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Systemfrage Hochschulverlag: Workflows, Tools und Finanzierbarkeit für nachhaltiges Diamond Open Access
No full textAm 18. November 2025 fand der Transferworkshop als abschließender Höhepunkt des Verbundprojektes „OA-WFMS – Workflow-Management-Systeme für Open-Access- Hochschulverlage“ (September 2023 – September 2025, verlängert bis Dezember 2025) in der Wissenschaftsetage Potsdam statt. Neben den Projektpartnern der HTWK Leipzig und Universitätsbibliothek Potsdam (UBP) diskutierten Vertreter*innen aus Open-Access- Hochschulverlagen der AG Universitätsverlage, Universitäts- und Hochschulbibliotheken und dem BMFTR über nachhaltige Infrastrukturen für Diamond-Open-Access und Finanzierbarkeit. Bezugspunkt bildete dabei ein Workflow-Management-System (WFMS) sowie der in den letzten Monaten entwickelte Demonstrator für eine mögliche technische Umsetzung.
Einleitende Worte der Projektverantwortlichen Dr. Andreas Kennecke (UBP) und Prof. Dr. Michael Reiche (HTWK Leipzig) zeichneten die Genese des Projektes und dessen Verlauf nach. Der Vizepräsident und CIO der Universität Potsdam Dr. Peter Kostädt gab eine kurze Einordnung des Projekts in die Gesamtstrukturen des Hochschulbetriebs. Sodann schlossen sich am Vormittag zunächst zwei Impulsvorträge zu Bedarfen, Vorstellungen und Herausforderungen bezüglich eines WFMS (Diana Tillmann, Marco Winkler) sowie der Rolle der AG Universitätsverlage in diesem Zusammenhang (Robert Wiese) an. Nach einer kurzen Pause traten Vertreterinnen aus finanzieller Förderlinie (VDI/VDE-IT, i.V. des BMFTR, Rebecca Puchta) und fachthematischer Servicestelle (Servicestelle Diamond Open Access (SeDOA), Katharina Schulz) auf, die die Positionen der durch sie repräsentierten Institutionen darlegten.
Im zweiten Teil der Veranstaltung wurden in drei Workshops die Teilnehmenden zur Mitarbeit aufgefordert: Vorgestellt und diskutiert wurden zunächst das im Projekt entwickelte WFMS-Konzept. In Gruppenarbeit wurden im Anschluss in Workshop II Fragen zu Kosten und Nutzen eines WFMS diskutiert. In Workshop III wurden mit Hilfe der RACI- Methode Governance und Organisation eines solchen abgewägt. Zum Abschluss der Tagung wurden die Ergebnisse der Workshops vorgestellt, und noch einmal gemeinsam auf den Tag und auf die Arbeit der zurückliegenden Jahre zurückgeblickt.On November 18, 2025, a transfer workshop took place in Potsdam as the final, culminating event of the joint project “OA-WFMS – Workflow Management Systems for Open Access University Publishers” (September 2023 – September 2025, extended until December 2025). Representatives from open access university publishers of the AG Universitätsverlage, university libraries, and the BMFTR joined project partners from the HTWK Leipzig and Potsdam University Library (UBP) to discuss sustainable infrastructures for diamond open access and their financial feasibility. A workflow management system (WFMS) and demonstration of a possible technical implementation that had been developed in recent months served as the basis for discussion.
In their introductory comments, project leaders Dr. Andreas Kennecke (UBP) and Prof. Dr. Michael Reiche (HTWK Leipzig) traced the project’s genesis and its subsequent development. University of Potsdam Vice President and CIO, Dr. Peter Kostädt, gave a brief overview of the project‘s position within the university’s overall organizational structures. This was followed in the morning by two keynote speeches on the requirements, conceptions, and challenges relating to a WFMS (Diana Tillmann, Marco Winkler) and the role of the AG Universitätsverlage in this context (Robert Wiese). Following a short break, speakers representing financial funders (VDI/VDE-IT, on behalf of the BMFTR, Rebecca Puchta) and from the specialist service center (Servicestelle Diamond Open Access (SeDOA), Katharina Schulz) each presented the positions of their respective institutions.
In the second part of the event, participants were invited to take part in three workshops: First, the WFMS concept developed as part of the project, was presented and discussed. In Workshop II, questions about the costs and benefits of a WFMS were discussed in small groups. In Workshop III, the RACI method was used to assess the governance and organization of such a system. At the conference’s conclusion, the results of the workshops were presented, and participants reflected on the day and work of the past years
Hall-MHD und magnetisierte Winde in protoplanetaren Scheiben
No full textThis thesis investigates the evolution and dispersal of protoplanetary disks under the influence of non-ideal magnetohydrodynamic (MHD) effects, and how these processes ar further modified by complex temperature treatment. Using 2.5D axisymmetric global simulations with the nirvana-iii fluid code, all three non-ideal MHD effects - Ohmic resistivity, ambipolar diffusion, and the Hall effect - are included, with diffusivities computed self-consistently on the fly.
In the first part, the focus is on the interplay between X-ray photoevaporation and non-ideal MHD in full disks. I find that in aligned magnetic field configurations, the Hall effect leads to inward bending of poloidal field lines, enhancing laminar Maxwell stress and accretion. Outflows are predominantly driven by photoevaporation, unless the magnetic field is too strong or the X-ray luminosity too low. Mass-loss rates range from 10−8 to 10−7 M⊙yr−1, although a revised temperature prescription indicates that X-ray photo-evaporative winds may be overestimated. Comparison with purely hydrodynamic models shows a modest magnetic contribution to mass loss at lower X-ray luminosities. Moreover, increasing magnetization shifts the wind-launching region to smaller radii, with implications for the observability and identification of wind-driving mechanisms.
