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Untersuchungen zur gezielten Behandlung FLT3-ITD-positiver AML-Zellen mit hohen SKI-Leveln mit verschiedenen Inhibitoren
No full textIn dieser Arbeit sollte die Rolle von SKI in der Behandlung FLT3-ITD-positiver AML-Zellen untersucht werden. SKI zählt durch seine transformierende Aktivität als Leukämie-induzierendes Onkogen und spielt eine Rolle bei der Regulation verschiedener Signalwege. Da SKI die FLT3-Expression heraufreguliert und SKI-positive AML-Patient:innen mit FLT3-ITD-Mutation eine schlechtere Prognose aufweisen als SKI-negative AML-Patienten mit FLT3-ITD-Mutation, trägt ein gezieltes therapeutisches Angreifen von SKI das Potenzial, die Prognose dieser Patient:innen zu verbessern. Basierend auf bereits identifizierten SKI-abhängigen Faktoren haben wir verschiedene Zellkulturinhibitoren ausgewählt, die speziell bei FLT3-ITD-positiven AML-Zellen mit hohen SKI-Leveln wirksam sein könnten. Um ein unterschiedliches Ansprechen zwischen ±SKI beobachten zu können, wurde SKI mittels CRISPR/Cas9-Technologie in MV4-11-Zellen (FLT3-ITD-positive AML-Zellen mit endogen erhöhten SKI-Leveln) ausgeschaltet und die Zellviabilität mittels CellTiter-Glo-Assay nach Behandlung der MV4-11-Zellen ±SKI bestimmt.
Dabei konnten wir zeigen, dass die SKI-positiven MV4-11-Zellen signifikant besser auf eine Einzelbehandlung mit dem PIM-Inhibitor AZD1208 ansprachen. Dies macht AZD1208 zu einem vielversprechenden Inhibitor zur Behandlung FLT3-ITD-positiver AML mit hohen SKI-Leveln.
Weiterhin haben sich die Kombinationen von AZD1208 mit dem FLT3-TKI Sorafenib, dem PI3K-Inhibitor CAL101 sowie dem HDAC-Inhibitor LBH589 als sehr effektiv für die Behandlung der +SKI-MV4-11-Zellklone gezeigt und stellen somit potenzielle neue Kombinationsbehandlungen bei FLT3-ITD-positiver AML mit hohen SKI-Leveln dar. Hervorzuheben ist, dass die Zugabe von AZD1208 stets einen signifikant stärkeren inhibitorischen Effekt auf die +SKI- als auf die -SKI-MV4-11-Zellklone zeigte. Hohe SKI-Level scheinen demnach zu einer höheren Sensitivität gegenüber dem PIM-Kinase-Inhibitor AZD1208 in MV4-11-Zellen zu führen und könnten ein geeignetes Therapieziel darstellen. Dies betont die Bedeutung des Onkoproteins SKI als neues Zielgen in der Behandlung von FLT3-ITD-positiver AML. Eine Testung auf das Vorliegen einer Überexpression von SKI bei FLT3-ITD-positiver AML hätte somit sowohl einen prognostischen Wert als auch eine therapeutische Konsequenz, da durch die Weiterentwicklung dieser vielversprechenden Behandlungsmöglichkeiten die Prognose dieser Patient:innen in Zukunft verbessert werden könnte.
Weiterhin zeigte der Mitose-Hemmer Vincristin bereits im picomolaren Konzentrationsbereich einen hochpotenten zytotoxischen Effekt mit signifikant besserem Ansprechen der -SKI- als der +SKI-Zellen. Daraus können wir schlussfolgern, dass die Expression von SKI den zytotoxischen Effekt von Vincristin in FLT3-ITD-positiven AML-Zellen zu hemmen scheint und ein SKI-Targeting eine Resensitivierung gegenüber Vincristin herbeiführen könnte.The aim of this study was to investigate the role of SKI in the treatment of FLT3-ITD-positive AML cells. SKI is a leukemia-inducing oncogene due to its transforming activity and plays a role in the regulation of various signaling pathways. Since SKI upregulates FLT3 expression and SKI-positive AML patients with FLT3-ITD mutation have a worse prognosis than SKI-negative AML patients with FLT3-ITD mutation, targeting SKI therapeutically has the potential to improve the prognosis of these patients. Based on previously identified SKI-dependent factors, we have selected several inhibitors that may be effective in FLT3-ITD-positive AML cells with high SKI levels. To observe a different response to the treatment between ±SKI, SKI was knocked out using CRISPR/Cas9 technology in MV4-11 cells (FLT3-ITD-positive AML cells with endogenously elevated SKI levels) and cell viability was determined using CellTiter-Glo assay after treatment of MV4-11 cells ±SKI.
We were able to show that the SKI-positive MV4-11 cells responded significantly better to a single treatment with the PIM inhibitor AZD1208. This qualifies AZD1208 as a promising inhibitor for the treatment of FLT3-ITD-positive AML with high SKI levels.
Furthermore, the combinations of AZD1208 with the FLT3-TKI sorafenib, the PI3K inhibitor CAL101 and the HDAC inhibitor LBH589 have been shown to be very effective for the treatment of +SKI-MV4-11 cell clones and thus represent potential new combination treatments for FLT3-ITD-positive AML with high SKI levels. It should be emphasized that the addition of AZD1208 always showed a significantly stronger inhibitory effect on the +SKI than on the -SKI-MV4-11 cell clones. Consequently, high SKI levels appear to lead to a higher sensitivity to the PIM kinase inhibitor AZD1208 in MV4-11 cells and could represent a suitable therapeutic target. This emphasizes the importance of the oncoprotein SKI as a new target gene in the treatment of FLT3-ITD-positive AML. Testing for the presence of overexpression of SKI in FLT3-ITD-positive AML would therefore have both a prognostic value and a therapeutic consequence, as the further development of these promising treatment options could improve the prognosis of these patients in the future.
Furthermore, the mitotic inhibitor vincristine showed a highly potent cytotoxic effect at picomolar concentrations with a significantly better response of -SKI than +SKI cell clones. From this we can conclude that the expression of SKI appears to inhibit the cytotoxic effect of vincristine in FLT3-ITD-positive AML cells and that targeting SKI may eventually lead to resensitization to vincristine
p53RR in the therapy of Eμ-Myc lymphoma
No full textTumor diseases are among the most common causes of death in humans. Our most prolific protection against tumors is provided by the p53 protein, which counteracts the development of
tumors in a variety of ways and is, therefore, called the tumor suppressor gene. A loss of normal p53 function substantially increases the risk for tumor diseases. Tumors that harbor mutations
in the p53 gene and produce a malfunctioning p53 protein usually respond worse to chemotherapy, relapse more often, and thus lead to death faster. Thirty percent of such mutations affect hotspot residues, which leads to a complete loss of transcriptional activity (loss of function, LOF). From the remaining 70% of non-hotspot mutants, over a third retain residual p53 function (partial loss of function, pLOF) and can have a beneficial impact on therapy outcome. Unfortunately, the therapeutic implications of these largely neglected mutants remain unclear.
