Dissertationen/Habilitationen

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Von der Analytik bis zur Behandlung: Quantifizierung mit SPME-GC-MS und katalytischer Abbau mit palladiumbasierten Verfahren von PCB-Kongeneren in Grubenwässern
(2024) Wiltschka, Katrin Valentina
Über Jahrzehnte hinweg wurden persistente organische Schadstoffe (POPs) als Industriechemikalien produziert oder entstanden als Nebenprodukte bei Fertigungs- und Verbrennungsprozessen. Insbesondere Hexachlorbenzol (HCB) und polychlorierte Biphenyle (PCB) wurden vor ihrem Verbot durch die Stockholmer Konvention in zahlreichen landwirtschaftlichen und industriellen Anwendungen genutzt. Im Bergbau war der Einsatz von PCB zeitweise sogar gesetzlich vorgeschrieben. Die in technischen Gemischen eingesetzten PCB enthielten bis zu 130 verschiedene Verbindungen (Kongenere), die bis heute in Bergwerken und Grubenwässern aus alten Leckagen und zurückgelassener Ausrüstung nachweisbar sind. Heutige Untersuchungen der PCB-Belastung von (Gruben-)Wässern fokussieren oft nur auf die sechs Indikator-PCB („Leit-Kongenere“) sowie PCB 118 (PCB_i+118), was häufig zu einer Unterschätzung der tatsächlichen PCB-Konzentrationen führt. Ziel dieser Studie war es, die Konzentrationen der am häufigsten vorkommenden PCB-Kongenere in Grubenwässern umfassend zu bestimmen und daraus die Gesamtfrachten abzuleiten, um Risiken für Mensch und Umwelt besser abschätzen zu können. Zusätzlich wurde ein ressourcenschonendes Konzept zur Reduktion von PCB angepasst und auf Effizienz geprüft. Ein innovativer Ansatz in der Wasseraufbereitung ist die katalytische Dechlorierung mit Palladium-(Pd-)Partikeln. Hierbei können POPs unter reduzierenden Bedingungen in Anwesenheit von Elektronendonatoren wie Wasserstoff dehalogeniert werden. Für die Analyse der PCB-Kongenere wurde eine Festphasen-Mikroextraktionsmethode (SPME) in Kombination mit Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) optimiert, um PCB direkt aus unbehandeltem Grubenwasser lösungsmittelfrei zu extrahieren und empfindlich nachzuweisen. Zur Untersuchung der Dechlorierungsmechanismen und -pfade wurden zunächst Experimente mit HCB durchgeführt, da es strukturell ähnlich zu PCB ist, aber eine einfachere Molekülstruktur aufweist. Anschließend wurden die Versuche auf grubenwasserspezifische PCB übertragen und unter Laborbedingungen mit dispergierten Pd-Partikeln in Pufferlösung durchgeführt. Weitere Tests folgten mit Pd-Partikeln, die in Silikon eingebettet waren, um den Katalysator vor Katalysatorgiften zu schützen und die Tests direkt in unbehandeltem Grubenwasser durchzuführen. Die SPME-Methode erwies sich als gut geeignet zur Quantifizierung von PCB in Grubenwässern. In den Wässern von fünf getesteten Gruben konnten über 50 PCB identifiziert werden. Angesichts der PCB-Konzentrationen von bis zu 120 ng L^-1 und der erheblichen Wassermengen von bis zu 12 Millionen L a^-1 pro Grube ergeben sich jährliche PCB-Frachten, die dringenden Handlungsbedarf signalisieren. Die Hydrodechlorierung mit Pd-Partikeln erwies sich als wirkungsvoll, um POPs innerhalb weniger Minuten in leichter abbaubare Strukturen umzuwandeln, mit spezifischen katalytischen Aktivitäten von bis zu 3350 L g^-1 min^-1. Der Abbau von HCB erfolgte hauptsächlich durch die Substitution vicinaler Chloratome, beeinflusst durch einen induktiven Effekt. Bei PCB führte der zweite Phenylring zu bevorzugtem Abbau der meta- und para-positionierten Chloratome, wodurch die Bildung toxischer, dioxinähnlicher PCB minimiert wurde. Die Dechlorierung von PCB konnte durch die Silikon-Einbettung der Pd-Katalysatoren auch in der katalysatorgiftreichen Grubenwassermatrix erfolgreich durchgeführt werden. Nach Anpassung und Skalierung bietet diese Technologie durchaus Potenzial zur großflächigen Behandlung von HCB und PCB kontaminierter Wässer.
Farmers’ Adaptation Behavior to Climate Change: The Case of Central Colombia
(2025) Cano Saldana, Alexander
Climate change poses significant challenges to agriculture, particularly for small-scale farmers who must continuously adapt to changing conditions to ensure food security and reduce rural poverty. These issues are especially critical in central Colombia, a region located between the Central and Western Andes Mountain ranges, where historical data indicate a rising frequency of extreme weather events, such as landslides and droughts, that affect rural livelihoods. Although the literature on adaptation to climate change has increased in recent years, to the best of our knowledge, there is not an integrated approach to studying farmers’ adaptive behavior in central Colombia. This thesis bridges this gap by systematically examining all the drivers of adaptive behavior and focusing on the financial, experiential, and cognitive factors that shape farmers’ adaptation decisions, using a three-step analytical approach. First, a Systematic Literature Review (SLR) was conducted to identify the key factors of adaptation decisions. A total of 179 drivers were identified and categorized by type, leading to the development of the Farmer-Farm-Financial-Situational-Experiential-Cognitive (3F-SEC) framework, which was published in the first article of this cumulative thesis titled “Drivers of farmers’ adaptive behavior to climate change: The 3F-SEC framework”. This framework provided the basis for studying the adaptive behavior of farmers in central Colombia across three types of drivers: financial, experiential, and cognitive. Given this, a mixed-method approach was designed to analyze the different aspects of farmers’ adaptive behavior, forming the empirical foundation for the second and third articles. A total of 12 villages were selected, with a sample of 360 farmers that were visited between November 2022 and March 2023. The research locations were selected according to their exposure to weather shocks: four villages that experienced landslides, four with recurrent droughts, and four with no reported events as reference villages. A structured questionnaire was administered alongside in-depth interviews with some of the farmers, allowing for a comprehensive understanding of the factors shaping their adaptation decisions. The second article, titled “The Role of Financial Literacy in Climate Mitigation: The Case of Central Colombia,” employs a mixed-methods approach, combining logit models with qualitative data from interviews. It examines farmers’ financial decisions in response to weather shocks, with a particular focus on the role of financial literacy in borrowing behavior. The findings reveal that financially literate farmers are more likely to seek loans following weather shocks. However, informal lending sources remained the dominant financial strategy due to easier access and distrust of formal financial institutions. The third article, titled “Farmers’ Climate Change Perceptions in Central Colombia: A Propensity Score Matching Approach Using Protection Motivation Theory and Psychological Distance,” compares farmers living in droughts and landslide-prone villages, assesses how direct exposure to these events influences climate change perceptions. The findings indicate that droughts significantly increased farmers’ awareness of climate change severity and vulnerability, while landslides had a more limited effect. Taken together, the findings of this thesis highlight the relevance of considering multiple behavioral drivers when analyzing adaptation decisions. From a policy perspective, adopting an integrated approach that considers different behavioral drivers may offer a more comprehensive understanding of farmers’ adaptative capacity to climate change. If the goal is to improve farmers’ access to formal credit, strengthening tailored financial literacy programs may help farmers navigate borrowing decisions. Similarly, integrating localized climate data into training on sustainable agricultural practices could support more informed decision-making, particularly in drought-prone regions. Additionally, communication strategies that draw on farmers’ direct experiences with extreme weather events may reinforce climate risk awareness. Ultimately, adopting a broader perspective that accounts for financial, experiential, and cognitive drivers can provide deeper insights into the complexities of farmers’ adaptive behavior in the face of climate change.
Consequences of Hierarchy for Creativity and Innovation in Teams
(2025) Huang, Shao-Yi
Creativity stands as a cornerstone of modern organizational success, with teams often as keys to innovative ideas and solutions. Team structures are considered as an important predictor of creativity, and specifically, team hierarchy is ubiquitous. Yet, the impact of team hierarchy on creative performance remains a complex and underexplored area. While past research often portrays hierarchy as a potential impediment to creativity and innovation, recent scholars suggest a nuanced understanding is warranted. Therefore, this dissertation seeks to unravel the complex relationship between team hierarchy perceptions and creative outcomes, drawing on diverse theoretical perspectives in three different studies. The first study challenges the prevailing notion that "flatter is better" by examining how different team hierarchy shapes influence collective creativity. This study illustrates a conditional indirect relationship between members’ flat hierarchy perceptions and team creativity, through members’ support for innovation in the team. Crucially, however, these creativity benefits of a flatter hierarchy can be better materialized if members feel that creative action is crucial for their team’s task accomplishment. Moving beyond the collective lens, the second study delves into the micro-foundation of team hierarchy. By focusing on members’ standing within the hierarchy, this study investigates the cross-level relationship between team hierarchy perceptions and individual creativity. Through a multilevel analysis, it seeks to elucidate how a member’s standing in a hierarchy weakens the negative linkage between team hierarchy perceptions and individual creative contributions, through team social comparison propensity. Lastly, the third study moves back to team level, examining the role of teams’ overall hierarchy strength for their innovative work behavior. The results reveal that hierarchy mutability might alter the role of team hierarchy strength for a team’s innovative work behavior, through the team’s competition. By adopting a comprehensive approach that considers the multi-dimension of team hierarchy and their implications for creativity and innovation, this cumulative dissertation contributes to a deeper understanding of the complex associations between team structures and creative performance.
The impact of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor on lung epithelial cell injury and repair in severe influenza virus pneumonia
(2025) Schäfer, Theresa M.
Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) exerts protective effects on bronchioalveolar stem cells (BASC) and alveolar epithelial cells type II (AECII) following viral lung injury by downregulating AMP-activated protein kinase (AMPK) signaling, which activates mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1). This activation supports the proliferation of epithelial stem cells and aids in the restoration of alveolar barrier function.
Immunregulatorische Effekte des Adipokins CTRP3 im Kontext von Fettgewebsbiologie und Adipositas
(2024) Gehl, Jonas Florian
Die CTRP3-Konzentration unterliegt sowohl Gender-spezifischen Effekten als auch Krankheits-spezifischen Effekten, mit höheren Konzentrationen bei Frauen und einer positiven Korrelation mit HDL sowie niedrigeren Konzentrationen bei Männern und Patienten mit T2DM und Hypertonie. Darüber hinaus bestehen Lokalisations-spezifische Effekte der CTRP3-Genexpression mit einer höheren relativen Genexpression im subkutanen Fettgewebe und einer niedrigeren relativen Genexpression im viszeralen Fettgewebe. Die Hauptquelle des murinen zirkulierenden CTRP3s sind nicht die Adipozyten.
Modulation of Brain Networks Relevant for Schizophrenia
(2025) Elyamany, Osama
Schizophrenia is a complex neuropsychiatric disorder characterized by disruptions in cognition, perception, and behaviour. Traditional approaches to understanding and treating schizophrenia have primarily focused on categorical diagnostic criteria, often overlooking the underlying neurophysiological mechanisms. In our current research project entitled “Pharmacological and Electrical Modulation of Disturbed Networks in Schizophrenia and the Clinical High-Risk State for Psychosis,” we aimed to identify potential treatment targets for specific symptoms of psychosis and schizophrenia, particularly auditory hallucinations and working memory impairment. Our goal was to advance a symptom-based approach by investigating the role of brain circuits relevant in schizophrenia symptoms and exploring their modulation as a potential therapeutic avenue. To achieve these goals, we carried out a preliminary work to initially investigate these brain networks in healthy participants to assess the feasibility of our approach, with the aim of future translation to patients with psychosis. The current thesis comprises three published studies. The first two studies demonstrate the feasibility of modulating task- and symptom-relevant brain oscillations through cognitive modulation and electrical stimulation techniques in healthy individuals. The third study presents a review on the potential role of transcranial alternating current stimulation (tACS) in psychiatric research. In the first study, we employed a dichotic listening paradigm to examine interhemispheric connectivity in the gamma-band, a frequency known to be altered in individuals experiencing auditory hallucinations. By manipulating attentional control, we successfully induced changes in interhemispheric oscillatory communication, reinforcing the functional role of gamma oscillations in auditory perception and attention. The second study investigated the effects of tACS applied to the dorsolateral prefrontal cortex during a working memory task. Our findings demonstrated that theta-tACS improved reaction times in high-load trials and increased frontal theta power, supporting the notion that non-invasive brain stimulation can enhance cognitive performance through oscillatory entrainment. In the third study, we conducted a systematic search of the literature to assess the broader implications of tACS in psychiatric research. Our analysis highlighted the potential of tACS to modulate pathological brain rhythms associated with psychiatric disorders, including schizophrenia. However, we also emphasized the need for optimized stimulation protocols to achieve consistent and clinically meaningful outcomes. Our findings may contribute to the growing evidence that brain oscillations play a crucial role in cognition and psychopathology. Specifically, we highlight the significance of interhemispheric gamma synchronization in auditory processing and frontal theta oscillations in working memory. These insights may provide promising targets for neuromodulation interventions. Clinically, our results suggest that modulating gamma connectivity could be relevant for treating auditory hallucinations, while theta-tACS may offer a non-invasive approach to improving cognitive deficits in schizophrenia. In conclusion, these results may contribute to the ongoing effort to develop a symptom-based framework for schizophrenia research by demonstrating the functional relevance of brain oscillations and their susceptibility to modulation. Our findings could provide a foundation for future research aimed at refining neuromodulation techniques and translating these insights into clinical applications. While further research is needed to refine stimulation protocols and tailor interventions to patient subgroups, our findings might support the potential of oscillation-based treatments as a promising avenue for mitigating cognitive and perceptual disturbances in schizophrenia.
Die Rolle der Nekroptose bei der Entstehung der Pulmonalarteriellen Hypertonie
(2024) Schellbach, Laura
Die Pulmonalarterielle Hypertonie (PAH) ist eine schwerwiegende chronisch-inflammatorische Lungenerkrankung mit sehr schlechter Prognose und bisher nur limitierten Therapiemöglichkeiten, deren Entstehung durch verschiedene Risikofaktoren, wie z. B. genetische Prädisposition oder verschiedene Noxen bedingt sein kann. Im Zuge inflammatorische Prozesse kommt es zu Thrombosen, Vasokonstriktion und vaskulärem Remodeling, was zur Widerstandserhöhung im Lungenkreislauf und infolgedessen im Verlauf zur Rechtsherzbelastung mit Entwicklung eines Cor Pulmonale und schließlich dem Tod durch Rechtsherzversagen führt. Das erwähnte vaskuläre Remodeling ist u. a. gekennzeichnet durch eine gesteigerte Proliferation und Apoptoseresistenz pulmonalarteriellen Zellen und wird durch Gefäßschäden und Inflammation initiiert. Bisher wurden bereits einige Hinweise darauf gefunden, dass die Nekroptose als alternativer programmierter Zelltod, welcher zur Inflammation führt, eine entscheidende Bedeutung bei der Initiierung des vaskulären Remodelings innehaben könnte. Ziel dieser Arbeit ist die Eruierung dieses Zusammenhangs und der potentiellen Auswirkung der Nekrosom-Formierung auf die PAH. Zu diesem Zweck wurden zunächst mittels des SuHx-Rattenmodells und Zellkulturexperimenten an hPAECs und hPASMCs Expressionsmuster und Phosphorylierungsstatus der nekroptotischen Proteine RIPK1, RIPK3 und MLKL und der pro-apoptotischen Proteine FADD und Caspase 8 analysiert. Hierfür kamen PCR- und Western Blot-Analysen zum Einsatz, welche eine Erhöhung der Nekroptose- bei erniedrigter Apoptoseanfälligkeit der untersuchten Zellen und Gewebe ergaben. Nach siRNA-Knockdown von RIPK1, RIPK3 und MLKL konnte außerdem eine Steigerung der Expression der pro-apoptotischen Proteine DAPK1 und p53, allerdings ohne Einfluss auf die Zellviabilität beobachtet werden. Dies legt nahe, dass die Hemmung der Necroptose die Sensibilität der Zellen gegenüber Apoptose erhöht, ohne direkt zum Zelltod zu führen. Des Weiteren konnte ein Zellkulturmodell für die Induktion von Nekroptose in hPAECs durch Kombination der Pan-Caspase-Inhibitors Z-VAD-FMK mit BV-6 bzw. TNF-α entwickelt werden. Um neuen Therapiemöglichkeiten näherzukommen, wurden schließlich hPAECs mit dem RIPK3-Inhibitor GSK-872 behandelt, dabei konnte keine Veränderung der Zellviabilität festgestellt werden. Somit konnte gezeigt werden, dass GSK-872 keine zytotoxische Wirkung auf hPAECs aufweist. Zusammenfassend konnte durch diese Arbeit gezeigt werden, dass die Nekroptose maßgeblich zur Pathogenese und Progression der PAH beiträgt und damit ein attraktives Ziel für die Entwickling neuer Therapieansätze darstellt, u. a. auch durch Einsatz Nekroptoseinhibitoren, wie dem RIPK3-Inhibitor GSK-872.
Exploration of Novel Cathode Active Materials for Sodium-Ion Batteries
(2025) An, Siyu
Lithium-ion batteries (LIBs) have led the energy storage market for decades due to their excellent performance. However, the increasing scarcity and cost of lithium resources have shifted research interest toward alternative technologies. Sodium-ion batteries (SIBs), with their abundant sodium resources and competitive electrochemical properties, have emerged as promising candidates. In particular, O3-type layered oxide cathodes are attractive for practical applications due to their high sodium content and potential for high reversible capacity. This dissertation focuses on optimizing Ni- and Mn-rich O3-type layered oxide cathodes for SIBs. Using NaNiO2 (NNO) as a prototype material, the work first addresses the challenges associated with irreversible phase transitions caused by Na+-de/intercalation-induced interlayer gliding and Jahn-Teller (JT) distortion from Ni3+. To improve the structural reversibility and electrochemical performance, Ti4+ was introduced to produce NaNi0.9Ti0.1O2 (NNTO), which was successfully synthesized via a solid-state reaction for the first time. NNTO exhibited a high specific capacity of 190 mAh/g, but suffered from chemo-mechanical degradation and irreversible lattice oxygen loss. To further address these limitations, Ca2+ was introduced as a pillaring ion. Among the various substitution levels explored, Na0.95Ca0.025Ni0.9Ti0.1O2 (CaNNTO) exhibited the largest interlayer spacing, along with best capacity retention and rate performance. In situ X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), acoustic emission (AE), and differential electrochemical mass spectrometry (DEMS) analyses confirmed that Ca2+ effectively mitigates interlayer gliding and volume collapse, thereby enhancing the reversibility of both nickel and oxygen redox reactions and increasing the structural and interfacial stability during electrochemical cycling. The study was further extended to Mn-rich O3-type layered oxides. NaMnO2 (NMO), a cost-effective and environmentally friendly cathode candidate, is also known to undergo complex and irreversible phase transitions, along with significant manganese migration at high potentials. In this work, precipitated Mn3O4 was employed as a precursor for NMO synthesis. To enhance its structural and electrochemical properties, Ti4+ was introduced to form NaMn0.9Ti0.1O2 (NMTO). Titanium substitution effectively stabilized the O3 phase, suppressed the JT distortion associated with Mn3+, and facilitated the transformation from polycrystalline to quasi-single-crystalline morphology. The optimized NMTO also exhibited an enlarged interlayer spacing, enhanced capacity retention ([42-70] % after 50 cycles), and suppressed oxygen evolution, while effectively preventing the formation of the O1 phase, as confirmed by in situ XRD and DEMS measurements. In conclusion, this dissertation demonstrates effective strategies for improving the structural and electrochemical stability of both Ni-rich and Mn-rich O3-type layered oxides. The mechanistic insights and material design principles presented herein provide valuable guidance for the development of high-performance sodium-ion cathode materials.