The second part of the thesis addresses transition disks, characterized by large inner cavities and high accretion rates. Using radiation-MHD simulations, I examine how non-ideal MHD - including the Hall effect - affects the dynamics and structure of transition disks. Models initialized with a cavity extending to 8 au and a density contrast of 105 show a sustained inner cavity and magnetic wind launching. Accretion rates of 3 - 8 ×10−8 M⊙yr−1 are achieved, with clear evidence of (trans)sonic accretion within the cavity. Outward magnetic flux transport occurs in all runs, and when the Hall effect is included, pressure bumps form within the cavity. These ring-like features may serve as dust traps, offering an alternative mechanism for substructure formation in PPDs.In dieser Arbeit wird die Entwicklung und Ausbreitung protoplanetarer Scheiben unter dem Einfluss nicht-idealer magnetohydrodynamischer (MHD) Effekte untersucht, und wie diese Prozesse durch eine komplexe Temperaturbehandlung weiter modifiziert werden. Unter Verwendung achsensymmetrischer globaler 2.5D Simulationen mit dem nirvana-iii - Flüssigkeitscode werden alle drei nicht-idealen MHD-Effekte - Ohmscher Widerstand, ambipolare Diffusion und der Hall-Effekt - einbezogen, wobei die Diffusivitäten selbstkonsistent im laufenden Betrieb berechnet werden.
Im ersten Teil liegt der Schwerpunkt auf dem Zusammenspiel zwischen Röntgenphotoverdampfung und nicht-idealem MHD in vollen Scheiben. Ich stelle fest, dass in ausgerichteten Magnetfeldkonfigurationen der Hall-Effekt zu einer Einwärtsbiegung der poloidalen Feldlinien führt, wodurch die laminare Maxwell-Spannung und die Akkretion verstärkt werden. Ausströmungen werden überwiegend durch Photoverdampfung angetrieben, es sei denn, das Magnetfeld ist zu stark oder die Röntgenleuchtkraft zu gering. Die Massenverlustraten reichen von 10−8 bis 10−7 M⊙yr−1, obwohl eine überarbeitete Temperaturvorschrift darauf hindeutet, dass Röntgenphotoverdunstungswinde möglicherweise überschätzt werden. Der Vergleich mit rein hydrodynamischen Modellen zeigt einen bescheidenen magnetischen Beitrag zum Massenverlust bei niedrigen Röntgenleuchtstärken. Darüber hinaus verschiebt sich mit zunehmender Magnetisierung die Region, in der die Winde entstehen, in kleinere Radien, was sich auf die Beobachtbarkeit und Identifizierung von Windantriebsmechanismen auswirkt.
Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit Übergangsscheiben, die durch große innere Hohlräume und hohe Akkretionsraten gekennzeichnet sind. Mit Hilfe von Strahlungs-MHD-Simulationen untersuche ich, wie nicht-ideale MHD - einschließlich des Hall-Effekts - die Dynamik und Struktur von Übergangsscheiben beeinflusst. Modelle, die mit einem Hohlraum von 8 au und einem Dichtekontrast von 105 initialisiert wurden, zeigen einen anhaltenden inneren Hohlraum und den Start des magnetischen Windes. Es werden Akkretionsraten von 3 - 8 ×10−8 M⊙yr−1 erreicht, mit deutlichen Hinweisen auf (trans)sonische Akkretion innerhalb des Hohlraums. Der Transport des magnetischen Flusses nach außen findet in allen Durchläufen statt, und wenn der Hall-Effekt mit einbezogen wird, bilden sich Druckhöcker im Hohlraum. Diese ringförmigen Merkmale können als Staubfänger dienen und bieten einen alternativen Mechanismus für die Bildung von Substrukturen in PPDs
Die Reaktion der Tomate auf Wasserdefizitstress
No full textAnthropogenic climate change is reshaping global hydrological patterns, posing significant challenges to agricultural productivity, particularly in regions like the Mediterranean, where droughts are expected to intensify. Tomato (Solanum lycopersicum) is one of the major crop species grown in this region, meaning its cultivation could be disproportionally affected. Thus, there is a strong need for the development of varieties with enhanced drought tolerance. The work in this thesis focuses on understanding the molecular and physiological responses of tomato plants to water deficit (WD) stress, with the goal of contributing to the development of drought-resilient crops.
The work described in this thesis first focuses on a transcriptomic approach to track gene expression changes in tomato plants subjected to gradual and prolonged WD. By aligning these changes with physiological thresholds, such as stomatal closure, wilting, and the onset of vascular embolism, I identify key transcription factors (TFs) involved in both ABA-dependent and independent pathways. Notably, this work identifies distinct phases of the water deficit response, likely centered on stomatal closure and leaf wilting. In addition, this work uncovers key differences in WD response between young and mature leaves, offering insights into the apparent resilience of younger tissues.
Next, this work delves into the functional characterization of the NAC transcription factor SlRD26, specifically pertaining its role in the response to WD. I found that SlRD26 likely acts as a positive regulator of the response to WD, as overexpression of SlRD26 leads to typically water-saving adaptations, such as shorter stature and smaller leaves. However, the modulation of SlRD26 expression, through either constitutive overexpression, or knockdown via artificial micro-RNA, did not enhance the maintenance of yield under water limiting conditions, nor does it decrease transpiration rate under moderate WD conditions. Instead, RNA-Seq analysis suggests that SlRD26 plays a role in regulating lignin biosynthesis, contributing to structural- and water saving-adaptations of water transporting tissues. Ectopic lignification, or disproportionate lignification of water-transporting tissues in the overexpression mutant, could in this case prove detrimental to WD adaptation and not lead to a resilient phenotype.
Collectively, these findings advance our understanding of the genetic and physiological networks that underpin tomato’s response to WD. By identifying critical genes and pathways, this research provides insights for the future development of crops with enhanced drought resilience, a crucial step in addressing the agricultural challenges posed by climate change.Der anthropogene Klimawandel verändert globale hydrologische Muster und stellt erhebliche Herausforderungen für die landwirtschaftliche Produktivität dar, insbesondere in Regionen wie dem Mittelmeerraum, in denen Dürren voraussichtlich zunehmen werden. Die Tomate (Solanum lycopersicum) ist eine der wichtigsten Kulturpflanzen dieser Region, sodass ihr Anbau überproportional betroffen sein könnte. Daher besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung von Sorten mit verbesserter Trockenheitstoleranz. Die Arbeit dieser Dissertation konzentriert sich auf das Verständnis der molekularen und physiologischen Reaktionen von Tomatenpflanzen auf Wasserdefizit (WD)-Stress, mit dem Ziel, zur Entwicklung trockenheitsresistenter Kulturpflanzen beizutragen.
