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Neue Veröffentlichungen:

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    Charakterisierung des Down-Syndrom-Zelladhäsionsmoleküls Dscam in der angeborenen Immunantwort von Manduca sexta (L.)
    (2025) Speckmann, Martin
    Die Spezifität angeborener Immunmechanismen wird entscheidend von genetischer Diversifizierung und selektiver Anpassung in der Evolution von Wirt-Mikroben-Interaktionen beeinflusst. Angeborene Immunantworten von Insekten werden demnach allgemein als effizient, jedoch bedingt durch Keimbahn-kodierte Mustererkennungsrezeptoren (PRR) als eingeschränkt spezifisch beschrieben. In Zusammenhang mit exklusiver molekularer Diversität des Down-Syndrom-Zelladhäsionsmoleküls (Dscam) bei Vertretern der Pancrustacea verdichten sich Belege, die für eine Funktion als hypervariabler, Pathogen-spezifischer PRR der Immunglobulin-Superfamilie sprechen. Obwohl experimentelle Daten erregerspezifische Dscam-Spleißformen in Hämozyten von Insekten und Krebstieren sowie deren Beteiligung an In-vitro-Phagozytose von Mikroorganismen zeigen, sind Genexpressionsmuster in Hämozyten und deren Relevanz im Rahmen angeborener Immunantworten in vivo noch größtenteils unbekannt. Anhand eines In-vivo-Modells bakterieller Stimulation und monoklonaler Antikörper für spezifische Hämozytentypen wurden die Genaktivität und das Proteinmuster von Manduca sexta Dscam (MsDscam) in zirkulierenden, larvalen Hämozyten charakterisiert. Trotz geringer quantitativer Veränderungen der relativen mRNA-Level konnte eine qualitative Veränderung des differenziellen Transkriptionsmusters von MsDscam in Zusammenhang mit Hämocoel-Injektion von fixierten E. coli K12 festgestellt werden. In Abwesenheit von Immunstimulation ist MsDscam-Transkript ausschließlich in einer seltenen Population sphärischer Hämozyten mit exzentrischen Zellkernen lokalisiert. Prophenoloxidase (proPO) enthaltende Oenozytoide mit gleichen morphologischen Eigenschaften fallen unabhängig als einzige Population in Zirkulation mit membranassoziiertem MsDscam-Muster auf. Nach E. coli-Injektion ist der prozentuale Anteil von Hämozyten mit aktiver MsDscam-Transkription hingegen signifikant um das Zehnfache erhöht (p < 0,001), darunter auch Subpopulationen von Plasmatozyten und granulären Zellen. Damit vermittelt diese Dissertation zum ersten Mal in zwei Jahrzehnten immunologischer Dscam-Forschung ein fundiertes Bild immunstatusabhängiger Genaktivität in drei distinkten Hämozytentypen. Zusätzlich ergeben sich kumulative Hinweise, die eher für funktionelle Relevanz von MsDscam im Rahmen einer zweiten Immunantwort sprechen als in der Akutphase-Immunantwort nach erstmaliger mikrobieller Stimulation. Dementsprechend liefert diese Arbeit erstmals eine Grundlage für die Analyse Dscam-basierter molekularer Diversität in proPO-produzierenden Hämozyten, was zu einem erweiterten Verständnis von Oenozytoide als immunologische Masterregulatoren in Manduca beitragen kann. Typspezifische Transkriptomanalyse von Manduca-Hämozyten in Homöostase und Immunstimulation kann somit nicht nur zur Validierung der Hypothese von funktioneller Relevanz von Dscam beim Immunpriming in Insekten, sondern auch zur Aufklärung der immer noch unbekannten Regulation zellulärer Dscam-Spleißsignaturen beitragen.
