Dissertationen/Habilitationen
Dauerhafte URI für die Sammlunghttps://jlupub.ub.uni-giessen.de/handle/jlupub/64
Stöbern nach
Neue Veröffentlichungen
Item Einfluss des Musters in der konfokalen Endomikroskopie (pCLE) auf den Langzeit-Verlauf bei Patienten mit interstitiellen Lungenerkrankungen(2024) Hamberger, DanielIn der vorliegenden Arbeit erfolgte ein Follow-up zur Arbeit von Silbernagel et al. bei der therapienaive Patienten vor Diagnostik einer ILD mittels pCLE untersucht wurden. Die pCLE ist ein experimentelles endoskopisches Verfahren zur Darstellung von alveolären Strukturen und hat damit einen möglichen therapeutischen Nutzen bei der ILD. Von insgesamt 39 Patienten der damaligen Studienpopulation konnten durch Kontaktaufnahme mit Fach- und Hausärzten Verlaufsdaten über Lungenfunktion und Krankheitsverlauf inklusive Mortalität gesammelt werden. Aus diesen Daten wurde eine Korrelation zwischen den pCLE-Mustern und der Abnahme der Lungenfunktion hergestellt. Auch der Einfluss des pCLE-Musters auf die Mortalität wurde untersucht. Dabei zeigt sich, dass die Abnahme der Lungenfunktion in den ersten 6 Monaten nach der Untersuchung signifikant mit dem Ausmaß der Gewebszerstörung korreliert. Die Gewebszerstörung ist außerdem überwiegend bei den fibrosierenden Erkrankungen zu finden. Der Nachweis von Alveolarmakrophagen scheint insgesamt prognostisch günstig zu sein, da sich eine deutlich niedrigere Mortalität abzeichnet, auch wenn die Lungenfunktion im Verlauf nicht signifikant davon abhängt. Alveolarmakrophagen werden dabei in der pCLE überwiegend bei nicht-fibrosierenden Erkrankungen nachgewiesen, die eine bessere Prognose aufweisen. Aufgrund der kleinen Studienpopulation und der im Beobachtungszeitraum zunehmenden Mortalität sind die Ergebnisse in ihrer Aussagekraft deutlich eingeschränkt. Es werden daher Studien mit größeren Studienpopulationen benötigt, um einen prognostischen Marker bei ILDs mittels der pCLE zu finden. In der vorliegenden Arbeit ist das pCLE-Muster Distorsion signifikant mit der Krankheitsprognose assoziiert.Item Veränderung auditiv-subjektiver und objektiv-apparativer Stimmparameter vor und nach phonochirurgischen Eingriffen bei gutartigen Stimmlippenveränderungen – eine retrospektive Datenerhebung(2025) Heine, FabienneDas Ziel dieser Arbeit war die, in Anlehnung an das Basis-Protokoll der ELS, multidimensionale Untersuchung der Stimmqualität zur Beurteilung einer Stimmverbesserung nach phonochirurgischer Intervention bei gutartigen Stimmlippenerkrankungen in einem Patientenkollektiv an der HNO-Universitätsklinik in Magdeburg. Hierfür wurden die Daten von 51 Patienten, die sich im Zeitraum von 2014 bis 2020 aufgrund einer Stimmstörung in operativer Behandlung befanden, ausgewertet. Es zeigte sich in der Gesamtgruppe eine signifikante Verbesserung sowohl der objektivapparativen, als auch der auditiv-subjektiven Stimmparameter. In den histologischen Subgruppen konnten für die Reinke-Ödeme und Polypen signifikante Ergebnisse erzielt werden, tendenzielle Verbesserungen zeigten sich auch in den anderen Subgruppen. Folglich scheint die operative Therapie gutartiger Stimmlippenveränderungen mittels Mikrolaryngoskopie nicht nur für den Operateur ein zufriedenstellendes Ergebnis zu erzielen, sondern auch für den Patienten, dessen Leidensdruck gesenkt und Lebensqualität gesteigert werden kann. Ähnliche Ergebnisse konnten auch in anderen Studien gefunden werden, um jedoch eine bessere Vergleichbarkeit zu schaffen, wäre die Vereinheitlichung der Stimmdiagnostik wünschenswert. Bei der epidemiologischen Auswertung des untersuchten Patientenkollektivs zeigten sich Reinke-Ödeme signifikant häufiger bei Frauen, während Polypen häufiger bei Männern zu finden waren. Rauchen als Risikofaktor bei der Entstehung von Reinke-Ödemen konnte bestätigt werden. Zusammenfassend ermöglicht die mikrolaryngoskopische Therapie von benignen Stimmlippenpathologien eine rasche Symptombesserung, wichtig in diesem Zusammenhang ist aber auch die Kontrolle der Risikofaktoren für einen anhaltenden Erfolg.Item Anwendung und Weiterentwicklung der Ionenstrahlsputterdeposition : Entkopplungsansätze für eine nachhaltige Dünnschichtabscheidung(2025) Benz, Sebastian LeonardFür die Speicherung, Einsparung, den Transport und die Nutzung von Energie existieren zahlreiche etablierte Lösungen, bei denen funktionale Dünnschichten häufig eine zentrale Rolle spielen. Viele dieser Technologien beruhen jedoch auf fossilen Energieträgern oder dem Einsatz kritischer Materialien. Die vorliegende Arbeit widmet sich daher der Ionenstrahlsputterdeposition im Kontext von Substitutionsmaterialien für nachhaltige Energietechnologien. Diese Methode zur Abscheidung funktionaler Dünnschichten wurde zunächst dafür genutzt, neuartige Heterostrukturen zu synthetisieren. Mithilfe von Röntgenphotoelektronenspektroskopie wurden diese Heterostrukturen hinsichtlich ihrer Eignung für sogenannte All-Oxide-Dioden untersucht. Dabei wurden die Banddiskontinuitäten der erzeugten pn-Übergänge bestimmt und miteinander verglichen. Da ausschließlich Metalloxide verwendet werden, verspricht der All-Oxide-Ansatz den Einsatz leicht verfügbarer, nachhaltiger Materialien. Darüber hinaus wurde die Ionenstrahlsputterdeposition eingesetzt, um die Metalllegierung NiCr8020 mit niedrigem Temperaturkoeffizienten abzuscheiden. Diese Legierung findet Anwendung in Bauteilen zur präzisen Strommessung über große Temperaturbereiche – etwa in Batteriesystemen für die Elektromobilität. Es konnte gezeigt werden, dass sich der Temperaturkoeffizient durch Modulierung der Prozessparameter bei der Ionenstrahlsputterdeposition effektiv kontrollieren lässt. Im weiteren Verlauf wurde die Ionenstrahlsputterdeposition selbst optimiert. Ziel war es, durch gezielte Modifikationen des Wachstumsapparats, die Abscheiderate zu erhöhen, ohne die Schichtqualität zu beeinträchtigen. Hierzu wurden Metalloxidschichten abgeschieden und mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie, Rasterkraftmikroskopie, Ellipsometrie, Röntgenbeugung und -reflektometrie umfassend charakterisiert. Es zeigte sich, dass durch die räumliche Entkopplung von Inert- und Reaktivgas sowohl die Depositionsrate als auch die Schichtqualität signifikant verbessert werden konnten. Abschließend wurden die Wachstumsprozesse in-situ mittels optischer Emissionsspektroskopie analysiert. Unter Anwendung eines collisional radiative models konnte die lokale Dichte atomaren Sauerstoffs für verschiedene Reaktivgaseinlasspositionen quantifiziert werden. Die Untersuchungen führten zu einem tieferen Verständnis des Prozesses und erlaubten die Entwicklung eines vereinfachten, kostengünstigen Spektrometers. Dieses ermöglicht es, den Wachstumsprozess effizient zu überwachen und Ausschuss durch rechtzeitigen Abbruch zu vermeiden.Item Reconstruction of the Sigma0 baryon in Ag+Ag collisions at sqrt(s_NN) =2.55 GeV with HADES(2025) Becker, MartenThis work presents the experimental reconstruction of the Sigma0 baryon in – with respect to NN interactions – subthreshold Ag+Ag collisions at 1.58 AGeV kinetic beam energy measured with the HADES experiment. At the HADES experiment, which is located at GSI in Darmstadt, Germany, heavy ion collisions at moderate freeze-out temperatures