Zunächst wird in dieser Arbeit ein transkriptomischer Ansatz verfolgt, um Veränderungen in der Genexpression von Tomatenpflanzen zu untersuchen, die einem allmählichen und langanhaltenden WD ausgesetzt sind. Durch die Abstimmung dieser Veränderungen mit physiologischen Schwellenwerten, wie Spaltenschluss, Welken und dem Einsetzen von Gefäßembolien, identifiziere ich zentrale Transkriptionsfaktoren (TFs), die sowohl in ABA-abhängigen als auch in ABA-unabhängigen Signalwegen eine Rolle spielen. Besonders hervorzuheben ist die Identifikation verschiedener Phasen der Wasserdefizitreaktion, die sich wahrscheinlich um den Spaltenschluss und das Welken der Blätter zentrieren. Darüber hinaus werden wesentliche Unterschiede in der WD-Reaktion zwischen jungen und reifen Blättern aufgedeckt, was Einblicke in die scheinbare Widerstandsfähigkeit jüngerer Gewebe liefert.
Anschließend widmet sich diese Arbeit der funktionellen Charakterisierung des NAC-Transkriptionsfaktors SlRD26, insbesondere seiner Rolle in der Reaktion auf WD. Ich konnte feststellen, dass SlRD26 vermutlich als positiver Regulator der WD-Reaktion wirkt, da seine Überexpression zu typischen wassersparenden Anpassungen wie einer geringeren Wuchshöhe und kleineren Blättern führt. Allerdings führte die Modulation der SlRD26-Expression – sei es durch konstitutive Überexpression oder durch Knockdown mittels künstlicher Mikro-RNA – weder zu einer verbesserten Erhaltung des Ertrags unter wasserlimitierten Bedingungen, noch reduzierte sie die Transpirationsrate unter moderatem WD. Stattdessen legt die RNA-Seq-Analyse nahe, dass SlRD26 eine Rolle bei der Regulation der Ligninbiosynthese spielt und so zu strukturellen und wassersparenden Anpassungen wasserleitender Gewebe beiträgt. Eine unkontrollierte oder übermäßige Lignifizierung dieser Gewebe im Überexpressionsmutanten könnte in diesem Fall jedoch nachteilig für die Anpassung an WD sein und nicht zu einem resistenten Phänotyp führen.
Zusammenfassend erweitern diese Erkenntnisse unser Verständnis der genetischen und physiologischen Netzwerke, die der WD-Reaktion von Tomaten zugrunde liegen. Durch die Identifikation zentraler Gene und Signalwege liefert diese Forschung wichtige Erkenntnisse für die zukünftige Entwicklung von Kulturpflanzen mit erhöhter Trockenheitsresistenz – ein entscheidender Schritt zur Bewältigung der landwirtschaftlichen Herausforderungen des Klimawandels
Alterung verändert die metabolische Flexibilität: Verminderte kardiale Antwort auf ernährungsbedingte Adipositas
No full textObesity is a complex, multifactorial disease and a recognized risk factor for cardiovascular diseases (CVDs). Aging is similarly an independent risk factor for CVDs, and together, obesity and aging contribute significantly to the high prevalence of CVDs observed today. Cardiovascular conditions, such as heart failure, not only impair heart function but also disrupt cardiac energy metabolism by limiting substrate utilization, which in turn promotes metabolic inflexibility. In particular, lipid metabolism in the contracting cells of the heart, the cardiomyocytes, is primarily affected. While both obesity and aging share similar pathophysiological characteristics, as impaired energy metabolism and heart failure, the combined impact on whole-body metabolism remains controversial. This thesis aims to explore how aging modifies the metabolic response to a high-fat diet (HFD) and to investigate the effects on physical performance, as well as skeletal muscle and cardiac metabolism.
To study the effect of HFD on age, a diet-induced obesity (DIO) mouse model was employed, using young (22-week) and aged (76-week) male C57BL/6J mice, which were fed either a chow diet as a control or a HFD for 8 weeks. Dietary intervention significantly increased body weight in both age groups, with aged mice showing greater weight gain independent of diet. Both groups accumulated fat mass due to the HFD, although the aged mice exhibited a more substantial gain. These results confirm the efficiency of the DIO model. Physical performance tests revealed reduced running capacity in the aged mice on HFD, alongside altered substrate utilization during the treadmill run. To better understand the decline in physical performance, quadriceps tissue was analysed, though neither muscle morphology nor metabolic parameters offered a clear explanation.
Considering the crucial role of the cardiovascular system in exercise, further analysis focused on the heart. Echocardiographic analysis indicated a heart failure phenotype in the aged HFD group. Additionally, morphological assessment revealed cardiomyocyte hypertrophy, though no significant changes in fibrosis or heart diameter were detected. Cardiomyocyte function was subsequently evaluated using primary cells, which showed no age-related differences. Proteomic analyses of the heart revealed alterations in ATP production and lipid metabolism. The HFD-induced mitochondrial proton leakage accounted for the observed reduction in ATP production. However, no age-related differences in mitochondrial function were detected. Lipid metabolism was identified as a critical factor, with significant lipid accumulation found in the hearts of aged HFD mice, both at the whole-heart level and in isolated cardiomyocytes, accompanied by an increased lipid droplet content. To explore the mechanisms behind lipid accumulation, lipid droplet-associated proteins Perilipin 2 and Perilipin 5 were analysed, revealing differential expression between young and aged mice. Moreover, genes associated with fatty acid metabolism, particularly fatty acid oxidation, were upregulated in young HFD mice but remained unchanged in the aged HFD group. Lysosomal acid lipase-mediated lipid droplet degradation was elevated in young HFD mice, while aged mice on HFD showed no such increase.
