Cytochrome c oxidase (CcO) is the terminal enzyme in the respiratory electron transport chain in mitochondria and is located within the mitochondrial membrane. CcO couples electron donation to proton transfer. This transfer occurs from the N-side to the P-side, maintaining a functional proton gradient across the membrane space. Likewise, it reduces molecular oxygen to water. The generation of the proton transmembrane gradient is used and regulated by the ATP synthase, which produces energy molecules called ATP (Adenosine-5′-triphosphate). Therefore, CcO has been studied for decades to answer the remaining questions about (i) how the redox state of its binuclear center (BNC) regulates proton uptake in its transition from oxidized to reduced state (O → R) via the K-channel, and (ii) how arginine 473I (R473I) is involved in electron-proton transfer. To address these questions, a surface cysteine-less (cysless) CcO homolog of Paracoccus denitrificans was expressed, and diverse mutations were introduced to study the proton and conformational dynamics. Additionally, a single mutation was introduced in the BNC region to examine changes in the local electric field upon reduction. To evaluate the hypothesis of cooperative proton uptake through a proton-collecting antenna involving different residues, three amino acids around the K-channel entrance were mutated to alanine, a nonpolar amino acid (H526IA, H73IIA, and E78IIA) in a surface cysteine-free background. These residues were selected because their side chains are protonable and are located near the K-channel entrance. They are also involved in forming a hydrogen-bond network that regulates proton uptake. These residues were mutated individually or in multiple combinations. Furthermore, a fluorescence probe was introduced via the thiol group of the cysteine mutation in the P301I residue. The fluorescence sensor aimed to monitor the local polarity, protonation, and conformational dynamics. Steady-state and time-resolved fluorescence spectroscopy measurements revealed different turnover rates for the single, double, and triple mutants, which were altered by the detergent gradient. Moreover, each mutation showed distinct protonation dynamics and conformational changes. The double mutation H526IA/H73IIA showed no change in the ∆pKa, a low turnover rate, and constrained conformational changes during the O → R transition upon K-channel activation. These findings suggest that the residues form a finely tuned hydrogen-bond network that controls proton uptake at the K-channel surface and affect long-range electrostatic changes from the BNC to the N-side surface. Subsequently, the role of R473I within the BNC was studied using UV-Vis and electrochemical infrared spectroscopy. Three different CcO proteins were used for this study: wild type (WT), surface cysless-WT (CS-WT), and R473IC. Likewise, carbon monoxide (CO) was used as a probe to monitor redox changes. The R473IC mutant exhibited a lower turnover rate. It also displayed notable changes in the distribution of heme bands in the UV-Vis spectra. These changes also occurred in the presence of CO in the reduced state, as observed in the UV-Vis assays. In contrast, electrochemical IR spectroscopy experiments did not reveal conclusive changes in the CO-binding spectra, the amide I and II bands, or the redox potential. This implies that the effects are primarily local electrostatic changes. These results suggest that R473I is not essential for the overall function of the CcO protein, though it is necessary for maintaining the optimal redox cycle equilibrium and electron transport in the BNC. Overall, these results propose the existence of a cooperative surface network, consisting of specific amino acids (histidines and glutamic acids), which regulates the proton uptake in the vicinity of the K-channel. Meanwhile, R473I modulates the electrostatic environment of the BNC. Together, these findings provide new insight into the mechanistic link between surface proton-collection dynamics and the internal electrostatic field contributing to redox-coupled proton pumping in cytochrome c oxidase.