Koranische Gemeindepädagogik. Eine Profilerkundung der Curricula und Lehrwerke des Gemeindlichen Religionsunterrichts (GRU) in den Moscheen in NRW am Beispiel der DITIB: Kontextualität, Dialogizität, Intertextualität und Kohärenz
(2025) Soyhun, Mehmet
Der in den Moscheegemeinden erteilte Religionsunterricht wird in der Forschung und Gesellschaft in Deutschland seit langem kritisch begleitet. In der vorliegenden Untersuchung wird daher der Gemeindliche Religionsunterricht (GRU) in den Moscheen in Deutschland analysiert. Einer historischen Skizze folgt eine ausführliche Darstellung des Forschungsstandes zum Religionsunterricht in Moscheegemeinden mit seinen Curricula und Lehrwerken. Besonders ob und wie gemeindliche Curricula und Lehrwerke allgemein und besonders auch in der islamisch-religionspädagogischen Forschung adäquat berücksichtigt werden, ist hier zu lesen. In Bezug auf die rechtlichen Rahmenbedingungen werden die diesbezüglichen Regelungen für den GRU auf bundesdeutscher Ebene im Grundgesetz sowie beispielhaft für die Bundesländer mit dem Fokus auf die Verfassung in Nordrhein-Westfalen dargestellt. Im Rahmen dessen werden den GRU betreffende Freiheiten und Regelungen herausgearbeitet sowie gesetzliche Bestimmungen zum Religionsunterricht als Recht der Religionsgemeinschaften wie auch als Eltern- und Kinderrechte erörtert. Die Türkisch-Islamische Union der Anstalt für Religion (DITIB) e.V. als ein relevanter Träger des GRU sowie als Mitverantwortlicher des schulischen IRU in Nordrhein-Westfalen wird in der vorliegenden Arbeit geschichtlich skizziert und mit ihren Bildungszielen, Aufgaben und ihrer Organisationsstrukturen dargestellt. Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung erfolgt daher eine Analyse des Religionsunterrichts in den Moscheegemeinden der DITIB in NRW, wo die Lehrwerkreihe Camiye Gidiyorum/Ich gehe in die Moschee zum Einsatz kommt. Im Rahmen der allgemeinen Analyse zu dieser eingesetzten Lehrwerksreihe werden die Rahmenbedingungen der Entstehung des Lehrwerks skizziert. Dabei erfolgt die Analyse anhand des Aufbaus und der Struktur, der Inhalte, der Darstellungsweisen sowie der Arbeitsanregungen und Aktivitätsmöglichkeiten. Auf welche Weise die Vermittlung des Korans im GRU erfolgt, wird mit der Forschungsfrage, ob beispielsweise der Koran nur auswendig gelernt, mit seiner Bedeutung oder gar interpretierend thematisiert wird, beantwortet. Die Inhalte zum Koran in den Lehrmaterialien werden analysiert, nachdem dieses zunächst gemäß Curriculum untersucht wird. Die in den curricularen Bestimmungen vorgesehenen Ebenen und Kompetenzen zum Koran im GRU werden erforscht. Die als Prämissen der Koranhermeneutik genannten vier Prinzipien Kontextualität, Dialogizität, Intertextualität und Kohärenz werden einer Überprüfung unterzogen, um zu ermitteln, ob und inwiefern sie im Lehrwerk in der praktischen Anwendung berücksichtigt werden. Die Prämissen werden daher jeweils theoretisch erörtert und anschließend folgt die Darstellung der empirischen Ergebnisse, die mittels einer induktiv durchgeführten qualitativen Inhaltsanalyse in den Lehrmaterialien gewonnen wurden. Die Analyse der Prämissen wird schließlich interpretiert und eingeordnet. Die Studie gewährt erstmalig Einblicke in dieser Ausführlichkeit in bisher in deutscher Sprache größtenteils nicht vorhandenes Textmaterial aus den Lehrmaterialien des GRU. An geeigneten Stellen stellt die Studie auch quantitative Analyseergebnisse zur Verfügung und verbindet so den theoretischen Teil mit dem empirischen Teil. Die vorliegende Untersuchung demonstriert, dass der renommierte Korankommentar von aṭ-Ṭabarī (gest. 910), der im Rahmen des Projektes Linked Open Tafsīr digitalisiert und in der Datenbank auf https://tafsirtabari.com verfügbar gemacht wurde, für den GRU sowie IRU nutzbar ist. Im Ausblick werden auf Desiderate, mögliche Aufgaben von Religionsgemeinschaften und die potenzielle Rolle der Islamisch-Theologischen Standorte an den deutschen Universitäten und Pädagogischen Hochschulen hinsichtlich Gemeindepädagogik hingewiesen. Darüber hinaus werden weitere interessanten Einblicke als Ergebnisse, die der Serendipität zuzuordnen sind, gewährt.
Cronobacter spp. in Lebensmitteln: Vorkommen, Nachweis und Bedeutung für die Lebensmittelsicherheit unter besonderer Berücksichtigung von Säuglingsnahrung
(2025) Akineden, Ömer
Die Identifizierung und Analyse von Lebensmittelsicherheitsrisiken sind zentrale Aspekte der Lebensmittelwissenschaften und des präventiven Verbraucherschutzes. Im Rahmen dieser Habilitationsschrift wurden Studien zu den weltweit bedeutenten lebensmittelassoziierten bakteriellen Infektionserregern Cronobacter spp. (ehemals Enterobacter sakazakii) im Lebensmittelbereich dargestellt. Diese opportunistischen Krankheitserreger haben in den letzten Jahrzehnten aufgrund ihrer direkten Assoziation mit lebensbedrohlichen Infektionen (Meningitis, Septikämie, nekrotisierende Enterokolitis), insbesondere bei Neugeborenen und Frühgeborenen, erhöhte Aufmerksamkeit erlangt. In den meisten Fällen wurde pulverförmige Säuglingsnahrung als Infektionsquelle identifiziert. Die in dieser Arbeit zusammengestellten wissenschaftlichen Veröffentlichungen im ersten Themenkomplex befassen sich mit verschiedenen Aspekten des Vorkommens von Cronobacter spp. in Säuglingsnahrungsmitteln und Getreidebeikost für Kleinkinder sowie in Trockenteigwaren, um die Exposition des Verbrauchers abzuschätzen und zur Verbesserung der Lebensmittelsicherheit beizutragen. In der ersten Studie (Studie 1) wurde die Kontaminationssituation von Säuglingsanfangsnahrung auf dem deutschen Markt mit Cronobacter spp. auf Speziesebene für die Jahre vor und um die Zeit, als die Verordnung (EG) Nr. 2073/2005 am 1. Januar 2006 in Kraft trat, retrospektiv untersucht. Eine Neubewertung der Cronobacter-Isolate (zuvor als E. sakazakii isoliert) bot eine Datenbasis für Langzeitbeobachtungen. Für Deutschland waren bis zur Veröffentlichung dieser Studie (Studie 1) keine Daten zur Verteilung der Spezies innerhalb der Gattung Cronobacter in Säuglingsanfangsnahrung verfügbar. Nach Inkrafttreten der europäischen Verordnung (EG) Nr. 2073/2005 für Cronobacter in Säuglingsanfangsnahrung war E. sakazakii im Jahr 2006 noch die zweithäufigste Enterobacteriaceae-Spezies in Säuglingsanfangsnahrung auf dem deutschen Markt. In der ersten Studie wurden alle untersuchten Isolate, die über viele Jahre hinweg aus Säuglingsnahrungsproben gewonnen wurden, entweder als C. sakazakii oder, in geringerem Maße, als C. malonaticus identifiziert. C. sakazakii war die vorherrschende Cronobacter-Spezies in pulverförmiger Säuglingsnahrung. Dies deutete stark darauf hin, dass die Kontaminationssituation von Säuglingsanfangsnahrung in Deutschland von C. sakazakii und gelegentlich von C. malonaticus dominiert wurde. Die Dominanz von C. sakazakii und C. malonaticus stimmte jedoch mit ähnlichen Studien aus anderen Ländern überein, die Cronobacter-Isolate aus Säuglingsanfangsnahrung und Produktionsumgebungen untersuchten. Eine weitere Schlussfolgerung war zudem, dass ein Vergleich von „neuen“ Isolaten mit den in dieser Studie beschriebenen dazu beitragen könnte, Trends und Entwicklungen bei der Kontamination von Säuglingsanfangsnahrung mit C. sakazakii und C. malonaticus zu identifizieren. Dies könnte wichtige Erkenntnisse für langfristige Strategien zur Minimierung solcher Kontaminationen in der Herstellung von Säuglingsanfangsnahrung liefern. Eine sich anschließende vergleichende Sequenzanalyse unterschiedlicher Cronobacter spp.-Stämme bildete die Grundlage, um erstmals zusammenhängende Fragen zum Nachweis sowie zur intra- und interspezifischen Variabilität des Genus Cronobacter beantworten zu können. Die Daten dieser Studie (Studie 1) zeigten eine vergleichsweise hohe Heterogenität der untersuchten Isolate, welche mittels hier etablierter Analyse (PFGE-, MLST-und 16S rRNA-Gen, rpoB-Gen, fusA-Gen) in den weiteren Studien auch diagnostisch genutzt werden konnte. Anhand der umfangreichen molekularbiologischen Untersuchungen konnten innerhalb des Genus zuverlässige Spezies-spezifische (Studie 5) und Genus-spezifische (Studie 6) Nachweisverfahren entwickelt werden, die in den im zweiten Themenkomplex angegebenen Studien dargestellt. Die weitverbreitete Präsenz von Cronobacter spp. in verschiedenen Lebensmitteln, insbesondere in pulverförmigen Milchtrockenerzeugnissen und Umweltproben, sowie die Fähigkeit dieser Bakterien, unter trockenen Bedingungen zu überleben, verdeutlichen die dringende Notwendigkeit einer umfassenden Untersuchung der Kontamination von Getreidebeikost-Produkten für Säuglinge und Kleinkinder sowie trockenen Teigwaren. Bis zur Veröffentlichung der Studien lagen keine verlässlichen Daten zur Häufigkeit von Cronobacter spp. in solchen Produkten vor. Solche Untersuchungen sind besonders wichtig, um das Gesundheitsrisiko für empfindliche Bevölkerungsgruppen, wie Kinder und ältere Menschen, besser bewerten zu können. Diese Daten sind unerlässlich, um das potenzielle Risiko für Kinder und andere gefährdete Verbrauchergruppen fundiert einschätzen zu können. Die zweite Studie (Studie 2) befasst sich mit der Lebensmittelsicherheit von Getreidebeikost für Säuglinge und Kleinkinder, insbesondere hinsichtlich mikrobiologischer Kriterien und Mykotoxinkontamination. In der Europäischen Union wird Getreidebeikost für Säuglinge und Kleinkinder