In summary, the results of this thesis underscore the significant effect of age on the metabolic response to HFD, especially in the heart. Disturbances in lipid metabolism within cardiomyocytes, leading to lipid accumulation and decreased fatty acid utilization as an energy substrate, appear to contribute to cardiac dysfunction and are associated with diminished physical performance. These findings enhance our understanding of age- and obesity-related metabolic alterations in the heart, which can serve as a basis for future therapeutic strategies.Herz-Kreislauf-Erkrankungen (HKE) sind die Haupttodesursache in der westlichen Welt. Sowohl Alterung als auch Adipositas stellen bedeutende Risikofaktoren für die Entstehung kardiovaskulärer Erkrankungen dar. Mit der zunehmenden Prävalenz von Alterung und Adipositas in der Gesellschaft steigt auch die Häufigkeit von HKE, was zu einer erheblichen Belastung des Gesundheitssystems führt. Herzinsuffizienz, eine häufige kardiovaskuläre Erkrankung, beeinträchtigt nicht nur die Herzfunktion, sondern verändert auch den Energiestoffwechsel des Herzens. Ein zugrundeliegender Mechanismus ist die Einschränkung der kardialen metabolischen Flexibilität. Insbesondere ist der Lipidstoffwechsel in den kontraktilen Zellen des Herzens, den Kardiomyozyten, betroffen. Während Adipositas und Alterung ähnliche pathophysiologische Merkmale aufweisen, bleibt die kombinierte Wirkung beider Faktoren auf den Energiestoffwechsel des gesamten Körpers umstritten. Ziel dieser Dissertation ist es, zu untersuchen, wie die Alterung die metabolische Reaktion auf eine fettreiche Ernährung (HFD) verändert und wie sich dies auf die körperliche Leistungsfähigkeit sowie den Stoffwechsel und die Funktion des Skelettmuskels und des Herzens auswirkt.
Dazu wurde ein Mausmodell für ernährungsbedingte Adipositas (DIO) verwendet, in dem junge (22 Wochen) und gealterte (76 Wochen) männliche C57BL/6J-Mäuse entweder mit einer Kontroll-Diät (Chow-Diät) oder einer HFD für 8 Wochen gefüttert wurden. Diese Intervention führte in beiden Altersgruppen zu einer Gewichtszunahme, wobei die älteren Mäuse unabhängig von der Diät eine stärkere Gewichtszunahme zeigten. Beide Gruppen nahmen durch die HFD Fettmasse zu, wobei die älteren Mäuse einen höhere Fettakkumulation zeigten. Diese Ergebnisse bestätigten die Wirksamkeit des DIO-Modells.
Leistungstests mithilfe eines metabolischen Laufbands zeigten eine verringerte Laufleistung bei den gealterten Mäusen auf HFD sowie eine beeinträchtigte Substratnutzung von Kohlenhydraten und Lipiden während des Laufs. Um den Rückgang der körperlichen Leistungsfähigkeit besser zu verstehen, wurde der Quadrizepsmuskel analysiert, doch konnten weder die Muskelmorphologie noch die Proteomanalysen klare Erklärungen liefern.
Angesichts der zentralen Rolle des Herz-Kreislauf-Systems bei körperlicher Aktivität wurde das Herz weiter untersucht. Echokardiographische Analysen deuteten auf eine Herzinsuffizienz in den gealterten Mäusen auf der HFD hin. Zudem zeigte die morphologische Analyse eine Kardiomyozyten-Hypertrophie, jedoch keine weiteren signifikanten Veränderungen in Fibrose oder Herzgröße. Die Kardiomyozytenfunktion wurde mittels Kontraktionsmessungen isolierter Zellen bewertet. Diese zeigte zwar einen Anstieg der Kontraktion durch die HFD, jedoch keine altersbedingten Unterschiede. Proteomik-Analysen wiesen auf Veränderungen in der ATP-Produktion und im Lipidstoffwechsel hin. Die HFD führte in beiden Altersgruppen zu einem erhöhten mitochondrialen Protonenleck, dass die beobachtete Verringerung der ATP-Produktion erklärte. Altersabhängige Unterschiede in der mitochondrialen Funktion wurden jedoch nicht festgestellt. Der Lipidstoffwechsel zeigte hingegen klare Veränderungen. Insbesondere wurde eine Lipidakkumulation in den Herzen der älteren HFD-Mäuse sowohl auf Herz- als auch auf Kardiomyozytenebene mit erhöhtem Gehalt an Lipidtröpfchen beobachtet. Um die Mechanismen hinter dieser Lipidakkumulation zu untersuchen, wurden die mit Lipidtröpfchen assoziierten Proteine Perilipin 2 und Perilipin 5 untersucht, wobei eine unterschiedliche Expression zwischen jungen und alten Mäusen festgestellt wurde. Darüber hinaus waren die Gene, die mit dem Fettsäurestoffwechsel, insbesondere der Fettsäureoxidation, assoziiert sind, in jungen HFD-Mäusen hochreguliert, blieben jedoch in der älteren HFD-Gruppe unverändert. Der lysosomale Abbau von Lipidtröpfchen durch saure Lipase war in jungen HFD-Mäusen erhöht, während ältere Mäuse auf HFD keine solche Zunahme zeigten.
Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass das Alter einen signifikanten Einfluss auf die metabolische Reaktion auf eine HFD, insbesondere im Herzen, hat. Die Störungen des Lipidstoffwechsels in den Kardiomyozyten, die zu einer Lipidakkumulation und einer verminderten Fettsäureverwertung als Energiesubstrat führen, trugen zu einer Herzfunktionsstörung, die wiederum im Zusammenhang mit einer verringerten körperlichen Leistungsfähigkeit steht. Diese Erkenntnisse tragen zu einem besseren Verständnis der alters- und adipositasbedingten metabolischen Veränderungen im Herzen bei, die potenziell für zukünftige therapeutische Ansätze genutzt werden können
Amoeboid cell-cargo microcarrier – forces, collective effects, and complex environments
No full textIn response to the growing demand for precision medicine, biohybrid machines have emerged as promising solutions, offering unique advantages such as adaptive sensitivity, inherent robustness and integrated energy sources. Drawing inspiration from leukocyte motility, loading crawling cells with cargo can create resilient systems that can be potentially used for drug delivery or microsurgery in difficult-to-access areas of the human body. This work focuses on a biohybrid “cell-cargo system” operating by loading a microcargo onto motile amoeboid D. discoideum cells, maneuvering microcargoes, with dynamics and diffusivity governed by cargo size [ 144 ]. In this research work, we explore the potentials and limitations of this system, and expand our understanding to conditions where cellular tug-of-war increase the complexity of this active composite matter.
