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Analyse von Prädiktoren zur mentalen und physischen Erholung nach Aortenklappenersatz: chirurgisch vs. transkatheter
No full textHintergrund dieser Studie
Die Erholung nach einer Aortenklappenimplantation wird immer vielseitiger in Augenschein genommen. Nicht nur Mortalität und Hospitalisierung spielen dabei eine Rolle, auch die physische und mentale Erholung, im Sinne der gesundheitsbezogenen Lebensqualität, nehmen dabei einen wachsenden Anteil ein. Diese Studie befasst sich mit der physischen und mentalen Erholung im Hinblick auf das offenchirurgische und das kathetergestützte Verfahren zur Therapie der Aortenklappenstenose. Zusätzlich wurde der prädiktive Einfluss körperlicher und mentaler Voraussetzungen vor dem Eingriff auf die Erholung nach 12 Monaten untersucht.
Methoden
In der vorliegenden Studie wurden 222 Patienten mit Aortenklappenstenose und/oder -insuffizienz untersucht, die mit einem elektiven Aortenklappenersatz behandelt wurden. 108 erhielten eine Aortenklappenersatz (AKE), 114 eine Transkatheter Aortenklappenimplantation (TAVI). Einschlusskriterium war ein Alter von 60-80 Jahren und ein STS-Score von 2-7% (Society of Thoracic Surgeons Score). Zur Messung der mentalen und physischen Veränderung wurden zu vier verschiedenen Zeitpunkten folgende Messinstrumente genutzt. Eine Echokardiographie, eine Blutentnahme zur Bestimmung des NT-proBNP-Werts, ein 6-Minuten-Gehtest (6MWT) sowie vier psychologische Fragebögen zur Messung der gesundheitsbezogenen Lebensqualität (hrQoL) und dem psychischen und physischen Gesundheitszustand (SF-12, HADS, TTO, EQ-5D). Die Messungen fanden präoperativ, einen Tag vor dem Eingriff, 7-10 Tage postoperativ, 6 Monate postoperativ und 12 Monate postoperativ, statt.
Ergebnisse
Nach einem Aortenklappenersatz zeigte sich eine Verbesserung des körperlichen Befindens sowohl nach TAVI als auch nach AKE, in Form von niedrigeren NT-proBNP-Werten, weiteren Gehstrecken, sowie subjektiv besser bewerteter Lebensqualität (EQ-5D und SF-12). Der NT-proBNP-Wert sank nach 12 Monaten bei beiden Eingriffen im Vergleich zu präoperativen Werten signifikant (p ≤ 0,001). Bei der TAVI war er nach einem Jahr 10% niedriger als bei der AKE-Gruppe. Die Gehstrecke der AKE-Gruppe war nach 12 Monaten im Vergleich zur präoperativen Strecke signifikant länger im 6-Minuten-Gehtest (6MWT) als die der TAVI Gruppe (p ≤ 0,001). Der Gesundheitszustand, gemessen mit dem EQ-5D, verbesserte sich ebenfalls nach 12 Monaten signifikant um 5,6% bei den Patienten mit AKE gegenüber der TAVI-Gruppe im Vergleich zu den präoperativen Angaben (p= 0,014). Der körperliche Gesundheitszustand (SF-12) zeigte sowohl bei TAVI- als auch bei AKE-Patienten eine signifikante Verbesserung um 19% bzw. 16% (p ≤ 0,001) nach 12 Monaten im Vergleich zu dem präoperativen Zustand.
Betrachtet man die psychische Erholung zeigte sich in Anbetracht der Angst und Depressivität (HADS) keine signifikante Differenz AKE vs. TAVI, aber eine signifikante Verbesserung beider Patientengruppen nach einem Jahr p ≤ 0,001 im präoperativen Vergleich. Patienten beider Gruppen bewerteten ihre mentale und physische Lebensqualität ein Jahr nach dem Eingriff signifikant besser als vor der Operation (p ≤ 0,001). In der Untersuchung der Prädiktoren für das postoperative Outcome (kardiale und zerebrale Komplikationen, Aortenklappeninsuffizienz, Tod während des Follow-Up-Zeitraums), konnten zwei Prädiktoren (EQ-5D, TTO) in der TAVI-Kohorte und drei Prädiktoren (SF-12 mental, 6MWT, präoperative AI) in der AKE-Kohorte identifiziert werden. Bezüglich der präoperativen Prädiktoren für die Erholung nach 12 Monaten stellen sich der 6-Minuten-Gehtest und der EQ-5D Fragebogen als besonders häufiger Prädiktor heraus.
Schlussfolgerung
In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass ein Aortenklappenersatz unabhängig von der Interventionsart eine Verbesserung des körperlichen sowie seelischen Zustandes zur Folge hat. Die Patienten, die offen-chirurgisch (AKE) behandelt wurden zeigten präoperativ ein höheres körperliches Ausgangsniveau (Alter, Multimorbidität, bisherige Eingriffe) und signifikant bessere Werte der körperlichen Erholung zum 6- und 12 Monats Follow-Up im Vergleich zur TAVI-Kohorte. Die psychische Erholung wies keine signifikanten Unterschiede im 12-Monats-Vergleich auf. Die TAVI-Kohorte erholte sich im longitudinalen Vergleich prozentual besser als die AKE-Kohorte bezüglich des NT-proBNP-Werts, der Gehstrecke und der physischen Lebensqualität.