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    Microbes in bee-plant networks: Composition characterization and their ecological implications
    (2025) Shi, Haoran
    Honey bees are vital pollinators in ecosystems around the world, and microbes play key roles in connecting bees and plants. Collectively, microbes, bees and plants form intricate tripartite interactions networks. Through a co-evolution, many bee- and plant-associated microbes have developed functions that benefit their hosts, including promoting growth, enhancing pathogen resistance, and aiding digestion. Microbiome associated with different hosts tend to be specific, and within bee-microbe-plant networks, both beneficial and pathogenic microbes are dynamically transmitted among hosts. In the current study, honey bee corbicular samples were collected over a two-year period from beehives at Justus-Liebig-University Giessen. Corbicular pollen is able to reflect both microbes and plants encountered by honey bees during foraging activity. Plant and microbial communities in honey bee corbicular pollen were profiled using 16S rRNA gene and plant ITS2 metabarcoding. The results indicated that the corbicular pollen microbiome exhibited clear seasonal variations, and was affected by multiple environmental factors as well as choices of forage plants. Co-occurrence network analysis further revealed specific plant-microbe associations and identified several hub plant taxa that may serve as hotspots for microbial transmissions. Following this study, we characterized bacterial and fungal microbiome of flowers from a highly insect-visited hub plant, bramble (genus Rubus), using 16S rRNA gene and fungal ITS2 metabarcoding. The data showed that insect visitation increased microbial loads on flowers and enriched specific microbial groups including fermentative and pathogenic microbes, highlighting the role of bramble flowers as hotspots for microbial transmission. In addition, insect visitation altered floral microbiome structure, potentially through the introduction of several hub microbial taxa and by increasing the centralization of the microbial interaction networks. Honey bees were collected from beehives, and common bacterial, fungal and viral honey bee pathogens were screened. The expression levels of several immunity-related genes (defensin-1, lysozyme-like, vitellogenin, glucose oxidase) and the composition of the bee microbiome were examined to assess honey bee health status. Black queen cell virus (BQCV) was detected in almost all individuals, while Vairimorpha pathogens were only partially detected. Paenibacillus larvae, Melissococcus plutonius, Kashmir bee virus (KBV), Acute Bee Paralysis Virus (ABPV), Chronic bee paralysis virus (CBPV), Deformed Wing Virus (DWV), and Sacbrood bee virus (SBV) were not detected in the samples. The data indicated that BQCV and Vairimorpha infections had no significant impact on the expression of immunity-related gene. Since the microbiome composition was assessed at the hive level and BQCV was present in every hive, its potential influence on the microbiome remains to be further clarified. In addition, a bacterial isolate from birch pollen was phenotypically, genotypically, and chemotaxonomically characterized using a polyphasic approach. Based on 16S rRNA gene phylogeny and comparative genomic analysis, the isolate was identified as a novel species of the genus Robbsia. The bacterium was rod-shaped, non-motile, facultative anaerobic and grew optimally at 28 °C and pH 6–7. Unlike its closest relative Robbsia andropogonis, which is a known phytopathogen, the isolate exhibited no phytopathogenic traits such as flagellum formation, rhizobitoxine production, or induction of plant hypersensitive response. The proposed and accepted name of the isolate is Robbsia betulipollinis Bb-Pol-6T.
