Digitales Repositorium der BTU Cottbus – Senftenberg
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Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2023,09 (02.08.2023)
No full textNeufassung der Promotionsordnung der Fakultät Architektur, Bauingenieurwesen und Stadtplanung der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg vom 01. August 202
Mechanismen für die energieeffiziente Prozessor-Allokation und Umverteilung auf Vielkernprozessor-Systemen
No full textMulti- and manycore processors promise to combine high overall peak performance with moderate power consumption to meet the constantly growing demand for computational power under the energy constraints of today’s CMOS technology. Future systems with manycore processors are expected to contain a huge amount of cores, which exceeds the number of processes that will run simultaneously. Consequently, processor time sharing approaches, that introduce significant overhead from regular context switches in common OS, will no longer be necessary.
This work investigates mechanisms for scalable and energy-efficient spatial partitioning of multi- and manycore processor systems. In addition, it explores the implications of exclusive processor core allocation to user processes due to the absence of temporal multiplexing and offers approaches to ease the adaptation to the new programming model.
The proposed mechanisms achieved fast thread allocation which motivates applications for dynamic thread allocation and benefits performance as well as energy efficiency. The efficiency control and resource revocation mechanisms detect and prevent wasteful and inefficient resource occupation from poorly optimized or malicious processes. In this way, the global efficiency of the system is optimized. The dynamic processing resource allocation and revocation handling has been integrated into a task parallel runtime system, to disburden the application programmer from manual implementation and to increase productivity.Mehrkern- und Vielkernprozessoren versprechen eine hohe Spitzenrechenleistung bei moderatem Stromverbrauch, um den ständig wachsenden Bedarf nach Rechenleistung mit den Energiebeschränkungen der heutigen CMOS-Technologie zu erfüllen. Es wird erwartet, dass zukünftige Systeme mit Vielkernprozessoren eine riesige Anzahl von Rechenkernen enthalten werden, welche die Anzahl der gleichzeitig laufenden Prozesse übersteigt. Folglich werden Ansätze für das zeitliche Multiplexing der Prozessoren, die in bestehenden Betriebssystemen erhebliche Kosten durch regelmäßige Kontextwechsel verursachen, nicht mehr zwingend erforderlich sein.
Diese Arbeit untersucht Mechanismen für eine skalierbare und energieeffiziente räumliche Partitionierung von Mehrkern- und Vielkernprozessorsystemen. Darüber hinaus werden die Auswirkungen der exklusiven Prozessorkernzuweisung, aufgrund des fehlenden zeitlichen Multiplexings, für den Benutzer untersucht und Ansätze zur Erleichterung der Anpassung an das neue Programmiermodell angeboten.
Die entwickelten Mechanismen erreichen eine schnelle Threadallokation, die Anwendungen zur dynamischen Ressourcenbelegung motiviert und damit sowohl die Rechenleistung als auch die Energieeffizienz erhöht. Die Mechanismen zur Effizienzkontrolle und zum Entzug von Ressourcen erkennen und verhindern eine verschwenderische und ineffiziente Ressourcenbelegung durch schlecht optimierte oder bösartige Prozesse. Auf diese Weise wird die globale Effizienz des Systems verbessert. Die dynamische Belegung von Rechenressourcen und die Behandlung von Ressourcelimitierungen wurden in ein aufgabenparalleles Laufzeitsystem integriert, um Anwendungsprogrammierer von der manuellen Implementierung zu entlasten und die Produktivität zu steigern
Die Lösung von zeitabhängigen gewöhnlichen Differentialgleichungen mit Neuronalen Netzen : Neuronale Kollokationspolynome und adaptive Neuronale Gebietsverfeinerung
No full textSolving differential equations is still a topic of major interest, due to their appearance in many fields of science and engineering and a classic approach with neural networks builds upon trial solutions, the so-called neural forms. The latter are incorporated in a cost function that is subject to minimisation, to train the involved neural networks. Neural forms represent general and flexible tools for solving ordinary differential equations, partial differential equations as well as systems of each. However, the computational approach is in general highly dependent on a variety of computational parameters and the choice of the optimisation methods. Studying the solution of a simple but fundamental stiff ordinary differential equations with small feedforward neural networks and first order optimisation shows, that it is possible to identify preferable choices for parameters and methods. The neural network weight initialisation appears to be a sensitive topic, while having a major impact on the solution accuracy. Especially the use of non-random (deterministic) weights partially shows poor performance, but removes a stochastic component. Further research reveals, that a new polynomial representation of the neural forms can significantly increase the reliability of a deterministic initialisation (all weights have initially the same values assigned). In