In der Arbeit wird die Vergangenheit selbst als Forschungsgegenstand angesehen, diese aus einer kulturwissenschaftlichen Perspektive betrachtet und als ein Symbolsystem verstanden. Deren einzelne Elemente bekommen ihre Bedeutung – einmal durch ihre Beziehung zu anderen Elementen, ein anderes Mal sind sie für jemanden von Bedeutung. Es wird von einer relationalen Sichtweise ausgegangen, die sich von einer substantialistischen unterscheidet. Die Vergangenheit selbst ist transzendent und somit nicht empirisch untersuchbar, sie wird aber über Relikte (materielle Kultur) wahrgenommen und diese lassen sich als Mittler (Medium) zwischen Uns und der Vergangenheit ansehen. Diese Erkenntnisse werden im weiteren Teil der Arbeit im Bezug zu unserer Sichtweise über die Vergangenheit erörtert. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts endete nach über 450 Jahren die Phase des europäischen Kolonialismus und immer mehr Länder wurden unabhängig. Auch indigene Völker bekamen mehr Rechte zugesprochen. Im Zuge dessen kam es zu einem verstärkten Interesse an der Vergangenheit, die nun als multivokal und partikularistisch wahrgenommen wurde. In Folge dessen wurden die evolutionistischen Darstellungen reflektiert, bei denen die außereuropäischen Kulturen unsere Vorzeit repräsentieren sollen. Sie zeigen nicht den Fortschritt Europas, sondern sind ein Produkt der Globalisierung und lassen sich als Ergebnis einer Verflechtungsgeschichte verstehen. Die partikularen Darstellungen lassen sich als mythologische und substantialistische Urprungserzählungen ansehen, da jede soziale Gruppe ihre eigene primordiale Erzählung hat und sich dadurch von den Nachbarn unterscheidet. Als kulturwissenschaftliches Erklärungsmodell bietet sich die Theorie vom kulturellen Gedächtnis an. Dieses wird unterteilt in Speichergedächtnis (kein Bezug zur Gegenwart) und Funktionsgedächtnis (bildet Identität der Gruppe), letzteres (Unsere Vorzeit) beinhaltet einen kleinen Teil des ersten und seine Elemente sind austauschbar. Somit sind die primordialen Erzählungen als jeweiliges Funktionsgedächtnis einer Gruppe anzusehen, das sich auf Erinnerungsorte bezieht und als Erinnerungskultur sichtbar wird.

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Chinesischen Yams Pflanze Dioscorea polystachya. Diese faszinierende Pflanze aus der Familie der Dioscoreaceae ist aufgrund mehrerer Faktoren von Interesse. Wegen ihrer stärkehaltigen Knollen wird sie als Nahrungsmittel eingesetzt. Neben dem daraus resultierenden hohen Nährwert hat die Chinesische Yams jedoch auch ethnobotanische und ethnopharmakologische Relevanz. Sie Bestandteil verschiedener Arzneipflanzenzubereitungen in der Traditionellen Chinesischen Medizin und der Afrikanischen Zulu-Medizin. Die therapeutischen Einsatzgebiete sind ebenso vielfältig wie ihre phytochemischen Verbindungen. Am interessantesten ist dabei die Anwendung bei Diabetes und zur Linderung postmenopausaler Symptome. Die gesundheitsfördernden und ernährungsphysiologischen Eigenschaften zeigen die gesellschaftliche Bedeutung der Pflanze und ihr besonderes Potential. Sie sind ein wesentlicher Treiber, die Kultivierung der Pflanze auch außerhalb ihrer natürlichen Anbaugebiete, den tropischen und subtropischen Regionen, zu fördern. Ihr Anbau in Deutschland trägt zur Biodiversität bei und ist daher richtigerweise auch in der nationalen Bioökonomiestrategie der Bundesregierung angesiedelt. Die Kultivierung der Chinesischen Yams ist hierzulande noch kosten- und zeitintensiv. Sie muss verbessert werden, um das Potential der Pflanze auch tatsächlich in relevantem Umfang nutzbar zu machen. Dieser Herausforderung stellt sich die vorliegende Arbeit und das damit zusammenhängende EKO-YAM Projekt. Sie verfolgen das Ziel, eine kosteneffiziente und nachhaltige Anbaumethode zu entwickeln, um die Yams auch hierzulande als Nahrungspflanze etablieren zu können. Mit Blick auf die pharmakologisch interessanten sekundären Metaboliten liegt ein weiteres Ziel darin, den Einsatz der Yams als phytopharmazeutischen Rohstoff zu ebnen. Im Rahmen dieser Dissertation und des EKO-YAM Projektes wurden vier verschiedene Anbaumethoden getestet und verglichen: mobile Hochbeete, der Anbau in Gräben und in aufgeschütteten Hügeln und der Rinnenanbau. Für den Vergleich wurde unter anderem der Gesamtgehalt an sekundären Metaboliten, der primären Metaboliten aber auch der Chromgehalt der Knollen herangezogen. Flankierend erfolgten eine wirtschaftliche Auswertung und eine ganzheitliche Betrachtung der Kultivierung der Pflanze. Während der Untersuchungen zeigte sich, dass einige Blätter eine auffallende gelbe Verfärbung hatten. Der Ursache wurde nachgegangen, um einen optimalen Anbau der Pflanze in Deutschland zu gewährleisten. Die Techniken, welche bei den Untersuchungen zum Einsatz gekommen sind, waren vor allem die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, die Atomabsorptionsspektrometrie, aber auch die Gaschromatographie, die Dünnschichtchromatographie und die Massenspektrometrie. Die Ergebnisse resultierten in insgesamt vier experimentellen Artikeln. Diese Arbeit legt den Grundstein für den Prozess der Etablierung als funktionelles Lebensmittel und phytopharmazeutischen Rohstoff von Dioscorea polystachya.