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    Item type: Item ,
    Multiparametrische MR-Bildgebung als nicht-invasiver Biomarker für Meniskus-Degenerationen beim Hund
    (2025) Bunzendahl-Först, Lena
    Die Osteoarthrose des Kniegelenkes ist sowohl beim Menschen, als auch beim Hund, unabhändig von der genauen Genese, ein weit verbreitetes Erkrankungsbild. Sie kann je nach Schweregrad zu deutlichen Einschränkungen in der Lebensqualität betroffener Patienten führen. Eine Heilung bzw. das Verhindern des Voranschreitens der Degenerationen ist nach aktuellem Stand nicht möglich. Behoben werden können im Bereich der Tiermedizin mehr oder weniger die auslösenden Faktoren, wie beisielsweise ein vorderer Kreuzbandriss oder eine Patellaluation beim Hund. Das Auftreten einer Osteoarthrose nach einer solchen Gelenkserkrankung zu verhindern, ist jedoch nicht möglich. Aktuelle Therapien können im besten Fall Symptome lindern und das Voranschreiten der Erkrankung verlangsamen. Die Menisken des Kniegelenkes spielen als mandarinenförmige Faserknorpelscheiben eine äußerst wichtige Rolle zur Gesunderhaltung des Gelenkes. Sie gleichen die Inkongruenz zwischen den Gelenkflächen des Femurs und der Tibia aus und minimieren Stoß- und Druckbelastungen. Aufgrund dieser anspruchsvollen mechanischen Funktion sind die Menisken häufig von Degenerationen betroffen. Meniskusschäden entstehen beispielsweise häufig im Zusammenhang mit einer Kreuzbandruptur und sie können das Entstehen bzw. das Ausmaß der Osteoarthrose stark beeinflussen. Daher kommt ihnen im Rahmen wissenschaftlicher Studien zur Pathogenese und Therapie der Arthrose eine wichtige Bedeutung zu. Zur Abklärung von Meniskusschäden ist die MRT v.a. in der Humanmedizin das Mittel der ersten Wahl. Als nicht invasive Technik ermöglicht sie eine sehr gute Darstellung der Menisken. Die konventionelle qualitative MR-Bildgebung weist jedoch Defizite auf, wenn es um die Darstellung mikrostruktureller Veränderungen der Menisken geht. Sie kann nur Pathologien detektieren, die zu morphologischen Veränderungen des Gewebes führen. Da aber gerade im Rahmen der Arthroseentstehung eine frühzeitige Erkennung die besten Aussichten auf eine erfolgreiche Therapie hat, kommen zunehmend MR-Sequenzen zum Einsatz, die (mikro-)strukturelle Veränderungen des Gewebes detektieren können. Auch für andere Anwendungsgebiete, wie z.B. die Überprüfung von verschiedenen therapeutischen Maßnahmen, kann diese Art der Bildgebung sinnvoll sein. Das Ziel dieser Studie war es, die T1-, T2-, T2*-Relaxationszeit und den Magnetisierungsransfer in Form der MTR und des MTsat als Biomarker für frühe Meniskusdegenerationen zu untersuchen. Dazu wurden in einem ex vivo Studiendesign die Menisken älterer Hunde mittels verschiedener MR-Kontraste untersucht. Im Anschluss erfolgte die histologische Untersuchung der Menisken zur Beurteilung von Zellularität, Kollagenorganisation, Kollagen-gehalt und Proteoglykangehalt. In der ersten Studie zur Untersuchung der T2-Relaxationszeit wurden 16 Gelenk von 8 mittelgroßen, älteren Hunden untersucht. Durchgeführt wurden die MRT-Untersuchung der Kniegelenke mit manueller Segmentierung der Menisken und deren anschließender histolgischer Untersuchung. Die T2-Relaxationszeit lag im Mittel bei 18,3ms. Die medialen Menisken wiesen im Mittel eine T2-Relaxationszeit von 17,7ms auf, die lateralen Menisken eine T2-Relaxationszeit von 19,0ms. Wir konnten keinen signifikanten Unterschied zwischen den medialen