Within this project, DNA cooperativity mutants p53E177R (p53RR) and p53R178E (p53EE) were used as models for mutations with reduced (p53RR) and almost completely abolished (p53EE) functions of p53. P53RR is unable to induce pro-apoptotic genes but nonetheless is able to perform cell cycle arrest, induce senescence, and initiate DNA repair mechanisms. Both cooperativity mutants are considered to reserve transcription-independent pro-apoptotic functions. In previous experiments, different clinical effects were observed after the therapy of lymphoma in mice involving the p53RR and p53EE mutants. Even though both showed superior survival after treatment compared to p53KO lymphoma, their therapy effectiveness was not the same. Interestingly, p53RR led quickly to a relapse in almost all tested mice and brought only slight survival advantages over p53KO mutants. In contrast, mice with p53EE lymphomas survived significantly longer after therapy, and around 30% of mice enjoyed stable remission. This superior therapeutic response of p53EE lymphomas was unexpected since p53EE is unable to regulate gene expression, while in p53RR mutants, many transcriptional
functions are preserved and were most likely activated during chemotherapy. This led to the assumption that the residual transcriptional functions of p53RR could, in this context, be
counterproductive and impair therapy efficiency.
To pursue this question, we analyzed the functional and expressional features of the different p53 genotypes under stressed and unstressed conditions. To assess the influence of the residual
canonical p53 functions of p53RR in mice, a list of genes has been selected, comprising either direct p53 targets or those closely associated with p53-mediated pathways. Utilizing the
CRISPR/Cas9 system, knockout p53RR lymphoma cell lines lacking these genes were generated and introduced in further in vivo experiments.Tumorerkrankungen gehören zu den häufigsten Todesursachen beim Menschen. Unser effektivster Schutz gegen Tumore wird durch das p53-Protein bereitgestellt, das auf vielfältige
Weise der Tumorentwicklung entgegenwirkt und daher als das Tumorsuppressorgen bezeichnet wird. Ein Verlust der normalen p53-Funktion erhöht das Risiko für Tumorerkrankungen
erheblich. Tumoren, die Mutationen im p53-Gen aufweisen und ein fehlerhaftes p53-Protein produzieren, sprechen in der Regel schlechter auf die Chemotherapie an, erleiden häufiger
Rückfälle und führen somit schneller zum Tod. Dreißig Prozent dieser Mutationen betreffen Hotspot-Residuen, was zu einem vollständigen Verlust der transkriptionellen Aktivität (Loss
of Function, LOF) führt. Von den übrigen 70% der Nicht-Hotspot-Mutanten behalten über ein Drittel eine residuale p53-Funktion (Partieller Funktionsverlust, pLOF) bei und können sich
positiv auf den Therapieerfolg auswirken. Leider bleiben die therapeutischen Auswirkungen dieser weitgehend vernachlässigten Mutanten unklar. Im Rahmen dieses Projekts wurden
DNA-Kooperativitätsmutanten p53E177R (p53RR) und p53R178E (p53EE) als Modelle für Mutationen mit reduzierter (p53RR) bzw. fast vollständig aufgehobener (p53EE) p53-Funktion
verwendet. P53RR ist nicht in der Lage, pro-apoptotische Gene zu induzieren, kann jedoch Zellzyklusarrest, Seneszenz und DNA-Reparaturmechanismen auslösen. Beide
Kooperativitätsmutanten werden angenommen, transkriptionsunabhängige pro-apoptotische Funktionen zu besitzen. In früheren Experimenten wurden unterschiedliche klinische Effekte
nach der Therapie von Lymphomen bei Mäusen unter Verwendung der p53RR- und p53EEMutanten beobachtet. Obwohl beide nach der Behandlung eine überlegene Überlebensrate im
Vergleich zu p53KO-Lymphomen zeigten, war ihre Therapieeffektivität nicht gleich. Interessanterweise führte p53RR fast bei allen getesteten Mäusen schnell zu einem Rückfall
und brachte nur geringfügige Überlebensvorteile gegenüber p53KO-Mutanten, während Mäuse mit p53EE-Lymphomen nach der Therapie signifikant länger überlebten und rund 30% der
Mäuse eine stabile Remission erlebten. Diese überlegene therapeutische Reaktion von p53EELymphomen war überraschend, da p53EE nicht in der Lage ist, die Genexpression zu
regulieren, während bei p53RR-Mutanten viele transkriptionelle Funktionen erhalten bleiben und während der Chemotherapie höchstwahrscheinlich aktiviert wurden. Dies führte zur
Annahme, dass die residuellen transkriptionellen Funktionen von p53RR in diesem Kontext kontraproduktiv sein könnten und die Therapieeffizienz beeinträchtigen könnten. Um dieser
Frage nachzugehen, analysierten wir die funktionellen und expressionalen Merkmale der verschiedenen p53-Genotypen unter belasteten und unbelasteten Bedingungen. Zur Beurteilung
des Einflusses der residuellen kanonischen p53-Funktionen von p53RR bei Mäusen wurde eine Liste von Genen ausgewählt, die entweder direkte p53-Ziele oder eng mit p53-vermittelten
Signalwegen verbunden sind. Unter Verwendung des CRISPR/Cas9-Systems wurden p53RRLymphomzelllinien erzeugt, die diese Gene ausschalten, und in weiteren In-vivo-Experimenten
eingeführt
Evaluation zum Workshop "Openness in the Higher Education Classroom – Perspektivenvielfalt für offene Lehre"
No full textOpenness umfasst alle Aspekte, die üblicherweise mit Open Science und Open Education assiziiert werden. Es handelt sich um ein Mindset, welches die Öffnung von Forschung und Lehre für die Allgemeinheit anstrebt. Hierbei betrifft Öffnung sowohl enstandenes Material als auch die Teilhabe an der Gestaltung von Bildungsprozessen. Im verknüpften Workshop-Konzept wird die Umfänglichkeit des Konzepts durch einen interdisziplinären Zugang adressiert, welcher durch Mitarbeitende aus Wissenschaft, Bibliothek und E-Learning-Support gemeinsam gestaltet und durchgeführt wird.
