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Recent Submissions

Publication
2024-10-14Kumulative Dissertation
Integrating isotopes, environmental data, and tracer-aided modelling to assess effects of contrasting land cover on ecohydrological fluxes
(Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät) Landgraf, Jessica; Haase, Dagmar; Marshall, John; Soulsby, Christopher
Pflanzen verbinden atmosphärisches mit unterirdischem Wasser und prägen so den Wasserkreislauf mit einer Reihe verschiedener Prozesse wie Interzeption und Transpiration. Diese Dissertation verwendet stabile Wasserisotope um ökohydrologische Flüsse vom Parzellenmaßstab zum Einzugsgebietskontext zu untersuchen und die Effekte von Vegetationsbedeckung auf die Wasseraufteilung zu bewerten. Die Arbeit ermittelte, dass die Wurzelwasseraufnahme zweier Weiden während der Vegetationsperiode von 2020 hauptsächlich aus Wasser des Oberbodens bestand, selbst während einer Trockenphase im Sommer. Am Ende der Vegetationsperiode und nach der Wiederbefeuchtung des Oberbodens entnahmen die Bäume tieferes Bodenwasser. Weiterhin deuteten Untersuchungen während der Vegetationsperiode in 2021 im Demnitzer Mühlenfließ darauf hin, dass eine geringe Variabilität der Wasseraufteilung in den untersuchten Landnutzungen vorliegt und wahrscheinlich durch das zurückgesetzte Evaporationssignal nach einem Starkregenereignis hervorgerufen wurde. Eine Modellierung der Wasserflüsse von den vier Landnutzungen mittels des Modells EcoIsoPlot zeigte, dass die Wasseraufteilung in der Agroforstwirtschaft zwischen Wald und Ackerfläche liegt. Solche Unterschiede wurden nur mit Hilfe der Simulation der Wasserbilanz aufgezeigt und betonen die Relevanz von stabilen Wasserisotopen in Verbindung mit weiteren ökohydrologischen Parametern. Weiterhin untersuchte der kollaborative Artikel mit dem EcH2O-iso Modell die hoch-frequenten Daten des Weidenstandorts und erreichte die besten Simulationen mittels täglicher Zeitschritte und distanz-basierter, isotopischer Mischung. Diese Thesis beobachtete, analysierte und modellierte ökohydrologische Flüsse mit verschiedenen räumlichen und zeitlichen Maßstäben. Sie zeigt die Relevanz von Interaktionen zwischen Pflanzen und Wasser für die Ermittlung von Wasserpartitionierung sowie weitere Forschungsmöglichkeiten für die Beobachtung und Modellierung von ökohydrologischen Flüssen.
Publication
2024-10-14Kumulative Dissertation
Flexible Regression for Different Types of Multivariate Functional Data
(Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät) Volkmann, Alexander; Greven, Sonja; Nikolaus, Umlauf
In dieser Dissertation werden neue Regressionsansätze für multivariate longitudinale oder funktionale Daten entwickelt, die eine flexible Modellierung von interessierenden Kovariableneffekten ermöglichen. Die Abhängigkeit innerhalb und zwischen den verschiedenen Zielgrößen wird über latente multivariate Gauss-Prozesse modelliert. Die Regressionsansätze folgen einem zweistufigen Verfahren, in dem in einem vorgelagerten Schritt multivariate funktionale Hauptkomponentenanalysen eingesetzt werden, um sparsame empirische Basen für die Gauss-Prozesse zu konstruieren. Drei verschiedene Regressionsmodelle werden für verschiedene Arten multivariater longitudinaler oder funktionaler Daten entwickelt. Das erste Projekt führt das zweistufige Verfahren für multivariate normalverteilte funktionale Daten ein, die eine gekreutzte oder genestete Datenstruktur aufweisen können. Das Regressionsmodell ist im frequentistischen Rahmenmodell der funktionalen additiven gemischten Modelle eingebettet und wird durch Anwendungen auf Bewegungsdaten und Sprachdaten illustriert. Das zweite Projekt entwickelt ein bayesianisches Regressionsgerüst für multilevel multivariate funktionale Daten, die verschiedenen punktweisen Verteilungen folgen. Das erlaubt es, verschiedene Datentypen, wie etwa binäre, Zähl- oder kontinuierliche funktionale Daten gleichzeitig zu modellieren, was durch eine Anwendung auf Berliner Verkehrsdaten veranschaulicht wird. Das dritte Projekt vereint multivariate longitudinale normalverteilte Daten mit einer Ereigniszeit-Zielgröße in einem gemeinsamen bayesianischen Modellierungsansatz. Solche Modelle werden oft im medizinischen Bereich verwendet, beispielsweise wenn der Fokus der Analyse auf der Schätzung der Assoziation zwischen longitudinalen Messungen von Biomarkern und dem Überleben von Patienten mit chronischen Lebererkrankung liegt.