und lateralen Menisken feststellen. Außerdem fand sich keine Korrelation zwischen T2-Relaxation und Alter und Geschlecht der untersuchten Hunde. In der histologischen Untersuchung fanden wir einen signifikant höheren Degenerationsgrad in den medialen Menisken (Score 4,75 (medial) vs. 3,75 (lateral)). Zwischen den histologischen Ergebnissen und der T2-Relaxations der Menisken konnte keine signifikante Korrelation festgestellt werden. In der zweiten Studie musste aufgrund technischer Fehler ein Gelenk von der Auswertung ausgeschlossen werden. Es wurden somit ingesamt 30 Menisken von 15 Gelenken untersucht. Die Ergebnisse der histologischen Untersuchungen wurden von der vorangegangen Studie übernommen und um einige bildgebenden Parameter (T1, T2*, Magnetisierungstransfer) ergänzt. Auch hier konnten nur vereinzelt Zusammenhänge zwischen histologischen und bildgebenden Parametern gefunden werden. Die T1-Relaxation sank mit steigendem Proteoglykangehalt und stieg mit zunehmender Zellularität an. Die mittlere T1-Relaxation der medialen Menisken lag bei 517ms, die der lateralen Menisken bei 536ms. Die MTsat-Werte waren dahingegen in Menisken mit höherem Proteoglykanscore erhöht. Der Mittelwert von MTsat lag für die medialen Menisken bei 0,08ms und für die lateralen Menisken bei 0,08ms. Der Proteoglykan- und Kollagengehalt zeigten in unseren Ergebnissen einen gegensätzlichen Effekt auf MTsat zu haben. Um dies weitergehend betrachten zu können, wurde zusätzlich das Verhältnis von Kollagen- und Proteoglykanscore gebildet. Dabei zeigte sich, dass MTsat bei höherem „Kollagen-zu-Proteoglykan-Verhältnis“ signifikant niedriger war (p<0,002). Eine Korrelation zwischen dem histologischen Gesamtscore und den einzelnen MR-Parametern konnte auch hier nicht gefunden werden. Bei unabhängiger Analyse der medialen und lateralen Menisken konnte eine leichte negative Korrelation zwischen MTR und dem Histoscore der medialen Menisken gefunden werden. Diese Korrelation ist jedoch nur als Tendenz anzusprechen, da sie keine statistische Signifikanz erreichte (p=0,08). Desweiteren konnte gezeigt werden, dass MTR tendenziell niedriger in den medialen Menisken war (p=0,059). Die histologische Untersuchung der Menisken ergab einen signifikant höhren Proteoglykanscore der medialen Menisken bei zugleich größerer Variabiltät innerhalb der einzelnen Proben (p=0,006). Daraus könnte geschlossen werden, dass MTR indirekt mit dem Proteoglykanscore in Zusammenhang steht. Die Ergebnisse dieser Studien zeigen, dass grundsätzlich geringe histologische Veränderungen in den Menisken älterer, klinisch unauffälliger Hunde nachweisbar sind. Keiner der untersuchten MR-Kontraste wies eine hohe Spezifität oder Sensitivität bezüglich geringgradiger histologischer Meniskusveränderungen auf. Die gezeigten Zusammenhänge von MTsat und T1-Relaxationszeit mit dem Proteoglykangehalt bzw. der Zellularität sprechen dafür, dass einige dieser Parameter vielversprechende Kandidaten sein könnten, um mikrostrukturelle Gewebeveränderungen zu detektieren. Gleichzeitig zeigen die Studien aber auch, dass die Darstellung von geringgradigen Meniskusdegenerationen sehr herausfordernd ist. Die semi-quantitative Bildgebung muss v.a. im Bereich der Tiermedizin erst noch etabliert werden. Sie bietet jedoch grundsätzlich ein hohes Potential für die Früherkennung von strukturellen Meniskusveränderungen und kann somit sowohl in der Forschung als auch in der klinischen Anwendung wertvolle Informationen liefern.