and high baryon chemical potential are measured, analyzed, and evaluated in comparison with the existing data as well as theoretical predictions. This kinetic beam energy corresponds to a center of mass energy of sqrt(s_NN) = 2.55 GeV, which is the Lambda baryon production threshold in NN collisions. With only a small mass difference of Sigma0 to the Lambda baryon of 77 MeV/c^2, Sigma and Lambda baryons are the lightest strangeness containing baryons. Since all quantum numbers of the Sigma0 and the Lambda baryon are identical, their production mechanisms are expected to be very similar. Due to a different spin configuration of the valence quarks inside the Sigma0 , the Sigma0 is slightly more heavy and decays with nearly 100 % branching ratio into Lambda-photon. However, the reconstruction of the low-energy photon is challenging for most detectors, particularly when attempting to concurrently satisfy the requirements of Lambda reconstruction. For the beamtime of the analyzed Ag+Ag collisions, 15 billion events were recorded. The newly installed electromagnetic calorimeter enables photon reconstruction for HADES for the first time without relying on the previously used conversion method. Within the 0-40 % most central events, around 8000 Sigma0 baryons were reconstructed in the Lambda-photon channel with a significance of approximately 10. In addition to the newly installed electromagnetic calorimeter, the RICH was upgraded with newmulti-anode photomultipliers which strongly enhance reconstruction efficiency as well as lepton purity. These advantages were used for feasibility studies in the Lambda-e+e− decay channel. Hints for a signal were found that are consistent with the extracted signal from the Lambda-photon channel, but due to the small statistics, only a significance level of less than 3 was achieved. A full efficiency and acceptance correction was performed with a resulting multiplicity of 0.014 ± 0.002stat. ± 0.004sys. produced Sigma0 per event which corresponds to a Lambda/Sigma0 ratio at freeze-out of 3.2 ± 0.3stat. ± 0.6sys.. This represents the first measurement of this ratio for a subthreshold Sigma0 production in nucleus nucleus collisions. Comparing to the available world data of p+p collisions close to the Sigma0 production threshold, this ratio increases in p+p to values of 30 and higher. Even more, the measured ratio compares well to measurements in p+p far from threshold. This indicates that the NN threshold has no influence on the Sigma0 production for this energy. The Lambda-photon channel result is compared to statistical hadronization model fit as well as to several transport model predictions. The statistical model calculations are in good agreement to our measurement which endorses the possibility of hyperon production in a thermally equilibrated medium. In this case, the freezeout ratio is directly connected to the mass difference of two states with the same quantum numbers, resulting in a temperature estimation of the created matter by only measuring Lambda and Sigma0. From these measurements T=66 MeV is extracted, which compares well with fits of all hadrons with a statistical model.Item Einfluss des PVS als Vorlastparameter auf den linksventrikulären Strain und die Auswirkung auf dessen prognostische Vorhersagekraft(2024) Okanovic, LejlaDie Strainanalyse ist ein diagnostisches Tool zur Bestimmung der kardialen Deformation während eines Herzzyklus und bewertet die Kontraktilität des Myokards. Das Herz de-formiert sich aufgrund seines anatomischen Aufbaus in longitudinaler, zirkumferentieller und radialer Richtung. Analog dazu lassen sich drei Strain-Parameter der kardialen De-formation ableiten. Regulationsmechanismen der Kontraktilität sind die Kraft- Spannungsbeziehung (=Frank-Starling-Mechanismus), die Kraft-Frequenz-Beziehung (=Bowditch- Effekt) und die sympatho-adrenerge Aktivierung. Der Frank-Starling-Mechanismus beschreibt den Zusammenhang zwischen Füllungsvolumen des Ventrikels und Auswurfleistung des Herzens. Mit zunehmender enddiastolischer Füllung steigt die Vordehnung des Herzmuskels und damit die Kontraktilität der Muskelfaser (14). Ziel dieser Arbeit war es zu überprüfen, ob eine Zunahme der enddiastolischen Füllung, die Kontraktilität steigert und damit die Strainanalyse beeinflusst. Des Weiteren sollte analysiert werden, ob der PVS neben dem Einfluss auf den linksventrikulären Strain, auch Einfluss auf dessen prognostische Vorhersagekraft hat.Item Identification of Key Players of the Ecdysteroid Pathway and Detection of Ecdysteroid Synthesizing Tissues in Chelicerates : Insights into the Evolution of Molting in Panarthropoda(2025-07) Klinkenbuß, DeniseEcdysteroids are crucial hormones that regulate molting and developmental progression in arthropods. While the biosynthesis pathway of these hormones has been extensively studied in insects, functional characterization of the involved components remains limited in chelicerates. This thesis focuses on the early-to-late ecdysteroid pathway genes neverland (Pt-nvd, Rieske-domain oxygenase), shroud (Pt-sro, short-chain dehydrogenase/reductase), the cytochrome P450 genes spook (Pt-spo), disembodied (Pt-dib), shadow (Pt-sad) and shade (Pt-shd) as well as the ecdysteroid-inactivating CYP18A1 (Pt-CYP18A1) in the spider Parasteatoda tepidariorum. The aim is to evaluate functional conservation and potential evolutionary diversifications within these molting-related gene families beyond Pancrustacea. Single-cell RNA sequencing analyses combined with whole-mount in situ hybridizations reveal common expression domains in mid-embryonic hemocytes for Pt-nvd, Pt-sro, Pt-spo, Pt-dib, Pt-shd and Pt-CYP18A1, and a later shift to the cardiac vessel or its lumen for Pt-nvd, Pt-sro, Pt-dib, Pt-sad, and Pt-CYP18A1 during late embryogenesis. Pt-sad additionally marks neuroectodermal precursors, implicating a function in early neurogenesis. Parental RNA interference against Pt-sad disrupts head lobe formation, significantly elevates embryonic lethality and interval until first ecdysis. This indicates essential roles of the gene in both endocrine and morphogenetic processes. Juvenile knockdowns of all studied genes drastically extend molt intervals (up to four-fold) and produce lethal molting defect phenotypes, confirming pathway conservation at the functional level. As in insects, postembryonic expressions of Pt-nvd, Pt-sro, Pt-spo, Pt-dib and Pt-sad are localized in a common tissue during postembryonic stages. However, instead of a centralized prothoracic gland, spiders appear to utilize hemocytes for ecdysteroidogenesis. The findings establish hemocytes as previously unrecognized ecdysteroid pathway domains in spiders and reveal spider-specific involvement of shadow in neurogenesis. Thereby, this work provides some of the first evidence for ecdysteroid pathway activity in chelicerates, reinforcing functional pathway conservation across panarthropods while exposing evolutionary flexibility of endocrine regulation.Item Syntheses and investigations of metal complexes with tripodal and macrocyclic ligands(2025) Schneider, LarsThis dissertation focuses on developing metal complexes, particularly copper complexes, for activating oxygen and/or hydrogen peroxide.