Hier wird die Evaluation zu diesem Workshopkonzept veröffentlicht und die darauf aufbauenden Anpassungen am Workshopkonzept beschrieben
Eine Betrachtung extrem rechter Agitation auf die sogenannten Bauernproteste 2023/2024
No full textZiel der vorliegenden Arbeit ist es, Verständnis darüber zu erlangen, wie die extrem rechten Agitationsversuche auf die Bauernproteste 2023/2024 im digitalen Raum aussehen, und welche ideologischen Inhalte darüber transportiert werden. Zu diesem Zweck wird exemp-larisch der Telegram-Kanal „Bauer&Verbraucher geeint“ untersucht, der unter Verdacht steht, über das Vehikel der Bauernproteste extrem rechte Ideologie zu verbreiten. Die For-schungsfragen dazu lauten: Wie ist der untersuchte Telegram-Kanal an extrem rechte Ak-teur:innen angebunden? Dieser Frage wird durch eine reduzierte Form der Netzwerkana-lyse nachgegangen. Anschließend wird der Kanal einer inhaltlichen Analyse unterzogen. Zentrale Fragestellungen sind hier: 1. Welche Narrative und Strategien der rechten Agita-tion auf die Bauernproteste 2023/2024 lassen sich innerhalb der Kommunikation auf dem Kanal erkennen? Und folgend: 2. Welche Muster lassen sich darin erkennen?
Dies erfolgt zum einen durch die quantitative Methode eines Topic Modelings und anderer-seits durch eine qualitative Frame-Analyse. D.h. die Methoden werden entsprechend eines Mixed-Methods-Ansatzes (vgl. Kuckartz 2014) kombiniert, um das Phänomen der extrem rechten Agitation im digitalen Raum in seiner Breite adäquat abbilden zu können.
Zunächst muss hierfür eine Definition von extrem rechter Ideologie vorangestellt werden (siehe 2.). Danach wird auf die aktuellen bäuerliche Proteste eingegangen (siehe 3.), ehe eine historische Einordnung des Bauerntums sowie Bezüge darauf im Kontext der gegen-wärtigen Demonstrationen erfolgen (siehe 4.). Unter 5. wird sodann die extrem rechte An-eignung agrarischer Diskurse besprochen und unter 6. und 7. werden entsprechend des Forschungsstandes die bisherigen Erkenntnisse zu Online-Strategien der extremen Rechten zusammengetragen. Anschließend werden im Analyseteil die zuvor aufgestellten For-schungsfragen bearbeitet (siehe 8.) und unter 9. die Ergebnisse eingeordnet und mit Bezug auf den Forschungsstand diskutiert, ehe abschließend ein Fazit gezogen wird (siehe 10.)
Image data
No full textThis subset of the repository contains the image data of the study in zip folders. This includes several replicates of the recorded 16-bit stacks as tif-files of the immunostainings that can be opened using Fiji. It further contains summary images as jpg-files used for image analysis. And it includes Fiji macros used for generation of merged and single channel stacks (Generation_summary_images.ijm), measurement of nuclei area in ARPE-19 cells (Image_analysis_ARPE-19_NA.ijm), nuclei area in iPSC-RPE cells (Image_analysis_iPSC-RPE_NA.ijm), measurement of cell area (Image_analysis_CA.ijm), and measurement of GT335 ciliary area (Image_analysis_GT335-A.ijm)
The path and regulation of the type III secretion effector export
No full textThe type III secretion system (T3SS) is an essential virulence factor of many pathogenic bacteria
including Yersinia enterocolitica. This nanomachine injects effector proteins and delivers them
into the cytoplasm of the target eukaryotic cells, where they modulate the immune responses of
the host in order to promote bacterial colonization and infection. Although the central feature of
T3SS is effector export, the critical steps of the secretion process such as the selection and
recruitment of effector proteins are still poorly understood. Previous studies suggest that the
sorting platform plays a role in recruiting effectors to the machinery and helps in establishing
export hierarchy. These conserved proteins organize into dynamic shuttle pod (sorting platform)
structures at the cytosolic interface of the injectisome. To address the link between effector export
and the dynamic nature of the cytosolic sorting platform, we performed a series of in vivo
biochemistry techniques. Based on our single particle tracking and proximity labelling data, we
found that the dynamic cytosolic T3SS components SctQ and SctL specifically bind to effectors
in live bacteria during secretion. This complex then shuttles and targets the effectors to the
membrane-bound injectisome, likely directing them to the export gate for subsequent secretion.
Moreover, some T3SS effectors are often co-expressed with their cognate chaperone proteins
and are required for effector export; however, no common mechanism of action has been found.