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    Towards a deeper understanding of genetics of dermatitis digitalis in dairy cows through the consideration of housing characteristics, climate and barn emissions in alternative statistical modelling approaches
    (2025) Sölzer, Niklas
    Claw disorders are one of the main reasons for the culling of dairy cows. Due to the lameness that often follows in the herd, the feed intake and, not least, the milk yield of the affected animals decrease. These indirect costs are further increased by the also decreasing fertility of affected animals. In addition, there are the direct costs of veterinary treatment, medication and the need for more care of the lame animals. One of the most frequent claw disorders in this area, occurring worldwide, is dermatitis digitalis, usually better known as Mortellaro's disease. Dermatitis digitalis (DD) is a multifactorial disease in which both the housing environment and the genetics of the animals play a role. In recent years, several studies have been published to clarify the genetic background of claw disorders in general and DD in particular. In this context, genome-wide association studies (GWAS) have been conducted and potential candidate genes associated with claw disorders have been annotated. However, it is still unclear how specific environmental effects influence the estimation of variance components and GWAS. Climatic conditions in particular have changed in recent years and will continue to have an increasing impact on the productivity and welfare of cattle in the future. The Temperature-Humidity Index (THI) is a scientifically proven tool in this context. Heat stress (HS) for cattle begins at a THI > 68. The wide availability of data from weather stations near farms enables appropriate management. In order to identify possible correlations with claw health, SNP x heat stress (HS) interactions for claw disorders were analysed in the first part of this study. This showed that specific SNPs and their annotated candidate genes were only significant under HS or thermoneutral conditions. In the second part of this study, the aspect of interaction effects was taken up again. Here, SNP x housing system interactions were estimated for three DD traits in the housing systems of cubicle housing and compost bedded pack barn. However, very similar genetic parameters were found for the same traits in different environments. As well as negligible genotype x housing system interactions. This indicates that the housing system has only a minor effect on the genetic evaluation of a DD disease. Since cattle farming must adapt to the negative consequences of climate change, on the one hand, and is mentioned as a contributor to climate change, on the other, these aspects should also be reflected in the study design. Therefore, on the one hand, climate influences (wind speed, temperature and humidity) were recorded, and on the other hand, the emissions of ammonia, nitrous oxide, carbon dioxide and methane were measured in the barn. A special ‘climate gas trolley’ was built for this purpose. Using this, it was possible to measure the effects of climate and emissions at the same time in different areas of the barn. In the third part of this study, the effects of the housing environment, cow phenotypes and genomics were placed in an overall context. This approach has been used very rarely in animal breeding to date and not at all in relation to a DD disorder. Structural equation modelling (SEM) was used to address this issue. These models can incorporate both measurable and non-measurable variables into the analyses and have mostly been used in psychology until now. In this study, the models allow for the simultaneous consideration of environmental and genetic effects. The SEM showed that the housing environment has a greater influence on DD than genetic parameters, for example. In summary, the results of this study contribute to a better understanding of the genetic background of claw disorders in general and DD in particular. The results also provide an important contribution to a better understanding and further clarification of genotype-environment interactions. To provide a general introduction to the subject of the dissertation, Chapter 1 will take a closer look at the disease DD. On the one hand, the general course of the disease with its clinical symptoms, therapy and prevention is discussed, but on the other hand, economic aspects and the complexity of possible causes of the disease are also mentioned. The following part of the chapter deals with the housing systems of conventional cubicle housing and compost bedded housing. The chapter ends with various possibilities for modelling and the current knowledge on breeding for disease resistance. Chapter 2 aims at a deeper genomic analysis of the three claw disorders DD, hyperplasia interdigitalis (HYP) and Sole ulcer (SU), as well as their genetic association with other important breeding goal traits. Finally, possible SNP x heat stress interactions for claw disorders are analysed. The study design included 17,264 genotyped, first-lactating Holstein Friesian cows from 50 herds in northeast Germany. The heritabilities of the three claw disorders were estimated using linear and threshold models and were 0.04 and 0.08 for DD, 0.03 and 0.10 for SU and 0.03 and 0.23 for HYP. Genetic correlations estimated in bivariate linear models were consistently positive with the selected conformation