Parasitic infections represent a significant global health burden. Simultaneously, parasitic infections have been found to exert a regulatory influence on the host’s immune system by modulating immune responses and dampening inflammation as part of their survival strategy, providing mechanisms, that could be exploited for drug development in autoimmune diseases and allergic reactions. Therefore, the intricate interplay between parasitic organisms and their hosts remains a subject of intense research. Heligmosomoides Polygyrus, a naturally occurring model organism, that has emerged as a valuable tool for studying host-parasite interactions and immunoregulation due to its well characterized life cycle and its relevance to gastrointestinal autoimmune diseases in mammals is used here. In spite of the largely characterized composition and effects of H. polygyrus Excretory–Secretory Antigen on the host, little is known about the parasites defense mechanisms or metabolic pathways. This study employs multi-photon Nicotinamide Adenine Dinucleotide (Phosphate) Oxidase (NAD(P)H) Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM) to shed light on the dynamic metabolic interactions and relationship between live intestinal nematodes and their host that plays a pivotal role in survival, pathogenicity and a fundamental understanding of immunological processes. The group around Prof. Dr. Niesner characterized the fluorescence lifetimes of NAD(P)H bound to 12 key co-enzymes around Pyruvatdehydrogenase (PDH) and Lactate Dehydrogenase (LDH), that take part in energy metabolic pathways, (like TCA), that in turn not only indicates cell respiration but also inflammation. This allows us to conclude indirectly the predominant metabolic pathway in the measured voxel. We successfully established a preparation pipeline for measuring two photon NAD(P)H FLIM of live nematodes in the explanted murine small intestine that can be defined as in-vivo like [Liublin, Rausch, Leben, Liebeskind, et al. 2023]. We have proven that with our pipeline the metabolic pathways and the occurrence of NAD(P)H mediated ROS in healthy mice, as well as the activity of tissue types of interest as the ratio between bound and free NAD(P)H of explanted duodenum are comparable with the activity of life tissue, paralleling literature. We have measured the preferred cell respiration and NOX/DUOX 1 2 abundance in segmented worm and host tissue over two weeks at four critical time-points during the acute phase of infection. Findings reveal that the nematodes show distinct metabolic signatures during the acute phase of the disease (14 days Post Infection (PI)) that suggest an adaptation to the host environment. From a more dormant state at day 6, the metabolic activity of the parasites increased steadily. These signatures further involve alterations in the RedOx state to cope for needs in energy production due to their moving patterns along their maturation and development. A steady shift from an anaerobic-glycolysis-respiratory-like pathway to an aerobic-glycolysis / Ox-Phos-like pathway is observable in the parasite over the cause of acute infection. At the same time the occurrence of ROS rises dramatically in segmented worm tissue in that same time frame. Parallel, defense reactions that are hijacked by the parasite to facilitate their survival and proliferation are identified in the host. An observable, initial strong increase in oxidative stress during the first days of infection in the host tissue is measurably reduced from day 10 onward (occurrence as % of measured and segmented, normalized to 100 μm3 tissue), paralleling literature. Our data on cell respiration in the early phase of acute infection shows that the host is producing energy less via anaerobic-glycolytic-like pathways, however, by day 14 the host’s metabolism reverts into its initial, healthy state, comparable with its respiration at day 6 PI. High demand and expression of Alcohol Dehydrogenase in stressed or wounded gut tissue can be measured, also paralleling literature. In summary, this research presents a novel application of multi-photon NAD(P)H FLIM in the context of parasitology, offering a deeper understanding of the metabolic adaptations employed by intestinal nematodes and their implications for host-parasite interactions, highlighting the feasibility and potential of this spatially resolved method as a powerful tool. This work additionally addresses viscosity changes in host mucus as another immunological interaction process and lays the foundation for deeper experiments with preliminary measurements of divers methods.