Hence, we explored whether chaperone proteins contribute to the targeting of effectors into the
injectisome. Since mapping the interactions of chaperone proteins will shed light on their function
in effector export, we performed protein-protein interaction studies. Our data revealed strong
interaction of chaperones to their respective effector proteins and additional T3SS components
including the small negative regulators YscM1/2. Most importantly, our results notably failed to
detect enrichment of the cytosolic sorting platform components (SctQ/K/L/N), implying that there
is no direct interaction with chaperone proteins in live Yersinia. Further evidence came from the
observation that SycH's mobility remained unchanged in the absence of the sorting platform
complex based on our single particle tracking data. Thus, chaperones do not form a complex with
the sorting platform components. Taken together, our findings revealed that chaperone dimer
binds to a single effector in the cytosol, keeping them in a secretion-competent state, and transfers
them to specific components of the shuttle pods (SctQ and SctL), which in turn delivers the cargo
to the membrane-bound T3SS injectisome.Das Typ-III-Sekretionssystem (T3SS) ist ein wesentlicher Virulenzfaktor vieler pathogener
Bakterien, einschließlich Yersinia enterocolitica. Diese Nanomaschine injiziert Effektorproteine
und bringt sie in das Zytoplasma der eukaryontischen Zielzellen, wo sie die Immunreaktionen des
Wirts modulieren, um die bakterielle Besiedlung und Infektion zu fördern. Obwohl das zentrale
Merkmal von T3SS der Export von Effektorproteinen ist, sind die kritischen Schritte des
Sekretionsprozesses wie die Auswahl und Rekrutierung von Effektorproteinen noch wenig
verstanden. Frühere Studien deuten darauf hin, dass die Sortierplattform eine Rolle bei der
Rekrutierung von Effektoren für die Maschinerie spielt und bei der Festlegung der
Exporthierarchie hilft. Diese konservierten Proteine organisieren sich in dynamischen Shuttle-
Pod-Strukturen (Sortierplattform) an der zytosolischen Schnittstelle des Injektisoms. Um den
Zusammenhang zwischen dem Export von Effektoren und der dynamischen Natur der
zytosolischen Sortierplattform zu untersuchen, haben wir eine Reihe von in vivo biochemischen
Verfahren durchgeführt. Auf der Grundlage unserer Daten zur Einzelpartikelverfolgung und
Proximity-Markierung haben wir festgestellt, dass die dynamischen zytosolischen T3SSKomponenten
SctQ und SctL während der Sekretion spezifisch an Effektoren in lebenden
Bakterien binden. Dieser Komplex transportiert die Effektoren dann zum membrangebundenen
Injektisom und lenkt sie wahrscheinlich zum Exporttor für die anschließende Sekretion. Darüber
hinaus werden einige T3SS-Effektoren häufig zusammen mit den zugehörigen
Chaperonproteinen exprimiert und sind für den Export der Effektoren erforderlich; es wurde
jedoch kein gemeinsamer Wirkmechanismus gefunden. Daher untersuchten wir, ob
Chaperonproteine zur Ausrichtung von Effektoren auf das Injektisom beitragen. Da die Kartierung
der Interaktionen von Chaperonproteinen Aufschluss über ihre Funktion beim Effektor-Export
geben wird, führten wir Protein-Protein-Interaktionsstudien durch. Unsere Daten zeigten eine
starke Interaktion von Chaperonen mit ihren jeweiligen Effektorproteinen und zusätzlichen T3SSKomponenten,
einschließlich der kleinen negativen Regulatoren YscM1/2. Vor allem aber
konnten wir keine Anreicherung der Komponenten der zytosolischen Sortierplattform
(SctQ/K/L/N) feststellen, was bedeutet, dass es in lebenden Yersinien keine direkte Interaktion
mit Chaperonproteinen gibt. Ein weiterer Beleg dafür war die Beobachtung, dass die Mobilität von
SycH in Abwesenheit des Sortierplattformkomplexes unverändert blieb, wie unsere Daten aus
der Einzelpartikelverfolgung zeigen. Die Chaperone bilden also keinen Komplex mit den
Komponenten der Sortierplattform. Insgesamt haben unsere Ergebnisse gezeigt, dass das
Chaperondimer an einen einzelnen Effektor im Zytosol bindet, ihn in einem sekretionsfähigen
Zustand hält und ihn auf spezifische Komponenten der Shuttle-Pods (SctQ und SctL) überträgt,
die wiederum die Ladung an das membrangebundene T3SS-Injektisom liefern
Structure and Mechanism of Prokaryotic Carbon-Concentrating Mechanisms
No full textCarbon fixation, the conversion of inorganic carbon to organic matter, is arguably the most fundamental biological process sustaining life on Earth. Approximately 100 gigatons (Gt) of carbon is estimated to be fixed by autotropic organisms each year. This is equivalent to 4×10^18 kilojoules (kJ) of energy per year, 37 times more than world’s annual electricity consumption. Despite this immense productivity, carbon fixation is nearly impossible in modern environments without specialized biological adaptations. This is primarily due to the limited supply of environmental carbon dioxide (CO2) and oxygen (O2) inhibition of the key enzyme, ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCO) in the Calvin–Benson–Bassham cycle. To survive against these challenges, many autotrophs evolved sophisticated Carbon-Concentrating Mechanisms (CCMs), a diversity of biophysical and biochemical adaptations that allow them to accumulate an extreme concentration of intracellular inorganic carbon 1,000-folds above the environmental supply.
CCMs can be found across all three domains of life, in which the types of CCMs autotrophs utilize is catered to their local habitats. Aquatic organisms, such as cyanobacteria and algae possess various active uptake systems that directly transport inorganic carbon or indirectly facilitate its diffusion into the cell. Additionally, autotrophic bacteria also make use of cellular microcompartments to protect enzymes from oxygen inhibition and trap CO2 in vicinity. Meanwhile, some higher plants developed specialized metabolisms to concentrate intracellular CO2 or coordinate carbon fixation under the optimal conditions. Despite countless research since the first discovery of CCMs, the molecular mechanisms of active inorganic carbon uptake systems remain largely enigmatic, in particular among chemoautotrophs, bacteria that utilize chemical energy to fix inorganic carbon. This thesis aims to narrow this gap by exploring the structures and mechanisms of two CO2 uptake systems, namely the NDH-1MS’ complex and the recently identified DIC-CT system. The former system is exclusively employed by cyanobacteria, while the latter is utilized by various chemoautotrophs, and surprisingly can also be found in some heterotrophic bacteria. These unrelated systems represent two unique solutions to the same biological problem.Die Fixierung von Kohlenstoff, also die Umwandlung von anorganischem Kohlenstoff in
organische Verbindungen, stellt den grundlegendsten biologischen Prozess dar, welcher das
Leben auf der Erde ermöglicht. Schätzungen zufolge werden jedes Jahr etwa 100 Gigatonnen
(Gt) Kohlenstoff von autotrophen Organismen fixiert. Dies entspricht einer Energie von
4 × 1018 Kilojoule (kJ) pro Jahr, also dem 37-fachen des weltweiten Jahresstromverbrauchs.
Obwohl die Kohlenstofffixierung einen äußerst produktiven Prozess darstellt, ist sie unter
modernen Umweltbedingungen ohne besondere biologische Anpassungen nahezu unmöglich.
Dies ist in erster Linie darauf zurückzuführen, dass das Schlüsselenzym des Calvin-Benson-
Bassham Zyklus, die Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/Oxygenase (RuBisCO), nur
eingeschränkt mit Kohlendioxid (CO2 ) versorgt wird und gleichzeitig durch molekularen
Sauerstoff (O2 ) aus der Umwelt gehemmt wird. Um diese Herausforderungen zu bewältigen,
haben viele autotrophe Organismen ausgeklügelte „Carbon-Concentrating
Mechanisms“ (CCMs) entwickelt, eine Vielzahl von biophysikalischen und biochemischen
Anpassungen, die es ihnen ermöglichen, eine außergewöhnlich hohe Konzentration an
intrazellulärem anorganischem Kohlenstoff anzureichern, die dem 1.000-Fachen der
Konzentration in der Umwelt entspricht.