The first part focuses on the tripodal ligand imine3tren (tris(2-(propan-2-ylideneamino)-ethyl)amine), which was used to confirm the crystalline structures of various metal complexes, including zinc, nickel, sodium, and copper complexes. However, the formation of a copper-dioxygen intermediate could not be confirmed.
The second part is about the macrocyclic ligand (tBu)2(nPrSO3)Htacn, which has a higher water solubility due to its sulfonic acid group. The formation of copper dioxygen intermediates were confirmed with dioxygen in aprotic solvents and with hydrogen peroxide in protic solvents. Based on kinetic investigations, a mechanism for the formation of a copper-dioxygen intermediate in water was established.Item Development of Novel Nucleic acid-based Reagents for Specific Allergen Detection(2025-05) Schäfer, LauraFood allergies remain a significant global health concern, affecting up to 10% of the global population, with an upward trend. The most effective method of preventing an allergic reaction is the strict avoidance of allergens. The basic prerequisite for avoiding contact with food allergens is knowledge of the presence of allergens in food. According to European Regulation No. 1169/2011, allergens must be labelled if they are used as an ingredient in food. In contrast, there is currently no legal regulation for unintentional ‘hidden’ allergens that have been transferred, for example from an allergen-containing food to an ‘allergen-free’ food during the production. Food manufacturers have the option of applying a ‘precautionary allergen labelling’ (PAL) claim, such as ‘may contain traces of (...)’, to raise awareness of potential allergen risks. However, this is not subject to any regulatory defined threshold values. Detection methods for allergens are therefore essential to ensure unambiguous allergen labelling on foods in the case of allergen ingredients and thus give consumers the opportunity to strictly avoid allergenic foods. Furthermore, sensitive and specific detection methods can be used to detect minor amounts of so-called ‘hidden’ allergens and thus contribute to the useful and reliable use of PAL claims. In the field of medicinal products, detection methods can be crucial in the assessment of the quality of diagnostic and therapeutic allergen preparations with regard to relevant allergen components. They can also be used to analyze, for example, study material used in double-blind, placebo-controlled food studies to verify allergen-containing and allergen-free (placebo) samples. Animal-derived antibodies, especially polyclonal antisera, play an important role in in vitro diagnostic detection systems, but can lead to quality problems due to natural variations and thus to inconsistencies from batch to batch. Animal testing is also associated with ethical concerns. In accordance with the 3R principle (Replacement, Reduction, Refinement) and the requirements of European Directive 2010/63/EU, procedures involving living animals should be replaced as soon as scientific alternatives are available. In order to meet these requirements, the aim of this research project was to develop nucleic acid-based alternatives to replace antibodies in allergen detection methods. Two approaches were pursued. Firstly, the potential of single stranded DNA aptamers, which can bind a large number of molecules due to their sequence-dependent tertiary structure, was investigated. The SELEX process (Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment) was applied to generate specific aptamers, thereby achieving a selective enrichment of aptamers against the peanut allergen Ara h 1 (7S globulin). Subsequent next generation sequencing (NGS) was used to identify the underlying nucleic acid sequences. Additionally, the aptamers were characterized using surface plasmon resonance (SPR) with regard to their dissociation constants (KD) and possible cross-reactivities. Three aptamers (LS_Arah1_367, LS_Arah1_535, LS_Arah1_725) showed the strongest binding to the target protein Ara h 1 with KD values between 88 and 988 nM, and no measurable cross-reactivity to the other peanut allergens Ara h 2, 3 and 6. The most suitable aptamers were then successfully applied in different assays such as an ELISA-like method for the detection of Ara h 1. By using the aptamer LS_Arah1_367 in an indirect assay, a sensitivity of 10 ng/mL Ara h 1 was achieved, which is comparable to published antibody-based ELISA systems. In addition, peanut flours and peanut-containing cookies as an example of a thermally processed food matrix were successfully analyzed, so that antibody-free methods for the detection of Ara h 1 were developed that meet the objectives of the European Directive 2010/63/EU. The second approach involved the development of a LAMP primer set targeting the hazelnut-specific multicopy gene internal transcribed spacer 2 (ITS2). After in silico generation of specific primers with subsequent empirical testing, a specific LAMP-based method was developed that can detect at or below 10 mg hazelnut per kg of food and showed no cross-reactivity to 22 other foods. In combination with a recently developed, efficient DNA extraction protocol and colorimetric visualization of results, the method can act as a fast and simple screening tool (1 min sample lysis, 20 min DNA purification, 45 min amplification and visual detection). Validation work has confirmed its suitability for the specific and sensitive detection of hazelnut in complex food matrices. The developed LAMP method thus allows the evaluation of the presence of hazelnut as an allergenic food and promotes risk-based, preventive labelling of hazelnut in compound foods. This method can also be used for the general authentication of hazelnut through the indirect detection of a hazelnut-specific DNA region, for example in standardized, clinical-diagnostic and future therapeutic approaches. Both the development of aptamer-based methods and LAMP-based methods show the great potential of nucleic acid-based reagents as direct (aptamers) and indirect (LAMP primers) alternatives to antibodies (Figure 1). In contrast to polyclonal antibodies, nucleic acids can be chemically synthesized in a reproducible manner, so that the risk of batch-dependent variations is reduced to a minimum and standardization is possible. In addition, no animal testing is required for the synthesis of aptamers or LAMP primers, thus eliminating ethical concerns (neither for the animals nor for the people carrying out the animal testing).Item Einfluss des Anästhesie-Verfahrens auf das Langzeit-Überleben von Patienten mit Nierentumoren(2024) Ahlbrandt, JankoViele Patienten erkranken an Nierentumoren (ca. 9300 Männer und 5500 Frauen pro Jahr in Deutschland), die zumeist chirurgisch behandelt werden. Maligne Tumore der Niere - vor allem das Nierenzellkarzinom (NC) – erfordern oft eine Nephrektomie. Diese Operationen können in Vollnarkose mit oder ohne begleitende Periduralanästhesie (PDA) durchgeführt werden. In Studien zu hauptsächlich anderen Tumorarten konnte ein positiver Einfluss einer lokalen oder rückenmarksnahen Anästhesie auf den Krankheitsverlauf gezeigt werden. Das Ziel dieser Studie ist die Evaluation des Einflusses der PDA auf die Überlebensrate von Patienten mit Nierenzellkarzinom.