Jedes Bundesland in Deutschland hat entweder eine Verordnung oder ein Gesetz zur Haltung von Hunden erlassen. In fast allen dieser Verordnungen oder Gesetze werden bestimmte Hunderassen nur aufgrund ihrer Zugehörigkeit zu einer Rasse in einer Liste aufgeführt und reglementiert. Es gilt für diese Hunderassen Leinen- und Maulkorbpflicht, erhöhte Hundesteuer und häufig auch ein Fortpflanzungsverbot. Weiterhin muss der Hundehalter einige Bestimmungen erfüllen, um solche Hunderassen überhaupt halten zu dürfen. Kommt eine der reglementierten Hunderassen z.B. ins Tierheim, machen oben genannte Auflagen es möglichen neuen Besitzern schwer, sich für eine solche Hunderasse zu entscheiden. Medienberichte haben ebenfalls dazu beigetragen, dass das öffentliche Bild dieser Hunderassen negativ ist, so dass viele Menschen grundsätzlich Angst vor solchen Hunderassen haben. Im Urteil des Bundesverfassungsgerichtes 1778/01 aus dem Jahre 2004 wird empfohlen, die Hundebeißstatistiken in Bezug auf die einzelnen Rassepopulationen zu überprüfen und zu entscheiden, ob an der Reglementierung bestimmter Hunderassen festgehalten werden kann. Leider führen die meisten Bundesländer neben einer Beißstatistik keine Angaben zu den einzelnen Rassepopulationen. Ohne die Angabe zu den einzelnen Rassepopulationen kann keine statistisch fundierte Aussage zu den Beißvorfällen getroffen werden. Die Datenlage und die verschiedenen Vorschriften in den einzelnen Bundesländern sind nach den Ergebnissen dieser Untersuchung sehr unterschiedlich und daher nur bedingt vergleichbar. In Deutschland gab es im Untersuchungszeitraum dieser Arbeit insgesamt 2933 Bissvorfälle an Menschen, keiner davon mit Todesfolge. Nach den Ergebnissen einer im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Klinikumfrage zählen bei den Kindern die Altersgruppe der 5-9 Jährigen und bei den Erwachsenen die Altersgruppe der 25-64 Jährigen Personen zu den am meisten gefährdeten Personengruppen. Am häufigsten waren bei den Kindern Verletzungen von Kopf und Händen, und bei den Erwachsenen Verletzungen von Händen und Beinen. Gebissen wurden Personen in der Regel entweder durch den eigenen oder aber einen bekannten Hund, es spielen daher offenbar andere Faktoren als die Rassezugehörigkeit eine Rolle. Rasselisten werden Beißvorfälle nicht reduzieren können. Ein alternativer Ansatz für die Bissprävention ist in Anbetracht der vielen verschiedenen Faktoren, die für Bissverletzungen eine Rolle spielen, Menschen und insbesondere Kinder schon früh mit dem Verhalten von Hunden vertraut zu machen. In Niedersachsen wurde dies bereits über die Implementierung eines Pflicht-Hundeführerscheins für alle Hundebesitzer umgesetzt. Für Kinder gibt es ebenfalls bereits freiwillige Programme, so etwa den „Blauen Hund“ (Verbeke 2007). Wird also gesetzlich versucht, Hundebisse über eine Reglementierung der Hunderassen zu reduzieren, wird man kein Rückgang der Bisse erzielen. Die vorliegenden Ergebnisse konnten zeigen, dass es keine Hunderasse gibt, die statistisch mehr beißt im Vergleich zu allen anderen Hunderassen. Auch geschehen die meisten Beißvorfälle mit einem bekannten oder dem eigenen Hund in direkter Interaktion. Deshalb muss gesetzlich an der Verbesserung der Mensch-Hund Beziehung angesetzt werden, u m Beißvorfälle reduzieren zu können.