order to maintain smaller neural network architectures and solve the differential equation, even on fairly large domains, a new technique called domain segmentation (for initial value problems) is introduced. The solution domain splits into equidistant subdomains and the above-mentioned collocation polynomial neural forms are solved separately in each domain fragment. At the boundary of any subdomain, a new initial value is provided by the neural forms solution and directly incorporated in the adjacent one. In classic adaptive numerical methods for solving differential equations, the mesh as well as the domain may be refined or decomposed, respectively, in order to improve numerical accuracy. The subdomain distribution can also be connected with an adaptive refinement. That is, the neural network training status is combined with an adaptive subdomain size reduction in the new adaptive neural domain refinement algorithm. That is, each subdomain is reduced in size until the optimisation is resolved up to a predefined training accuracy. In addition, while the neural networks are by default small, the number of neurons may also be adjusted in an adaptive way. Conditions are introduced to automatically confirm the solution reliability and optimise computational parameters whenever it is necessary.Die Lösung von Differentialgleichungen ist auch heutzutage ein wichtiges Thema, da diese in vielen Bereichen der Wissenschaft auftauchen und zum Beispiel bei der mathematischen Modellierung physikalischer Systeme Anwendung finden. Ein klassischer Ansatz aus dem Bereich der Neuronalen Netze setzt auf sogenannte „trial solutions“ oder „neural forms“. Diese werden in eine Kostenfunktion eingebunden, welche zum Zweck des Trainings der Neuronalen Netze minimiert werden soll. Generell bilden die neural forms flexible Werkzeuge zur Lösung von gewöhnlichen, partiellen und auch Systemen von Differentialgleichungen. Dennoch sind diese rechnergestützten Ansätze stark abhängig von einer Vielzahl an Parametern. Eine rechenbasierte Studie zur Lösung eines einfachen, steifen Anfangswertproblems mit einfachen, sogenannten „feedforward neural networks“ und Optimierung erster Ordnung zeigt, dass die sorgfältige Auswahl durchaus vorteilhafte Parameterkombinationen ergeben kann. Die Initialisierung der Anfangsgewichte der Neuronalen Netze ist ein sensibles Thema. Während konstant (nicht zufällig) gewählte Gewichte einen stochastischen Effekt eliminieren, so liefern sie stellenweise keine verlässlichen Approximationen. Weiterführend ist es jedoch möglich, mit einer Polynomdarstellung der neural forms, die Aussagekraft der Lösungen mit konstanten Gewichten deutlich zu verbessern. Die oben genannte rechenbasierte Studie zeigt zudem auf, dass zu groß gewählte Lösungsgebiete zu keinen verlässlichen Ergebnissen führen können. Eine Charakteristik der neural forms bezieht sich auf die Einbindung gegebener Anfangswerte in die neural forms selbst oder direkt in die Kostenfunktion. Um die Architekturen der Neuronalen Netze weiterhin klein zu halten und die Differentialgleichungen trotzdem auch auf größeren Gebieten lösen zu können, wird die Methode der „domain segmentation“ eingeführt. Diese teilt das gesamte Gebiet in kleinere Untergebiete auf und löst die „collocation polynomial neural forms“ einzeln in jedem der gleichverteilten Untergebiete. Die Lösung in einem dieser Untergebiete liefert dann den neuen Anfangswert für das benachbarte Untergebiet. Der domain segmentation Ansatz kann mit einer zusätzlichen adaptiven Verfeinerung kombiniert werden, in welchem die Kostenfunktion ausgewertet und als Status des Trainings der Neuronalen Netze definiert wird. Zusammen mit einem adaptiven Algorithmus für eine mögliche Verkleinerung der oben genannten Untergebiete ist der „adaptive neural domain refinement“ Ansatz entstanden. Jedes Untergebiet kann in seiner Größe verringer werden, bis die Minimierung der Kostenfunktion bis zu einer vordefinierten Genauigkeit erreicht ist. Eine Komponente zur automatischen Bestätigung des Ergebnisses ist in den Algorithmus aufgenommen worden. Zusätzlich zu den normalerweise kleinen Neuronalen Netzwerken wird eine automatische Anpassung der Parameter ermöglich, sollten einzelne Untergebiete in ihrer Größe zu klein werden
Numerische Untersuchungen eines flüssigkeitsgefüllten präzedierenden Zylinders : ein Rahmen für das DRESDYN-Präzessions-Experiment
No full textPrecession driven flows are believed to play a relevant role in planetary dynamics, such as in atmospheric phenomena, and as a complementary energy source for homogeneous dynamo action, i.e. the self-generation of planetary magnetic fields. Precessional motion occurs when a body rotates around an axis, which itself is rotating around another axis. The main influence of this forcing mechanism is a gyroscopic effect on the fluid flow which gives rise to a wavy dynamics even in the laminar regime. If the forcing magnitude is strong enough the flow goes through a series of phenomena such as instabilities, resonant interactions between waves, and transition to turbulence whose occurrence depends on the container shape and the angle between the two axis. Although many phenomena have a satisfactory explanation, others still remain elusive and merit further investigations.
