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Sustainable insect feed in shrimp aquaculture: Challenges and opportunities in research and practical implementation
(2026) Barth, Annalena
Aquaculture is a growing global food production sector that aims to meet the increasing demand for human dietary protein. Crustaceans are an important part of aquaculture, particularly the Pacific white shrimp (PWS; Penaeus vannamei). Shrimp farming often has a large ecological footprint, partly due to the fishmeal content in commercial aquafeed. An opportunity to improve sustainability and move towards a circular economy would be replacing fishmeal in aquafeeds with insects, such as the black soldier fly larvae (BSF; Hermetia illucens), reared on plant by-products. However, limited data is available on the effects of novel plant by-products on the growth performance of BSF larvae and in turn on shrimp. Research into BSF-based feed is in its infancy, and the few existing studies show inconsistent results regarding shrimp growth performance. Although some of these discrepancies can be attributed to the properties of the insect feed used, other unknown factors are probably influencing the results. Therefore, this dissertation aims to assess challenges and opportunities in using insects as a sustainable feed in shrimp aquaculture research and practice. It covers key sustainability concerns, enhances the consistency and reproducibility of feeding trials, and offers a comprehensive view of practical application within the context of a circular economy. This dissertation demonstrates that BSF larvae are a promising, sustainable source of protein for shrimp farming. BSF larvae can efficiently convert plant by-products into high-quality protein. Feeding trials show that replacing up to 50% of fishmeal-based compound feed with BSF larvae achieves excellent feed conversion rates. However, the use of BSF meal in compound feed in industrial aquaculture offers greater potential. Furthermore, compliance with reporting guidelines and transparency will be essential for reproducibility and food safety when using insects as feed in the future. The implementation of circular economy concepts remains largely theoretical and depends on optimised rearing systems, increased inclusion rates, industrial scalability and economic profitability. Even though there are still challenges regarding scalability, regulation and consumer acceptance, BSF-based feed has great potential for commercial shrimp farming.
Nachweis und molekulare Charakterisierung pathogener und antibiotikaresistenter Bakterien isoliert aus legal und illegal in die Europäische Union importierten Lebensmitteln tierischer Herkunft
(2025) Rinn, Nicola Susan
Der Import von tierischen Lebensmitteln aus Drittländern spielt für die EU eine große Rolle. Insbesondere Rindfleisch wird jährlich in großen Mengen in die EU eingeführt. Ebenso werden illegal Lebensmittel tierischer Herkunft über den internationalen Reiseverkehr eingeführt. Über die Charakteristika von Bakterienisolaten aus tierischen Erzeugnissen, die in die EU eingeführt werden, ist dabei bisher wenig bekannt. Diese Arbeit umfasst die Erhebung des mikrobiologischen Status von aus Drittländern in die EU importierten Rindfleischproben (n = 100) sowie von illegal über den Flugverkehr eingeführten Lebensmitteln tierischer Herkunft (n = 100) mittels einer Bewertung anhand der mikrobiologischen Grenzwerte auf EU-Ebene bzw. der Warnwerte der Deutschen Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie (DGHM). Ein Schwerpunkt lag auf der molekularen Charakterisierung der Isolate einschließlich des Nachweises von Virulenz-assoziierten Faktoren. Um eine Aussage über das Vorkommen von Resistenzen bei den Isolaten zu treffen, wurden zudem antimikrobielle Empfindlichkeitstestungen durchgeführt und die Isolate auf das Vorliegen von Resistenzgenen untersucht. Ziel war es, zu evaluieren, inwiefern Lebensmittelimporte zur Verbreitung pathogener bzw. virulenter und/oder multiresistenter sowie in der EU für gewöhnlich nicht vorkommender Genotypen beitragen können.