First, we unveiled the active forces exerted by the cell on the cargo, as well as the limiting cargo size for microparticle transport. Using high-speed live cell imaging, we monitored the movement of spherical cargo particles and estimated the corresponding drag forces acting on the cargo particles in an isotropic viscous fluid. We then developed a model for cargo movement based on experimental evidence, which allowed extrapolation of our findings to experimentally inaccessible parameter regimes. We obtained the cell-generated force for cargo sizes up to a radius of ≈123 µm, beyond which cell mediated cargo transport will stall. The forces remained in the sub-pico Newton range, up to approximately 1 pN. To further explore the resilience of the system under more complex conditions, we subjected the cargo-loaded cells to a persistent drag forces by applying a constant fluid flow in a microfluidic device. We found significantly larger cell-cargo interactive forces up to ≈0.5 nN, underscoring the system’s adaptive mechanoresponsiveness under external load.
Subsequently, we expanded the initial configuration of the system to include the simultaneous interaction of a pair of cells with a cargo particle, referred to as the “tug-of-war system”. This system was also observed using time-lapse live cell imaging. Through the analysis of the cargo dynamics, we first demonstrated that the presence of two cells impedes the efficiency of microtransport. Next, we explored the relative dynamics of the system, which had previously been studied only for a cell-cargo two-body interaction. We identified two distinct dynamical phases that arise from the triangular configuration of the three-body system: the “settled state,” which allows for a full range of possible cell-cargo-cell angles and is associated with the cells’ competitive interaction for particle control, and the “transient state,” characterized by large changes in the cell-cargo-cell angle at a persistent cell-to-cell distance, associated with rapid cargo displacements.
Finally, leveraging the natural chemotactic behavior of D. discoideum cells, both as single cells and in the multicellular stage, we assessed the potential of this biohybrid system to perform directed microtransport. Our observations revealed reliable, directed microtransport in response to both, static and dynamic chemoattractant gradients. These experiments will serve as a starting point for engineering the system to perform application-oriented tasks.
In summary, this thesis highlights the potentials and limitations of cell-driven microcargo transport and provides a comprehensive framework to study cell-particle interactions in tug-of-war scenarios. As amoeboid motility is a hallmark of numerous mammalian cell types, our findings pave the way for the realization of crawling cell-centric biohybrid systems.In Anbetracht der wachsenden Nachfrage nach Präzisionsmedizin hat sich die Entwicklung biohybrider Maschinen als eine vielversprechende Lösung erwiesen, die einzigartige Vorteile wie beispielsweise adaptive Empfindlichkeit, inhärente Robustheit und integrierte Energiequellen bietet. Inspiriert von der Motilität von Leukozyten kann das Beladen von Amöben mit Mikropartikeln widerstandsfähige Systeme schaffen, die potenziell für den Medikamententransport oder Mikrochirurgie in schwer zugänglichen Bereichen des menschlichen Körpers eingesetzt werden könnten. Diese Arbeit konzentriert sich auf ein biohybrides „Zell-Partikel-System“, bestehend aus sich amöboid bewegenden D. discoideum-Zellen, die mit Mikropartikeln beladen sind und diese transportieren, wobei Dynamik und Diffusivität durch die Größe der Partikel bestimmt werden [ 144]. In dieser Forschungsarbeit werden die Potenziale und Grenzen dieses Systems untersucht, sowie das Verständnis dieses aktiven Verbundmaterials hin zu Bedingungen erweitert, unter denen zelluläres Tauziehen die Komplexität erhöht.
Zunächst haben wir die von der Zelle auf die Partikel ausgeübten, aktiven Kräfte sowie die damit verbundene maximale Teilchengröße für den Mikropartikeltransport aufgedeckt. Mithilfe bildgebender Verfahren ("live-cell-imaging") beobachteten wir die Bewegung sphärischer Partikel und schätzten die entsprechenden Reibungskräfte, die in isotropen, viskosen Flüssigkeiten auftreten. Basierend auf experimentellen Befunden entwickelten wir daraufhin ein Modell für den Partikeltransport, das es ermöglichte, unsere Ergebnisse zu experimentell unzugänglichen Parameterbereichen hin zu extrapolieren. Wir erhielten die durch Zellen auf die Mikropartikel erzeugten Kräfte bis zu einem Radius von ≈123 µm; jenseits dieser Größe wird der Partikeltransport durch Zellen zum Stillstand kommen. Die Kräfte blieben im sub-Pico-Newton-Bereich, bis zu ungefähr 1pN. Um die Widerstandsfähigkeit des Systems unter komplexeren Bedingungen weiter zu untersuchen, setzten wir die mit Zellen im Kontakt stehenden Partikel einer anhaltenden Zugkraft durch Anlegen eines konstanten Flüssigkeitsstroms in einem mikrofluidischen Bauteil aus. Wir fanden signifikant größere Interaktionskräfte zwischen Zelle und Partikel von bis zu ≈0.5 nN, was die adaptive Mechanosensitivität des Systems unter externer Belastung unterstreicht.
Anschließend erweiterten wir die anfängliche Konfiguration des Systems um die gleichzeitige Interaktion eines Zellpaares mit einem Mikroartikel, auch bezeichnet als das „Tauziehsystem“. Dieses System wurde ebenfalls mit zeitauflösenden bildgebenden Verfahren beobachtet. Durch die Analyse der Partikeldynamik zeigten wir zunächst, dass das Vorhandensein von zwei Zellen die Effizienz des Mikrotransports behindert. Anschließend untersuchten wir die relative Dynamik des Systems, die zuvor nur für eine Zweikörper-Interaktion von Zelle und Partikel untersucht worden war. Wir identifizierten zwei unterschiedliche dynamische Zustände, die sich aus der dreieckigen Konfiguration des Dreikörpersystems ergeben: den „stabilen Zustand“, der eine Bandbreite möglicher Zell-Partikel-Zell-Winkel zulässt und durch die Konkurrenz der Zellen um die Kontrolle des Partikels gekennzeichnet ist, und den „transienten Zustand“, der mit großen Veränderungen des Zell-Partikel-Zell-Winkels bei konstantem Zell-zu-Zell-Abstand sowie schnellen Partikelverschiebungen verbunden ist.