This thesis investigates the use of plant-derived bioactive compounds and fibrous agro-industrial by-products as sustainable dietary strategies to support gastrointestinal health and function in monogastric animals. Two complementary studies were conducted in broiler chickens and weaned piglets to assess whether such ingredients can modulate digestive physiology, nutrient utilization, or microbial ecology without compromising growth performance. In the first study, broiler chickens were fed a basal diet or diets supplemented with increasing concentrations of a white GME (200, 750, and 1,500 mg polyphenols/kg). GME supplementation did not markedly affect growth performance or apparent ileal digestibility of most nutrients, although FCR showed a tendency to increase at higher doses. Intestinal morphology was largely unchanged, but GC numbers increased in the medium and high GME groups, indicating potential modulation of mucosal protective mechanisms. No alterations were observed in jejunal expression of inflammatory markers, mucins, or tight junction proteins, nor in breast muscle antioxidant capacity. Ussing chamber analysis revealed reduced jejunal tissue conductance after glucose addition in the medium and high GME groups, suggesting subtle effects on epithelial transport. Overall, GME exerted no adverse effects at any tested inclusion level. The second study evaluated the nutritional and physiological impact of including three fibrous by-products (carrot pomace, brewers’ spent grain, and carob pods) at 8 % of the diet in weaned piglets. Growth performance, feed efficiency, and ileal digestibility of protein and AA remained unaffected. Intestinal morphology displayed minor, non-significant improvements in villus architecture with by-product inclusion. While total SCFA acid concentrations in the colon were unchanged, shifts in fermentation patterns were observed, with increased acetate production in piglets fed carrot pomace or carob pods at the expense of propionate. Microbiota profiling revealed moderate but distinct changes, including higher Bifidobacterium spp. abundance in the carrot pomace group, reduced Ruminococcaceae UCG 005 across all by-product diets, and greater microbial richness with carob pods. Collectively, the findings show that polyphenol-rich GME in broilers and fibrous by-products in piglets can be safely included in monogastric diets without compromising performance, while modestly influencing gut morphology, epithelial function, or microbial ecology. Although neither study produced strong physiological or performance responses under high-health experimental conditions, they provide important insights into the functionality and context dependency of plant-based feed ingredients. The work highlights key research needs, such as challenge models, early-life longitudinal designs, multi-omics profiling, dose-response validation, and mechanistic links between microbial metabolism and host function, and establishes a foundation for future studies better tailored to the expected modes of action.

In this thesis, we study obstructions that arise in problems originating from geometry and topology. For us, these obstructions are cohomological and, aside from computing them to obtain solutions to our problems, we aim to understand the extent to which they govern the behavior of the underlying problems. Our results include bisections of mass assignments by parallel hyperplanes on Euclidean vector bundles, complex analogues of the (colored) Tverberg--Vrećica conjecture, a solution to the Goodman-Pollack problem of determining the necessary and sufficient condition for the existence of k-transversals to a family of convex sets in a Euclidean space, and a necessary and sufficient cohomological condition for splitting off line bundles from a vector bundle.

Monoacylglycerol lipase (MAGL) hydrolyzes the endogenous cannabinoid neurotransmitter 2-arachidonyl glycerol (2-AG) and plays a key role in two major physiological pathways: the endocannabinoid system and the release of fatty acids such as arachidonic acid. Its dysregulation is associated with diseases like Multiple Sclerosis, Alzheimer’s, Parkinson’s, and aggressive cancers. Consequently, MAGL inhibitors are under investigation for therapeutic applications. This work focuses on developing translational compounds to better understand MAGL’s role in (patho)physiological processes. Fluorescent probes that selectively bind to MAGL offer a great variety of biochemical and pharmacological applications. In the publication “Highly Specific Miniaturized Fluorescent Monoacylglycerol Lipase Probes Enable Translational Research” fluorescent probes are described. In this probe design, a part of the MAGL pharmacophore and the linker moiety are replaced by a boron-dipyrromethene (BODIPY) fluorophore, thereby resulting in small, less lipophilic probes. These miniaturized probes were successfully applied in binding assays, subcellular localization studies, flow cytometry, imaging in brain organoids, and even 18F-labeling. As a complementary approach, a robust ligand platform was developed, described in “A Highly Selective and Versatile Probe Platform for Visualization of Monoacylglycerol Lipase”, which shows high affinity and selectivity and supports reversible and irreversible binding modes and click chemistry applications. Furthermore, this thesis introduces heterobifunctional molecules such as MAGL PROTACs, described in “Highly Specific Reversible Monoacylglycerol Lipase PROTACs”. These compounds promote MAGL degradation via the E3 ligase Cereblon. Alternative modalities for investigating MAGL include Raman-active probes, biotin-linked compounds for assay applications, and ligand-directed covalent modifications of MAGL’s lysine side chains. Overall, these probes provide valuable tools that deepen the insights into the biochemical and pharmacological role of MAGL and support the development of new or improved therapeutic strategies.