Bezüglich der Prädiktoren für die Erholung stellen sich der 6-Minuten-Gehtest und der EQ-5D Fragebogen als besonders aussagekräftig heraus. So lässt sich mit Hilfe dieser beiden Werkzeuge ein präoperativer Status erheben, mit dem sich auf die postoperative Erholung im Sinne der körperlichen Verfassung und Lebensqualität, nach einem Jahr schließen lässt. Ebenso konnte gezeigt werden, dass ein durch den HADS und SF-12 Fragebogen präoperativ erhobener schlechter psychischer Zustand ein Prädiktor für eine schlechtere bzw. verzögerte Erholung ist. Die im Rahmen dieser Studie analysierten Prädiktoren könnten perioperativ identifiziert werden und durch gezielte Intervention Einfluss auf die Erholung nehmen
Einblicke in den Assemblierungsmechanismus des Vacciniavirus durch zelluläre Kryoelektronentomographie
No full textPoxviruses are large, enveloped cytoplasmic dsDNA viruses with epidemic potential. Among them, vaccinia virus (VACV), historically used as a live vaccine to eradicate smallpox, serves as a well-established model for studying poxvirus biology. Unlike conventional viral membrane acquisition via budding or wrapping, poxvirus morphogenesis follows a unique mechanism: cellular membranes are recruited to the cytoplasmic viral assembly site, disrupted, and extensively remodeled into precursors with stabilized open ends. Binding of these membrane precursors to a viral scaffold protein induces a distinct curvature, forming the characteristic crescent-shaped intermediates. As these crescents expand, they encapsulate viral DNA and proteins, forming spherical, immature virions. These immature particles undergo dramatic structural remodeling during maturation, culminating in the formation of infectious virions with a complex internal core.
Despite extensive studies, the molecular mechanisms underlying poxvirus assembly and maturation remain largely unknown. Here, I employed cellular electron cryo-tomography (cryoET) to investigate the stepwise VACV assembly in infected cells. Using correlative imaging and focused ion beam (FIB)-milling of plunge-frozen VACV-infected cells, I analyzed viral assembly sites by cryoET and captured individual viral particles in situ across all stages of morphogenesis.
This approach enabled direct visualization of viral genome incorporation, a process that remains poorly understood. Additionally, I identified possible maturation intermediates, offering new insights into viral core formation. Focusing on the viral membrane, segmentation analysis revealed distinct features such as the size, shape, curvature, and continuity of membrane precursors and growing crescents. Finally, subvolume averaging provided novel insights into the structural organization and lattice arrangement of the viral scaffold protein responsible for inducing membrane curvature in crescents and immature virions.Pockenviren sind große, behüllte zytoplasmatische dsDNA-Viren mit epidemischem Potenzial. Vaccinia-Virus (VACV), einst als Lebendimpfstoff zur Ausrottung der Pocken eingesetzt, dient nun als etabliertes Modell zur Untersuchung der Pockenvirus-Biologie. Im Gegensatz zur klassischen Membranbildung durch Knospung oder Umhüllung erfolgt die Morphogenese dieser Viren über einen einzigartigen Mechanismus. Die Assemblierung von VACV findet in bestimmten, durch das Virus umorganisierten Bereichen des Zytoplasmas statt. Zelluläre Membranen werden dorthin rekrutiert, geöffnet und zu viralen Vorläufern mit stabilisierten, offenen Membranenden umstrukturiert. Bindung an das virale Gerüstprotein D13 induziert eine spezifische Membrankrümmung, wodurch die charakteristischen halbmondförmigen Membranstrukturen entstehen. Diese „Halbmonde“ wachsen weiter, um sich zu sphärischen, unreifen Viruspartikeln zu schließen. Dabei nehmen sie virale DNA und Proteine in sich auf. Während der anschließenden Reifung erfahren diese Partikel tiefgreifende strukturelle Veränderungen, darunter die Bildung einer komplexen internen Kernstruktur. Trotz intensiver Forschung sind die molekularen Mechanismen dieser Prozesse noch weitgehend ungeklärt.
Um die schrittweise Assemblierung von VACV in infizierten Zellen zu untersuchen, setzte ich zelluläre Elektronen-kryo-Tomographie (cryoET) ein. Mithilfe korrelativer Bildgebung und FIB-Fräsung (Focused Ion Beam) von tiefgefrorenen VACV-infizierten Zellen gelang es mir, virale Assemblierungsregionen gezielt zu analysieren und individuelle Viruspartikel in situ in verschiedenen Entwicklungsstadien abzubilden.