traits. This indirectly indicates the need for selection on conformation traits to improve claw health. Genetic correlations with other breeding goal traits showed reduced fertility, poorer udder health and productivity in diseased cows. Genetic correlations were observed between the claw disorders, suggesting a closer genetic relationship. Furthermore, disease-specific candidate genes and genetic associations based on the surrounding SNPs were estimated, which in some cases differed from the genetic correlations. For the SNP x heat stress interactions, significant SNPs were identified on BTA 2,4,5,7,8,9,13,22,25 and 28. The results suggest gene-specific mechanisms for claw disorders only in specific environments. In Chapter 3, a detailed phenotypic characterisation of the claw disorder DD in the two housing environments (conventional cubicle barn and compost bedded pack barn) was carried out to determine possible genotype x housing system interactions. In total, the data set comprised 2,980 observations for the three traits DD-sick, DD-acute and DD-chronic from 1,311 Holstein-Friesian and 399 Simmental cows, 926 of these animals were available for the genomic studies. In total 899 cows were housed in the compost bedded pack barn (1,530 observations) and 811 were housed in the conventional cubicle barn (1,450 observations). The disease prevalence was higher in the cubicle barn than in the compost bedded pack barn. The heritabilities over the entire data set were 0.16 for DD-sick, 0.14 for DD-acute and 0.11 for DD-chronic. A slight increase in heritabilities and genetic variances was observed in the housing environment of the cubicle barn compared to the compost bedded pack barn. Genetic correlations between the same DD traits in the different housing environments were close to 0.80, indicating obvious genotype x housing system interactions. The genetic correlations between the three DD traits ranged from 0.58 to 0.81. The SNP main effects and SNP x housing system interactions were estimated using genome-wide association studies. Some common candidate genes were identified for DD-sick and DD-acute. The genes had direct or indirect effects on disease resistance or immunological processes. The genes ASXL1 and NOL4L were annotated for the SNP x housing system interactions for DD-sick and DD-acute. Chapter 4 analyses the effects of the environmental factors, cow phenotypes and genomics in more detail for the DD traits discussed in Chapter 3. The most relevant housing characteristics were analysed in linear models. The last-squares means for the infection probability were generally lower in the compost bedded pack barn than in the cubicle barn. The genome-wide association studies showed similar Manhattan plots for DD-sick and DD-acute and similar potential candidate genes in each case. Five SNPs were significantly associated with either DD-acute and DD-sick or with DD-chronic and DD-sick. These significant SNPs were then related to phenotypic and genetic estimated breeding values for the DD traits, as well as to production data and housing environmental factors in structural equation models. This showed that the housing environment had a greater influence on the risk of DD infection than genetic parameters, for example. Finally, some important aspects of this work are discussed again in chapter 5. In particular, genomic aspects of claw disorders, the influence of the housing environment and the economic weight of claw disorders in the total breeding value are considered here.
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    Testmedien für digitale Film- und Videoformate (Langzeitarchivierung)
    (2025-12-12) Frisch, Christian
    Dieser Datensatz ist im Kontext des Projekts LaVaH ("Langzeitarchivierung an den hessischen Hochschulen") in den Jahren 2023-2024 entstanden und beinhaltet Videos und ihre Derivate, die mit unterschiedlichen Arten von Kompression und unterschiedlichen Codecs bearbeitet wurden. Die rasante technologische Entwicklung der letzten Jahrzehnte stellt die Gedächtnisinstitutionen vor große Herausforderungen bei der Langzeitarchivierung von born-digital und digitalisierten Videoformaten, wobei gängige Empfehlungen zur Langzeitarchivierung in der Umsetzung zu großen Datenmengen führen können. In LaVaH wurde die Entscheidung getroffen, keine weitere Sammlung von „empfohlenen“ und „nicht zu empfehlenden“ Dateiformaten für die Langzeitarchivierung von Audio- und Videoformaten entstehen zu lassen, sondern Hilfsmittel zu entwickeln, die den Mitarbeitenden von Institutionen die Möglichkeit geben, Entscheidungen entsprechend der eigenen Vorgaben und Ressourcen zu treffen. Der vorliegende Datensatz bietet eine Vergleichsgrundlage für verschiedene digitale Formate, wobei Qualitätsabstufungen, Speichermenge und weitere technische Merkmale eines Videos in verschiedenen Formaten getestet wurden. Diese können eine Grundlage bei der Abschätzung des Kosten-Nutzen-Faktors in der Videoarchivierung liefern und pragmatische Entscheidungen bei der Formatwahl und Preservation Watch/Policy ermöglichen. Die Nachnutzung der vorliegenden Testbeispiele soll Entscheidungen bei der Wahl der geeigneten Formate für die Langzeitarchivierung von Videodateien für die Institutionen erleichtern, die nicht dezidiert auf die Archivierung von Videodateien spezialisiert sein. Wie die einzelnen zip-Archive und die darin enthaltenen Dateien verwendet und verstanden werden können, entnehmen Sie der beigefügten "read_me.txt"-Datei.