The brain’s immense computational capabilities and complex nature are fundamentally based on the extensive molecular diversity found within its synapses. Synaptic molecular diversity arises from multiple layers, which comprise precise transcript processing, dynamic posttranslational modifications, and defined orchestration of the macromolecular assembly at the pre-and post synaptic membranes, tailoring the specialized functional attributes of individual synapses. At the presynaptic site, the efficiency and timing of synaptic vesicle (SV) release is modulated by the nanoscale organization of the Active Zone (AZ), which coordinates the physical coupling between voltage-gated Ca2+ Channels (VGCCs) and SV release sites. In Drosophila melanogaster, the AZ structure relies on the major scaffold protein Bruchpilot (BRP), whose N-terminal end mediates VGCCs clustering, while its C-terminal end is required for SV tethering. BRP is also crucially involved in the dynamic presynaptic remodeling of the AZ in the adult brain, essential for supporting memory formation. Despite the characterization and progressive understanding of the individual cytomatrix molecular components, comprehension of the principles governing AZ diversification across the Drosophila CNS remains scarce. Consequently, the ultimate connection between functional diversity of synapses and their molecular arrangements remains largely elusive. I here provide a systematic analysis of abundance and nanoscopic positioning of core AZ proteins - including Blobby, RIM-BP and BRP- within the different lobes of the mushroom body (MB), a central brain structure vital for higher-order functions such as learning and memory in adult Drosophila. Furthermore, this thesis bridges the differential distribution of AZ components between the lobes with their contribution to the formation of different forms of olfactory memory. The combination of proteomic, biochemical, and immunohistochemical approaches presented in the results section, moreover, provides a framework for discussing a broader spectrum of BRP isoforms. The potential significance of multiple BRP isoforms in modulating functional performance at specific synapse populations within the Drosophila CNS introduces novel hues of complexity into the AZ diversity picture. The eight new BRP monoclonal antibodies - whose characterization is integral part of this thesis - offer a wide array of possibilities to further explore the architecture, localization and plasticity roles of BRP and its isoforms at the AZ. In the concluding section of this thesis, I employed immuno-histochemistry, proteomics, and behavioral assays, to characterize the phenotype of BRP5.20 as a mushroom body-specific BRP isoform. I also provide evidence of presynaptic AZs, positive for BRP5.20, in KC dendrites within the calyx of adult Drosophila, confirming that they are not solely postsynaptic. The characterization of KC-specific BRP isoforms and their role in AZ plasticity appears promising, considering that a memory trace for olfactory conditioning is established at the AZs of KCs. Collectively, the results described in this thesis provide insights into the compartmentwise molecular heterogeneity of the AZ composition within the Drosophila mushroom body, and propose a frame of discussion bridging the nanoscopic diversity of the AZ with the configuration of specific memory circuits.

With the prospect of better translation compared to mouse-derived systems, hIPSC-derived neural networks are a promising model system for overcoming the translational gap between basic research and cognitive drug development for brain disorders. To not only target neurodevelopmental disorders but also neurodegenerative diseases, a fully human neural network capable of synapse strengthening and weakening that is supported by human astrocytes and microglia is required. Human IPSC-derived neurons have been shown to express presynaptic markers and show activity in multielectrode array recordings in many reports. But convincing postsynaptic immunostainings are rare, as are functional assays investigating pre- and postsynaptic function and maturation. In our hIPSC-derived NGN2-iNeurons co-cultured with mouse astrocytes, we see presynaptic markers sparsely distributed on day 22 that increase in number until day 65 in culture, while the post-synaptic markers PSD95 and NMDAR-1 appeared and colocalized with presynaptic terminals later, at 45 or 71 days in vitro, respectively. These iNeurons show spontaneous and evoked calcium responses, as well as FM1-43 dye release kinetics with exponential decay, indicating mature synaptic vesicle recycling, when in co-culture with mouse astrocytes. To replace mouse with human astrocytes we created and characterized a stable, doxycycline-inducible NFIB+SOX9 human IPSC line, which matures to functional astrocytes (iAstros) that can reliably support iNeurons in culture. Immunostains confirmed that our iAstros express the typical astrocyte markers S100B and GFAP in a subpopulation. With this work’s progress toward a standardized fully human IPSC-derived neural network, including glial cells, with mature neurons capable of synapse strengthening and weakening, we hope to contribute to advancing disease-related translational research.