Dabei konnte ich virale Partikel während der Genominkorporierung beobachten – ein Prozess, der bislang wenig verstanden ist. Zudem identifizierte ich potenzielle Reifungsintermediate, die neue Einblicke in die Ausbildung der viralen Kernstruktur liefern. Virale Halbmondmembranen und ihre Vorläufer wurden mithilfe von Segmentierungen anhand ihrer Morphologie, lokalen Eigenschaften und Kontinuität untereinander charakterisiert. Durch die Prozessierung von Subvolumina, welche das virale Protein D13 enthalten, konnte ich eine gemittelte Struktur der Anordnung dieses Proteins im nativen viralen Gerüst auflösen. Diese bietet wichtige neue Einblicke in die strukturelle Organisation und Gitteranordnung, welche für die Krümmung der Membran in „Halbmonden“ und unreifen Virionen verantwortlich ist
Individuelle und kollektive Handlungsfähigkeit in vermarktlichten Bedingungen: Subjektorientierte Analysen zu Sorgearbeit und Geschlechterverhältnissen
No full textIn dieser kumulativen Dissertation wird die Handlungsfähigkeit von Menschen untersucht, die Sorgearbeit leisten. Theoretisch eingebunden wird dies in das Konzept von Handlungsfähigkeit
im Sinne der Kritischen Psychologie, wobei Handlungsfähigkeit zugleich mit Gramsci als Sichkohärent-Arbeiten gedacht wird. Bedeutsam sind in diesem Sinne Gramscis Konzepte des bizarren Alltagsverstands und der Hegemonie und ihre Fortführung in den Begriffen der Subjektposition und der Artikulation durch Stuart Hall. Geschlechterverhältnisse werden mit Frigga Haug als Produktionsverhältnisse gedacht.
Die Untersuchung der Handlungsfähigkeit von Sorgearbeitenden bezieht sich auf zwei Formen von Sorgearbeit: Zum einen geht es um Pflegende in stationären Altenpflegeeinrichtungen. Hier wird danach gefragt, wie sie entgrenzte Leistungsanforderungen subjektiv verarbeiten und ihre gesamte Lebensweise daran ausrichten, den Anforderungen in den Einrichtungen nachzukommen. Strukturelle Bedingungen werden als Hindernisse für die kollektive Organisierung von Beschäftigten und die Durchführung von Arbeitskämpfen und Streiks in diesem Bereich vorgeführt. Das fürsorgliche Ethos der Pflegenden wird dahingehend analysiert, dass es sich hierbei um ein Terrain und Gegenstand von sozialen Auseinandersetzungen handelt, das als solches von unterschiedlichen betrieblichen und politischen Akteuren bearbeitet wird. Es wird auf die Notwendigkeit verwiesen, auch im Bereich der Altenpflege betriebliche Steuerungsformen und Machtdynamiken zu untersuchen.
Zum anderen wird in den Untersuchungen analysiert, welche Bedeutung Beschäftigte in Anbetracht entgrenzter betrieblicher Anforderungen ihrem eigenen Reproduktionskontext, d. h. Sorgearbeit, die sie selbst oder ihre Familienangehörigen betrifft, geben. Hierbei geht es um Beschäftigte in der Altenpflege, in den Finanzdienstleistungen, im Gastgewerbe und im Bereich industrieller Produktion und Entwicklung. Deutlich wird, dass ein hohes Maß an aktiver Einpassung der gesamten Lebensweise in den entgrenzten Kontext häufig Zustimmung erfährt. Es bestehen wenig Ansätze dazu, wie stattdessen betriebliche Bedingungen geändert werden können. Dabei müssen für Analyse und Politik im Feld der prekären Reproduktionsbedingungen Unterschiede zwischen den Berufsfeldern, aber auch hinsichtlich der beruflichen Verortung, dem Bildungshintergrund und dem familiären Kontext als wesentliche Momente der Unterschiede von Handlungsfähigkeit einbezogen werden
Enterprise and Ecosystem Architecture Modeling for the Creation and Application of Law
No full textDie fortschreitende Digitalisierung verschärft das Spannungsfeld an der Schnittstelle von Wirtschaftsinformatik (WI) und Recht. Insbesondere stellt die zunehmende Verbreitung digitaler Geschäftsökosysteme die Entwicklung und Umsetzung von Gesetzen vor komplexe Herausforderungen. Dies erfordert von Fachkräften beider Disziplinen vertiefte sozio-technisch-rechtliche Expertise sowie ausgeprägte interdisziplinäre Kompetenzen. Diese Dissertation untersucht, wie Unternehmensarchitektur- (UA) und Ökosystemarchitektur- (ÖkoA) Modellierung dazu beitragen können, die Kluft zwischen WI und Recht zu überbrücken. Unter Anwendung von Design Science Research in drei regulatorischen Kontexten – Datenschutz, Medienregulierung und E-Government – werden verschiedene Artefakte entwickelt und evaluiert, darunter UA- und ÖkoA-Metamodelle, Architekturmodelle und -karten sowie methodische Ansätze zur systematischen interdisziplinären Zusammenarbeit. Die Ergebnisse zeigen, dass UA- und ÖkoA-Modellierung nicht nur die Rechtskonformität und die rechtmäßige Gestaltung von Informationssystemen unterstützen, sondern auch zur Verbesserung der Gesetzgebung beitragen.The rapid pace of digitalization intensifies the tension at the intersection of Information Systems (IS) and law. In particular, the pervasiveness of digital business ecosystems raises complex challenges in the creation and application of law, requiring both IS and legal experts to develop deeper socio-techno-legal expertise and interdisciplinary competencies. This dissertation leverages Enterprise Architecture (EA) and Ecosystem Architecture (EcoA) modeling to bridge the gap between IS and law. Using Design Science Research across three regulatory contexts—data protection, media regulation, and e-government—it develops and evaluates several artifacts, including EA and EcoA meta-models, architectural models and maps, and interdisciplinary methods to support and systematize collaboration between IS and legal experts. The findings show that EA and EcoA modeling not only facilitate legal compliance and lawful IS design but also contribute to improving legislation
Benefits and harms of internet-based depression screening followed by automated feedback of screening results: A mixed-methods interventional evaluation in adults with suspected but undiagnosed depressive disorder
No full textBackground: Depressive disorders are among the most prevalent and most disabling disorders worldwide. Despite well-established diagnostic criteria and the availability of effective treatments, depressive disorders often remain undetected and untreated. Internet-based depression screening followed by automated feedback of the screening results could reach affected individuals outside the healthcare system and enhance early detection and treatment uptake. However, a thorough evaluation of the benefits and potential harms remains lacking.