Schließlich bewerteten wir das Potenzial dieses biohybriden Systems, einen gerichteten Teilchentransport zu realisieren, indem wir das natürliche chemotaktische Verhalten von D. discoideum-Zellen sowohl als Einzelzellen als auch im multizellulären Stadium nutzten. Unsere Beobachtungen zeigten zuverlässigen, gerichteten Partikeltransport sowohl als Reaktion auf statische und als auch dynamische Lockstoffgradienten. Diese Experimente werden als Ausgangspunkt für die technische Umsetzung des Systems für anwendungsorientierte Aufgaben dienen.
Zusammenfassend hebt diese Dissertation die Potenziale und Anwendungsgrenzen des durch Zellen angetriebenen Teilchentransports hervor und bietet ein umfassendes Framework zur Untersuchung von Zell-Partikel-Interaktionen in Tauziehszenarien. Da die amöboide Motilität ein Merkmal zahlreicher Säugetierzelltypen ist, ebnen unsere Ergebnisse den Weg für die Realisierung von biohybriden Systemen, in deren Mittelpunkt kriechende Zellen stehen
Verständnis der glykämischen Rolle der Pantothenatkinase 4 (PanK4) im Skelettmuskel
No full textSkeletal muscle (SkM) is a tissue that comprises approximately 40% of the human body mass and contributes about 30% of the adult resting metabolic rate in humans. It is the primary site for glucose uptake, which can be regulated by insulin or exercise through independent mechanisms. In conditions of insulin resistance (IR), exercise-induced glucose uptake remains unaffected. Recent research utilizing phosphoproteomics has identified new phosphosites and proteins that were previously unknown to respond to exercise. Among these is phosphosite Ser63 of Pantothenate kinase 4 (PanK4). PanK4, a member of the kinase family responsible for catalyzing the first step in CoA biosynthesis, has been highlighted as an exercise-responsive protein by phosphoproteomic analyses. Previous evidence suggests that PanK4 plays a significant role in maintaining whole-body glucose homeostasis in SkM.
This thesis aims to characterize PanK4 in SkM and to elucidate its role in exercise-mediated glucose uptake. To achieve this, two animal models were generated: a Cre-LoxP PanK4 muscle knock-out model (PanK4 mKO) and a knock-in model (PanK4 KI) with a mutation at the phosphorylation site Ser63 of PanK4. Body composition analyses of adult PanK4 mKO and PanK4 KI mice revealed no significant differences in body weight, lean mass, or fat mass. to investigate PanK4's role in exercise capacity and glucose uptake, ex vivo and in vivo exercise experiments were conducted. Ex vivo muscle contractions in PanK4 mKO mice demonstrated an increase in p-PanK4 Ser63 levels in EDL muscles of both male and female mice. In vivo endurance running tests showed reduced glucose uptake in PanK4 mKO mice compared to PanK4 wild-type (WT) mice, without differences in maximal speed. Finally, a long-term exercise study in PanK4 mKO and PanK4 KI animals showed no genotype-dependent differences in glucose homeostasis or voluntary running activity.
These findings suggest that PanK4 is crucial for maintaining glucose uptake during in vivo exercise, although its deletion from SkM does not affect overall endurance exercise capacity in running protocols. Further research is needed to fully elucidate the regulation of PanK4 during exercise, particularly to uncover the molecular mechanisms underlying its phosphorylation and impact on glucose uptake in SkM.Die Skelettmuskulatur (SkM) macht etwa 40 % der menschlichen Körpermasse und rund 30 % des Ruhestoffwechsels aus. Sie ist ein Hauptzielorgan der Glukoseaufnahme, die durch Insulin oder Bewegung auf unterschiedlichen Signalwegen reguliert wird. Bei Insulinresistenz (IR) bleibt die trainingsinduzierte Glukoseaufnahme unverändert. Jüngste phosphoproteomische Untersuchungen haben neue Phosphorylierungsstellen und Proteine identifiziert, die bisher nicht als bewegungsabhängig bekannt waren, darunter Ser63 der Pantothenat-Kinase 4 (PanK4). PanK4, ein Mitglied der Kinase-Familie, das den ersten Schritt der CoA-Biosynthese katalysiert, wurde als bewegungssensitives Protein identifiziert. Frühere Hinweise deuten darauf hin, dass PanK4 eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Glukosehomöostase im SkM spielt.
Ziel dieser Arbeit ist es, PanK4 in SkM zu charakterisieren und seine Funktion bei der trainingsvermittelten Glukoseaufnahme zu untersuchen. Dafür wurden zwei Tiermodelle erzeugt: ein Cre-LoxP PanK4 Muskel-Knock-out-Modell (PanK4 mKO) und ein Knock-in-Modell (PanK4 KI) mit einer Mutation an der Phosphorylierungsstelle Ser63. Die Körperzusammensetzung erwachsener PanK4 mKO- und PanK4 KI-Mäuse zeigte keine signifikanten Unterschiede im Körpergewicht, der fettfreien Masse oder Fettmasse. Ex-vivo- und In-vivo-Experimente zur Untersuchung der PanK4-Funktion ergaben Folgendes: Ex-vivo-Muskelkontraktionen bei PanK4 mKO-Mäusen führten zu einem Anstieg der p-PanK4-Ser63-Konzentration in den EDL-Muskeln beider Geschlechter. In vivo zeigten Ausdauerlauftests eine verringerte Glukoseaufnahme bei PanK4 mKO-Mäusen im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen, ohne Unterschiede in der Kontraktionskraft oder der maximalen Geschwindigkeit. Langzeitstudien mit PanK4 mKO- und PanK4 KI-Tieren ergaben keine Unterschiede in der Glukosehomöostase oder der freiwilligen Laufaktivität.
Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass PanK4 entscheidend für die Glukoseaufnahme während körperlicher Aktivität ist, auch wenn seine Deletion die Gesamtbewegungsfähigkeit nicht beeinträchtigt. Weitere Forschung ist nötig, um die Regulation von PanK4 während des Trainings vollständig zu verstehen, insbesondere die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen seiner Phosphorylierung und deren Auswirkungen auf die Glukoseaufnahme in SkM
Squirrel
No full textDespite significant advances in hardware efficiency, data centers continue increasing their electricity consumption due to rising application demand. Consequently, data center carbon emissions grow. In addition to energy-saving mechanisms, increasing progress in carbon-aware software is necessary to reduce carbon emissions and mitigate climate change. Enhancing workload managers used in data centers with carbon-aware mechanisms counteracts their emissions. State-of-the-art solutions do not cover carbon-aware scheduling for the widely used workload manager Slurm. This thesis develops and evaluates three carbon-aware scheduling algorithms for high-performance computing clusters using the Slurm scheduler.
To this end, we elaborate on whether we can reduce operational emissions using spatiotemporal workload shifting within a Slurm cluster in Germany and how the effects differ across energy zones with different characteristics of their electricity grid. We develop and evaluate Squirrel, a carbon-aware batch job scheduler prototype that considers the grid carbon intensity and servers’ thermal design power values. We also propose a forecasting algorithm for grid carbon intensity that can be used when there is no access to forecasting data. We measure the energy profiles of different TPCx-AI jobs and use their hourly energy consumptions to simulate workload scheduling for three different cluster configurations. Our simulations compare Squirrel with carbon-agnostic first-in-first-out scheduling in five different energy zones. The comparison is based on the hourly computation of schedules using data throughout 2023. Squirrel achieves average emission savings between 0.3% and 32% in our simulations, demonstrating the practical implications of our research.Trotz erheblicher Fortschritte bei der Hardware-Effizienz steigt der Stromverbrauch von Rechenzentren aufgrund der zunehmenden Anwendungsnachfrage weiter an. Folglich nehmen auch die Treibhausgasemissionen von Rechenzentren zu. Zusätzlich zu Energiesparmaßnahmen sind zunehmende Fortschritte bei der Entwicklung emissionsbewusster Software notwendig, um die Treibhausgasemissionen zu reduzieren und den Klimawandel abzuschwächen. Die Erweiterung der in Rechenzentren eingesetzten Workload-Manager um emissionsbewusste Mechanismen wirkt deren Emissionen entgegen. Der Stand der Technik deckt kein emissionsbewusstes Scheduling für den weit verbreiteten Workload-Manager Slurm ab. Diese Arbeit entwickelt und evaluiert drei Algorithmen für klimaschonendes Scheduling von High-Performance-Computing-Clustern, welche durch Slurm verwaltet werden.
Zu diesem Zweck untersuchen wir, ob wir die betrieblichen Emissionen durch eine räumlich-zeitliche Verschiebung der Arbeitslast innerhalb eines Slurm-Clusters in Deutschland reduzieren können und wie sich die Auswirkungen in verschiedenen Energiezonen mit unterschiedlichen Eigenschaften des Stromnetzes unterscheiden. Wir entwickeln und evaluieren Squirrel, einen Prototyp eines emissionsbewussten Batch-Job-Schedulers, der die Emissionsintensität des Netzes und die thermische Verlustleistung der Server berücksichtigt. Wir schlagen auch einen Prognosealgorithmus für die Emissionsintensität des Netzes vor, der verwendet werden kann, wenn kein Zugang zu Prognosedaten besteht. Wir messen die Energieprofile verschiedener TPCx-AI-Jobs und verwenden ihren stündlichen Energieverbrauch, um die Arbeitslastplanung für drei verschiedene Clusterkonfigurationen zu simulieren. Unsere Simulationen vergleichen Squirrel mit Slurms First-in-First-out-Scheduling in fünf verschiedenen Energiezonen. Der Vergleich basiert auf der Berechnung von stündlichen Arbeitslastplanungen mit Daten aus dem Jahr 2023. Squirrel erzielt in unseren Simulationen durchschnittliche Emissionseinsparungen von 0,3% bis zu 32%, was die praktische Anwendbarkeit unserer Forschung zeigt
Das Blutbad an italienischen Zwangsarbeitern am 23. April 1945 bei Treuenbrietzen
No full textDer Beitrag rekonstruiert ein Verbrechen vom Ende des Zweiten Weltkriegs. Am 23. April 1945 überfielen bewaffnete Deutsche ein zuvor schon von der Roten Armee befreites Zwangsarbeiterlager bei Treuenbrietzen, sonderten um 150 Italiener aus, marschierten mit 130 von ihnen zu einer Sandgrube bei dem Dorf Nichel und erschossen sie dort. Warum man 20 Männer verschonte, wurde nie geklärt. Später wurden 127 Opfer geborgen. Die Täter wurden nie ermittelt. Als ein „Bericht über Berichte“ rekonstruiert der Beitrag die Tat in einer chronologischen Darstellung der überkommenen Berichte über sie. So treten die subjektive Prägung und die Widersprüche von Erinnerungen im Laufe der Zeit hervor. Als Forschungsaufgaben werden die Suche nach Nachlässen der 20 von dem Massaker Verschonten und die Analyse des Scheiterns der Strafverfolgung benannt. Die Bedeutung der mikrohistorischen Rekonstruktion der Tat für die Erinnerungskultur und der Charakter der Tat als Teil der regionalen Geschichte werden betont.The article reconstructs a crime from the end of the Second World War. On April 23, 1945, armed Germans raided a forced labour camp near Treuenbrietzen that had already been liberated by the Red Army, segregated around 150 Italians, forced 130 of them to march to a sand pit near the village of Nichel and shot them there. Why 20 men were spared was never clarified. Later, 127 victims were recovered. The perpetrators were never identified. As a "report on reports", the article reconstructs the crime in a chronological presentation of the available reports about it. In this way, the subjective character and, in part, the contradictory nature of the memories over the course of time are brought to light. Research tasks addressed by this article include searching for possible legacies of the 20 people spared from the massacre and analysing the failure of the prosecution. The importance of the micro-historical reconstruction of the crime for the culture of remembrance and the character of the