The interest in moderate to large forcing is particularly motivated by the need of theoretical supports for the upcoming DRESDYN (DREsden Sodium facility for DYNnamo and thermohydraulic studies) precession experiment, whose main purpose is to test the capability of a precessing fluid system to achieve a dynamo effect. Here, the possibility to generate a magnetic field is connected to the emergence of three large scale structures in the bulk flow: a directly forced standing wave, poloidal vortices, and a geostrophic axisymmetric flow.
In this thesis we use numerical simulations to study and understand the flow behavior in a fluid-filled precessing cylinder. We use two types of approaches: a global study to investigate large scale phenomena and the resulting magnetohydrodynamics behavior, and a local model to analyze and unveil the properties of turbulence forced by precession. The bulk flow behavior present different responses with respect to the sense of motion: while prograde precession shows a steep transition to turbulence when increasing the forcing magnitude with a marked breakdown of the directly forced mode, retrograde precession presents a much smoother change. A related distinction has been found also for the dynamo action, which is more likely to occur for perpendicular and retrograde precession. The precession driven turbulence is a complex scenario determined by the coexistence of geostrophic vortices (called also condensates), a typical feature of rotating turbulence prone to an inverse cascade of energy, and small scale 3D waves characterized by a direct energy cascade. We observe the interaction of these two structures as being governed by a clear hierarchy.Es wird angenommen, dass präzessionsgetriebene Strömungen eine wichtige Rolle in der Planetendynamik spielen, z. B. bei atmosphärischen Phänomenen, und dass sie eine ergänzende Energiequelle für die homogene Dynamowirkung, d. h. die Selbsterzeugung planetarischer Magnetfelder, darstellen. Präzessionsbewegungen treten auf, wenn sich ein Körper um eine Achse dreht, die ihrerseits um eine andere Achse rotiert. Der Haupteinfluss dieses Antriebsmechanismus ist ein gyroskopischer Effekt auf die Fluidströmung, der selbst im laminaren Bereich eine wellenförmige Dynamik hervorruft. Wenn die Antriebsgröße stark genug ist, durchläuft die Strömung eine Reihe von Phänomenen wie Instabilitäten, resonante Wechselwirkungen zwischen Wellen und den Übergang zur Turbulenz, deren Auftreten von der Behälterform und dem Winkel zwischen den beiden Achsen abhängt. Obwohl es für viele Phänomene eine zufriedenstellende Erklärung gibt, sind andere noch immer schwer fassbar und bedürfen weiterer Untersuchungen.
Das Interesse an mäßigen bis großen Kräften ist insbesondere durch den Bedarf an theoretischer Unterstützung für das bevorstehende DRESDYN (DREsden Sodium facility for DYNnamo and thermohydraulic studies) Präzessions-Experiment motiviert, dessen Hauptzweck darin besteht, die Fähigkeit eines präzessierenden Fluidsystems zur Erzielung eines Dynamoeffekts zu testen. Hier ist die Möglichkeit, ein Magnetfeld zu erzeugen, mit dem Auftreten von drei großräumigen Strukturen in der Massenströmung verbunden: eine direkt erzwungene stehende Welle, poloidale Wirbel und eine geostrophische achsensymmetrische Strömung.