Objective: The overarching objective of this cumulative dissertation is to evaluate the benefits and harms of an automated feedback after internet-based depression screening intervention in adults with suspected but undiagnosed depressive disorder. The dissertation synthesises four publications of the DISCOVER project and integrates all quantitative and qualitative findings within a mixed-methods framework.
Findings: Publication I presents the study protocol for the three-armed, observer-masked, randomised controlled DISCOVER trial (RCT). In total, 1178 individuals (aged ≥ 18 years, undiagnosed and untreated for depression) who screened positive on an internet-based self-report depression scale (Patient Health Questionnaire-9 ≥ 10 points) were randomised 1:1:1 to non-tailored, tailored, or no feedback of the screening results. Follow-up assessments were set at one and six months. Across all study arms, participants had a mean age of 37.1 years, 70% identified as female, and 62% met criteria for major depressive disorder (assessed by Structured Clinical Interview for DSM-5). Publication II reports that automated feedback did not significantly reduce depression severity compared with no feedback. Secondary outcomes, including depression-related health-behaviour, service uptake, and quality of life, also showed no significant improvements. Publication III indicates that feedback did not increase negative effects including misdiagnosis, mistreatment, or deterioration in symptoms and concern about symptoms. However, non-tailored feedback was potentially linked to worsening suicidal ideation. Publication IV presents a reflexive thematic analysis of interviews with 26 participants (conducted upon completion of the RCT) and highlights a two-step process underlying participants' experiences with the screening procedure across all study arms, i.e. irrespective of feedback provision. Step 1 describes the recognition of depressive symptoms ranging from denial to awareness as an initial reaction to particularly the screening questions. Step 2 describes a subsequent self-explorative process that encompasses up to three mutually reinforcing themes: cognitive positioning (rejection vs acceptance), emotional reactions (between empowerment and overload), and personal activation (from reflection to action).
Integration of findings: The mixed-methods integration reveals that qualitative insights primarily complemented pre-defined outcomes and expanded the evaluation of automated feedback by also addressing depression screening alone. Regarding benefits, both depression screening questions and feedback of the results seemed to foster self-awareness, self-acceptance, and a feeling of relatedness. Regarding harms, findings suggest that feedback potentially triggered symptom deterioration (increase in suicidal ideation), while screening questions contributed to emotional burden in some cases.
Conclusion: This dissertation concludes that automated feedback after internet-based depression screening does not yield relevant benefits regarding depression-related outcomes including behavioural patient activation, service uptake, or symptom reduction. On the other hand, feedback can potentially lead to harms such as increase in suicidal ideation. As such, feedback alone does not suffice to improve early detection and treatment uptake of affected individuals. However, both screening questions and feedback demonstrate potential to empower individuals by enhancing self-awareness, self-acceptance and relatedness. As answering depression screening questions may be emotionally burdensome for affected but undiagnosed individuals, there is a need for approaches that leverage the aforementioned empowering aspects of internet-based depression screening interventions while mitigating potential harms. Future research should corroborate the findings on patient-oriented outcomes and harms, ideally by using multicomponent intervention frameworks to disentangle differential effects of feedback vs screening alone. Further, practical efforts should prioritise patient safety through improved regulation and monitoring of existing internet-based screening services, e.g. by providing patient information and human guidance. Altogether, this dissertation highlights the absence of a straightforward solution for addressing undetected depression while underscoring the need for future research to better understand the pathway from identification to effective management of depressive disorders.Hintergrund: Depressive Störungen gehören zu den weltweit häufigsten und am stärksten beeinträchtigenden Erkrankungen. Trotz etablierter diagnostischer Kriterien und wirksamer Behandlungsansätze bleiben depressive Störungen häufig unentdeckt und unbehandelt. Internetbasiertes Depressions-Screening in Kombination mit automatisiertem Feedback der Screening-Ergebnisse könnte Betroffene erreichen und so deren Früherkennung und -behandlung verbessern. Eine umfassende Evaluierung der potenziellen Nutzen und Risiken dieses Ansatzes steht jedoch aus.