crime as part of regional history are emphasised.L'articolo ricostruisce un crimine avvenuto alla fine della Seconda Guerra Mondiale. Il 23 aprile 1945, dei Tedeschi armati fecero irruzione in un campo di lavoro forzato vicino a Treuenbrietzen, già liberato dall'Armata Rossa, segregarono circa 150 Italiani, ne fecero marciare 130 in una cava di sabbia vicino al villaggio di Nichel e lì li fucilarono. Il motivo per cui 20 uomini furono risparmiati non è mai stato chiarito. In seguito, furono recuperate 127 vittime. Gli autori non sono mai stati identificati. Concepito come un "rapporto sui rapporti", questo articolo ricostruisce il crimine attraverso una presentazione cronologica dei rapporti tramandati su di esso. In questo modo emergono il carattere soggettivo e, in parte, contraddittorio dei ricordi nel corso del tempo. Secondo lo studio, i compiti della ricerca futura includono il rintracciamento di eventuali lasciti scritti delle 20 persone risparmiate nel massacro e l'analisi del fallimento dell'azione penale. Si sottolinea l'importanza di una ricostruzione microstorica del crimine per la cultura della memoria, e il carattere proprio del crimine come parte della storia regionale
A diagrammatic journey through online museum collections
No full textDie Forschungsarbeit überträgt das Potenzial der Diagrammatik auf museale Online-Sammlungen und ihr UX-Versprechen des Explorierens. Im Mittelpunkt steht der semiotische Ansatz des Logikers, Philosophen und Pragmatisten Charles Sanders Peirce. Dessen weites (ikonisches) Diagramm-Verständnis betont die pragmatisch-operative und erkenntniserweiternde Funktionalität visualisierter Relationen. Diese Perspektive dient als Metatheorie für das Entdecken und Stöbern von Kunstwerken im World Wide Web. Spätestens seit der Covid-19-Pandemie gewähren Museen verstärkt digitalen Zugang zu ihren Sammlungen. Nutzer*innen sollen darin nicht nur gezielt suchen, sondern auch intuitiv mit Neugier navigieren: Mit bildstarken Begriffen des Explorierens und Schlenderns wird ihnen ein breites Angebot verknüpfter Bilder, Metadaten, Schlagworte, Werkgruppen oder Ausstellungssäle im Web-Interface präsentiert. Wird dieser User Modus des Entdeckens digitaler Sammlungen vor allem in Feldern der Informationsvisualisierung und dem praktisch orientierten Bereich des Interfacedesigns erforscht, stellt sich die Frage nach einer theoretischen Grundlage des Explorierens und Entdeckens im „klassischen“ Web-Design. Diese Studie gibt eine Antwort aus Sicht der Diagrammatik. Mit Peirce wird das Informationsangebot in den Web-Interfaces als diagrammatisches Zeichengefüge interpretiert. Peirces pragmati(sti)sche Kerngedanken werden als Analyseinstrument vorgestellt, um das explorative Potenzial von Online-Sammlungen zu bewerten. Sein Verständnis des Diagramms und des diagrammatischen Schließens im Sinne eines Experimentierens lassen zu, das Webdesign als interaktives System veranschaulichter Relationen zu untersuchen.The research project transfers the potential of diagrammatics to online museum collections and their UX promise of exploration. The focus of the study is on the semiotic approach of the logician, philosopher and pragmatist Charles Sanders Peirce. His broad (iconic) understanding of diagrams emphasizes the pragmatic-operational and knowledge-expanding functionality of visualized relations. This perspective serves as a meta-theory for discovering and browsing works of art on the World Wide Web. Since the Covid-19 pandemic at the latest, museums have increasingly granted digital access to their collections. Users should not only be able to search the website specifically, but also navigate intuitively with curiosity: A broad range of linked images, metadata, keywords, groups of works or exhibition rooms are presented in the web interface using visually appealing terms of exploration and strolling. While this user mode of discovering digital collections is primarily researched in the fields of information visualization and the practically oriented field of interface design, the question of a theoretical basis for exploration and discovery in “classic” web design arises. This study provides an answer from the perspective of diagrammatics. With Peirce, the information offered in web interfaces is interpreted as a diagrammatic structure of signs. Peirce's pragmatic core thoughts are presented as an analytical tool to evaluate the explorative potential of online collections. His understanding of the diagram and diagrammatic reasoning in the sense of experimentation allows the examination of the web design as an interactive system of visualized relations
Le poème «L’Invitation au voyage» de Charles Baudelaire en BD
No full textBaudelaires Gedichte gehören zu den Klassikern der kanonischen französischen Literatur, sind aber nicht Teil der Alltagswelt heutiger Schüler. Gerade weil Gedichte den neuen mediengesteuerten Rezeptionsgewohnheiten junger Menschen zuwiderlaufen, ist eine intensive und entschleunigte Arbeit mit Texten im Unterricht wichtig. Die vorliegende Arbeit untersucht die Möglichkeiten des Einsatzes einer Comic-Adaption im Rahmen der Rezeption von Baudelaires „L’Invitation au voyage“ im Französischunterricht der Oberstufe. Ohne den Wert des Originalwerks zu schmälern, kann die Adaption als individuelle Interpretation herangezogen werden. Die Lernenden können ihre eigenen geistigen Bilder mit denen von Duprat und Céka (2006, 2017) vergleichen. Die Adaption bietet einen alternativen und potenziell attraktiveren Zugang zu den traditionellen Motiven, Themen und der Struktur von Baudelaires Gedicht.Baudelaire’s poems are classics of canonical French literature, but they are not part of the daily life experienced by contemporary students. Precisely because poems run counter to the new media-driven reception habits of young people, intensive and slowed-down work with texts in the classroom is important. This paper explores the potential of using a comic book adaptation in the context of the reception of Baudelaire’s “L’Invitation au voyage” in advanced French as a foreign language class. Without neglecting the value of the original work, the adaptation can be used as an individual interpretation. The learners can compare their mental images to those crafted by Duprat and Céka (2006, 2017). The adaption offers an alternative and potentially engaging approach to the traditional motifs, themes, and structure of Baudelaire’s poem