„Carbon-Concentrating Mechanisms“ finden sich in allen drei Domänen des Lebens, wobei die
von den autotrophen Organismen genutzten Typen an ihre jeweiligen Lebensräume angepasst
sind. Wasserorganismen wie Cyanobakterien und Algen verfügen über verschiedene aktive
Aufnahmesysteme, die anorganischen Kohlenstoff direkt transportieren oder indirekt dessen
Diffusion in die Zelle erleichtern. Darüber hinaus nutzen autotrophe Bakterien auch spezifische
zelluläre Mikrokompartimente, um Enzyme vor einer Hemmung durch Sauerstoff zu schützen
und CO2 in ihrer Umgebung einzufangen. Einige höhere Pflanzen haben hingegen spezielle
Stoffwechselprozesse entwickelt, um intrazelluläres CO2 zu konzentrieren, oder die
Kohlenstofffixierung unter optimalen Bedingungen zu koordinieren.
Trotz intensiver Forschung seit der Entdeckung von CCMs bleiben die molekularen
Mechanismen aktiver anorganischer Kohlenstoffaufnahmesysteme weitgehend unerforscht,
insbesondere in chemoautotrophen Organismen, also Bakterien, die chemische Energie zur
Fixierung von anorganischem Kohlenstoff nutzen. Diese Arbeit zielt darauf ab, diese
Forschungslücke zu schließen, indem die Strukturen und Mechanismen zweier CO₂-
Aufnahmesysteme untersucht werden: des NDH-1MS‘-Komplexes und des kürzlich
identifizierten DIC-CT-Systems. Das erstgenannte System wird ausschließlich von
Cyanobakterien genutzt, während das Letztere von verschiedenen Chemoautotrophen
Organismen verwendet wird und überraschenderweise auch in einigen heterotrophen Bakterien
zu finden ist. Diese nicht miteinander verwandten Systeme stellen zwei einzigartige Lösungen
für dasselbe biologische Problem dar
Domus omnipotentis Olympi : A compositional analysis of Virgil’s divine council (Aen. 10, 1-117)
No full textGötterversammlungen (concilia deorum) zählen bereits in Ilias und Odyssee zu einem festen Baustein epischer Narrativik. Als gattungskonstitutives Charakteristikum geht von ihnen ein identitätsstiftendes Moment aus, das auch für das gesamte weitere epische Genos in der Homer-Nachfolge kanonisch wird. In diese Tradition reiht sich die Götterversammlung Vergils ein (Aen. 10, 1-117). Repräsentiert sie einerseits die einzige Szene sui generis im Werkganzen, so kommt ihr andererseits eine prominente Stellung exakt in der Mitte der iliadischen zweiten Eposhälfte sowie als Eröffnung des letzten Aeneis-Viertels zu. Zugleich berührt sie mit dem Streitgespräch der Götterparteien über Schuld und Verantwortung am ausgebrochenen Krieg in Latium sowie dem Disput um den weiteren Fort- und schlussendlichen Ausgang der zugespitzten Konfliktsituation essenzielle Aspekte der gesamten epischen Ökonomie. Als direktes (und zudem einziges) Aufeinandertreffen aller drei Aeneis-Zentralgötter Jupiter, Juno und Venus evoziert die Szene ferner eine Steigerung des dramatischen Spannungspotentials. All dies lässt erwarten, dass Vergil seinem einzigen concilium deorum eine spezifische Relevanz in der Aeneis-Komposition zumessen dürfte.
Demgegenüber wird das concilium deorum in der bisherigen Forschung fast durchgängig negativ beurteilt: Einerseits wird die narrative Überflüssigkeit der Szene betont, da sie ohne Folgen für den weiteren Handlungsfortgang bleibe. Zum anderen agiere Jupiter augenscheinlich selbstwidersprüchlich und inkonsistent, da seine erklärte Neutralität in Diskrepanz zur Teleologie des Epos stehe. Mitunter wird die Götterversammlung gar als poetisch missglückt angesehen und auf eine kompositorische Insuffizienz Vergils zurückgeführt.
Demgegenüber intendiert die vorliegende Arbeit das Anliegen einer philologischen Revision und interpretativen Rehabilitation der Götterversammlung, welche in jener vielmehr eine bewusste künstlerische Gestaltungsabsicht Vergils zu erblicken sucht. Einerseits offenbart sich eine immanente Kohärenz und Stringenz der Szene in der organischen Synthese differenzierter Kompositionsebenen. Darüber hinaus fügt sich die Götterversammlung nahtlos in die epische Narration ein und stellt im Besonderen einen spezifischen Deutungshorizont für das Verhältnis von göttlichem und menschlichem Handeln im Epos bereit. In der Synopse untermauert dies vielmehr ein poetisches Raffinement Vergils in der Komposition der Götterversammlung.Divine council scenes (concilia deorum) are an integral part of epic narrative already in the Iliad and Odyssey. As a characteristic of the genre, they provide an identity-forming paradigm that also becomes canonical for the entire further epic genre succeeding Homer. Virgil's divine council at the beginning of the tenth book of the Aeneid (Aen. 10, 1-117) fits into this tradition. On the one hand, it represents the only scene sui generis in the entire poem, on the other hand, it has a prominent position right in the middle of the Iliadic second half of the epic as well as the opening of the last quarter of the Aeneid. Simultaneously, with the debate between the parties of the gods about guilt and responsibility for the war that broke out in Latium and the dispute concerning the further progression and eventual outcome of the escalating conflict situation, it touches on essential aspects of the entire epic plot. As a direct (and also only) meeting of all three Aeneid central gods Jupiter, Juno and Venus, the scene also evokes an increase in dramatic tension potential. All of this leads to expect that Virgil might attribute specific relevance to his single concilium deorum in the Aeneid composition.
Contrary to this, the assembly of the gods is assessed almost entirely negatively in philological research: On the one hand, the narrative expendability of the scene is emphasized, as it has no consequences for the further course of the narrative. On the other hand, Jupiter apparently acts in a self-contradictory and inconsistent manner, since his declared neutrality is in discrepancy with the teleology of the epic. At times the divine council is even seen as a poetic failure and attributed to Virgil's compositional insufficiency.