Ziel: Das übergeordnete Ziel dieser kumulativen Dissertation ist es, Nutzen und Risiken einer automatisierten Rückmeldung nach einem internetbasierten Depressions-Screening bei Erwachsenen mit vermuteter, undiagnostizierter depressiver Störung zu evaluieren. Die Dissertation basiert auf vier Publikationen des DISCOVER-Projekts und integriert deren quantitative und qualitative Ergebnisse innerhalb eines Mixed-Methods-Modells.
Ergebnisse: Publikation I präsentiert das Studienprotokoll für die dreiarmige, Beobachter-verblindete, randomisiert-kontrollierte DISCOVER-Studie (DISCOVER-RCT). Insgesamt wurden 1178 Personen (≥18 Jahre alt, undiagnostiziert und unbehandelt bezüglich einer depressiven Störung) 1:1:1 auf folgende Studienarme randomisiert: nicht-personalisiertes Feedback, personalisiertes Feedback oder kein Feedback zu den Screening-Ergebnissen. Die Follow-up-Erhebungen fanden nach einem und sechs Monaten statt. Das Durchschnittsalter der Teilnehmenden lag über alle Studienarme hinweg bei 37,1 Jahren, 70 % identifizierten sich als weiblich und 62 % erfüllten die Kriterien für eine Major Depression (erhoben mittels Strukturiertem Klinischen Interview nach DSM-5). Publikation II berichtet, dass das automatisierte Feedback die Depressionsschwere im Vergleich zu keinem Feedback nicht signifikant verringerte. Sekundäre Ergebnisse, einschließlich depressionsbezogenem Hilfesuchverhalten, Inanspruchnahme von Gesundheitsdiensten und Lebensqualität, zeigten ebenfalls keine signifikanten Verbesserungen. Publikation III deutet darauf hin, dass Feedback nicht zu negativen Effekten wie Fehldiagnosen, Fehlbehandlungen und der Verschlechterung von Symptomen oder Sorgen über die Symptome führte. Es wurde jedoch eine potenzielle Verbindung zwischen nicht-personalisiertem Feedback und einer erhöhten Suizidalität festgestellt. Publikation IV berichtet von einer reflexiven thematischen Analyse von Interviews mit 26 Teilnehmenden (durchgeführt nach Abschluss der RCT), deren Erfahrungen mit dem Screening-Verfahren über alle drei Studienarme hinweg im Rahmen eines zweistufigen Prozessmodells beschrieben wurden. Schritt 1 beschreibt das (An)Erkennen depressiver Symptome (von der Ablehnung bis zur Bewusstwerdung) als erste Reaktion insbesondere auf die Screening-Fragen. Schritt 2 beschreibt einen darauffolgenden selbst-explorativen Prozess, der bis zu drei Themen umfasst: kognitive Positionierung (Ablehnung vs. Akzeptanz), emotionale Reaktionen (zwischen Empowerment und Überforderung) und persönliche Aktivierung (von der Reflexion zur Handlung).
Integration der Ergebnisse: Die Mixed-Methods-Integration zeigt, dass qualitative Erkenntnisse hauptsächlich die vordefinierten Endpunkte ergänzten sowie über das Feedback der Screening-Ergebnisse hinaus auch das Depressions-Screening selbst adressierten. So zeigt sich im Hinblick auf den Nutzen der Intervention, dass sowohl die Depressions-Screening-Fragen als auch das Feedback die Selbstwahrnehmung, Selbstakzeptanz und das Gefühl der Zugehörigkeit förderten. In Bezug auf potenzielle Risiken deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Feedback potentiell zur Verschlechterung der Symptome führte und die Screening-Fragen zu erhöhter emotionaler Belastung beitrugen.