Olfactory Landmark Information in Wayfinding: Implicit and Explicit Processing of Sensory Information in Spatial Orientation
(2025) Schwarz, Mira
Human navigation research has long been dominated by a vision-centered perspective, often neglecting the role of other sensory modalities, particularly olfaction. Across two empirical studies and a state-of- the-art review, this dissertation examines how visual and olfactory cues guide human wayfinding. The first study shows that switching between visual and olfactory landmark information leads to switching costs, reflected in longer decision times and reduced wayfinding accuracy. These results diverge from earlier findings of absent switching costs between auditory and visual landmarks, suggesting that odors and images are initially processed in separate cognitive systems and require cognitively demanding cross-modal translation. The second study demonstrates that olfactory landmarks can support navigation even without explicit recognition. Across two testing times one month apart, wayfinding performance in a virtual maze was highest when olfactory cues were processed implicitly, whereas performance with visual landmarks was higher when processed explicitly. These results suggest distinct implicit mechanisms in the olfactory system and highlight the importance of non-conscious contributions to navigation. The third publication is a review article on the sense of smell in human navigation, summarizing empirical findings, challenging the misconception that humans have a poor sense of smell, and outlining why this ability has been largely overlooked. Together, the studies provide converging evidence that olfactory cues can meaningfully support human wayfinding, largely through implicit processes. Based on these insights, the dissertation proposes a Multimodal Integrative Model distinguishing implicit from explicit processes across visual and olfactory modalities, highlighting their joint role in flexible multimodal navigation.
Investigation of small RNA communication in the mutualistic interaction of Serendipita indica and Arabidopsis thaliana
(2026) Nasfi-Moses, Sabrine
Interactions between plants and their symbiotic partners are characterised by complex molecular mechanisms that promote symbiont and plant growth, nutrient uptake, and stress tolerance. Despite the established role of small RNAs (sRNAs) in regulating gene expression in eukaryotes, further investigation is required to understand their contribution to this beneficial exchange. In this work, we investigated whether the beneficial endophyte Serendipita indica (Si), with its large host range, uses sRNA-mediated cross-kingdom (ck) communication with plant hosts. Sequencing of sRNA from S.indica cultivated in axenic culture and during its interaction with Brachypodium distachyon provided first evidence of ckRNA communication between plants and their mutualistic fungi and identified putative S.indica sRNAs (SisRNA). To explore the molecular basis of ck-RNA interference (RNAi) in mutualism, we developed a pipeline to investigate the role of SisRNAs during S. indica colonisation of Arabidopsis thaliana (At). The expression of SisRNAs was validated in Si-colonised At roots. SisRNAs were overexpressed in a protoplast transient system, and their accumulation was confirmed. The potential of SisRNAs to induce post-transcriptional gene silencing (PTGS) of predicted At target genes was investigated, and downregulation of genes involved in cell wall organisation, hormone signalling, and immunity was observed. Immunoprecipitation (IP) of Argonaute 1 (AGO1) from Si-colonised At roots, followed by western-blot analysis and stem-loop PCR, confirmed the translocation of SisRNAs into At roots and their loading into the plant RNAi machinery. Additionally, sRNA sequencing of AGO1- and AGO2-bound sRNA recovered after IP identified 18 to 26 nt SisRNAs being loaded into AGO1 and AGO2 in Si-colonised At roots with diverse 5´-ends. The role of Arabidopsis RNAi machinery in regulating symbiosis and colonisation was examined by analysing S. indica growth on Arabidopsis DICER-LIKE (DCL) and AGO mutants, as well as AGO expression profiling of At Col-0 S. indica colonised roots. The results demonstrated that AGO2 and AGO10, but not AGO1, function as positive regulators, suggesting specialised and potentially redundant functions of AGO proteins in mutualistic interactions. S.indica extracellular vesicles (EV)-like particles were isolated from S.indica liquid cultures. EV-like structures with cup-shaped morphology were observed, and SisRNAs previously associated with the Si-At interaction were detected in the vesicle fraction, suggesting a possible role for S.indica EVs in RNA transport, but further investigations are needed. Taken together, this work reveals that mutualistic fungi can use sRNAs to regulate host gene expression by exploiting plant RNAi machinery and provides genomic and molecular hints for ck-RNA communication in mutualistic symbioses.