In einer retrospektiven Kohorten-Studie wurden Daten des Krebsregisters (Gießener Tumor Dokumentationssystem) und dem Anästhesieinformationsmanagementsystem (NarkoData, IMESO) zusammengeführt. Alle Patienten mit dokumentierter Nephrektomie bei Nierenzellkarzinom am Uniklinikum Gießen zwischen 1998 and 2008 wurden eingeschlossen. Die Patienten-Gruppen mit und ohne PDA wurden mittels Kaplan-Meier Überlebens-Analyse untersucht. Als Einflussfaktoren wurden die ASA-Klassifikation, Staging und Metastasenstatus untersucht.
Eingeschlossen wurden 495 Patienten, bei 236 wurde der Eingriff mit, bei 259 ohne PDA durchgeführt. Die Gruppen unterschieden sich nicht signifikant hinsichtlich Staging, Metastasenstatus und Tumorgrading (p > 0,05), aber hinsichtlich Geschlecht (p = 0,03) und ASA-Klassifikation (p = 0,01). Es zeigten sich keine signifikanten Unterschiede bei post-operativer Überlebenszeit: 5-Jahresrate war in beiden Gruppen ca. 65% (65,8% ± 6,4% ohne, 67,3% ± 6,6% mit PDA), die 10-Jahresrate ca. 50% (52,7 ± 9,4% ohne, 46,8% ± 10,7% mit PDA). Mittleres Überleben ergab 94,1 ± 7,9 Monate ohne, 90,6 ± 8,1 Monate mit PDA (Log Rank, p=0,810). In keiner Subgruppe nach ASA, Staging oder Metastasenstatus zeigte sich signifikant unterschiedliches postoperatives Überleben.
Mit PDA zeigte sich keine verlängerte Überlebenszeit gegenüber ohne PDA, auch nicht in Subgruppenanalysen (nach ASA, Staging oder Metastasenstatus). Somit konnten Ergebnisse anderer Studien mit positivem Effekt des Anästhesieverfahrens bei bestimmten Tumorarten, auch dem Nierenzellkarzinom, nicht bestätigt werden. Dies steht jedoch im Einklang mit Studien zu anderen Tumorarten, die ebenfalls keinen positiven Effekt auf die Überlebensrate nachweisen konnten. Basierend auf den vorliegenden Daten profitieren Patienten mit Nierenzellkarzinomen nicht von einer zusätzlichen PDA hinsichtlich postoperativer Überlebenszeit. Möglicherweise ist kein Effekt des Anästhesie-Verfahrens bei der Behandlung von Nierenzellkarzinomen auf die postoperative Überlebenszeit vorhanden oder Effekte werden durch Einschränkungen der Studie nicht sichtbar.Item Untersuchung zur Effektivität von Interdentalhygiene bei Anwendung zweier unterschiedlicher Zahnseidesysteme – eine Videobeobachtungsstudie(2025) Böttge, BjörnFür die bestmögliche Entfernung dentaler Biofilme gilt die zum Zähneputzen adjuvante Anwendung von Interdentalraumhygieneprodukten als essentiell. Dennoch wird der klinische Nutzen von Zahnseide immer wieder diskutiert. Bislang wurde die Effektivität der Zahnseideanwendung zumeist anhand von Plaque- oder Gingivaindizes ermittelt, ohne jedoch die adäquate Anwendung von Zahnseide zu prüfen. Die Videobeobachtungen unserer Arbeitsgruppe haben jedoch gezeigt, dass die Umsetzung einer guten Technik zumindest bei habituellem Flossen nur selten gelingt. Neben der konventionellen Zahnseide stehen aber auch Systeme zur Verfügung, die die Anwendung erleichtern sollen. Ziel der vorliegenden Studie war daher zu untersuchen, ob mit MediFloss, welches ein solches Haltersystem darstellt, im Vergleich zu konventioneller Zahnseide bereits nach kurzer Anleitung (baseline) eine adäquatere Anwendung erreicht wird und ob diese nach einer Videoinstruktion im Vergleich zu Zahnseide weiter verbessert werden kann. Die Studie war eine randomisierte Interventions- und Videobeobachtungsstudie, in die 38 ProbandInnen eingeschlossen wurden. Dabei wurde die Anwendung von Zahnseide beziehungsweise MediFloss nach habitueller Anwendung sowie nach Instruktion und Übungsphase aufgezeichnet. Nach Abschluss der klinischen Phase wurden die Videos in Bezug auf die Anzahl erreichter Zahnzwischenräume, angewandter korrekter Technik im Sinne vertikaler Reinigungsbewegungen und einer korrekten Mesial- und Distaladaptation beurteilt. Bei der habituellen Anwendung von Zahnseide und MediFloss wurden zwar nahezu alle Interdentalräume erreicht, jedoch nur in 41,7 % wurde Zahnseide und in 12.9 % MediFloss korrekt adaptiert. Vertikale Bewegungen wurden in 70,7 % mit Zahnseide und in 61,1 % mit MediFloss ausgeführt. Dabei fanden sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Systemen. Der Gesamtscore (Maximalwert 300; Median und 95 % CI), also die Gesamtbetrachtung aller Parameter, lag bei habitueller Anwendung von Zahnseide bei 200 (148;254) und bei MediFloss bei 191 (142;204) (p = 0,038). Nur 10,5 % der ProbandInnen erreichten den Maximalwert, also eine vollständig korrekte Anwendung, mit MediFloss gelang dies 2,6 %. Die Videoinstruktion und Übungsphase führte sowohl für Zahnseide als auch für MediFloss zu einer signifikanten Verbesserung der Anwendung. Der Gesamtscore lag nun bei 283 (245;295) für Zahnseide und 270 (232;300) für MediFloss, dabei fand sich kein signifikanter Unterschied zwischen den Systemen (p = 0,649). Den Maximalscore erreichten 34,2 % der ProbandInnen mit Zahnseide und 39,5 % mit MediFloss. Die Ergebnisse der Studie zeigen bereits nach einmaliger Instruktion einen positiven Effekt von der Anwendung von Demovideos zur Erlernung von Mundhygieneverhalten. Somit könnten diese oder ähnliche Videos im Rahmen der Individual- oder Gruppenprophylaxe erfolgreich eingesetzt werden. MediFloss zeigte jedoch weder bei habitueller Anwendung noch nach Instruktion einen Vorteil gegenüber der konventionellen Zahnseide.Item Implementierung von eingebetteten Sensorsystemen in Kreiselpumpen zur Weiterentwicklung der Regelung und Optimierung des Pumpensystems(2025) Reeh, NilsAufgrund der weitgreifenden Anwendungsgebiete von Kreiselpumpen tragen sie zu einem erheblichen Teil zum weltweiten Energieverbrauch bei. Darin begründet sich die stetige Optimierung der Energieeffizienz von Pumpen, Regelverfahren und anwendungsorientierten Pumpensystemen. Seit Jahren steigt die Anzahl an wissenschaftlichen Arbeiten zur Identifikation des Betriebspunktes von Kreiselpumpen. Neben dem großen Einfluss des Betriebspunktes auf die Lebensdauer und die Energieeffizienz der Pumpen, lässt sich durch diesen das Pumpensystem charakterisieren. Die Charakterisierung ist für die Analyse des Pumpensystem notwendig. Im Ergebnis können Optimierungspotentiale aufgefunden und die Regelung anwendungsorientiert weiterentwickelt werden. In der vorliegenden Arbeit wird ein Softsensor zur Identifikation des Förderstromes radialer Kreiselpumpen entwickelt und im Rahmen eines eingebetteten Sensorsystems in eine Kreiselpumpe implementiert. Das eingebettete Sensorsystem wird anhand von drei Testszenarien unter realen Betriebsbedingungen getestet. Es wird untersucht, welche Genauigkeit sich bei der Abbildung der Pumpen- und Anlagencharakteristiken erreichen lassen. Dies erfolgt anhand der Berechnung