In contrast, the present study aims at a philological revision and interpretive rehabilitation of the assembly of the gods, which rather seeks to see in it a conscious artistic design intention on Virgil's part. The synopsis on the one hand reveals an immanent coherence and stringency of the scene in the organic synthesis of multidimensional compositional levels. Furthermore, the assembly of the gods fits seamlessly into the epic narrative and, in particular, provides a specific interpretative horizon for the relationship between divine and human action in the poem. In conclusion this rather underlines Virgil's poetic refinement in the composition of the Aeneid's divine council
Die Bedeutung des inspiratorischen Hold und einer verlängerten inspiratorischen Rampe für die Erkennung von pulmopleuralen Leckagen in einem ex vivo Modell
No full textBei den Luftfisteln nach thoraxchirurgischen Eingriffen handelt es sich um eine häufige Komplikation, die eine Reihe von weiteren Problemen nach sich zieht. Die Manipulation am Lungengewebe während der Operation führt zu kleinen Verletzungen und Leckagen, durch die Luft in den Pleuraspalt gelangt. Nicht immer heilen diese Fisteln von selbst ab und führen unter anderem zu einer längeren Liegedauer der Thoraxdrainage, welche mit vielen weiteren Komplikationen (Schmerzen, Infektionsgefahr, Immobilität usw.) verbunden ist. Oft folgen Wiederaufnahmen auf die Intensivstation, allgemein ein verlängerter stationärer Aufenthalt und ggf. sogar erneute chirurgische Interventionen. Das alles mündet in nicht unerheblichen Kosten für das Gesundheitssystem. Die Notwendigkeit, diese Komplikation besser beherrschen zu können, liegt also auf der Hand. In der Regel wird nach Ende der Operation und vor Verschluss des Thorax ein Dichtigkeitstest durchgeführt, um noch intraoperativ entdeckte Leckagen verschließen zu können. Leider scheint dieser Test, in dem die operierte Lunge unter Wasser wiederbelüftet und auf Blasenbildung (als Hinweis auf eine Leckage) beobachtet wird, immer wieder relevante Fisteln zu übersehen, die dann postoperative Komplikationen nach sich ziehen. Wir haben uns mit der Frage beschäftigt, ob das aktuell intraoperativ stattfindende Verfahren zur Detektion der Luftleckagen noch Potenzial zur Verbesserung hat. Es existieren sehr viele Studien zu intra- und postoperativen Verschlussmethoden der Leckagen, zu den klinischen Folgen der Fisteln und zu ihren Risikofaktoren. Allerdings konnten wir auch nach intensiver Literaturrecherche kaum Untersuchungen zum Dichtigkeitstest finden. Der Test ist somit ein wichtiger und kaum beachteter Ansatz, der das Problem der Leckagen an der Wurzel packen könnte.
Wir haben in unserer Arbeit an einem Ex-vivo-Modell mit Schweinelungen untersucht, ob eine Änderung des Beatmungsregimes während des Tests Leckagen besser demaskiert. Möglicherweise reichen die aktuellen Beatmungseinstellungen nicht aus, um die operierte Lunge komplett zu entfalten und somit alle Areale mit potenziellen Leckagen abzubilden. Zwei modifizierende Faktoren haben wir für eine mögliche Verbesserung näher betrachtet: einerseits die inspiratorische Rampe und andererseits das „inspiratory hold“-Manöver. Es wurden drei Gruppen eingeteilt: zunächst die Kontrollgruppe (pinsp= + 25 mbar, PEEP + 5 mbar, Frequenz 10/min), bei der das in der klinischen Praxis durchgeführte Standard-Beatmungs-Verfahren untersucht wurde, die erste Versuchsgruppe mit einer flacheren inspiratorischen Rampe und die zweite Versuchsgruppe, bei der wir ein „inspiratory hold“-Manöver bei + 25 mbar für 5 Sekunden durchführten. Den Präparaten wurden für die Messung zwei verschiedene Läsionen zugefügt, einmal mit 0.8 cm Tiefe und die andere mit 1.8 cm Tiefe. Die ausgetretene Luft wurde mittels eines optischen Scores dokumentiert und zusätzlich durch einen Trichter und eine Blasenspritze auf den Milliliter genau quantifiziert. Die Erhebung des Luftaustritts erfolgte nach 1 Minute und dann erneut nach 5 Minuten Beatmung.
In den Versuchen zeigte sich die Rampengruppe der Standardgruppe nach einer Minute nicht signifikant überlegen, sowohl bei der oberflächlichen (p = 0.07), als auch bei der tiefen Läsion (p = 0,086). Nach 5 Minuten war der Unterschied bei beiden Läsionen sogar zu Gunsten der Kontrollgruppe signifikant (p = 0.026 bzw. p = 0.027). Jedoch konnten wir für die „inspiratory hold“-Manöver-Gruppe einen signifikanten Unterschied im Erkennen der Leckagen im Vergleich zur Kontrollgruppe feststellen. Insbesondere die oberflächliche Läsion konnte durch das Manöver deutlich besser detektiert werden (nach einer Minute p = 0,0016 und nach 5 Minuten p = 0,008). Bei der tiefen Läsion ließ sich ein weniger signifikanter Unterschied erkennen (Nach 1 Minute p = 0.075 und nach 5 Minuten p = 0.024). Tatsächlich sind es die oberflächlichen Läsionen, die in der klinischen Praxis häufiger übersehen und klinisch unterschätzt werden, da die Rekrutierung des Lungengewebes von der Tiefe zur Oberfläche verläuft. Genau hier zeigt sich unser Manöver vielversprechend, vermutlich, da durch das Halten des inspiratorischen Drucks ein optimaleres Aufblähen der Lunge und somit eine Rekrutierung bis in die terminalen oberflächlicheren Atemwege erreicht wird.
Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass die intraoperative Erkennung von Luftleckagen durch das „inspiratory hold“-Manöver im Vergleich zum praktizierten Standardvorgehen verbessert werden kann.Air fistulas after thoracic surgery are a common complication that can lead to a number of other problems. Manipulation of the lung tissue during surgery causes small injuries and leaks that allow air to enter the pleural cavity. These fistulas do not always heal on their own and lead to a prolonged period of the chest tube, which is associated with many other complications (pain, risk of infection, immobility, etc.). This is often followed by readmission to the intensive care unit, a generally prolonged inpatient stay and possibly even further surgical interventions, all of which result in significant costs to the healthcare system. The need for better control of this complication is clear. Typically, a leak test is performed at the end of surgery and before the chest is closed in order to repair any leaks discovered during the operation. Unfortunately, this test, which involves re-aerating the operated lung under water and observing the formation of bubbles (as an indication of leakage), often seems to miss relevant fistulae, which then lead to post-operative complications. We have addressed the question of whether there is room for improvement in the current intraoperative method of detecting air leaks. There are many studies on methods of intra- and post-operative air leak closure, the clinical consequences of fistulae and their risk factors. However, even after an intensive search of the literature, we were unable to find any studies on leak testing. The test is therefore an important and little known approach that could address the problem of leakage at its root.