gemäß der Richtlinie 2006/125/EG der Kommission reguliert, die jedoch keine mikrobiologischen Kriterien enthält. Während die mikrobiologischen Parameter Cronobacter spp., präsumtives B. cereus und Enterobacteriaceae in milchbasierte kommerzieller Säuglingsnahrung unter 6 Monaten durch die Verordnung (EG) Nr. 2073/2005 reguliert werden, gilt diese Verordnung nicht für Getreidebeikost. Diese Studie stellte die erste umfassende Untersuchung von Getreidebeikost-Produkten auf dem deutschen Markt dar, die sowohl mikrobiologische Qualität als auch Mykotoxinkontamination untersuchte. Obwohl pathogene, opportunistische oder Verderbsbakterien nicht direkt mit Mykotoxinen assoziiert sind, kann ein allgemeines Defizit bei der Aufrechterhaltung wirksamer Maßnahmen zur Sicherstellung der Lebensmittelsicherheit und -qualität in der Produktion von Getreidebeikost beide Aspekte negativ beeinflussen. Die mikrobiologischen Analysen der untersuchten Getreidebeikost-Produkten aus dem Einzelhandel zeigten, dass nur eine sehr geringe Anzahl von Proben Werte in einem oder mehreren Parametern aufwies, die signifikant über dem unauffälligen Datenset der analytischen Befunde lagen. Es konnte jedoch keine klare Assoziation zwischen spezifischen Getreidebeikost-Zutaten oder Kombinationen von Zutaten und dem Auftreten bestimmter Bakterien festgestellt werden, da die Mehrheit der Produkte aus mehreren Getreidearten bestand. Diese Produkte wiesen die bemerkenswertesten Funde auf, einschließlich Isolate von C. sakazakii, A. baumannii, P. brenneri und B. wiedmannii. Obwohl C. sakazakii nur in geringem Umfang isoliert wurde, stellt das Risiko durch niedrige Keimgehalte von Cronobacter spp. in Säuglingsnahrung für Frühgeborene und Neugeborene eine bedeutende Gefahr dar, welche durch die frische Zubereitung und den sofortigen Verzehr von Getreidebeikost minimiert werden kann. In der dritten Studie (Studie 3) werden weitere lebensmittelhygienisch relevante Fragestellungen zur mikrobiologischen Beschaffenheit von Trockenteigwaren, insbesondere im Hinblick auf das Vorkommen von Cronobacter spp., untersucht. Die Studie 3 stützt die Hypothese, dass die Fähigkeit dieses Bakteriums, in getrockneten Teigwaren zu überleben, auf dessen Toleranz gegenüber Trockenheit und Hitze zurückzuführen sein könnte. Ein hoher Prozentsatz (38,6%) der Proben war qualitativ positiv für verschiedene Indikatorkeime für Hygiene und opportunistische Krankheitserreger innerhalb der Familie der Enterobacteriaceae wie Citrobacter freundii, Enterobacter cloacae, Pantoea agglomerans, Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli und Serratia spp. Cronobacter spp. konnten aus 10,6% der Proben aus Deutschland, Italien, Kasachstan und China isoliert werden. Neben der unzureichenden biochemischen Identifizierung wurde eine weitere Identifikation der Isolate mittels rpoB-Sequenzanalyse und MLST vorgenommen. Aufgrund des hohen Grades an Homologie zwischen diesen Cronobacter spp. war die rpoB-Sequenzanalyse nicht ausreichend, um zwischen diesen Spezies klar zu unterscheiden. Daher wurden die Isolate weiter mittels fusA-Allele- und MLST-Analyse untersucht. C. sakazakii war in dieser Studie die dominierende Spezies, was mit der ersten Studie zur Häufigkeit von Cronobacter-Isolaten aus pulverförmigen Säuglingsnahrungsprodukten übereinstimmt (Studie 1). Zwei Isolate waren allerdings C. turicensis und eines war C. muytjensii. Diese Befunde bedürfen jedoch weiterer Betrachtung. Das häufige Vorkommen von Cronobacter spp. in rohen getrockneten Teigwaren könnte eine zusätzliche Risikobewertung rechtfertigen, einschließlich gefährdeter Verbrauchergruppen außer Säuglingen. Derzeit gibt es keine Vorschriften für Cronobacter spp. in Lebensmitteln außer für Säuglingsanfangsnahrung, und es gibt keine veröffentlichten Belege für lebensmittelbedingte Erkrankungen durch Cronobacter spp. aus anderen Lebensmitteln. Andere Studien aus der Fachliteratur legten aber nahe, dass es möglicherweise andere klinisch relevante Quellen für Cronobacter-Infektionen bei älteren Erwachsenen geben kann und pflanzenbasierte Lebensmittel derzeit nicht ausgeschlossen werden können. Neben der Betrachtung zum Vorkommen von Cronobacter spp. in Säuglingsnahrungsmitteln (Studie 1) und Getreidebeikost-Produkten für Säuglinge und Kleinkinder (Studie 2) in Deutschland wurde eine Untersuchung an Folgenahrung aus Indonesien auf Enterobacteriaceae inklusive Cronobacter spp. vorgenommen. Die abschließende Studie zu diesem Themenkomplex (Studie 4) untersuchte die Kontaminationssituation von Säuglingsnahrungsprodukten aus Südostasien, insbesondere im Hinblick auf das Vorkommen von Enterobacteriaceae-Spezies in den fertigen Folgenahrungsprodukten. Bei den Enterobacteriaceae handelt es sich nicht um klassische Krankheitserreger, sondern um Bakterien, die an opportunistischen Infektionen beteiligt sein können und über Lebensmittel übertragen werden. Die Untersuchungen bestätigten die hohe Nachweishäufigkeit von Enterobacteriaceae in den Produkten mehrerer lokaler Hersteller. Die Charakterisierung der Enterobacteriaceae-Isolate zeigte ein breites Spektrum, darunter E. sakazakii sowie weitere Enterobacteriaceae wie Pantoea spp., E. hermannii, E. cloacae, Klebsiella pneumoniae, Citrobacter spp., Serratia spp. und E. coli. Besonders bemerkenswert war die hohe Prävalenz von E. sakazakii, der in 13,5 % der untersuchten Proben nachgewiesen wurden, was zu den bis zum Zeitpunkt dieser Veröffentlichung dieser Studie höchsten berichteten Werten zählte. Die Untersuchungsergebnisse dieser Studie lieferten eine wichtige Datengrundlage für zukünftige Expositionsabschätzungen. Das Infektionsrisiko durch opportunistische Krankheitserreger in pulverförmiger Säuglingsnahrung betrifft in erster Linie Frühgeborene und Neugeborene. Allerdings sollte auch Folgenahrung, die teilweise für Säuglinge ab 4 Monaten empfohlen wird und in der vorliegenden Studie positiv auf E. sakazakii getestet wurde, als potenziell gefährlich eingestuft werden. Die medizinische Überwachung in Indonesien ist nicht gut etabliert, und es fehlen statistische Daten zur Gesundheit von Säuglingen. Dennoch könnte ein relativ hoher Anteil der Säuglinge in Indonesien Ernährungs- oder Immunitätsdefizite aufweisen, was sie zu einer Hochrisikogruppe für Infektionen mit E. sakazakii und anderen opportunistischen Krankheitserregern macht. Wenn pulverförmige Säuglingsnahrung nicht ordnungsgemäß zubereitet und gelagert wird, könnten diese Produkte daher ein erhebliches Gesundheitsrisiko für Säuglinge in Indonesien darstellen. Die Arbeiten im zweiten Themenkomplex umfassen zwei Arbeiten zur Entwicklung von schnellen Nachweisverfahren von Cronobacter spp. mittels molekularbasierter Techniken in Säuglingsnahrungsfertigprodukten, um die mikrobiologische Sicherheit dieser Produkte zu erhöhen. In Anbetracht der Ergebnisse der vorliegenden Studien würde jedoch eine genauere Identifizierung und Charakterisierung aller Cronobacter-Isolate aus kontaminierter Säuglingsanfangsnahrung, die die Qualitätskontrollen der Hersteller umgehen konnte, die Passgenauigkeit einer spezifischen Risikobewertung verbessern. Insbesondere die neuen entwickelte PCR-basierten Nachweisverfahren (Studie 6) sowie das NALFIA-System (Studie 5) im Rahmen dieser Arbeit scheinen ein wichtiger Ansatz zu sein, um die Identifizierung einer potenziellen Häufung bestimmter Stämme aus unterschiedlichen Säuglingsnahrungsmitteln zu erleichtern. Ein besonderer Fortschritt wurde durch die Entwicklung des NALFIA-Systems erzielt. Dieses kombiniert die Effizienz der PCR-Amplifikation mit der Sensitivität und Benutzerfreundlichkeit von Lateral-Flow-Immunoassays. Es ermöglicht einen spezifischen und sensitiven Nachweis von Cronobacter sakazakii und Cronobacter malonaticus in Säuglingsnahrung bei Nachweisgrenzen unter 10² KbE/ml. Die Fähigkeit, Ergebnisse in weniger als zwei Stunden bereitzustellen, stellt eine erhebliche Verbesserung im Vergleich zu den zeitaufwendigen kulturbasierten Verfahren dar. Die Integration heterobifunktionaler DNA-Sonden und der Nachweis ihrer Abbauprodukte erhöhen die Zuverlässigkeit und Spezifität des Tests zusätzlich. Das NALFIA-System bietet eine praktikable, sensitive und spezifische Alternative zu traditionellen Nachweismethoden. Seine Implementierung könnte die mikrobiologische Sicherheit von Säuglingsnahrung signifikant verbessern, indem es dazu beiträgt, Qualitätskontrollmaßnahmen zu stärken und das Infektionsrisiko für empfindliche Bevölkerungsgruppen, wie Säuglinge und Kleinkinder, zu minimieren. In der zweiten Studie (Studie 6) wurde die Entwicklung von zwei Genus-spezifischen PCR-Methoden für Cronobacter spp. basierend auf den Sequenzen des 16S rRNA-Gens berichtet. Unterschiede in den hypervariablen Regionen V1, V2 und V3 ermöglichten die Konstruktion des PCR2Systems, das Cronobacter spp. zuverlässig identifiziert und von anderen Enterobacteriaceae differenziert. Das entwickelte PCR2-System erweist sich als vielversprechend, um Cronobacter spp. nach der Primärkultur auf Standardmedien oder direkt in nicht-selektiven Anreicherungsmedien zu detektieren. Diese Methode könnte die Diagnose von Cronobacter spp. in Lebensmitteln und bei neonatalen Infektionen verbessern, da sie eine schnelle und spezifische Identifizierung ermöglicht. Zusammenfassend stellen die entwickelten molekularen Nachweismethoden bedeutende Fortschritte dar, die eine verbesserte Kontrolle und Sicherheit in der Produktion von Säuglingsnahrung unterstützen und gleichzeitig die Diagnostik von Cronobacter spp. vereinfachen und beschleunigen.