Von der präoperativen Risikostratifizierung zur Risikominimierung durch individualisierte perioperative Therapiestrategien bei nicht-herzchirurgischen Operationen
(2025) Schmidt, Götz Friedrich
Der Erkennung sowie dem anschließenden, individualisierten und zielgerichteten Management von Risikopatienten vor, während und nach nicht-herzchirurgischen Operationen kommt eine wachsende Bedeutung zu, wenngleich dezidierte Therapiestrategien bislang kaum verfügbar sind. Hier stehen vor allem die Erkennung und Optimierung kardialer Erkrankungen sowie die postoperative Vermeidung von kardiopulmonalen Komplikationen im Vordergrund. In dieser Habilitationsschrift wurden daher zunächst Patienten mit einem erhöhten postoperativen Morbiditätsrisiko mittels präoperativer NT-proBNP-Messung identifiziert. Hierzu wurde im Rahmen einer Observationsstudie bei 200 Patienten vor nicht-herzchirurgischer Operation mit mittlerem oder hohem chirurgischem Risiko in Allgemeinanästhesie routinemäßig NT-proBNP bestimmt und ein Grenzwert für die Prädiktion eines weitgefassten Morbiditätsendpunkts (Rehospitalisierung, akute Nierenschädigung, Infektion und kardiale Dekompensation) gesucht. Patienten mit NT-proBNP >450 pg/ml wiesen dramatisch erhöhte Ereignisraten im postoperativen 30-Tagesverlauf auf. Die Vorhersage des primären Endpunkts mittels isolierter und einmaliger NT-proBNP-Messung war im Vergleich zum etablierten Revised Cardiac Risk Index nach Lee verbessert. Die Biomarker-Messung kann somit die rein klinische Risikoeinschätzung verbessern, sodass im Rahmen der nächsten Arbeiten einerseits der Fokus auf das intraoperative Management mittels zielgerichteter, hämodynamischer Therapiealgorithmen gelegt wurde. Andererseits wurden in laborexperimentellen Versuchsreihen verschiedene kreislaufwirksame Medikamente untersucht, die die mukoziliäre Clearance-Funktion der unteren Atemwege und damit deren Integrität und die pulmonale Funktion insgesamt im perioperativen Umfeld beeinflussen könnten. In einer monozentrischen, randomisierten Interventionsstudie stand zunächst der Einfluss der Infusionsgeschwindigkeit auf die Effektivität einer Bolusinfusion im Fokus. Hier zeigte sich, dass Bolusinfusionen, innerhalb von fünf Minuten appliziert, hämodynamisch effektiver sind als Gaben desselben Volumens innerhalb von 20 Minuten. Des Weiteren waren kolloidale Infusionen hinsichtlich der initialen hämodynamischen Antwort effektiver als kristalloide Infusionen. Im Rahmen einer multizentrischen randomisierten Interventionsstudie wurde sodann ein zielgerichteter hämodynamischer Therapiealgorithmus mit dem Ziel des Erhalts eines individuell optimierten Herzindex nach Narkoseinduktion und Volumenausgleich evaluiert. Hier wiesen die Patienten in der Interventionsgruppe jedoch eine erhöhte Inzidenz des primären Endpunkts auf, welcher sich aus Mortalität und relevanter Komplikation zusammensetzte. Vermutlich trug hier der retrospektiv scheinbar inadäquate Zeitpunkt der Bestimmung des optimalen Herzindex sowie die liberale Gabe von Dobutamin dazu bei. In zwei tierexperimentellen Versuchsreihen wurde untersucht, ob die perioperativ häufig applizierten, kreislaufwirksamen Pharmaka die mukoziliäre Clearance-Funktion der unteren Atemwege beeinflussen können. Hierzu wurde die Partikeltransportgeschwindigkeit bei isolierten Mäusetracheen unter dem Einfluss von Cafedrin/Theodrenalin, Dopamin, Noradrenalin und Vasopressin sowie zur Aufdeckung der zugrundeliegenden Signaltransduktionskaskaden nach zusätzlicher Inkubation mit verschiedenen inhibitorischen Substanzen gemessen. Hier erhöhten alle genannten Pharmaka die Partikeltransportgeschwindigkeit am Trachealepithel dosisabhängig stark, sodass eine zumindest transiente Wirkung bei intravenöser Applikation auch im Menschen möglich erscheint. Zusammenfassend lieferten die in dieser Habilitationsschrift dargelegten Originalarbeiten neue Implikationen für die Erkennung und das individualisierte, interdisziplinäre perioperative Management von Hochrisikopatienten vor nicht-herzchirurgischen Operationen, die derzeit in weiteren Studien noch tiefergehend evaluiert und weiterentwickelt werden.