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2022-08-02Zeitschriftenartikel
Dealing with the COVID-19 pandemic: an opportunity to reflect on sustainability research
(Integrative Forschungsinstitute) Nölting, Benjamin; König, Bettina; Zimmermann, Anne B.; Di Giulio, Antonietta; Schäfer, Martina; Schneider, Flurina
The COVID-19 pandemic has jolted societies out of normality, possibly creating new conditions for sustainability transformations. What does this mean for sustainability research? Because of the scope of the crisis, researchers have been heavily involved: not only have they had to speed up the pace of scientific production to provide urgently needed COVID-19 knowledge, but they have also been affected citizens. For sustainability science, this calls for an experience-based reflection on the positionality and orientation of research aiming to support sustainability transformations. Twenty sustainability researchers discussed their sustainability research on COVID-19 in three workshops based on the following questions: How does the pandemic—and the measures taken to deal with it—affect sustainable development? What can we learn from the pandemic from the perspective of societal transformation? The present discussion paper emerged from this multidisciplinary exchange among sustainability researchers, considering five topics: impacts of the COVID-19 crisis on sustainability transformations; learning for sustainability transformations; the role of solidarity; governance and political steering; and the role of science in society. Our discussions led to a meta-level reflection on what sustainability research can learn from research on COVID-19 regarding topics and disciplinary angles, time dimensions, the role of researchers, and how adequate preparation for both crises and long-term transformations requires interdisciplinary interaction.
Publication
2024-10-10Dissertation
Exploring Pathogenic Mutations at Phosphorylation Sites through a Peptide-Based Proteomics Screen
(Lebenswissenschaftliche Fakultät) Rrustemi, Trëndelina; Selbach, Matthias; Blüthgen, Nils; Ivarsson, Ylva
Mit der Entwicklung und der Anwendung moderner Genomsequenzierungstechnologien können weitere Genmutationen identifiziert werden. Nach jetzigem Stand sind etwa 20% dieser Mutationen in Bereichen von Proteinen vorzufinden, die keine eindeutige 3D-Struktur haben. Diese werden intrinsisch ungeordnete Regionen genannt (intrinsic disordered regions, IDRs). Die IDRs sind für die Steuerung biologischer Prozesse wichtig. Sie enthalten kurze, lineare Abschnitte (SLiMs), die bei der Interaktion von Proteinen eine Rolle spielen und mittels Phosphorylierung reguliert werden können. Um Krankheiten besser zu verstehen, ist es entscheidend zu erforschen, wie diese IDR-Mutationen die Interaktionen von Proteinen beeinflussen. In dieser Doktorarbeit wird eine Methode verwendet, bei der synthetische Peptide, die den mutierten Proteinsequenzregionen entsprechen, auf eine Membran aufgebracht werden, um die Wechselwirkungen dieser Peptidsequenzen mit zellulären Proteinen systematisch zu untersuchen. Zusätzlich werden Änderungen dieser Interaktionen zwischen normalen, phosphorylierten oder zusätzlich sequenzveränderten Peptidvarianten untersucht, um die Auswirkungen der Genmutationen besser zu verstehen. Diese Arbeit zeigt deutliche Unterschiede in den Wechselwirkungen zwischen phosphorylierten und nicht-phosphorylierten Peptiden auf. Sie sind größtenteils auf die Störung der phosphorylierungsabhängigen SLiMs zurückzuführen. Unter den Proteinen sticht insbesondere die S102P Mutation im Transkriptionsfaktor GATAD1 heraus, die mit einer Herzmuskelerkrankung in Verbindung steht. Wir haben festgestellt, dass diese Mutation eine Phosphorylierungsstelle stört, die für die Bindung an 14-3-3-Proteine verantwortlich ist. Wir haben weitere Untersuchungen durchgeführt, um diese Interaktion besser nachvollziehen zu können. Diese Arbeit trägt dazu bei, die molekularen Mechanismen von Krankheiten besser zu verstehen und bietet Möglichkeiten für weiterführende Untersuchungen und Therapieansätze auf.