In dieser Arbeit verwenden wir numerische Simulationen, um das Strömungsverhalten in einem flüssigkeitsgefüllten präzessiven Zylinder zu untersuchen und zu verstehen. Wir verwenden zwei Arten von Ansätzen: eine globale Studie, um großräumige Phänomene und das daraus resultierende magnetohydrodynamische Verhalten zu untersuchen, und ein lokales Modell, um die Eigenschaften der durch Präzession erzwungenen Turbulenz zu analysieren und zu enthüllen. Das Verhalten der Massenströmung zeigt je nach Bewegungsrichtung unterschiedliche Reaktionen: Während die prograde Präzession einen steilen Übergang zur Turbulenz zeigt, wenn die Stärke des Antriebs erhöht wird, mit einem deutlichen Zusammenbruch des direkt erzwungenen Modus, zeigt die retrograde Präzession eine viel sanftere Veränderung. Eine ähnliche Unterscheidung wurde auch für die Dynamowirkung gefunden, die bei senkrechter und retrograder Präzession wahrscheinlicher ist. Die präzessionsgetriebene Turbulenz ist ein komplexes Szenario, das durch die Koexistenz von geostrophischen Wirbeln (auch Kondensate genannt), einem typischen Merkmal rotierender Turbulenz, die zu einer inversen Energiekaskade neigt, und kleinräumigen 3D-Wellen, die durch eine direkte Energiekaskade gekennzeichnet sind, bestimmt wird. Wir beobachten, dass die Interaktion dieser beiden Strukturen von einer klaren Hierarchie bestimmt wird
Kolonisierung mit Escherichia coli
No full textTo increase our understanding of bacterial intestinal colonization in animal populations lacking anthropogenic influence we devised the first objective and studied the diversity of E. coli in pristine wild animal population. Overall, E. coli in cormorants maintained a high diversity under minimal anthropogenic influences. E. coli were isolated from individual birds of two cormorant colonies located on small islands in lakes at least 100 km away from human settlements. Diversity of the isolates was studied using pulsed field gel electrophoresis (PFGE). 137 isolates of cormorant colony-1 and 75 isolates of cormorant colony-2 resulted in 60 and 33 PFGE types, respectively. Representative strains of each PFGE type were analysed in terms of phylogroups, extraintestinal virulence associated genes (exVAGs), adhesion to the chicken intestinal cell line and antimicrobials. Most isolates belonged to phylogroup B1 (68.3%) followed by B2 and E with B2 harbouring the highest total number of exVAGs per isolate. Surprisingly, a PFGE type with relatively few exVAGs displayed the highest isolation frequency, also showing a high adhesion rate. Comparative analysis of exVAGs to other E. coli populations of wildlife origin revealed that the secreted autotransporter toxin encoding sat gene was only present in cormorants.
The second objective was to characterize and identify factors contributing to the novel adhesion phenotype, known as Clumpy adhesion by the strain 4972 E. coli when incubated on human urinary bladder 5637 cell line. Transcriptome and proteome of adhered bacteria clustered together and diverged from bacteria in the supernatant. The clumpy structure was further explored in terms antibiotic stress where sessile structures could tolerate high antibiotic pressure of ampicillin up to 16 mg/ml and gentamicin up to 2 µg/ml. Data analysis unveiled differential expression of 623 genes between bacteria forming clumps and in supernatant. 148 genes were hypothetical and five hypothetical genes i.e., ffp, espX1, pilV, spnT and yggT along with four known genes i.e., dnaK, spy, flgH and fimH were targeted for deletion. Seven genes deletion mutants, three known (i.e., spy, flgH and fimH) and four hypothetical (ffp, pilV, spnT and yggT) genes were successfully generated and analysed for various parameters. ΔflgH showed loss of clumpy phenotype and adhesion ability up to 80% was regenerated by complementation. When antibiotic stress by ampicillin was applied after clump formation, Δffp depicted no effect of high concentration of ampicillin. In case of ΔpilV, adhesion significantly increased to 151% and upon complementation, adhesion was reduced to 53%. ΔspnT during ampicillin stressed adhesion fared almost 8.5 times better than the wild type strain. ΔyggT exhibited high adhesion of 145.5 % and upon reintroduction, adhesion decreased to 13%. Overall, we were able characterize a new phenotype and determined the role of genes contributing to clumpy adhesion phenotype.Um das Verständnis von der bakteriellen Darmbesiedlung in Tierpopulationen ohne anthropogene Einflüssne zu verbessern, wurde die Vielfalt von E. coli in unberührten Wildtierpopulationen untersucht. Die Diversität von E. coli in Kormoranen unter minimalen anthropogenen Einflüssen ist hoch. E. coli wurden von einzelnen Komoranen aus zwei Kolonien isoliert, die sich auf kleinen Inseln in Seen befinden (>100 km von menschlichen Siedlungen entfernt). Die Diversität der Isolate wurde mittels Pulsfeldgelelektrophorese (PFGE) untersucht. 137 Isolate von Kolonie-1 und 75 Isolate von Kolonie-2 ergaben 60 bzw. 33 PFGE-Typen. Repräsentative Stämme jedes PFGE-Typs wurden hinsichtlich Phylogruppen, extraintestinale Virulenz-assoziierte Gene (exVAGs), Adhäsion an einer Hühnerdarmzelllinie und Antibiotikaresistenzen analysiert. Die meisten Isolate gehörten zur Phylogruppe B1 (68,3 %), gefolgt von B2 und E, wobei B2 die höchste Gesamtzahl an exVAGs pro Isolat aufwies. Überraschenderweise wies ein PFGE-Typ mit relativ wenigen exVAGs die höchste Isolationshäufigkeit auf und zeigte eine hohe Adhäsionsrate. Eine vergleichende Analyse der exVAGs mit anderen E. coli - Populationen aus Wildtieren ergab, dass das sat-Gen (sekretierte Autotransporter-Toxin) nur bei Kormoranen vorkommt.