Schlussfolgerung: Diese Dissertation kommt zu dem Schluss, dass automatisiertes Feedback nach einem internetbasierten Depressions-Screening keinen relevanten Nutzen bzgl. depressionsbezogener Endpunkte wie Patientenaktivierung, Inanspruchnahme von Gesundheitsdiensten oder Symptomreduktion hat. Auf der anderen Seite birgt es potenziell das Risiko einer Symptomverschlechterung. Während Feedback allein nicht ausreicht, um die Früherkennung und -behandlung von Betroffenen zu verbessern, zeigen sowohl die Screening-Fragen als auch das Feedback Potenzial Betroffene subjektiv zu bestärken, indem sie ihre Selbstwahrnehmung, Selbstakzeptanz und ihr Gefühl der Zugehörigkeit fördern. Da die Screening-Fragen auch emotionale Belastung auslösen können, erscheinen Interventionen notwendig, die die bestärkenden Aspekte des Screening-Verfahrens adressieren und gleichzeitig negative Effekte minimieren. Zukünftige Forschung sollte die Befunde bzgl. Patienten-orientierter Endpunkte sowie Risiken untermauern, z.B. mittels Mehrkomponenten-Interventionen. Zudem sollte durch eine verbesserte Regulierung bestehender internetbasierter Depressions-Screening-Angebote die Patientensicherheit gefördert werden. Ansatzpunkte könnten die Begleitung durch Ansprechpersonen und verbesserte Patienteninformationen zum Nutzen und Risiko entsprechender Dienste sein. Insgesamt betont diese Dissertation die Notwendigkeit zukünftiger Forschung, um den komplexen Weg von der Identifikation bis zum effektiven Management depressiver Störungen besser zu verstehen
Soil Organic Carbon Dynamics along Estuarine Gradients
No full textEstuarine tidal marshes are known for their substantial soil organic carbon (SOC) sequestration and storage capacities. To anticipate effects of climate change on SOC storage in estuarine marshes, a comprehensive understanding of its current biotic and abiotic controls is essential. Using the Elbe estuary in Northern Germany as a model system, this research assessed the role of estuarine environmental conditions on SOC storage and dynamics. The major focus was placed on the interactive effect of the estuarine salinity gradient, spatial variation in flooding frequency, local soil conditions, and biota on (I) litter decomposition, (II) SOC stocks and SOC stabilization mechanisms (aggregation, mineral-association), and (III) microbial SOC turnover and the potential SOC stability against mineralization. To account for the large heterogeneity of estuarine marshes, three marsh types were selected along the salinity gradient (salt marsh, brackish marsh, and freshwater marsh), as well as three marsh zones characterized by different flooding regimes (pioneer zones = daily flooding, low marshes = monthly flooding, and high marshes = yearly flooding). Litter decomposition was evaluated using standardized litter (Tea Bag Index) and native litter from each marsh location. Associated prokaryotic communities were examined by 16S rRNA gene amplicon sequencing. Soil samples were analyzed for SOC stocks, SOC fractions (density fractionation to separate free particulate, occluded particulate, and mineral-associated organic matter), as well as the mineralizability of SOC pools (oxic incubation followed by a two-pool model quantifying the fast C pool, slow C pool, and mean residence times). Local environmental conditions (e.g. soil texture, pH, electric conductivity, redox, and plant biomass) were characterized to identify potential drivers of SOC dynamics along the estuarine gradients. With increasing salinity, SOC contents decreased in the marshes of the Elbe Estuary. First, decreasing SOC contents aligned with a decline in aboveground biomass, as well as increasing litter decomposition rates due to reduced recalcitrance of the local vegetation. Second, the SOC associated with minerals decreased from freshwater to salt marshes, as a consequence of sedimentation patterns leading to decreasing clay contents. Moreover, SOC mineralizability increased with increasing salinity due to an increasing contribution of the fast C pool. Along the flooding gradient, SOC contents decreased with increasing flooding frequency which was closely linked to decreasing aboveground plant biomass. The effect of flooding on litter decomposition strongly depended on litter quality, as higher flooding frequencies increased mass loss of labile litter, but decreased mass loss of recalcitrant litter. The mineralizability of SOC increased with increasing flooding which was indicated by a shorter mean residence time and could be related to elevated contributions of free particulate organic matter and dissolved organic carbon to total SOC with increasing flooding. Moreover, SOC protection within aggregates was negatively affected by increasing flooding and high soil water content. In conclusion, SOC storage in estuarine marshes decreased with increasing salinity and flooding, which was attributed to a combination of biotic and abiotic drivers. The findings indicate that an increasing marine influence induced by climate change (sea-level rise and saltwater intrusion) is likely to change biogeochemical C cycling, reduce the SOC storage capacity, as well as hamper mechanisms of SOC stabilization in the estuarine marshes.