Radiologische Untersuchungen der Zehe des Esels unter besonderer Berücksichtigung röntgenologischer Veränderungen des Hufbeins
(2025) Wacker, Juliana
Das Ziel dieser Untersuchungen war es, Normalwerte für verschiedene morphometrische Parameter an der dorsopalmaren sowie der lateromedialen Röntgenaufnahme der Zehe des Esels zu ermitteln, um Referenzwerte für die Beurteilung solcher Röntgenbilder bereitzustellen. Die ermittelten Normwerte können bei der orthopädischen Untersuchung von Eseln unterstützend verwertet werden und insbesondere die Auswertung der bildgebenden Untersuchungen erleichtern. Darüber hinaus sollte im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Abhängigkeit der Parameter von Alter, Größe und Gewicht der Probanden untersucht werden. Die einzigen Parameter, die eine deutliche Abhängigkeit vom Alter der Tiere zeigten, waren jene, die mit pathologischen Abweichungen im Sinne der chronischen Hufrehe in Verbindung gebracht werden können. Für alle anderen erhobenen Messwerte konnte ebenso wie für die Hufbeinveränderungen keine signifikante Korrelation mit dem Alter nachgewiesen werden. Mit dem Gewicht der Probanden korrelierten hingegen alle erhobenen Längenwerte signifikant. Je schwerer der Esel, umso größer sind demnach auch die Dimensionen des Hufes. Die Rehestrecke und die Sohlendicke zeigten dabei eine schwächere Korrelation als die übrigen Längenmesssungen. Auch die röntgenologischen Hufbeinveränderungen standen signifikant mit dem Gewicht im Zusammenhang. Insgesamt scheint das Gewicht des Esels also einen deutlich größeren Einfluss auf dessen Konformation des Hufes und Morphometrie des Hufbeins zu haben als das Alter des Tieres. Beim Vergleich zwischen linker und rechter Gliedmaße konnte ein signifikanter Unterschied hinsichtlich Sohlendicke und Trachtenlänge nachgewiesen werden. Diese Ergebnisse sind jedoch nicht mit den Ergebnissen früherer Untersuchungen in Einklang zu bringen, sodass die klinische Relevanz dieses statistischen Nachweises zweifelhaft bleibt. In der dorsopalmaren Aufnahme konnte ein steilerer medialer Hufwandwinkel sowie eine geringere mediale Sohlendicke nachgewiesen werden. Dies deckt sich mit früheren Untersuchungen und spiegelt außerdem die recht häufige Beobachtung einer geringgradigen Carpus valgus - Stellung oder leicht zehenweiter Gliedmaßenstellung mit daraus resultierender unregelmäßiger Hufform im Probandengut wider. Da die röntgenologische Untersuchung bei einigen Probanden Hinweise auf das Vorliegen einer chronisch stabilen Hufrehe mit Lageveränderung des und Umbauprozessen am Hufbein ergab, sind nicht alle im Rahmen dieser Studie ermittelten Werte als physiologisch anzusehen. Sowohl in Bezug auf die morphometrischen Messungen als auch im Hinblick auf die Morphometrie des Hufbeins konnten im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen deutliche Übereinstimmungen zu vergleichbaren Arbeiten am Pferd festgestellt werden, es wurden jedoch auch in beiden Fällen deutliche Unterschiede zum vermeintlich physiologischen Zustand des Pferdes erfasst, was in vielerlei Hinsicht die große Relevanz der Unterscheidung zwischendiesen zwei Spezies unterstreicht. Die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen erleichtern wesentlich die Interpretation von Normalbefunden und pathologischen Abweichungen bildgebender Methoden im Bereich der Zehe des Esels.
BHLHE40 positively regulates the differentiation of human airway basal cells
(2025) Ghoul, Maroua
Airway basal cells are multipotent stem cell progenitors, which are crucial to maintaining the pseudostratified epithelium. Understanding the molecular mechanisms that regulate their differentiation is essential to unravel how normal and pathological airway epithelial regeneration occurs. With this aim, we performed single-cell RNA sequencing and pseudotime analysis of primary human bronchial epithelial cells (pHBECs) differentiated on air-liquid-interface (ALI) culture, revealing a selective upregulation of the transcription factor BHLHE40 in differentiating intermediate epithelial cells. Using our ALI cultures in combination with lentiviral-based gene transfer, we show that the overexpression of BHLHE40 in human basal cells increased their differentiation into club, goblet, and ciliated cells. Consistent with the overexpression results, the knockdown of BHLHE40 in the ALI cultures reduced basal epithelial cell differentiation. Interestingly, we demonstrate that BHLHE40-mediated loss of basal cell fate through increased differentiation was preceded earlier in the culture by an increase in Notch signaling on day 5. Previous studies have shown that Notch1 signaling activation in basal cells of the murine airway epithelium is associated with the downregulation of basal cell genes and upregulation of luminal differentiation markers. Furthermore, N1ICD overexpression in primary epithelial cells from the human mammary epithelium reduced TP63 expression. Taken together, we propose that BHLHE40-induced loss of basal cells and transition to an intermediate state involves Notch signaling. To investigate the molecular mechanisms of BHLHE40-induced basal-to-intermediate cell transition and identify its direct transcriptional targets involved in Notch signaling activation driving this transition, we did a 3-step selection by performing a comparative analysis of three datasets: the data from the published BHLHE40 A549 ChIP-sequencing, our differentially expressed transcription factors in the differentiation trajectory of the Submucosal glands (SMGs)-like basal cells toward secretory cells, and our Real-Time qPCR analysis of transduced A549 cells overexpressing GFP or BHLHE40-GFP. We ended up with 8 potential BHLHE40 targets: FOS, HIF1a, MYC, HMGA2, BNC1, ZFP36L1, FOSL1, and SOX9. To confirm that they are transcriptional targets of BHLHE40 in our pHBECs-derived ALI culture, we used CUT&RUN DNA enrichment combined with gene expression analysis of transduced cells overexpressing BHLHE40-GFP from ALI day 14. We show that, although BHLHE40 has bound to HIF1a, BNC1, FOSL1, MYC, HMGA2, and ZFP36L1 genomic regions, it only repressed BNC1 gene expression without affecting the other targets. Consistently, we show that BHLHE40 overexpression reduced the number of BNC1- expressing cells in the basal layer and that BNC1 expression was exclusive to basal cells, further confirming BHLHE40-mediated transcriptional repression of BNC1 in basal cells. Previous studies showed that BNC1 has a selectively high expression in basal cells of the skin epithelium, which goes down in the Suprabasal and differentiated layers. Consistently, its reduction was associated with the appearance of keratinocytes differentiation marker, suggesting its role in maintaining the undifferentiated basal cell state. In line with our results, we show a correlation between the downregulation of BNC1, the reduction of basal cell markers, and the increase in epithelial cell differentiation following BHLHE40 overexpression on day 14. Taken together, our data indicate that BHLHE40 transcriptionally represses BNC1 expression, which in turn induces the loss of basal cells and their differentiation. We hypothesized that BNC1 is the solely transcriptional target of BHLHE40 that is needed to maintain the undifferentiated basal cell state by negatively regulating Notch signaling in basal cells (e.g., by activating Notch inhibitor). Bulk RNA sequencing of sorted BHLHE40-GFP cells from ALI day 14 identified LFNG, a basal cell-specific Notch inhibitor, as a potential downstream target of BNC1, as its expression decreased following BHLHE40 overexpression. However, it remains unclear whether LFNG or other mediators contribute to the BHLHE40-BNC1-induced transition from basal to intermediate cells. Additionally, since TP63 expression is regulated by multiple signaling pathways in addition to Notch signaling, further investigation is needed to deepen our understanding of the molecular mechanisms driving BHLHE40-BNC1-mediated loss of TP63+ basal cells, focusing on identifying BNC1 downstream targets, which our findings suggest as a promising starting point for future studies. This will determine how BNC1 maintains TP63 expression in the human airway epithelium and whether Notch signaling is solely involved in BHLHE40-mediated regulation of basal cell differentiation. Considering our pHBECs-derived ALI culture as a re-generation model, our data suggest a potential of BHLHE40 to enhance the regeneration of the human airway epithelium upon airway injury through increasing differentiation. Also, our single-cell RNA sequencing and pseudotime analysis of differentiating ALI culture suggested the involvement of BHLHE40 in the SMGs-like basal cell differentiation trajectory towards secretory cells. Since basal cells of the SMGs have been shown to contribute to the surface airway epithelium (SAE) regeneration upon injury, we propose a potential role of BHLHE40 in enhancing regeneration via increasing differentiation of basal progenitor cells, both in the SAE and the SMGs. Collectively, we propose that BHLHE40 could serve as a target for therapeutic strategies aimed at enhancing tissue repair and regeneration in the airway epithelium.