Das 2. Ziel war die Charakterisierung und Identifizierung von Faktoren, die zu einem neuartigen Adhäsionsphänotyp beitragen; wird E. coli-Stamm 4972 auf der Zelllinie 5637 inkubiert, adhäriert dieser in Klumpen. Transkriptom und Proteom der anhaftenden Bakterien gruppierten sich zusammen und unterschieden sich von den Bakterien im Überstand. Die klumpige Struktur wurde auf Antibiotikastress untersucht, wobei die sessilen Strukturen einen hohen Antibiotikadruck tolerierten (bis zu 16 mg/ml Ampicillin und bis zu 2 µg/ml Gentamicin). Die Datenanalyse ergab eine unterschiedliche Expression von 623 Genen zwischen Bakterien, die Klumpen bilden, und solchen im Überstand. 148 Gene waren hypothetisch. Fünf hypothetische Gene (ffp, espX1, pilV, spnT, yggT) sowie vier bekannte Gene (dnaK, spy, flgH, fimH) wurden gezielt deletiert. Sieben Gen-Deletionsmutanten (spy, flgH, fimH und ffp, pilV, spnT, yggT) wurden erfolgreich erzeugt und auf verschiedene Parameter untersucht. ΔflgH zeigte einen Verlust des klumpigen Phänotyps und die Adhäsionsfähigkeit wurde durch Komplementierung zu 80 % wiederhergestellt. Wurde nach der Klumpenbildung eine antibiotische Belastung mit Ampicillin durchgeführt, zeigte Δffp keine Wirkung bei hohen Konzentration. Bei ΔpilV erhöhte sich die Adhäsion signifikant auf 151 %, und nach der Komplementierung betrug die Adhäsion 53 %. ΔspnT schnitt bei Ampicillin-belasteter Adhäsion fast 8,5 Mal besser ab als der Wildtyp-Stamm. ΔyggT wies eine hohe Adhäsion von 145,5 % auf, und sank nach Wiedereinführung auf 13 %. Insgesamt konnten wir einen neuen Phänotyp charakterisieren und die Rolle von Genen bestimmen, die zum Phänotyp der klumpigen Adhäsion beitragen
Analyse der Stadterweiterung und ihrer Auswirkungen auf die Temperatur mit Hilfe von Fernerkundung und GIS-Techniken in der Metropole Accra in Ghana (1986-2022)
No full textThe Accra Metropolis of Ghana has experienced rapid urban expansion over the past decades. Agricultural and forest-lands have been transformed into urban/built-up areas. This study analysed urban expansion and its relationship with the temperature of Accra from 1986 to 2022. Multi-source datasets such as remote sensing (RS) and other ancillary data were utilised. Land use land cover (LULC) maps were produced employing the random forests classifier. Land surface temperature (LST) and selected d(RS) Indices were extracted. Regression techniques assessed the interplay between LST and remote sensing indices. The LULC maps revealed increasing trends in the urban/built-up areas at the expense of the other LULC types. The analysis from the LST and the RS indices revealed a direct relationship between temperature and urban/built-up areas and an inverse relationship between temperature and vegetation. Thus, spatial urban expansion has modified the urban temperature of Accra. The integrated utilisation of RS and GIS demonstrated to be an efficient approach for analysing and monitoring urban expansion and its relationship with temperature.Die Metropole Accra in Ghana hat in den letzten Jahrzehnten eine rasante Ausdehnung des Stadtgebietes erlebt. Landwirtschaftliche Flächen und Waldgebiete wurden in städtische/bebaute Gebiete umgewandelt. Diese Studie untersuchte die städtische Expansion und ihre Beziehung zur Temperatur in Accra von 1986 bis 2022. Es wurden Daten aus mehreren Quellen wie Fernerkundung (Remote Sensing, RS) und andere Zusatzdaten verwendet. Landnutzungs- und Landbedeckungskarten (Land Use Land Cover, LULC) wurden mit Hilfe des Random-Forest-Klassifikators erstellt. Landoberflächentemperatur (Land Surface Temperature, LST) und ausgewählte d(RS)-Indizes wurden extrahiert. Mit Regressionstechniken wurde das Zusammenspiel zwischen LST und Fernerkundungsindizes untersucht. Die LULC-Karten zeigten zunehmende Trends in den städtischen/bebauten Gebieten auf Kosten der anderen LULC-Typen. Die Analyse der LST- und RS-Indizes ergab eine direkte Beziehung zwischen Temperatur und städtischen/bebauten Gebieten und eine umgekehrte Beziehung zwischen Temperatur und Vegetation. Somit hat die räumliche Ausdehnung der Städte die städtische Temperatur in Accra verändert. Die integrierte Nutzung von RS und GIS erwies sich als effizienter Ansatz für die Analyse und Überwachung der städtischen Expansion und ihrer Beziehung zur Temperatur
Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2024,01 (19.03.2024)
No full textSemesterticketsatzung der Studierendenschaft der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus–Senftenberg vom 12. März 202
Planung des städtischen Erbes in Teheran und darüber hinaus : Sequenzen von unterbrochenen räumlich-diskursiven Assemblagen
No full textDespite the impact of ideological rigidity, the primary challenge of heritage planning in Tehran and beyond lies not in the dominance of an inflexible Authorized Heritage Discourse, but rather in the absence of stable spatial-discursive and administrative structures. Solmaz Yadollahi maps the historical trajectory of conservation and urban heritage planning in Iran, depicting a discursive-spatial assemblage that tends to knock down its accumulated resources. This is in line with Katouzian's portrayal of Iran as a pick-axe society. Residing within this society, the studied assemblage strives to deconstruct the prevailing structures and usher in a fresh one, paradoxically perpetuating the very cycle it seeks to escape.Trotz der Auswirkungen ideologischer Rigidität liegt die primäre Herausforderung der Denkmalschutzplanung in Teheran und darüber hinaus nicht in der Dominanz eines unflexiblen autorisierten Denkmalschutzdiskurses, sondern vielmehr im Fehlen stabiler räumlich-diskursiver und administrativer Strukturen. Solmaz Yadollahi zeichnet die historische Entwicklung der Denkmalpflege und der städtischen Denkmalplanung im Iran nach und stellt eine diskursiv-räumliche Assemblage dar, die dazu neigt, die angesammelten Ressourcen abzubauen. Dies steht im Einklang mit Katouzians Darstellung des Irans als einer Pickelgesellschaft. Innerhalb dieser Gesellschaft strebt die untersuchte Assemblage danach, die vorherrschenden Strukturen zu dekonstruieren und neue einzuführen, wobei sie paradoxerweise genau den Kreislauf aufrechterhält, dem sie zu entkommen sucht
Das Wassererbe Varanasi : ein integriertes Schutz- und Entwicklungsprojekt zur Wiederbelebung der heiligen Gewässer und des ökologischen Erbes
No full textWater has been a pivotal force in the growth and sustenance of cities, playing a vital role in human survival. In India, a nation blessed with abundant resources, traditional water management systems have been efficiently employed. The significance of water in Hinduism extends beyond the practical, intertwining with religious beliefs and the cosmic cycle of Hindu myths. Cities in India have historically developed along rivers and water bodies, evolving into sacred sites that embody the nation’s cultural legacy. However, the rapid urbanization and modernization sweeping through India pose a formidable threat to these sacred cities, eroding their identity. Varanasi, often considered a microcosm of Indian heritage, is undergoing profound changes in its sacred landscape due to colonial policies and modern development. This transformation is evident in the diminishing catchment ecologies and the changing land use patterns over the past two decades. This research focuses on Varanasi’s water system as a key element in preserving its sacred landscape, intertwined with social, cultural, religious, and ecological dimensions. The study delves into the diverse typologies of water bodies spread across Varanasi, aiming to comprehend their transformations. The objective is to formulate a conservation and management plan that recognizes the intrinsic connection between Varanasi’s sacred waters and its heritage ecologies. The research seeks to develop a comprehensive framework and integrated strategies, complete with a site-specific action plan. Using the Durga Kund area as a model, the study envisions and designs strategies for future development. By crafting a holistic, site-specific approach to revitalizing and preserving the city’s sacred water resources, the research aims to elevate the importance of water management in Varanasi’s overall management plan. The proposed framework can serve as a model for cities sharing strong religious beliefs and facing threats to their water infrastructure. It offers a blueprint for reviving and safeguarding sacredscapes through integrated water management, applicable at both the regional and city