und Validierung von Regelkennlinien. Der Fokus bei der Entwicklung der Softsensorik liegt auf der Toleranz gegenüber dem Einfluss von Vordrall im Zustrom der Pumpe und den daraus entstehenden Änderungen der Pumpenkennlinien. Hierzu wird ein physikalisches Modell zur Abbildung der Kennlinien radialer Kreiselpumpen vorgestellt. Wesentlicher Bestandteil des physikalischen Modells ist die Kenntnis der Reibungsleistung der Gleitringdichtung. Sie stellt eine mechanische Verlustleistung dar. Um die Reibungsleistung zu identifizieren, wird ein weiterer Softsensor vorgestellt. Dieser eignet sich zudem zur Bestimmung des Verschleißverhaltens der Gleitringdichtung. Durch ein zeitdiskretes mehrdimensionales Optimierungsverfahren werden der Förderstrom und der den Vordrall charakterisierende Vordrallwinkel bestimmt. Es wird nachgewiesen, dass durch diesen Algorithmus der Förderstrom auch beim Auftreten von Vordrall im Zustrom mit tolerierbaren Abweichungen identifiziert werden kann. Gegenwärtig können Kreiselpumpen in festen Konfigurationen von den Herstellern bezogen werden. Bei der Auslegung der Pumpen auf den systemspezifischen Anwendungsfall werden stets Kompromisse eingegangen. Diese führen oftmals zu einer Reduzierung der Energieeffizienz. Demnach erwächst die Vermutung, dass durch eine Individualisierung der Pumpen anhand der Spezifika der Pumpensysteme weitere Optimierungspotentiale genutzt werden könnten. Dazu werden in der Arbeit variierende Designvarianten additiv gefertigter Laufräder untersucht. Diese sind auf die Betriebspunkte und systemspezifische Vordrallwinkel ausgelegt worden. Es wird nachgewiesen, dass daraus weitere Optimierungspotentiale im Wirkungsgrad der Pumpen erreicht werden können.Item Vergleichende prospektive Studie zwischen X-Blade-Spatel und Standard-Spatel des McGrath® MAC Videolaryngoskopes bei Patienten mit schwierigem Atemweg(2025) Heckel, PiotrIn der Anästhesie stellt die Beherrschung des schwierigen Atemweges eine essentielle Fähigkeit dar. Da die gute Visualisierung der Glottis eine der Voraussetzungen für schnelles und sicheres Intubieren ist, wurden in den letzten Jahren zahlreiche neue Geräte entwickelt, um dies zu unterstützen. Dazu gehört auch der X-Blade Spatel für das MAC®- Videolaryngoskop, welcher besonders schwierige Intubationen erleichtern kann. In dieser prospektiven, randomisierten und einfach verblindeten Studie wurde der neu entwickelte und zugelassene Einmalspatel mit stärkerer Angulierung (X-Blade Spatel - Fa. McGrath, Edinburgh UK; Abbildung 9) mit dem Standardmodell, in der Form eines Macintosh-Spatels, verglichen. Hierzu verglichen wir 100 HNO-Patienten, bei denen randomisiert entweder der Standard Spatel (n=47) oder der X-Blade Spatel (n=53) im Rahmen eines schwierigen Atemweges zum Einsatz kam. Bevor mittels Videolaryngoskop intubiert wurde, erfolgte eine erste konventionelle Laryngoskopie unter Verwendung eines Macintosh-Laryngoskops. Der primäre Endpunkt dieser Studie war die Verbesserung der Visualisierung der Glottis um mindestens einen Grad auf der modifizierten Cormack & Lehane Skala (Yentis & Lee, 1998). Sekundär sollte die benötigte Zeit bis zur Intubation, Schleimhautläsionen sowie die verwendeten Hilfsmittel beobachtet werden. In dieser Studie zeigte sich, dass der X-Blade Spatel für den schwierigen Atemweg gegenüber dem Standardspatel hinsichtlich der Visualisierung signifikant bessere Ergebnisse bot (2,51 ± 0,82 Punkte auf der modifizierten C&L-Skala versus 1,98 ± 0,73 Punkte; p = 0,001). Vorteile bezüglich der Intubationszeit waren auf Seiten des Standardspatels zu finden (10,4 ± 4,4 Sekunden schneller; p=0,022). Keine statistische Relevanz hatten aufgetretene Schleimhautläsionen sowie der Einsatz von Hilfsmitteln zur Intubation. In dieser Studie zeigten sich Hinweise, dass der X-Blade Spatel Vorteile bezüglich der Sicht auf die Stimmritze (Cormack & Lehane) sowie des Erfolgs der Intubation bietet. Ein Unterschied zwischen den beiden Spateln im Sinne der Visualisierung und des zeitlichen Ablaufs konnte nachgewiesen werden. Allerdings muss deutlich hervorgehoben werden, dass der Standardspatel im Hinblick auf die verstrichene Zeit bis zur erfolgreichen Intubation einen Vorteil aufzeigte.Item Homosexualität und Psychoanalyse: Eine Umfrage bei Psychoanalytikerinnen und Psychoanalytikern in Deutschland(2024) Richter, ChristianÜber die Entstehung, (psychische) Genese und Behandlungsbedürftigkeit der Homosexualität als Variante der sexuellen Objektwahl wurde in den psychoanalytischen Gesellschaften lange gestritten. Insbesondere blieb die Frage offen, ob offen homosexuelle Therapeuten als Analytiker tätig sein und Lehraufgaben annehmen sollten. In Anlehnung an eine italienische Umfrage (Lingiardi & Capozzi 2004) wurden in Deutschland 470 Analytikerinnen und Analytiker sowie Kandidatinnen und Kandidaten zweier Institute befragt. Bei einer Rücklaufquote von etwa 38% sprachen sich die Befragten überwiegend für eine Gleichbehandlung von homosexuellen und nicht-homosexuellen Analytikerinnen und Analytikern aus. Homosexualität wurde nicht als Krankheit gesehen. Im Gegensatz dazu wurde deren Genese als psychisch determiniert betrachtet. Die Ergebnisse wurden mit den Befunden der italienischen Umfrage verglichen. Das Verhältnis von psychoanalytischer Theorie, klinisch-psychoanalytischer Praxis und Homosexualität als offen gelebter Lebensoption bleibt konflikthaft, jedoch ist die Bereitschaft deutscher Psychoanalytikerinnen und Psychoanalytiker deutlich, die homosexuelle Objektwahl zunehmend weniger zu stigmatisieren und zu entpathologisieren.Item Nervous Routes: Tracing Unexplained Illness from Accountability to Affirmation(2024) Hommes, Maria AugustinaWhat happens when illness is not recognized as illness? Patients whose experiences are not biomedically legitimized and recognized struggle to give an account of their pain, and struggle to be heard. Unexplained illness is not only characterized by pain but also by the discursive gap in which this pain grows louder and yet is hidden. This pain must be acknowledged. Faced with the absence of clear biomarkers for illness, patients are often told a variation of “it is all in your head.” “Explanations” of this type intersect with existing forms of marginalization, along the lines of race, gender, sex and class. Taking the lack of medical explanation for embodied conditions as a place of departure, this work reads a wide range of cultural objects, from film to illness memes, medical texts and diagnostic criteria, to study how unexplained illness is made sense of in the collective imagination.Item Phänotypisierung der Variabilität der Schwanzlänge und