Functional Nanocarbon Hybrids for Optoelectronic Applications
(2025) Debes, Paul Peter
Carbon dots (CDs) are carbon nanomaterials with remarkable photoluminescence, tunable surface chemistry, and high biocompatibility, making them attractive for applications in catalysis, sensing, and biomedicine. This work presents a comprehensive investigation of the synthesis, surface functionalization, characterization, and application of CDs, with a particular focus on carbon nanodots (CNDs). The broad objective was to understand how precise surface modifications and advanced analytical techniques could reveal structure-property relationships and unlock application potentials. CNDs were synthesized using bottom-up methods that allow precise control over particle morphology and surface functionalities. A major focus was the quantification of surface functional groups for covalent modification strategies. In Publication 1, the question of whether the total amount of primary amines on the surface correlates with the efficiency of amide coupling reactions was addressed. Using a combination of the Kaiser test and quantitative 19F-NMR spectroscopy, it was found that coupling efficiency does not scale directly with the apparent amine content. Instead, steric accessibility and reactivity were identified as critical factors governing surface functionalization. These findings provide a basis for the rational selection of linkers and optimization of reaction conditions in covalent surface chemistry. Publication 2 focused on whether covalent attachment of organic dyes to CNDs could improve their stability and integration into photocatalytic systems. The study demonstrated that covalent dye-CND hybrids, when integrated into TiO2-based hybrid photocatalysts, exhibited reduced dye leaching and consumption, thus advancing the development of more sustainable and long-lasting photocatalytic systems. In Publication 3, the focus was on how the photophysical behavior of CND-azobenzene hybrids can be modulated by structural design, including a spacer and connectivity. It was shown that the molecular spacer significantly influences the electronic coupling and fluorescence quenching behavior and enables reversible photoisomerization. These results underline the potential of these hybrid materials for light-controlled applications such as optostimulation and targeted biotechnological processes. The results highlight the importance of surface engineering in tailoring CNDs-hybrids. Combining surface analysis, targeted covalent modification, and application-driven hybrid design provides the foundation for solving challenges in photocatalysis, bioimaging, and stimuli-responsive nanotechnology.
Theoretische Untersuchung kubischer Nitride
(2025) Waack, Jan-Matthis
Der technologische Fortschritt des 21. Jahrhunderts zielt darauf ab, Materialien auf atomarer Ebene gezielt für den Einsatz in modernen (opto-)elektronischen Bauelementen zu optimieren. Im Rahmen dieser Arbeit werden kubische Nitride, namentlich die ternären Mischkristalle Al$x$Sc${1-x}$N in kubischer Kochsalzstruktur und In$x$Ga${1-x}$N in kubischer Zinkblendenstruktur, einer umfassenden theoretischen Untersuchung unterzogen. Die methodische Grundlage bildet die Dichtefunktionaltheorie (DFT), wobei spezielle Ansätze zur Lösung des Bandlückenproblems -- insbesondere die LDA-1/2-Methode sowie das modifizierte Becke-Johnson-Funktional -- zur Bestimmung korrekter Bandkantenzustände verwendet werden. Zur Modellierung der chemischen Unordnung werden zwei komplementäre Ansätze verwendet: die Methode der *Special-Quasirandom Structures* (SQS) und die *Coherent Potential Approximation* (CPA). Beide Methoden erlauben es, die statistische Verteilung der verschiedenen Metall-Kationen innerhalb der Kristallstruktur realitätsnah abzubilden und liefern konsistente Ergebnisse hinsichtlich der Abhängigkeiten von Struktur und elektronischen Eigenschaften. Ergänzend werden phononische Eigenschaften berechnet, die nicht nur die dynamische Stabilität der untersuchten Mischkristalle bestätigen, sondern auch dem Vergleich mit Messdaten aus der Literatur dienen. Bei In$x$Ga${1-x}$N führen geordnete Strukturen zu unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften im Vergleich untereinander und zu zufälligen Mischkristallen -- ein Unterschied, der sich in variierenden Bandlücken, Gitterkonstanten, Elastizitätskonstanten und Phononmoden zeigt. Dagegen entfaltet Al$x$Sc${1-x}$N aufgrund der spezifischen Elektronenkonfiguration von Scandium eine deutliche Abweichung von klassischen III-Nitriden. Dies äußert sich in veränderten Bindungslängen, einem quadratischen Gitterparameterverhalten, einem komplexen Bandlückenverlauf sowie einer indirekten Bandlücke. Insgesamt liefert diese Arbeit grundlegende Einblicke in die Zusammenhänge zwischen Zusammensetzung, Kristallstruktur und elektronischen Eigenschaften kubischer Nitride. Die Ergebnisse legen den Grundstein für ein gezieltes Bandlücken-Engineering, das eine präzise Einstellung der Materialeigenschaften für zukünftige (opto-)elektronische Anwendungen ermöglicht. Der verwendete Ansatz zeigt, wie durch den Einsatz moderner DFT-Methoden und innovativer Korrekturverfahren wesentliche Fortschritte in der Materialforschung erzielt werden können und eröffnet neue Perspektiven für die Integration dieser Systeme in moderne Technologiekonzepte.
Untersuchungen zu verschiedenen Formen der pulmonalen Hypertonie - eine retrospektive Analyse
(2024) Marchand, Céline
Das primäre Ziel der vorliegenden Arbeit war es die wesentlichen Unterschiede und deren Konsequenzen zwischen der letzten Leitlinie von 2015 und der aktuellen Leitlinie von 2022 herauszuarbeiten. Durch das Herabsetzen des PAPm Cut-Off Werts von 25 mmHg auf 20 mmHg kommt es zu einer sensitiveren Erkennung von an PH erkrankten Patienten. Genauer gesagt ist es durch den ebenfalls geänderten PVR Cut-Off Werts möglich die präkapilläre Komponente sensitiver zu erkennen, sodass mehr Cpc-PH Patienten erkannt werden. Diese Gruppe weist auch die höchste Mortalität auf, daher scheint das Herabsetzen des Cut-Off Wert und die daraus resultierende frühere Diagnostik und Therapie, prognostisch günstig zu sein für die zukünftige Diagnosestellung. Darüber hinaus war eine weitere Beobachtung dieser Arbeit, dass ein statistisch signifikanter Überlebensvorteil erst ab einem PAPm < 25 mmHg gilt, trotz dessen die aktuellen Leitlinien ebendiesen Cut-Off Wert verringerten auf < 20 mmHg. Die Borderline Gruppe zeigt auch in dieser Arbeit einen geringeren Überlebensvorteil. Auch wenn dieser hier nicht statistisch signifikant ist, gibt es zahlreiche Studien, die das bestätigen und folglich auf den niedrigeren Cut-Off Wert plädieren. Als prognostisch aussagekräftigster Parameter zeigte sich in dieser Arbeit der PAWP, der bereits zur Differenzierung der präkapillären und postkapillären PH dient. Demzufolge geht ein erhöhter PAWP mit erhöhter Mortalität einher. Daneben waren EF und die Wattzahl der Leistung relevant. Hierbei wurde in dieser Arbeit davon ausgegangen, dass diese unmittelbar mit der allgemeinen Leistungsfähigkeit des Patienten einher gehen und schwierig vom allgemeinen Krankheitszustand der Patienten zu differenzieren sind. Die Studienlage zur medikamentösen Therapie bei PH infolge von Linksherzerkrankungen ist nicht sehr umfangreich und zudem auch kontrovers. Die Aussagen dieser Arbeit sind wegen der geringen Fallzahl limitiert und können lediglich als Anstoß für weitere Studien gewertet werden. Lediglich die sublinguale Applikation von NO hatte einen positiven Einfluss auf PH prognoserelevante Parameter. Unterschiede bei der Anwendung der drei Medikamente aus dieser Arbeit auf die verschiedenen Subtypen der PH sind ebenfalls wegen zu geringer Fallzahl limitiert. Lediglich Iloprost zeigte an einem prognoserelevanten Parameter PAWP einen signifikanten verbessernden Unterschied. Wären bei der präkapillären PH der Wert nach Iloprost Inhalation unverändert blieb, verschlechterte sich der PAWP bei den postkapillären PH-Patienten. Das ist entscheidend für weitere Studien, die sich auf die Suche nach medikamentöser Langzeittherapie für diese Gruppe der PH begeben.