levels.Wasser ist eine zentrale Kraft für das Wachstum und den Unterhalt von Städten und spielt eine entscheidende Rolle für das Überleben der Menschen. In Indien, einer Nation, die mit reichlichen Ressourcen gesegnet ist, wurden traditionelle Wassermanagement-Systeme effizient eingesetzt. Die Bedeutung des Wassers im Hinduismus geht über das Praktische hinaus und ist mit dem religiösen Glauben und dem kosmischen Zyklus der hinduistischen Mythen verwoben. Städte in Indien haben sich historisch entlang von Flüssen und Gewässern entwickelt und sind zu heiligen Stätten geworden, die das kulturelle Erbe des Landes verkörpern. Die rasante Urbanisierung und Modernisierung, die Indien durchzieht, stellt jedoch eine große Bedrohung für diese heiligen Städte dar und untergräbt ihre Identität. Varanasi, das oft als Mikrokosmos des indischen Kulturerbes betrachtet wird, macht aufgrund der Kolonialpolitik und der modernen Entwicklung tiefgreifende Veränderungen in seiner heiligen Landschaft durch. Dieser Wandel zeigt sich in den schwindenden Ökosystemen der Wassereinzugsgebiete und den veränderten Landnutzungsmustern der letzten zwei Jahrzehnte. Diese Untersuchung konzentriert sich auf das Wassersystem von Varanasi als Schlüsselelement für die Erhaltung der heiligen Landschaft, das mit sozialen, kulturellen, religiösen und ökologischen Dimensionen verwoben ist. Die Studie befasst sich mit den verschiedenen Arten von Gewässern in Varanasi und versucht, deren Veränderungen zu verstehen. Ziel ist es, einen Erhaltungs- und Bewirtschaftungsplan zu formulieren, der die enge Verbindung zwischen den heiligen Gewässern von Varanasi und seinem ökologischen Erbe anerkennt. Im Rahmen der Forschung sollen ein umfassender Rahmen und integrierte Strategien entwickelt werden, die durch einen standortspezifischen Aktionsplan ergänzt werden. Am Beispiel des Durga-Kund-Gebiets werden in der Studie Strategien für die künftige Entwicklung entworfen. Durch die Ausarbeitung eines ganzheitlichen, ortsspezifischen Ansatzes zur Wiederbelebung und zum Erhalt der heiligen Wasserressourcen der Stadt zielt die Studie darauf ab, die Bedeutung des Wassermanagements im Gesamtmanagementplan von Varanasi hervorzuheben. Der vorgeschlagene Rahmen kann als Modell für Städte dienen, die einen starken religiösen Glauben teilen und deren Wasserinfrastruktur bedroht ist. Er bietet einen Entwurf für die Wiederbelebung und den Schutz heiliger Flüsse durch integriertes Wassermanagement, der sowohl auf regionaler als auch auf städtischer Ebene anwendbar ist
Nanopore-Sequenzierung in der Labormedizin : neue molekulardiagnostische Ansätze für Familiäres Mittelmeerfieber und SARS-CoV-2 Infektionen
No full textNanopore sequencing, a third-generation sequencing technique that applies nanometre sized pores to transduce the physical and chemical properties of specific nucleobases into measurable electrical signals, shows attractive advantages over conventional next-generation sequencing techniques. However, primarily due to high sequencing error rates this technique has rarely been used so far in clinical laboratory diagnostics. In this cumulative dissertation Nanopore sequencing was established and validated in clinical diagnostics using the example of the molecular diagnosis of Familial Mediterranean fever (FMF) and SARS coronavirus-2 (SARS-CoV-2) infections. First, a novel data analysis pipeline for accurate single nucleotide polymorphism (SNP) genotyping using Nanopore sequencing data was developed and validated with the corresponding sequencing protocol against conventional Sanger sequencing using 47 samples of patients with clinical suspicion of FMF. This method comparison showed a perfect agreement between both methods rendering current Nanopore sequencing in principle suitable for SNP genotyping in human genetics.
The bioinformatic analysis of sequencing data is one of the most challenging parts in Nanopore sequencing experiments and complicates the application in a clinical diagnostic setting. Therefore, six different bioinformatic tools for sequence alignment were evaluated regarding their applicability to Nanopore sequencing data. This evaluation revealed a good suitability of all except one of these tools although differences in quality and performance exist.