Ästuarine Marschen sind für ihre beträchtlichen Kapazitäten zur Bindung und Speicherung von organischem Bodenkohlenstoff bekannt. Um die Auswirkungen des Klimawandels auf die Speicherung von organischem Bodenkohlenstoff in ästuarinen Marschen abschätzen zu können, ist ein umfassendes Verständnis der derzeitigen biotischen und abiotischen Kontrollfaktoren erforderlich. Das norddeutsche Elbeästuar wurde als Modellsystem gewählt, um den Einfluss der vorherrschenden Umweltbedingungen im Ästuar auf die Bodenkohlenstoffspeicherung und -dynamik zu untersuchen. Der Schwerpunkt lag dabei auf einer Verknüpfung der Effekte des Salzgehaltsgradienten und der räumlichen Variation der Überflutungshäufigkeit mit lokalen Bodenbedingungen und Einflüssen der Vegetation und Bodenmikrobiologie. Im Speziellen wurden die Einflüsse auf (I) den Abbau von Streu, (II) die Menge an gespeichertem Bodenkohlenstoff und dessen Stabilisierungsmechanismen (Einschluss in Aggregate, Mineralassoziation) sowie (III) den mikrobiellen Umsatz und die potenzielle Stabilität des Bodenkohlenstoffs gegenüber Mineralisierung untersucht. Um die große Heterogenität von ästuarinen Marschen zu berücksichtigen, wurden drei Marschtypen entlang des Salinitätsgradienten (Salzmarsch, Brackmarsch und Süßwassermarsch) und drei Marschzonen mit unterschiedlichen Überflutungsregimen ausgewählt (Pionierzone = tägliche Überflutung, Untere Marsch = monatliche Überflutung und Obere Marsch = jährliche Überflutung). Die Zersetzung von Streu wurde anhand von standardisiertem Substrat (Tea Bag Index) und lokal heimischem Substrat untersucht. Die zugehörigen prokaryotischen Gemeinschaften wurden mittels 16S rRNAGenamplikon- Sequenzierung bestimmt. Bodenproben wurden auf Kohlenstoffgehalt, Kohlenstofffraktionen (Dichtefraktionierung zur Trennung von freier partikulärer, okkludierter partikulärer und mineralassoziierter organischer Substanz) sowie auf die Mineralisierbarkeit von Kohlenstoffpools (oxische Inkubation, Zwei-Pool-Modell-Anpassung zur Quantifizierung des schnellen Kohlenstoffpools, des langsamen Kohlenstoffpools und der mean residence time) untersucht. Lokale Umweltbedingungen (z.B. Bodentextur, pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit, Redoxbedingungen und Pflanzenbiomasse) wurden charakterisiert, um die relevanten Einflussfaktoren der Bodenkohlenstoffdynamik entlang der Gradienten im Ästuar zu identifizieren. Mit zunehmendem Salzgehalt nahm der Kohlenstoffgehalt in den Marschböden des Elbästuars ab. Diese Abnahme ging mit einem Rückgang der oberirdischen Biomasse sowie mit zunehmenden Zersetzungsraten der Streu aufgrund der geringeren Rekalzitranz der lokalen Vegetation einher. Darüber hinaus nahm der mineralassoziierte Kohlenstoff von der Süßwasser- zur Salzmarsch ab. Dies kann auf Sedimentationsmuster zurückgeführt werden, die sinkende Tongehalte im Boden zur Folge hatten. Die Mineralisierbarkeit des Bodenkohlenstoffs nahm mit zunehmendem Salzgehalt zu, was sich auf einen steigenden Beitrag des schnellen Kohlenstoffpools zurückführen lässt. Entlang des Überflutungsgradienten nahm der Bodenkohlenstoffgehalt mit zunehmender Überflutungshäufigkeit ab, was wiederum eng mit der abnehmenden Pflanzenbiomasse zusammenhing. Die Auswirkung der Überflutung auf die Zersetzung der Streu hing stark von deren chemischer Zusammensetzung ab, da höhere Überflutungshäufigkeiten einerseits den Massenverlust der labilen Streu erhöhten, andererseits jedoch den Massenverlust von schwer zersetzbarer Streu verringerten. Die Mineralisierbarkeit des Bodenkohlenstoffs nahm mit zunehmender Überflutung zu. Dies zeigte sich in einer kürzeren mean residence time und könnte mit erhöhten Anteilen an freier partikulärer organischer Substanz und gelöstem organischem Kohlenstoff am Gesamtbodenkohlenstoff bei zunehmender Überflutung zusammenhängen. Darüber hinaus wurde der Schutz des Bodenkohlenstoffes durch den Einschluss in Aggregate durch erhöhte Überflutungsraten und hohen Bodenwassergehalt negativ beeinflusst. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Bodenkohlenstoffspeicherung in ästuarinen Marschen durch eine Kombination aus biotischen und abiotischen Faktoren mit zunehmendem Salzgehalt und Überflutung abnahm. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein zunehmender mariner Einfluss aufgrund des Klimawandels (Anstieg des Meeresspiegels und zunehmender Salzgehalt) die biogeochemischen Prozessstrukturen verändern, und dadurch die Speicherkapazität für Bodenkohlenstoff und dessen Stabilisierungsmechanismen in Ästuaren verringern wird
Navigating a crisis-prone world: Essays on sustainability issues in the tourism and transport network
No full textMolekulare Stressantworten bei Fischen in Ästuaren
No full textEstuaries cover only about 6% of the global coastal areas but are among the most biologically productive ecosystems. They have a massive influence on carbon cycle, serve as nurseries, migration routes, and sources for fish populations. However, they are also among the ecosystems most affected by direct human interventions and anthropogenically caused climate change. Despite their high ecological importance and the ecosystem services they provide, only one-tenth of a percent of all climate change research is conducted through observational studies in estuaries. Global models used for predicting the effects of climate change often fail in these understudied systems. Some of the strongest influencing factors include oxygen deficiency, particularly from anthropogenic nutrient input, rising temperatures, extreme events such as heatwaves, altered salinity patterns due to changes in precipitation and sea level rise, as well as increases in sediment load due to construction or altered flow patterns.
Fish populations in estuaries have a significant impact on the ecosystem services provided, from the transport and storage of carbon to being a direct food source, yet they are increasingly exposed to environmental stressors. The multiple stressors that can simultaneously affect an organism in wild habitats can have unexpected interactive effects on the organism itself and its interaction with associated microbiota, the holobiont. This aspect has been little explored in laboratory experiments and even less in field studies, but it is important for understanding and predicting changes in ecosystems and providing a foundation for protection and restoration.