Herausforderungen Studierender bei der Identifizierung von physikalischen Lösungsansätzen in Rechenaufgaben zur Mechanik
(2024) von Bucholtz, Nina
Die Bearbeitung physikalischer Rechenaufgaben stellt Studierende vor verschiedene Herausforderungen, die sie oft nicht selbstständig bewältigen können. Diese Aufgaben sind nicht nur in Übungs-, sondern auch in Prüfungssituationen von zentraler Bedeutung, weshalb ihre erfolgreiche Bearbeitung für den Studienverlauf entscheidend sein kann. Die Förderung der Studierenden zur eigenständigen Bearbeitung von physikalischen Rechenaufgaben ist somit – auch mit Blick auf hohe Abbruchquoten in physikalischen Studiengängen – dringend erforderlich. Wie solche Fördermaßnahmen gestaltet sein sollten, ist jedoch bislang wenig erforscht. Eine Grundlage zur Ableitung von Hinweisen über die Gestaltung geeigneter Maßnahmen kann die genaue Analyse der Bearbeitungsprozesse und der auftretenden Schwierigkeiten sein. Befunde bisheriger Studien zeigen zu Herausforderungen beim Bearbeiten von Rechenaufgaben, dass das Identifizieren von zielführenden Lösungsansätzen in besonderem Maße zu Schwierigkeiten führt. Im Rahmen des in dieser Arbeit vorgestellten Forschungsprojekts wurden daher Herausforderungen beim Identifizieren von Lösungsansätzen aus verschiedenen Perspektiven beleuchtet, um spezifische Schwierigkeiten und deren Ursachen besser zu verstehen. Hierfür wurde ein quantitativer und ein qualitativer Zugang gewählt. Diese bestehen jeweils aus zwei gekoppelten Erhebungsschritten. Der erste Erhebungsschritt dient der Erfassung von Personenmerkmalen (z. B. Verständnis zu Konzepten aus der Mechanik, Fähigkeiten zur Durchführung mathematischer Operationen) mithilfe eines Fragebogens. Dieser wurde im quantitativen und qualitativen Zugang von jeweils 𝑁_1_quantitativ = 30 und 𝑁_1_qualitativ = 30 Studierenden bearbeitet. Der zweite Erhebungsschritt besteht aus der Sortierung bzw. Gruppierung von Rechenaufgaben nach angemessenen Lösungsansätzen (z. B. Energieansatz, Bewegungsansatz) und der Befragung zu Vorgehensweisen, Schwierigkeiten und weiteren Aspekten in diesem Prozess. Dieser Erhebungsschritt wurde im quantitativen Zugang mit allen Studierenden aus dem ersten Erhebungsschritt an einem Fragebogen und im qualitativen Zugang mit 𝑁_2_qualitativ =10 freiwilligen Studierenden aus dem ersten Erhebungsschritt in einem Interview durchgeführt. Im Schwerpunkt dieser Arbeit steht der quantitative Zugang. Es zeigt sich u. a., dass jeweils ein höheres Verständnis zu Konzepten der Mechanik sowie eine höhere Punktzahl im Mathematiktest mit einem höheren Erfolg bei der Zuordnung von einigen Rechenaufgaben zu angemessenen Lösungsansätzen einhergeht. Weiter zeigt sich, dass der Erfolg der Zuordnung einiger Rechenaufgaben in Zusammenhang mit Merkmalen der Rechenaufgaben steht. Rechenaufgaben mit einem Kontext zu schiefen Ebenen wurden erfolgreicher Lösungsansätzen zugeordnet, als Rechenaufgaben mit einem Kontext zu Würfen. Rechenaufgaben mit einem Wurf-Kontext wurden besonders selten erfolgreich zugeordnet, wenn der zu identifizierende Ansatz ein Energieansatz ist. In der genauen Betrachtung wird deutlich, dass Studierende statt eines Energieansatzes häufig einen Bewegungsansatz ausgewählt haben.
Klinische Untersuchungen zur Prävalenz der Molaren-Inzisiven-Hypomineralisation im Lahn-Dill-Kreis und in der Stadt Frankfurt am Main
(2025) Nossol, Carina
Zielsetzung: Das Ziel der vorliegenden Querschnittsstudie war die Erhebung von MIH- und MMH-Prävalenzdaten 6- bis 12-jähriger Kinder im Stadt-Land-Vergleich. Hierzu wurden Daten im ländlich geprägten Lahn-Dill-Kreis (LDK) in Mittelhessen und in Frankfurt am Main (Ffm) erhoben und miteinander verglichen. Für die Darstellung eines Entwicklungstrends in der ländlichen Region LDK wurden Vergleichsdaten aus einer früheren Studie von Preusser et al. (2007) von 2002/03 herangezogen. Begleitend zur epidemiologischen Studie sollten die strukturellen Unterschiede an kariösen und MIH-Zähnen mithilfe der Infiltrationstechnik untersucht werden. Methode: Im Schuljahr 2014/15 wurden im Rahmen jährlicher schulzahnärztlicher Kontrollen insgesamt 2.103 6- bis 12-jährige Schulkinder (LDK: n = 1.036; Ffm: n = 1.067) an insgesamt 14 Schulen untersucht. Acht kalibrierte Zahnärzte des öffentlichen Gesundheitsdienstes nahmen die Beurteilung zur MIH gemäß der EAPD-Kriterien und Schweregradeinteilung nach Wetzel und Reckel (1991) vor [228]. Weiterhin wurden das Alter, die Herkunft und das Geschlecht der Probanden, der Flächenbefund und die Karieshistorie (DMF-T/dmf-t-Werte) erfasst. Die Infiltrationsmethode wurde mit dem Produkt ICON (Fa. DMG, Hamburg) an elf kariösen und 18 MIH-Zähnen vorgenommen. Das Verfahren wurde unter Verwendung von NaOCl 5,25 % für 120 s ergänzt. Es wurden Längsschnitte der Dicke 100 µm angefertigt und die Farbstoffe Rhodamin-B-Isothiocyanat mit 0,1 % und Natriumfluorescein mit 0,1 mM benutzt, um die Eindringtiefe im Läsionskörper am konfokalen Lasermikroskop (CLSM) sichtbar zu machen. Ergebnisse: Die Prävalenz der MIH und MMH betrug 9,4 bzw. 3,2 % im LDK und 17,4 bzw. 2,9 % in Ffm. Während im LDK hypomineralisierte Sechsjahrmolaren mehrheitlich dem Schweregrad B zugeordnet wurden, dominierte in Ffm der Schweregrad A. In den meisten Fällen konnten abgrenzbare Opazitäten dokumentiert werden. Im Vergleich zum Schuljahr 2002/03 stieg im LDK die MIH von 5,9 auf 9,4 % an. Es gab weder geschlechtsspezifische noch altersabhängige Unterschiede in der MIH-/MMH-Prävalenz. Bei Kindern mit MIH bestand eine höhere Kariesprävalenz (DMF-T-/dmf-t-Gesamtwert: 2,12 [MIH]; 1,75 [keine MIH]). Weiterhin bestand bei Kindern mit einer MMH eine Wahrscheinlichkeit von 11,32 (95 % Kl 6,73–19,03) eine MIH in der bleibenden Dentition zu bekommen. Die Infiltrationstiefe bei den zwei exemplarisch dargestellten kariösen Zähnen betrug bis zu 526 µm. Bei den MIH-Zähnen konnte eine Penetrationstiefe bis zu 833 µm erreicht werden. In der Regel drang der Infiltrant jedoch gar nicht in die Porositäten ein. Schlussfolgerung: Die Daten zur MIH-Prävalenz weisen regionale Unterschiede auf. Zudem scheint eine MMH ein Prädiktor für das Auftreten einer MIH zu sein. Der MIH-Anstieg von 59 % im LDK über eine Zeitspanne von zwölf Jahren gibt Anlass für weitere Untersuchungen zur MIH-Ätiologie. Das ICON-Infiltrationsverfahren ist bei Zähnen mit Initialkaries verlässlich durchführbar. Bei MIH-Zähnen ist die Infiltrationsmethode sporadisch möglich. Mehrheitlich hat eine Penetration des Infiltranten jedoch nicht stattgefunden. Weitere Untersuchungen zur Vorbehandlung von MIH-Zähnen sind daher erforderlich.