In our work, we used an ex vivo porcine lung model to investigate whether changing the ventilation regime during the test could better detect leaks. It is possible that the current ventilation settings are not sufficient to fully expand the operated lung and thus map all areas of potential leakage. We looked at two modifiers of potential improvement: the inspiratory ramp and the inspiratory hold manoeuvre. There were three groups: a control group (pinsp= + 25 mbar, PEEP + 5 mbar, frequency 10/min) in which the standard ventilation procedure used in clinical practice was studied, the first test group with a flatter inspiratory ramp, and the second test group in which we performed an "inspiratory hold" manoeuvre at + 25 mbar for 5 seconds. Two different lesions were added to the preparations for measurement, one with a depth of 0.8 cm and the other with a depth of 1.8 cm. Air leakage was documented using an optical score and quantified to the nearest millilitre using a funnel and bubble syringe. Air leak was recorded once after 1 minute and again after 5 minutes of ventilation.
In the experiments, the ramp group was not significantly superior to the standard group at 1 minute for either the superficial lesion (p = 0.07) or the deep lesion (p = 0.086). After 5 minutes, the difference was even significant in favour of the control group for both lesions (p = 0.026 and p = 0.027 respectively). However, for the 'inspiratory hold' manoeuvre group, we found a significant difference in leak detection compared to the control group. In particular, the superficial lesion was significantly better detected by the manoeuvre (at 1 minute p = 0.0016 and at 5 minutes p = 0.008). A less significant difference was observed for the deep lesion (at 1 minute p = 0.075 and at 5 minutes p = 0.024). In fact, it is the superficial lesions that are more often overlooked in clinical practice and clinically underestimated, as the recruitment of lung tissue proceeds from depth to surface. This is where our manoeuvre shows promise, presumably because maintaining inspiratory pressure achieves more optimal lung inflation and thus recruitment into the more superficial terminal airways.
In conclusion, intraoperative detection of air leaks can be improved by the "inspiratory hold" manoeuvre compared to the standard procedure
Bewertung der räumlich-zeitlichen Landschaftsveränderungen im äthiopischen Hochland mit Hilfe von Photogrammetrie, Fernerkundung, und geografischen Informationssystemen
No full textAfromontane regions are important biodiversity hotspots that provide essential ecosystem services of global significance. These regions have experienced severe landscape changes during the last half century. The Bale Mountains ecosystem is one of such regions that is increasingly threatened by land use and anthropogenic human interference. In addition, the landscape is also changing due to a biotic fossorial rodent mammal endemic to the Bale Mountains in Ethiopia and ecosystem engineer; the giant root rat (GRR; Tachyorycytes macrocephalus). Yet, detailed evidence on the spatio-temporal changes of the Bale Mountains landscape over the last half century is lacking. Consequently, the historical anthropogenic and biogenic contribution to the landscape change remains uncertain. Therefore my PhD study focuses on assessing the spatio-temporal changes of the Bale Mountains landscape using photogrammetry, remote sensing, geographic information systems, and deep learning. More specifically, the PhD study aims to (1) reconstruct the landscape for the last half century at larger spatial extent and very high spatial resolution, (2) evaluate Ericaceous cover change and its impact on the mountain ecosystem, (3) quantify landscape volumetric change induced by human activities (red ash quarrying), and (4) quantify and map the spatio-temporal changes of mounds created by the GRR. The study also provides further insights about the major driving factors for the landscape change.
In Manuscript 1, the first digital elevation models (DEMs) and orthomosaics for the years 1967 and 1984, at very high spatial resolution (0.84 and 0.98 m, respectively), were generated at larger spatial extent (5730 km2) using historical aerial photographs and Structure-from-Motion Multi-View Stereo Photogrammetry in the Bale Mountains. The accuracy of the generated DEMs was assessed using field ground control points. A comparison was also made between the reconstructed DEMs and five readily available open source DEMs. Our results showed that the generated DEMs have the best accuracy and spatial resolution. Our datasets will help the scientific community in addressing questions related to environmental changes in the Bale Mountains and afro-alpine ecosystems.
In Manuscript 2, 1967 and 1984 orthomosaics, and 2017 SPOT satellite imagery were used to map and assess Ericaceous vegetation (Erica trimera, Erica arborea and Erica teniplusia) change and driving factors for this change. Object-based image analysis was used to map the Ericaceous coverage for the three periods. The result showed that the Ericaceous vegetation cover has decreased by 6, 66, and 72 km2 from 1967 to 1984s, 1984 to 2017’s, and from 1967 to 2017’s, respectively. The major factors for the losses are settlement expansion, recurrent fire, uncontrolled agricultural land use practices, grazing pressure, and construction of infrastructure. In conclusion, concerted efforts are needed to mitigate the threats posed by human activities on the Ericaceous ecosystem.
In manuscript 3, the 1967 and 1984 historical aerial photographs, and current in-situ data were used. Structure-from-Motion Multi-View Stereo Photogrammetry, spatial interpolation, and geomorphic change detection analysis were used to generate the DEMs and quantify the volumetric change of two exemplary quarry sites. The result showed that the total net surface volume of the selected sites has decreased by 872,244 m3 over the last half century. This is mainly because of the demand for low-cost material, the unavailability of alternative materials in the region, and lax law enforcement. These landscape changes resulted in habitat loss in the mountain ecosystem. Our results provide valuable insights in mitigating the negative impacts of excavation on the Afroalpine ecosystem.
Manuscript 4 focuses on understanding the spatial distribution, density, and temporal changes of GRR mounds. To detect, count, and map GRR mounds, the 1967 orthomosaic and the 2011 Worldview-2 satellite image data, together with deep learning were employed. The result showed that > 130,000 GRR mounds were formed between the year 1967 and 2011. The overall detection accuracy was 80% and 84% for the year 1967 and 2011, respectively. In addition, the result showed that biogenic factors such as GRRs are shaping the landscape in the Afro-alpine ecosystem of Bale Mountains. The increment of GRR mounds has both positive and negative environmental implications, affecting different aspects of the ecosystem.