Schwanzgesundheit beim Schwein(2025) Egerer, ChristianeIn Anbetracht des immer höheren Stellenwertes des Tierschutzes in der Gesellschaft rücken besonders auch Probleme in der Nutztierhaltung immer mehr in den Fokus der Gesellschaft. In der Schweinehaltung stellt die Problematik rund um den Kupierverzicht und Schwanzläsionen ein besonders stark diskutiertes Thema dar. Trotz geltendem Kupierverbot durch die EU-Richtlinie 2008/120/EG werden in Deutschland weiterhin die Schwänze von ca. 95 % der Saugferkel routinemäßig kupiert, da dies bislang als die erfolgreichste Maßnahme gegen Schwanzbeißen gilt. Diese Maßnahme stellt jedoch einen sowohl kurz- als auch langfristig schmerzhaften Eingriff für die Tiere dar. Die Schwanzläsionen selbst stellen ein multifaktorielles Problem dar und können sowohl durch ein primäres oder sekundäres Beißgeschehen durch Buchtengenossen als auch als Symptome des Swine Inflammation and Necrosis Syndroms (SINS) entstehen. Sie stellen eine signifikante ökonomische Belastung dar und gefährden das Tierwohl in erheblichem Maße. Als Ursachen für das Schwanzbeißen werden vor allem Frustration und Stress, beispielsweise durch inadäquate Haltungs- und Umweltbedingungen, sowie eine genetische Komponente diskutiert. SINS-Symptome manifestieren sich nicht nur am Schwanz, sondern treten meist parallel auch an anderen Körperteilen, unter anderem den Ohren und Klauen, auf. Als Ursache wird ein übermäßiger Endotoxineinstrom aus dem Darm angenommen, wodurch lokale und systemische Entzündungsprozesse entstehen und dadurch terminale Blutgefäße schädigen. Diese Hypothese wird von verschiedenen Studien gestützt. Daraus resultieren die sichtbaren Symptome wie Borstenausfall, Rötung, Schwellung, Exsudation und Nekrosen. Ein Ansatz, um Schwanzbeißen ohne Kupieren verhindern zu können ist es, die Schwänze genetisch zu verkürzen. Diese Idee beruht darauf, dass die verminderte Attraktivität der Schwänze durch die Verkürzung durch das Kupieren als ein Grund vermutet wird, weshalb das Kupieren Schwanzbeißen vermindern kann. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass bei anderen Tierarten im Zusammenhang mit einer Schwanzlängenreduktion bereits teils massive Missbildungen oder eine erhöhte embryonale Letalität bekannt sind. Auch beim Schwein gibt es erste Hinweise auf eine erhöhte Prävalenz von Knickschwänzen bei kürzeren Schwänzen. Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, die Eignung der Züchtung auf kürzere Schwänze als Alternative zum routinemäßigen Kupieren beim Schwein zu untersuchen und auf dieser Grundlage eine Empfehlung für die weitere Vorgehensweise abzuleiten. Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung wurden folgende Fragen bearbeitet: i) Welche Schwanzlängen kommen bei neugeborenen Ferkeln in einer Herde mit bekannter Segregation für das Merkmal „Schwanzlänge“ vor? ii) Kommen Missbildungen, insbesondere Knickschwänze, in Assoziation mit der Schwanzlänge vor und hat die Schwanzlänge einen Einfluss auf die Zunahmen der Tiere? iii) Ist die Schwanzgesundheit, besonders auch die SINS-Symptomatik, assoziiert mit der Schwanzlänge und möglichen Knickschwänzen? Hierfür wurden 24 Anpaarungen von 21 Sauen der Rassen DE, DL, DExDL sowie Piétrain mit sechs Ebern der Rasse Piétrain nach Anpaarungsvorschlägen des Instituts für Tierzucht und Haustiergenetik der Justus-Liebig-Universität Gießen durchgeführt. Aus diesen Anpaarungen wurden 348 Ferkel am dritten Lebenstag sowie elf Tage nach dem Absetzen 336 Ferkel bonitiert. Im Rahmen der ersten Bonitur wurden allgemeine Wurfdaten wie Sau, Rasse der Sau, Wurfnummer und Wurfgröße sowie Eber, Geburtsgewicht und Gewicht am dritten Lebenstag, Körperlänge und Schwanzlänge sowie sichtbare Missbildungen, vor allem Knickschwänze, erfasst. Aus der Körperlänge und der Schwanzlänge wurde die relative Schwanzlänge für jedes Ferkel berechnet. Im Anschluss an die erste Bonitur wurden die Ferkel zur Vermeidung von Schwanzbeißen kupiert. Am zweiten Termin erfolgte ebenfalls eine Erfassung des Gewichts. An beiden Tagen erfolgte eine Bonitur von Schwanzbasis, Schwanzspitze, Ohren, Gesicht, Nabel, Zitzen, Kronsaum, Ballen und Klauenwand auf Entzündungs- und Nekroseanzeichen. Fälle von Schwanzbeißen konnten während der Laufzeit des Versuches nicht festgestellt werden. Für alle Körperteile wurden SINS-Werte berechnet sowie ein Gesamt-SINS-Wert für jedes Ferkel bestimmt. Dies erfolgte jeweils für Saug- und Aufzuchtferkel getrennt. Der gesamte Versuch wurde auf der landwirtschaftlichen Lehr- und Forschungseinrichtung (LFE) Oberer Hardthof des Instituts für Tierzucht und Haustiergenetik der Justus-Liebig-Universität Gießen durchgeführt. Die ermittelten absoluten sowie relativen Schwanzlängen zeigten eine deutliche Segregation, obwohl bisher auf diesem Betrieb keine Selektion auf dieses Merkmal stattgefunden hat. Es konnten absolute Schwanzlängen von 6,6 bis 12,0 cm gemessen werden, während die relativen Schwanzlängen Werte von 20,25 bis 31,29 % von der Gesamtlänge der Tiere aufwiesen (Körperlänge plus Schwanzlänge). Es konnten signifikante Einflüsse sowohl des Ebers, als auch der Sau und der Rasse der Sau auf die relativen Schwanzlängen festgestellt werden. Bei einem beachtlichen Anteil von 12 % der Ferkel lagen ein oder mehrere Knicke im Schwanz vor. Des Weiteren manifestierten sich vereinzelt weitere Missbildungen, deren Auftreten jedoch aufgrund der geringen Anzahl an Fällen nicht mit der Schwanzlänge oder dem Knicken in Verbindung gebracht werden konnte. Auf das Vorkommen von Knickschwänzen zeigten ebenfalls sowohl der Eber als auch die Sau signifikante Einflüsse. Zusätzlich konnte ein signifikanter Einfluss der Schwanzlänge nachgewiesen werden. So zeigten die 20 % der Ferkel mit den kürzesten Schwänzen eine 6-fach höhere Wahrscheinlichkeit einen Knickschwanz zu haben als die 20 % der Ferkel mit den längsten Schwänzen. Obwohl kein Schwanzbeißgeschehen nachgewiesen werden konnte, wies ein Großteil der Ferkel bereits am dritten Lebenstag Entzündungsanzeichen sowohl an der Schwanzbasis als auch der Schwanzspitze auf. Parallel dazu waren bei den meisten Tieren auch entzündliche bis nekrotische Veränderungen an den übrigen untersuchten Körperteilen zu finden. In beiden Altersstufen wiesen 100 % der Tiere mindestens eine Veränderung an den untersuchten Körperteilen auf. Am Schwanz wiesen über 60 % der Saug- und über 87 % der Aufzuchtferkel mindestens eine Veränderung auf. Die Schwanzlänge zeigte weder einen Einfluss auf Entzündungen und Nekrosen am Schwanz, noch auf den Gesamt-SINS-Score. Das Vorhandensein eines Knickschwanzes hatte ebenfalls nur einen geringen Einfluss auf die ermittelten