Die vorliegende Habilitationsschrift behandelt die Entwicklung und Implementierung molekularpathologischer Biomarker für die onkologische Präzisionsmedizin. Im Mittelpunkt stehen technologische Fortschritte, die es ermöglichen, genetische Tumorveränderungen als Grundlage individualisierter Therapieentscheidungen zuverlässig nachzuweisen. Anhand ausgewählter Arbeiten wird die Entwicklung von der klassischen Einzelgentestung mittels Sanger-Sequenzierung über multiplexbasierte NGS-Verfahren bis hin zu Hybrid-Capture-basierten Ansätzen dargestellt. Ein besonderer Fokus liegt auf der molekularen Diagnostik solider Tumoren, insbesondere des Lungenkarzinoms, einschließlich des Nachweises therapierelevanter Mutationen, Genfusionen und komplexer Biomarker wie der homologen Rekombinationsdefizienz. Die Arbeit zeigt, dass moderne molekularpathologische Verfahren eine höhere Sensitivität, Effizienz und klinische Relevanz aufweisen als konventionelle Methoden. Zudem wird deutlich, dass die erfolgreiche Etablierung komplexer Biomarker eine enge Verzahnung von Diagnostik, Bioinformatik, Qualitätssicherung und klinischer Validierung erfordert. Insgesamt verdeutlicht die Habilitationsschrift den zentralen Beitrag der Molekularpathologie zur Weiterentwicklung einer präziseren und individualisierten Krebsmedizin.

How does our awareness of bodily signals influence our choices? Our current view of interoception includes its role in body regulation, as well as in the anticipation of possible needs that might arise in the body. This has implications for eating behavior and decision making. There is mounting evidence that increased interoception is linked to healthier eating behaviors, as well as reduced risk taking and impulsivity. However, are risky choices causally influenced by interoceptive signals? Current evidence of such a causal link is lacking. Moreover, while decreased interoception has been linked to disordered eating behaviors and obesity, the causality of this association remains unclear. It is possible that interoceptive dysfunction is caused by increased body mass and body fat percentage. On the other hand, interoceptive dysfunction could precede obesity. Indeed, reduced awareness of sensations relevant for food intake, such as sensations of satiety and hunger, can cause weight gain, and lead to obesity. Finally, the experience of pain, which involves interoceptive processes, is associated with overeating and obesity. Nonetheless, it is unclear how interoception influences food intake in the context of pain. Interestingly, preference for sugar has been positively linked to both pain and interoception. Whether interoceptive signals play a role in the association between pain and obesity remains unclear.

In this thesis, I aim to address these questions across three studies. In Study 1, we investigated how manipulating bodily signals through compression can impact the accuracy of and insight into cardiac and gastric signals. Moreover, we investigated the causal effect of interoceptive processing on risky decision making. Our analysis revealed that body compression can increase sensitivity to gastric satiety and the insight into cardiac activity. Moreover, we saw a direct association between enhanced sensitivity to gastric satiety and risky decision making, when the body was compressed.

In Study 2, we aimed to investigate whether weight loss in obesity was associated with improvements in interoceptive processing. Patients with class III obesity enrolled in a dietary weight loss intervention at a day clinic, and provided assessments of interoception and cognitive control throughout their intervention. We found that weight loss was not predictive of improvements in interoception. Instead, individual differences in interoception before the intervention predicted weight-loss success. Moreover, we found that cognitive control moderated this association, by diminishing the negative effect of interoceptive sensibility on weight loss, and increasing the positive effect of sensitivity to stomach fullness on weight loss.

In Study 3, we explored associations between interoceptive sensibility and pain sensitivity, as well as their impact on food preferences and food intake, in a longitudinal online study. We found that increased interoceptive sensibility was associated with increased pain sensitivity, and that they jointly predict a higher preference for sweetness, as well as a higher intake of sugar. Moreover, pain sensitivity and sugar intake predicted higher body mass.

Taken together, these studies contribute to the current understanding of how interoception guides behavior, and hold implications for clinical interventions in eating disorders and obesity.