This thesis has comprehensively assessed the spatio-temporal landscape changes in the Ethiopian highlands. The study has provided new insights into the extent and nature of changes in this critical Afromontane ecosystem. The degradation of Ericaceous vegetation, significant volumetric changes due to quarrying activities, and the proliferation of GRR mounds have been identified as major contributors to landscape alteration in Bale Mountains. The findings underscore the urgent need for conservation efforts to mitigate the impacts of anthropogenic and biotic factors on this biodiversity hotspot.Afromontane Regionen sind wichtige Hotspots der biologischen Vielfalt, die wesentliche Ökosystemleistungen von globaler Bedeutung erbringen. Diese Regionen haben im letzten halben Jahrhundert schwerwiegende Landschaftsveränderungen erfahren. Das Ökosystem der Bale Mountains ist eine dieser Regionen, die zunehmend durch Landnutzung und menschliche Eingriffe bedroht sind. Darüber hinaus verändert sich die Landschaft auch durch ein Nagetier, das in den Bale Mountains in Äthiopien endemisch ist und das Ökosystem mitgestaltet: die Riesenwurzelratte (GRR; Tachyorycytes macrocephalus). Es fehlen jedoch Belege für die räumlichen und zeitlichen Veränderungen der Landschaft in den Bale Mountains während des letzten halben Jahrhunderts. Folglich bleibt der historische anthropogene und biogene Beitrag zum Landschaftswandel ungewiss. Daher konzentriert sich meine Doktorarbeit auf die Bewertung der räumlich-zeitlichen Veränderungen der Landschaft der Bale Mountains mithilfe von Photogrammetrie, Fernerkundung, geografischen Informationssystemen und Deep Learning. Konkret zielt die Doktorarbeit darauf ab, (1) die Landschaft des letzten halben Jahrhunderts in größerer räumlicher Ausdehnung und sehr hoher räumlicher Auflösung zu rekonstruieren, (2) die Veränderung der Erica-Bedeckung und ihre Auswirkungen auf das Bergökosystem zu bewerten, (3) die durch menschliche Aktivitäten (Abbau von roter Asche) verursachte volumetrische Veränderung der Landschaft zu quantifizieren und (4) die räumlich-zeitlichen Veränderungen der durch die GRR entstandenen Hügel zu quantifizieren und zu kartieren. Die Studie liefert auch weitere Erkenntnisse über die wichtigsten Antriebsfaktoren für den Landschaftswandel.
In Manuskript 1 wurden die ersten Digitales Höhenmodell (DHMs) und Orthomosaike für die Jahre 1967 und 1984 mit sehr hoher räumlicher Auflösung (0,84 bzw. 0,98 m) auf einer größeren Fläche (5730 km2) unter Verwendung historischer Luftbilder und der Structure-from-Motion Multi-View Stereo Photogrammetry Methode im Bale Mountains erstellt. Die Genauigkeit der generierten DHMs wurde anhand von Bodenpasspunkten im Gelände bewertet. Es wurde auch ein Vergleich zwischen den rekonstruierten DHMs und fünf frei verfügbaren Open-Source-DHMs durchgeführt. Unsere Ergebnisse zeigten, dass die generierten DHMs die beste Genauigkeit und räumliche Auflösung haben. Unsere Datensätze werden der wissenschaftlichen Gemeinschaft bei der Beantwortung von Fragen im Zusammenhang mit Umweltveränderungen in den Bale Mountains und afro-alpinen Ökosystemen helfen.
In Manuskript 2 wurden Orthomosaike aus den Jahren 1967 und 1984 sowie SPOT-Satellitenbilder aus dem Jahr 2017 verwendet, um die Veränderungen der Erica-Vegetation (Erica trimera, Erica arborea und Erica teniplusia) und die treibenden Faktoren für diese Veränderungen zu kartieren und zu bewerten. Die objektbasierte Bildanalyse wurde zur Kartierung der Erica-Bedeckung für die drei Zeiträume verwendet. Das Ergebnis zeigte, dass die Erica Vegetationsbedeckung um 6, 66 und 72 km2 von 1967 bis 1984, 1984 bis 2017 bzw. von 1967 bis 2017 abgenommen hat. Die Hauptfaktoren für die Verluste sind die Ausdehnung der Siedlungen, wiederkehrende Brände, unkontrollierte landwirtschaftliche Bodennutzung, Weidedruck und der Bau von Infrastruktur. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass konzertierte Anstrengungen erforderlich sind, um die Bedrohung des Ökosystems Erica durch menschliche Aktivitäten zu mindern.
In Manuskript 3 wurden die historischen Luftbilder von 1967 und 1984 sowie aktuelle In-situ-Daten verwendet. Die Structure-from-Motion Multi-View Stereo Photogrammetry, räumliche Interpolation und die Analyse der geomorphologischen Veränderungen wurden verwendet, um die DHMs zu generieren und die volumetrischen Veränderungen von zwei beispielhaften Steinbruchstandorten zu quantifizieren. Das Ergebnis zeigte, dass das gesamte Nettoflächenvolumen der ausgewählten Standorte im letzten halben Jahrhundert um 872.244 m3 abgenommen hat. Dies ist vor allem auf die Nachfrage nach kostengünstigem Material, die Nichtverfügbarkeit alternativer Materialien in der Region und die schwache Durchsetzung der Gesetze zurückzuführen. Die Landschaftsveränderungen führten zu einem Verlust von Lebensraum im Ökosystem der Bale Mountains. Unsere Ergebnisse liefern wertvolle Erkenntnisse zur Abschwächung der negativen Auswirkungen des Abbaus auf das afroalpine Ökosystem.
Manuskript 4 konzentriert sich auf das Verständnis der räumlichen Verteilung, der Dichte und der zeitlichen Veränderungen von GRR-Hügeln. Zur Erkennung, Zählung und Kartierung von GRR-Hügeln wurden das Orthomosaik von 1967 und die Worldview-2-Satellitenbilddaten von 2011 sowie Deep Learning eingesetzt. Das Ergebnis zeigte, dass zwischen 1967 und 2011 mehr als 130 000 GRR-Hügel entstanden sind. Die Gesamterkennungsgenauigkeit betrug 80 % für das Jahr 1967 und 84 % für das Jahr 2011. Darüber hinaus zeigte das Ergebnis, dass biogene Faktoren wie GRR die Landschaft im afro-alpinen Ökosystem der Bale Mountains prägen. Die Zunahme der GRR-Hügel hat sowohl positive als auch negative Auswirkungen auf die Umwelt, die sich auf verschiedene Aspekte des Ökosystems auswirken.
In dieser Arbeit wurden die räumlich-zeitlichen Landschaftsveränderungen im äthiopischen Hochland umfassend untersucht. Die Studie hat neue Erkenntnisse über das Ausmaß und die Art der Veränderungen in diesem kritischen afromontanen Ökosystem geliefert. Die Degradierung der Erica-Vegetation, erhebliche volumetrische Veränderungen aufgrund von Steinbruchaktivitäten und die Ausbreitung von GRR-Hügeln wurden als Hauptursachen für die Landschaftsveränderung in den Bale Mountains identifiziert. Die Ergebnisse unterstreichen die dringende Notwendigkeit von Schutzmaßnahmen, um die Auswirkungen anthropogener und biotischer Faktoren auf diesen Hotspot der biologischen Vielfalt abzumildern