Publication
2024-10-10Dissertation
Polymerizable BODIPY Probes for Molecularly Imprinted Optical Sensing
(Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät) Sun, Yijuan; Emmerling, Franziska; Ray, Kallol; De Lorenzi, Ersilia
Ein aktueller Forschungsschwerpunkt in der analytischen Chemie ist die Entwicklung (bio)chemischer Sensoren mit hoher Selektivität, Empfindlichkeit und schnellem Ansprechverhalten für den Nachweis und das Monitoring von besorgniserregenden Analyten in Realproben. Fluoreszierende molekular geprägte Sensormaterialien bieten einen innovativen Ansatz, indem sie die spezifischen Erkennungsfähigkeiten molekular geprägter Polymere (MIPs) mit der hohen Empfindlichkeit der Fluoreszenzdetektion kombinieren. Ziel dieser Arbeit war es, MIPs mit optischen Sensoreigenschaften zu entwickeln, um Umweltschadstoffe schnell und spezifisch nachzuweisen. Zur Konstruktion von MIPs mit außergewöhnlichen optischen Eigenschaften wurden fluoreszierende Sonden-Monomere auf Basis des Bor-Dipyrromethen (BODIPY)-Fluorophors entwickelt, synthetisiert und charakterisiert. Verschiedene Akzeptor-Einheiten wurden in das BODIPY-Gerüsts eingeführt, um das Ansprechverhalten auf Zielanalyten mit Carboxylatfunktionen (z.B. Arzneimittelwirkstoffe, Pestizide, oberflächenaktive Substanzen) zu untersuchen. Diese fluoreszierenden Sonden-Moleküle wurden mit polymerisierbaren Einheiten ausgestattet, um ihre kovalente Einbindung in ein quervernetztes MIP-Netzwerk zu ermöglichen, das als Erkennungselement und Signalübermittler dient. Die Molekülstrukturen wurden durch Röntgenkristallanalyse bestätigt. Mit Hilfe spektroskopischer Methoden wurden die photophysikalischen Eigenschaften der Sonden-Monomere und ihre Bindungsaffinität für die Zielmoleküle untersucht, wobei die Sonden-Monomere eine starke Fluoreszenz im sichtbaren bis nahen Infrarotbereich aufwiesen und bemerkenswerte spektrale Veränderungen bei der Bindung mit den Zielanalyten zeigten. Der Einbau der Sonden in MIP-Schalen auf Siliziumdioxid-Kernpartikeln ermöglichte den selektiven Nachweis eines bestimmten Antibiotikums gegenüber anderen Antibiotika mit ähnlichen funktionellen Gruppen. Weiterhin wurden rot-emittierende BODIPY-Farbstoffe zur Dotierung von Polymerkernen eingesetzt, um ein Sensorsystem mit dualer Emission (d. h., mit Farbstoff dotierter Polymerkern/SiO2-Schale/fluoreszierendes Sonden-Monomer enthaltende MIP-Schale). Diese sensorischen MIPs zeigten eine ratiometrische Fluoreszenzantwort auf ein Antihistaminikum, wobei das eingebaute Referenzsignal im Kern eine Selbstkalibrierung in den Assays ermöglichte. Ein weiteres dual fluoreszierendes MIP-Sensormaterial (d. h. farbstoffdotierter Siliziumdioxidkern/fluoreszierendes Sonden-Monomer enthaltende MIP-Schale) wurde für die direkte Messung von Perfluorcarbonsäuren entwickelt. Die Integration der sensorischen MIPs in einen mikrofluidischen Aufbau führte zu einer mobilen und vielseitigen Sensorplattform, die einfach zu bedienen ist.