Multicellular organisms have a highly conserved cellular stress response that directly reacts to stressors, protecting macromolecules, degrading damaged macromolecules, halting the cell cycle, or inducing controlled cell death to protect the entire organism in case of severe damage. Vertebrates like fish also have additional stress responses controlled by stress perception in the brain and hormone release, which allow responses on various levels. The organismic and cellular response to one stressor generally limits the capacity to respond to additional stressors. The universal mechanism underpinning physiological stress responses is the adjustments of abundance in messenger RNA that can be determined and described with high precision via transcriptome studies. As the costs of holistic omics methods continue to decrease, large-scale applications for identifying stressors, stress interactions, and previously unconsidered biotic interactions become feasible.
In the first part of this work (Chapter 2), the impact of abiotic gradients along the estuarine stressor mosaic on tissue-specific stress responses in immunologically important gill tissues and metabolically important liver tissues of a top-predatory freshwater species, Sander lucioperca L., was investigated using differential expression and abundance analyses alongside network-based approaches. As an approach to assess the holobiont's reaction, bacterial composition patterns on the gills were determined in parallel. The results showed turbidity-induced starvation in fish and increased cellular stress and immune responses in reaction to hypoxia and eutrophication coincided with the increase in abundances of various opportunistic bacteria. The work also served for method validation and demonstrated that the different omics methods (mRNA and bacterial 16S gene sequencing) complement each other well, and the differential analyses support the network results.
To track movement patterns, habitat use, and spatial connectivity, we conducted stable isotope analyses of δ13C and δ15N on the most dominant fish species in the study system (Chapter 3). For potamodromous ruffe, it was shown that they remain in the estuary throughout their life cycle, as there were hardly any marine or fluvial isotope signatures observed. This suggests a brackish water population of this species that is spatially distinct from upstream freshwater populations. Additionally, a high degree of site fidelity was observed, suggesting limited short-term movement along the salinity gradient. The stable isotope patterns of ruffe and smelt were then combined in the next chapter (Chapter 4) with spatially and seasonally extended gill mucus bacterial composition data. Gills are a multifunctional organ in constant and direct exchange with the surrounding water, making them a potential entry point for pathogens. The composition of the microbial community can therefore be an important indicator of fish health. In the site-faithful ruffe, the composition of the microbiota was heavily influenced by spatial conditions. In anadromous smelt particularly during spawning migration a gradual adaptation of bacterial composition was detected. The stable isotope data and bacterial patterns largely overlapped, providing mutual insights into migration patterns. In both fish species, a stable core microbiome comprising few but highly abundant bacterial taxa was identified, which diminished in both fish species under prolonged hypoxia and eutrophication conditions. This effect was accompanied by an increase in opportunistic taxa (Acinetobacter, Shewanella, Aeromonas).
To capture the fish responses, we further integrated 340 tissue-specific transcriptome datasets from livers and gills of smelt and ruffe with the bacterial data, isotopes, fish abundances, physiological and abiotic data to unravel the interactive effects of dominant stressors on a large scale (Chapter 5). In both fish species, rising water temperatures in spring were accompanied by the occurrence of opportunistic Flavobacteriaceae and a strong increase in adaptive and innate immune responses across tissues. Persistent hypoxia in summer in the upper river, on the other hand, was associated with rising abundances of opportunistic Acinetobacter taxa alongside cellular stress responses, particularly regarding cell cycle control and cell death. In anadromous smelt especially, generalized additive models showed a parallel decline in immune responses, indicating energy reallocation-driven immunosuppression, potentially making the fish more susceptible to infections. Population genetic analyses of both species showed high connectivity among populations but functional diversity and signs of selection in genes important for adaptation to high temperatures and hypoxia, related to the HIF transcription factor and pathway genes, as well as the immune system.
Finally, based on a 40-year time series, we examined changes in the abundances and composition of life cycle guilds of fish in the Elbe estuary (Chapter 6). While there was an improvement in habitat quality with increasing water quality throughout the 1990s, since 2010, catches have been declining again, and total fish density has decreased by 92% in the last decade. Drivers identified included recurring hypoxia situations, high concentrations of suspended particulate matter (SPM), and the reduction of nursery habitats.
In summary, this Phd-project provides spatiotemporal insights into the molecular stress responses of dominant fish species in conjunction with host-associated bacteria as an estimate of the holobiont response in an estuarine system for the first time. Various methods for large-scale integration of omics techniques were evaluated and established. The use of different methods particularly enabled the validation of individual results. A minimally invasive, non-lethal monitoring of fish-associated bacteria, supported by point investigations of molecular stress responses within the host organism, could represent a cost-efficient extension of current long-term monitoring methods. The current results can already be used to guide ecosystem recovery efforts. The data show a need for action, as the decline in fish abundance is expected to be accompanied by a genetic bottleneck, reducing genetic diversity and stripping populations of adaptive capacity, especially considering increasing stressors with ongoing climate change (e.g., hypoxia, temperature). However, the longer the population collapse lasts, the stronger these effects can manifest themselves due to genetic drift