SINS-Scores. Auffällig jedoch ist, dass bei Ferkeln, bei denen ein Knick festgestellt wurde, bei der zweiten Bonitur signifikant häufiger eine Nekrose nachgewiesen wurde als bei den Tieren ohne Knick. Die Ergebnisse zeigen, dass eine deutlich ausgeprägte Segregation der Schwanzlängen in der untersuchten Herde vorliegt. Eine kürzere Schwanzlänge ist mit einer erhöhten Prävalenz von Knickschwänzen assoziiert. Sie hat jedoch keinen Einfluss auf die Schwanzgesundheit und auf SINS. Daher ist bei einem Weiterverfolgen des Ziels, den Kupierausstieg durch eine genetische Verkürzung der Schwänze zu erreichen, mit äußerster Vorsicht vorzugehen, damit keine erhöhten Prävalenzen von Missbildungen auftreten. Der Nutzen einer reinen Schwanzlängenreduktion ist zudem fraglich. Eine Anpassung der Haltungsbedingungen und der Genetik zur Reduktion von sowohl Schwanzbeißen als auch SINS scheint unerlässlich, um einen Ausstieg aus der Kupierpraxis erfolgreich durchführen zu können.Item Prädiktive Parameter für die Isolierung von Thrombozyten aus Vollblut bei Patienten mit Immunthrombozytopenie zur Diagnostik im direkten monoklonalen Antikörper-Immobilisationstest für plättchenspezifische Antigene (MAIPA)(2024) Michael, JakobIn der vorliegenden Arbeit wurde der direkte MAIPA dahingehend untersucht, inwieweit er durch gewisse Parameter beeinflusst wird und welche Folgen diese auf das Testergebnis haben.Item Neue antivirale Strategien gegen Coronaviren(2024) Christin Müller-RuttloffFür viele Virusinfektionen, insbesondere auch für coronavirusbedingte Atemwegsinfektionen, stehen kaum bzw. unzureichende antivirale Therapieoptionen zur Verfügung, die für die meisten Patienten ohne Einschränkungen und Risiken eingesetzt werden könnten. Zu Beginn der COVID-19-Pandemie wurden hauptsächlich Medikamente, die bereits zur Behandlung anderer viraler Erkrankungen geprüft und zugelassen waren (z.B. Remdesivir), eingesetzt. Da diese umgewidmeten Wirkstoffe (sogenannte repurposed drugs) nicht speziell für SARS-CoV-2 optimiert wurden, waren deren Wirkungen oftmals limitiert. Zudem sind viele der zugelassenen Therapiemöglichkeiten für SARS-CoV-2-Infektionen nur noch begrenzt wirksam (z.B. monoklonale Antikörper) oder haben starke Nebenwirkungen oder Einschränkungen, die ihren klinischen Einsatz stark reduzieren (z.B. Molnupiravir, Paxlovid). Aus diesen Erwägungen ergibt sich, dass die gezielte Entwicklung weiterer Wirkstoffe und Therapieoptionen gegen SARS-CoV-2, aber auch gegen andere Coronaviren sowie RNA-Viren anderer Familien, dringend erforderlich bleibt. Ziel der in dieser Schrift aufgenommenen Studien war es daher, innovative antivirale Ansätze speziell gegen Coronaviren zu identifizieren und zu charakterisieren. Diese zielen entweder direkt auf das Virus oder auf spezifische Wirtsfaktoren bzw. -mechanismen, die für die Virusreplikation zwingend erforderlich sind.Item Cell cycle regulation under pattern-triggered immunity(2025) Üstüner Uyumaz, SimIn a world with a constantly growing population, improving crop yields is necessary to ensure food security. However, plant diseases severely impact crop yields, and breeding efforts to enhance plant immunity can be limited by trade-offs between immune activation and growth. Yet, the molecular mechanisms behind these growth-immunity trade-offs remain largely unknown. Therefore, the aim of this work was to investigate the influence of pattern-triggered immunity (PTI) on mitotic cell cycle regulators during root growth inhibition (RGI). Previous findings indicated that the intensity of the immunity-related RGI varies depending on the plant growth medium used. In this thesis, PTI responses in Arabidopsis thaliana (A. thaliana) roots grown on two standard growth media were compared. Depending on the medium, roots exhibited a much stronger response to elicitor flg22 (the active epitope of bacterial flagellin), in terms of RGI, reactive oxygen species production as well as immunity gene induction, and this was largely independent of gelling agent or media buffering. Using fluorescent PTI reporter lines, it was also shown that depending on the growth media used, different root zones responded to PTI elicitor treatment. Together, the findings that growth media can have a strong influence on PTI levels might be helpful for researchers to employ suitable growth conditions for PTI studies. In the second part of this thesis, to gain a better understanding of the growth-immunity cross-talk, the expression of key cell cycle regulator genes was analyzed after PTI activation by exogenous application of the flg22 elicitor to A. thaliana roots. The results showed that the expression of various cell cycle regulators (e.g. CYCLIN DEPENDENT KINASE B2;1 (CDKB2;1) and CYCLIN D1;1 (CYCD1;1)) was reduced during flg22-induced PTI. Furthermore, the effect of flg22 treatment on key cell cycle regulator protein levels in Nicotiana benthamiana was investigated, and it was found that flg22-triggered PTI may disrupt protein accumulation (e.g. CYCD2;1). Finally, it was shown that supporting the cell cycle by overexpressing some cell cycle regulators (e.g. CDKB2;1) could reduce root growth inhibition caused by flg22 treatment in A. thaliana. Together, these results support that during RGI, immune activation by flg22 treatment may directly affect cell cycle regulators and that over-activation of various cell cycle regulators can uncouple immunity- and growth-related processes. This may potentially help breeding strategies to obtain disease resistant crops with unimpaired growth.Item Dynamics and Cultivation of Gut Microbiota in Hermetia illucens Larvae(2025) Cifuentes Triana, Yina AlejandraUnderstanding the interplay between Hermetia illucens larvae and their gut microbiome is essential for harnessing these insects in waste management and animal feed production. This investigation assessed the bacterial communities within the larval gut and the accompanying feed residue throughout the rearing process. The findings indicate that the larval gut maintains a stable core microbiome comprising genera such as Dysgonomonas, Morganella, Enterococcus, Providencia, and Klebsiella, with high strain-level diversity that may underline the larvae’s adaptability to various substrates. In contrast, the feed residue exhibits marked shifts in the bacterial composition during rearing, including a significant reduction in potential pathogenic taxa. Dynamic changes in antibiotic and disinfectant resistance genes were observed: the methicillin resistance gene (mecA ), initially prevalent in the residue, was reduced over time; the β-lactamase gene (blaSHV) remained consistently present in the larval gut but