den PDGF-BB- (p < 0,01 und r = -0,627) und TGF-β1 (p < 0,05 und r = -0,483) Konzentrationen in den Thrombozytenkonzentraten. Bei der Beurteilung von ePL als Zellkultursupplement förderte das ePL die Proliferation und Basischarakteristika der eMSC in einer ähnlichen Art und Weise wie das FBS, wenn es in der gleichen Konzentration (10%) verwendet wurde. Im Gegensatz dazu wiesen die eMSC bei der Kultivierung mit 2,5% ePL-Medium eine inkonstante Proliferation oder sogar einen vollständigen Verlust der Proliferation auf, was sich in einer signifikant verlängerten Generationszeit und einer veränderten Konfluenz darstellte (p < 0,05). In der Studie 2 wurde demonstriert, dass eMSC, die mit 2,5% ePL-Medium kultiviert wurden, eine höhere Apoptose aufwiesen (p < 0,05) als eMSC nach einer Kultivierung in 10% ePL-Medium. Die Zellfitness der eMSC, die mit 10% ePL-Medium kultiviert wurden, war vergleichbar mit der von eMSC mit FBS-Medium. Interessanterweise zeigten die eMSC eine höhere genetische Stabilität nach einer Kultivierung mit 10% ePL-Medium. Etwa 8% der eMSC mit FBS-Medium wiesen nicht-klonale Chromosomenaberrationen auf und nur 4,8% der eMSC, die mit 10% ePL-Medium kultiviert wurden. Klonale Aberrationen der eMSC wurden weder mit 10% FBS- noch mit 10% ePL-Medium beobachtet. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass 10% ePL die pro-angiogenen Eigenschaften der eMSC unterstützt, da bei der Kultivierung mit 10% ePL-Medium eine deutlich höhere VEGF-A-Konzentration (p < 0,05) freigesetzt wurde und der VEGF-Rezeptor 2 (VEGFR2) vermehrt exprimiert wurde als mit FBS-Medium (p < 0,05). Außerdem förderten die eMSC und das ePL das Wachstum von gefäßähnlichen Strukturen in zwei der Co-Kulturproben und auch im Arterien-Ring-Assay war die Migration und Proliferation der equinen Endothelzellen mit 10% ePL-Medium höher als mit FBS-Medium. Aufgrund der Ergebnisse in der vorliegenden Arbeit ist das ePL eine vielversprechende Alternative zum FBS als Zellkultursupplement für die In-vitro-Kultivierung von eMSC. In diesem Zusammenhang hat sich die Buffy-Coat-Methode als nützliches Verfahren zur Herstellung eines standardisierten ePL in großem Maßstab erwiesen. Es sollten allerdings vorzugsweise junge Spenderpferde ausgewählt werden, um die maximal mögliche Thrombozyten- und Wachstumsfaktorkonzentration zu erhalten. Das ePL unterstützte die Proliferation und die Basischarakteristika der eMSC, wenn es in der gleichen Konzentration wie FBS (10%) verwendet wurde. Darüber hinaus förderte das ePL die Zellfitness der eMSC vergleichbar zum FBS und die funktionellen Eigenschaften der eMSC wurden durch ePL positiv beeinflusst, was sich in den verbesserten pro-angiogenen Eigenschaften darstellte. Aufgrund dieser Ergebnisse kann das ePL als Zellkultursupplement für die Kultivierung von eMSC empfohlen werden. Jedoch sind weitere Studien notwendig, um die detaillierte Zusammensetzung des ePL zu analysieren. Aufgrund des positiven Einflusses auf die pro-angigogene Wirkung von eMSC sollten auch In-vivo-Studien im Bereich der Wundheilung durchgeführt werden, um ePL für den therapeutischen Einsatz allein oder in Kombination mit eMSC zu etablieren.
Process development for heterotrophic terpene production in Cupriavidus necator
(2025) Becker, Lucas Ernst
The global demand for the sesquiterpene α-humulene is steadily increasing due to its wide range of applications in the food, fragrance, cosmetics, and pharmaceutical industries. The process parameters for microbial α-humulene production using Cupriavidus necator still offer optimization potential to fully exploit the significant advantages of biotechnological production over traditional production methods. The primary objective of this work was, therefore, the optimization of heterotrophic α-humulene production using C. necator, with a focus on in-depth investigation and optimization of various process parameters. In initial studies, the used statistical experimental design demonstrated that a temperature range of 25 °C to 28 °C resulted in increased plasmid-based α-humulene production, along with improved product/substrate and product/biomass yield coefficients compared to the established standard temperature of 30 °C. Subsequent optimization of individual process parameters led to enhanced biomass formation and α-humulene production. The fructose concentration was increased from 4 g/L to 8 g/L, the iron (II) sulfate heptahydrate concentration from 0.75 mg/L to 3.75 mg/L, and the L-rhamnose inducer concentration from 0.2 % to 2 % (w/v). In addition, the cultivation temperature was divided into two stages at 30 °C and 25 °C, whereas previously it was constant at 30 °C. The combination of these optimized parameters resulted in a 241 % increase in α-humulene production compared to the non-optimized standard process. A robustness assessment of these optimized parameters indicated a highly stable production process using C. necator pKR-hum. For α-humulene production under varying process conditions, a robustness value of -0.155 ± 0.143 was observed, while biomass formation demonstrated even greater robustness with a value of -0.002 ± 0.002, approaching the ideal robustness value of 0. Even under the influence of simulated process disturbances, the process maintained 79 % of the maximum α-humulene level compared to the undisturbed process run, with a robustness value of -0.045 ± 0.001, highlighting the robust properties of the process. Furthermore, for the first time, a dose-dependent anti-inflammatory effect of α-humulene on lipopolysaccharide-induced human THP-1 cells was observed, with a maximum reduction in interleukin-6 levels of 60 % following the administration of 100 μM α-humulene. These findings are expected to significantly contribute to the optimization of microbial-based terpenoid production processes. Additionally, initial insights were obtained that confirm α-humulene’s potential as an alternative, nature-based, and promising therapeutic approach for the reduction of elevated interleukin-6 levels and chronic inflammation.