Since Nanopore sequencing showed a robust performance in SNP genotyping, a SARS-CoV-2 whole genome sequencing (WGS) protocol was established to enable onside viral WGS in a clinical laboratory. This was especially important for viral molecular biological surveillance during the pandemic as shown by analysing viral genetic data over the course of one year. Applying this approach in a clinical research project to investigate host-virus interaction by aggregating for the first time viral genetic data, serological data and clinical data, showed diverse humoral immune responses to SARS-CoV-2, that appear to be influenced by age, obesity and disease severity. Further, even small viral genetic changes may influence the clinical presentation of the associated disease COVID-19. Additionally, a novel reverse transcriptase (RT)- loop mediated isothermal amplification (LAMP) assay for the detection of SARS-CoV-2 was developed and validated for diagnostic use by method comparison with conventional RT-polymerase chain reaction (PCR). In summary, by presenting advancements of sequencing and bioinformatic workflows with the focus on an application in clinical diagnostics, the results of this thesis may pave the way for a broader application of Nanopore sequencing in laboratory medicine in the near future.Die Nanopore-Sequenzierung, eine Nukleinsäure-Sequenziertechnologie, bei der Poren im Nanometerbereich verwendet werden, um die molekularen Eigenschaften einzelner Nukleobasen in elektrisch messbare Signale umzuwandeln, weist einige Vorteile im Vergleich zu Next-Generation Sequenzierverfahren auf. Im Wesentlichen aufgrund einer hohen Fehlerrate wird die Technik bisher kaum in der klinischen Diagnostik verwendet. In der vorliegenden kumulativen Dissertation wurde die Nanopore-Sequenzierung am Beispiel der molekularen Diagnostik von familiärem Mittelmeerfieber (FMF) und SARS Coronavirus-2 (SARS-CoV-2) Infektionen für die klinische Diagnostik etabliert und validiert. Hierzu wurde zunächst eine neue Datenanalyse Pipeline für die zuverlässige Bestimmung von Einzelbasenaustauschen (SNPs) entwickelt und mit dem dazugehörigen Sequenzierprotokoll durch einen Methodenvergleich mit konventioneller Sanger-Sequenzierung unter Verwendung von 47 klinischen Proben von FMF-Patienten validiert. Dabei konnte eine perfekte Übereinstimmung zwischen beiden Methoden gezeigt werden, was die Anwendbarkeit der Technologie für SNP-Genotypisierung demonstriert. Die bioinformatische Auswertung der Daten stellt eine wesentliche Herausforderung bei der Durchführung von Nanopore-Sequenzierexperimenten dar und erschwert damit eine diagnostische Anwendung. Um dies zukünftig zu vereinfachen, wurden sechs verschiedene Sequenz-Alignment Programme hinsichtlich Ihrer Anwendbarkeit auf Nanopore-Sequenzierdaten überprüft. Dabei konnte gezeigt werden, dass trotz deutlicher Unterschiede in Qualität und Leistungsfähigkeit alle bis auf eines dieser Programme für die Analyse entsprechender Datensätze verwendet werden können. Da sich die Nanopore-Sequenzierung als gut geeignet für SNP-Genotypisierung erwies, wurde zusätzlich ein SARS-CoV-2 Vollgenom-Sequenzierprotokoll etabliert, um die Vollgenom-Sequenzierung im Diagnostiklabor zu ermöglichen. Dies hat sich insbesondere als wichtig für die molekularbiologische Surveillance im Rahmen der Pandemie erwiesen. Zusätzlich wurde das Vollgenom-Sequenzierprotokoll in einem klinischen Forschungsprojekt verwendet, um Wirt-Virus Interaktionen zu untersuchen, indem zum ersten Mal virale genetische Daten, serologische Daten und klinische Daten aggregiert ausgewertet wurden. Dabei konnte eine breit gefächerte humorale Immunantwort auf das Virus beobachtet werden, die im Wesentlichen von den Faktoren Alter, Übergewicht und dem Schweregrad der Erkrankung beeinflusst wurde. Außerdem konnte dargestellt werden, dass vermutlich schon kleine Veränderungen im viralen Genom das klinische Bild der assoziierten Erkrankung COVID-19 beeinflussen. Abschließend wurde im Rahmen der Dissertation eine neue reverse Transkriptase (RT)- Loop Mediated Isothermal Amplification (LAMP) Methode zum Nachweis von SARS-CoV-2 entwickelt und für die diagnostische Anwendung durch einen umfassenden Methodenvergleich mit konventioneller RT-Polymerasekettenreaktion (PCR) validiert