disappeared from later residue samples; and while quaternary ammonium compound resistance genes (qacE/qacEΔ1) were absent from the gut; their abundance increased in the residue. Additionally, the sulfonamide resistance gene (sul2) showed a significant increase in the residue, whereas tetracycline resistance gene (tetM) levels remained constant across both matrices. Furthermore, the use of both dilution-to-extinction- and direct plating cultivation methods facilitated the isolation of 18 distinct phylotypes, revealing a high genetic diversity within key genera such as Providencia, Enterococcus, and Morganella. These results underline the complexity of microbial dynamics during H. illucens rearing and highlight potential environmental concerns regarding the dissemination of resistance genes through organic waste. In summary, the findings elucidate the intricate microbial dynamics present during H. illucens rearing. The resilience and diversity of the larval gut microbiome contrast with the substantial compositional and functional changes observed in the feed residue. Moreover, the documented shifts in antibiotic- and disinfectant resistance gene profiles highlight the potential environmental implications that warrant further investigation. These insights provide a foundation for the rational design of bioconversion processes and the optimization of strategies ensuring an improved microbiological safety of animal feed products.Item The effect of elevated atmospheric CO2 concentrations on the abundance and community composition of heterotrophic and methylotrophic bacteria in the phyllosphere of abundant plant species of the permanent grassland ecosystem(2025) Budich, OlgaThe consequences of global climate change are currently a major problem. Elevated CO2 concentration in the atmosphere can affect plants, bacterial communities in the phyllosphere and plant-bacteria interactions. Phyllosphere bacteria play an important role in plant health and growth.
In this study, it was hypothesized that long-term elevated CO2 concentration (17 years) affects the abundance and composition of oligo/heterotrophic and methylotrophic bacterial communities of the phyllosphere of abundant plant species (A. elatius, G. album) of the permanent grassland ecosystem of the Giessen free-air carbon dioxide enrichment (GiFACE) system:
The abundance of Sphingomonas, Pseudomonas and Methylobacterium spp. will increase due to the increase in plant substrate (sugar, methanol).
Increased CO2 concentration will lead to an adaptation of oligo/heterotrophic and methylotrophic bacteria, especially to a functional adaptation.
To prove these hypotheses, oligo/heterotrophic and methylotrophic bacteria of the phyllosphere of both plant species (A. elatius, G. album) were cultivated for the first time using the dilution-to-extinction method in 96-well microtiter plates. The concentration of cultured bacteria was determined using the most probable number (MPN) method. The shift in the composition of the most enriched bacteria assemblages were presented using denaturing gradient gel electrophoreses (DGGE) and non-metric multidimensional scaling (NMDS) approaches. For analysis of a bacterial adaptation, the most abundant enriched bacteria were first isolated and then phylogenetically identified (using partial 16S rRNA gene sequence analysis). Isolates were assigned to phylotypes, and their occurrence was correlated with environmental factors (eCO2, plants) was presented using canonical correspondence analysis (CCA). Pink-pigmented, facultative methylotrophic (PPFM) phylotypes, as abundant inhabitants of the phyllosphere, were analyzed at functional adaptation using changes of partial nucleotide sequences and especially amino acid sequences of mxaF-gene to find specifically adapted ecotypes.
Another aim of this study was to establish a highly efficient DNA extraction method for the phyllosphere-associated bacteria of the two plant species (A. elatius, G. album) without plant co-extracts (chloroplast and mitochondrial DNA) to enable the analysis of the phyllosphere microbiota of the two plant species using cultivation-independent methods (e.g. DGGE, next-generation-sequencing (NGS)) without co-amplification. For this establishment, direct DNA extraction (such as cetyltrimethylammonium bromide (CTAB)-methods, various commercial kits) and alternative DNA extraction (bacterial cells harvesting before DNA extraction) methods on total fresh and frozen, frozen-homogenized, as well as freeze-dried leaves were tested. For alternative DNA extraction methods, bacterial cells were first homogenized or detached from the leaves and then collected by a centrifugation density gradient medium (Percoll, Nycodenz), centrifugation or Sterivex filtration with/without prefilter, and then DNA was extracted using kit or CTAB method. The efficiency of the DNA methods was checked on co-extracts by polymerase chain reaction (PCR) with the universal bacterial primer systems.
The results showed that long-term elevated CO2 concentration affected the composition and abundance of the cultured oligo/heterotrophic and methylotrophic bacterial communities of the two plant species (A. elatius, G. album). The abundance of oligo/heterotrophic and methylotrophic bacteria of the two plant species was different and plant genotype specific. Sphingomonas and Pseudomonas were the most abundant genera only on G. album leaves and their abundance increased under elevated CO2 concentrations. Methylobacterium spp. were the most abundant methylotrophs on the two plants and their abundance was not affected by elevated CO2 concentrations. Among the PPFM phylotypes, single plant-specific isolates were found, indicating a potential functional plant-specific adaptation and potential genetic adaptation to elevated CO2 concentrations. No highly efficient DNA extraction method without co-extracts could be established from A. elatius and G. album leaves. DNA extraction using the NucleoSpin® for Soil Kit (Macherey-Nagel) was the most efficient method and showed the best detection of extracted bacterial DNA from the G. album leaves in the presence of co-extracts and proved to be reliable. The kit was one of the few kits that allowed bacterial community analysis of the two plants (A. elatus, G. album) after the integrated co-extract removal step. This study was the first to demonstrate a correlation between the long-term elevated CO2 effect and the oligo/heterotrophic and methylotrophic bacterial communities of A. elatius and G. album phyllosphere and provided the first indication for the potential functional adaptation of PPFMs to elevated CO2 concentrations.