Fermentation von Kartoffelnebenströmen durch Basidiomyceten
(2025) Happel, Katharina
Kartoffelnebenströme fallen in großen Mengen in der kartoffelverarbeitenden Industrie bei der Produktion von Kartoffelstärke und anderen Kartoffelerzeugnissen an. Die Verwendung dieser Nebenströme als kostengünstiges Substrat für die Produktion von hochwertigem Pilzmyzel ist hinsichtlich einer nachhaltigen Verwertung von großem Interesse. Innerhalb des Projekts wurde die Eignung der Nebenströme Kartoffelschale und Kartoffeltrester, welche beide nach der Stärke- und Proteinisolierung am Fraunhofer Institut IVV in Freising anfielen, überprüft. Durch ein Emersscreening mit 100 Pilzen und ein anschließendes Submersscreening mit 50 Pilzen konnten vielversprechende Pilz-Substrat-Kombinationen identifiziert werden. Besonders hohe Pilzanteile von ca. 100% wurden durch Fermentation von Kartoffeltrester mit Flammulina velutipes bei einer Substratkonzentration von 20 g/L und siebentägiger Kultivierung erzielt. Im Rahmen der Optimierung konnte die Substratkonzentration bei gleichbleibender Kultivierungsdauer auf 30 g/L erhöht werden. Der Pilzanteil betrug 83 ± 3% und die Biotrockenmasse wurde durch die Fermentation von 8,1 ± 0,4 g/L auf 9,8 ± 0,3 g/L gesteigert. Es wurde ein maximaler Rohproteingehalt von 17,9 ± 0,3 g/100 g TM und ein Reinproteingehalt von 15,4 ± 0,2 g/100 g TM erreicht. Die Fermentation wurde erfolgreich von Schüttelkolben in einen 7 L Fermenter (4,5 L Arbeitsvolumen) übertragen, was den Grundstein für zukünftige Maßstabsvergrößerungen legte. Die Applikation des Fermentats wurde in veganen Frikadellen getestet, wobei sich F. velutipes als vielversprechender Kandidat für den Einsatz in Lebensmitteln herausstellte. Die Parameter der Fermentation des Kartoffeltresters wurden auf industrielle Kartoffelpülpe übertragen. Dabei zeigte sich, dass die Viskosität bei der Medienherstellung deutlich höher war. Daher musste die Substratkonzentration auf 20 g/L gesenkt werden. Durch zusätzliche Verlängerung der Fermentation auf 11 Kultivierungstage wurde ein Pilzgehalt von ca. 65% erreicht. Zur weiteren Optimierung wurde die Supplementation mit Kartoffelfruchtwasser getestet, wodurch Pilzgehalt von ca. 60% bei einer Fermentationsdauer von nur 7 Tagen erreicht wurden. Insgesamt ergibt sich für diese Fermentation weiteres Optimierungspotential. In den Kartoffelnebenströmen sind Glykoalkaloide enthalten, die in höheren Verzehrmengen toxisch sein können. Daher wurde eine Methode zur Bestimmung von Glykoalkaloiden validiert und deren Gehalte über den Kultivierungszeitraum untersucht. Es zeigte sich eine Anreichung der Glykoalkaloide nach der Abtrennung des Überstands im Rückstand bei Kultur von F. velutipes. Aufgrund dessen sollte der Gehalt bei Einsatz der Fermentate in den Endprodukten überprüft werden. Interessanterweise wurde bei Kultur von Pleurotus pulmonarius auf den Kartoffelnebenströmen ein Abbau der Glykoalkaloide beobachtet. Ab einer Kultivierungsdauer von 7 Tagen auf Kartoffeltrester wurden nur noch geringe Solanidingehalte und kein α-Solanin- oder α-Chaconin nachgewiesen. Das Fermentat von Kartoffeltrester mit F. velutipes wurde zusätzlich mit einer kommerziellen Peptidase enzymatisch hydrolysiert. Nach Optimierung der Hydrolysebedingungen wurde ein Hydrolysegrad von 75,1 ± 1,0% erreicht. Dadurch wurde der Gehalt an freier Glutaminsäure um mehr als das 20fache von 8,7 ± 0,1 mg/L auf 188,7 ± 1,2 mg/L erhöht. Durch enzymatische Hydrolyse wurde die umami-Wahrnehmung in Wasser gesteigert sowie geschmacksverstärkende Eigenschaften in Gemüsebrühe festgestellt. Das Fermentat selbst wies Peptidase-Aktivität auf. Ohne Zugabe von zusätzlichem Enzym wurde ein Hydrolysegrad von 33,9 ± 0,7% und ein freier Glutaminsäuregehalt von 99,1 ± 0,7 mg/L erreicht. Für diese Hydrolysate wurde die Erhöhung der umami-Wahrnehmung nur bei Zugabe zu Gemüsebrühe und nicht zu Wasser detektiert. Dies spricht für geschmacksverstärkende Eigenschaften bei geringem umami-Eigengeschmack. Kartoffelnebenströme eigneten sich sehr gut für die Pilzfermentation und es wurden hohe Pilzanteile und eine Steigerung des Proteingehalts erreicht. Es konnte der Einsatz von Basidiomyceten zum Abbau von Glykoalkaloiden nachgewiesen werden. Nach Hydrolyse der Pilzmyzelien mittels pilzeigener oder zugesetzter Peptidasen wurden geschmacksverstärkende Eigenschaften beobachtet.
Quark Numbers and Percolation in QCD
(2024) Ghanbarpour, Milad
In this thesis, we are concerned with Lattice QCD and present two results. First, we construct an ensemble where the baryon number is fixed to fractional values in a spatial subvolume V. Due to gauge invariance and the implied Gauss law, the baryon number cannot be fixed to a fractional value on the whole periodic volume because any state with a net-quark number which is not a multiple of three has additional quarks or antiquarks whose color-electric fluxes cannot terminate in a gauge-invariant manner. For a subvolume V, this restriction does not apply. The fluxes can terminate at corresponding charges outside of V. However, the interaction has to be modified at the surface of V to make the system aware of the arbitrarily chosen subvolume. This is done with two independent approaches: a quantum-mechanical description of Lattice QCD and a dual formulation of the path integral. Second, we investigate the phenomenon of percolation as a mechanism for confinement. To this end, we base our considerations on a suggestion by Satz to describe the transition between confinement and deconfinement by a percolation transition. Similar to the Kertész line of spin systems, the percolation transition then coincides with the notion of confinement based on the spontaneous breaking of the Z3 symmetry at infinite quark masses but persists at light masses. This allows for an unambiguous distinction between a confined and deconfined phase at all parameters of the theory. We propose the correct mechanism to be given by the percolation of center-electric fluxes, define the spanning probability, derive the path integral and show that the confinement transition at infinite quark masses can be seen as a consequence of our notion of percolation. As a proof of concept, we demonstrate both main results numerically in a simple flux-tube model which shares the necessary center-electric flux structures with QCD.
Vitamin D-Status von Lamas und Alpakas in Mitteldeutschland
(2025) Husemann, Felix Valerian
Ziel dieser Dissertation war es, den aktuellen Status der Vitamin D-Versorgung von Neuweltkameliden in Mitteldeutschland zu untersuchen. Darüber hinaus sollte ein Zusammenhang potenzieller Einflussfaktoren (Tierart, Rasse, Vliesfarbe, Geschlecht, Alter, Jahreszeit) auf die Serumvitamin D-Konzentration und eine Korrelation dieser mit labordiagnostischen Parametern (Gesamteiweiß, Aktivitäten der Aspartataminotransferase (AST), der Glutamatdehydrogenase (GLDH) und der Gamma-Glutamyltransferase (GGT), Gesamtcalcium und Natrium) überprüft werden. Im Rahmen der Bestandsbetreuung wurden in vier mittelhessischen Betrieben viermal Blutproben von Lamas und Alpakas im Verlauf eines Jahres untersucht. Insgesamt wurden 324 Blutproben von 44 Alpakas und 41 Lamas untersucht. Zum Zeitpunkt der Blutentnahmen betrug der arithmetische Mittelwert der Vitamin D Konzentration im Oktober 370,31 μg/L mit einer Standardabweichung von 345,15. Im Januar betrug der arithmetische Mittelwert 171,63 μg/L mit einer Standardabweichung von 218,60. Im April betrug der arithmetische Mittelwert 160,08 μg/L mit einer Standardabweichung von 191,70 und in Juli / August betrug er 409,11 μg/L mit einer Standardabweichung von 346,17. Es zeigte sich, dass die Serumkonzentration von Vitamin D signifikant (p < 0,05) mit der Jahreszeit (in Monaten stärkerer Sonneneinstrahlung war die Vitamin D Konzentration höher), dem Alter (Steigerungsfaktor pro Jahr 1,00735), der Substitution (Steigerungsfaktor 2,09 bei Substitution) und der Tierart zusammenhängt. Dabei besaßen Alpakas eine 1,84-mal so hohe Vitamin D-Konzentrationen im Blut wie Lamas. Es konnte kein signifikanter Zusammenhang der Vitamin D-Konzentration mit der Vliesfarbe, der Vliesstruktur und dem Geschlecht nachgewiesen werden. Um einen Zusammenhang der labordiagnostischen Parameter mit der Vitamin D Konzentration im Serum zu überprüfen, wurde zunächst überprüft, ob signifikante Zusammenhänge zu Einzelparametern zu den jeweiligen Entnahmezeitpunkten bestehen. Keiner der Parameter wies zu jedem Zeitpunkt der Blutentnahmen einen signifikanten Zusammenhang mit der Vitamin D-Konzentration auf und wäre daher geeignet, Rückschlüsse auf diese zuzulassen. Unter der Berücksichtigung aller Parameter in einer Regressionsanalyse mit Modellreduktion, wurde eine Formel ermittelt, die unter Zuhilfenahme der labordiagnostischen Parameter mit der höchsten Signifikanz, eine Schätzung der Serumkonzentration von Vitamin D ermöglichen sollte. Durch den vorliegenden hohen Streufaktor von 3,35, kann jedoch auf diese Weise keine zuverlässige Abschätzung der Vitamin D-Konzentration erfolgen. Als Limitation der Arbeit muss beachtet werden, dass es sich um eine Feldstudie in nur vier Betrieben in Mittelhessen handelte. Dadurch konnten betriebsspezifische Faktoren und organisatorische Einflussfaktoren (z.B. Verkauf von Tieren während des Untersuchungszeitraums) nicht vermieden werden. Dadurch, dass eine Substituierung von Vitamin D ausschließlich im Winter erfolgte, konnte der Substitutionseffekt im Sommer nicht erfasst werden.

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