Der Einsatz von Infusionslösungen und Blutprodukten ist ein integraler Bestandteil moderner Therapiestrategien im perioperativen und intensivmedizinischen Kontext. Trotz ihrer breiten routinemäßigen Verwendung bestehen weiterhin relevante Unsicherheiten hinsichtlich ihrer sicheren und effektiven Anwendung. Die vorliegende Habilitationsschrift untersucht in sechs Originalarbeiten klinisch bedeutsame Fragestellungen mit dem Ziel, Versorgungsqualität und Patientensicherheit zu verbessern. Eine multizentrische randomisierte Pilotstudie zeigte, dass moderne niedermolekulare HES-Lösungen die intraoperative Flüssigkeitsbilanz effektiv reduzieren, ohne jedoch die Erholung der gastrointestinalen Funktion zu beschleunigen; ein erhöhtes Risiko für eine perioperative Nierenschädigung bestand nicht. Gleichzeitig ergaben sich Hinweise auf eine vorübergehende Gerinnungsbeeinträchtigung am Operationstag. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Effektivität von Erythrozytenkonzentraten, gemessen am posttransfusionellen Hämoglobinanstieg, mit zunehmender Lagerungsdauer abnimmt. Bei Tumorpatienten war die perioperative Transfusionsnotwendigkeit vor allem durch Krankheitslast und Operationsumfang bedingt, jedoch nicht mit einem erhöhten Risiko für ein Tumorrezidiv assoziiert. Bei Erwachsenen mit ARDS erwies sich ein restriktiver Transfusionstrigger im Vergleich zu einem liberalen Trigger als sicher, ohne die 28-Tage-Mortalität zu erhöhen, möglicherweise jedoch mit Nachteilen hinsichtlich der frühen Entwöhnung vom Beatmungsgerät. Schließlich war die Transfusion älterer Erythrozytenkonzentrate bei Erwachsenen mit ARDS nicht mit einer erhöhten Mortalität, jedoch mit einer längeren Abhängigkeit von einer Nierenersatztherapie assoziiert. Insgesamt leisten die Arbeiten einen Beitrag zur differenzierten Bewertung von Flüssigkeitstherapie und Transfusionspraxis in der perioperativen und intensivmedizinischen Versorgung.

Ziel dieser Arbeit ist es darzustellen, dass und in welcher Weise zwei bedeutende Vertreter der Philosophie des 13. Jahrhunderts Erkenntnis als Empfängnis (conceptio) verstanden haben. Anhand einer detaillierten Lektüre längerer Passagen wird insbesondere die Auseinandersetzung beider mit den konkurrierenden Autoritäten, Aristoteles und Augustinus untersucht. Die Arbeit kommt zu dem Ergebnis, dass durch die Verflechtung der Lehren von Aristoteles und Augustinus bei Thomas und Heinrich eine neue eigenständige Theorie von der Erkenntnis als Empfängnis entsteht, die ausgesprochen einflussreich war und die Philosophie über Duns Scotus und Ockham maßgeblich geprägt hat. Der I. Teil der Arbeit hat die Erkenntnis des Körpers zum Thema, er untersucht, was die intellektive Seele, die ihrerseits Form eines Körpers ist, von den Körpern empfängt, die außer ihr sind. Thomas vertritt eine besondere Theorie der Ähnlichkeit, die auf einer Übereinkunft in der Form beruht. Im Akt der Erkenntnis ist die Form der äußeren Sache und die Form in der erkennenden Seele dieselbe. Für Heinrich von Gent hingegen ist die abstrahierte species intelligibilis ein Bild, das sowohl mit dem Wahren wie mit dem Falschen Ähnlichkeit haben kann. Eine sichere Erkenntnis der Wahrheit einer Sache ist nur möglich, wenn das abstrahierte Allgemeine in der Seele durch die göttliche Exemplarursache umgeprägt wird. Der II. Teil der Arbeit thematisiert die conceptio in dem Wortsinn, wie sie von den beiden Protagonisten in Auseinandersetzung mit der augustinischen Trinitätslehre verwendet wird. Thomas setzt sie als der Zielpunkt der Erkenntnis dem inneren Wort (verbum interior) gleich. Sie ist dabei jedoch nicht der Gegenstand der Erkenntnis, sondern ein Erkenntnismittel, in dem die intellektive Seele die Dinge außerhalb ihrer erkennt. In stärkerem Rekurs auf Augustinus betont Heinrich die Rolle der memoria als Ort, aus dem das verbum geboren wird. Das verbum bzw. die conceptio ist so eine vervollkommnete Erkenntnis von der Erkenntnis, in der sich das, was die Seele von einem Gegenstand empfängt, ausdrückt und das dennoch in ihr bleibt wie in einem Uterus.

Die diabetische Retinopathie (DR) ist die häufigste Ursache für einen Sehverlust in der erwerbsfähigen Bevölkerung. Zunehmend wird erkannt, dass neurodegenerative Veränderungen der Netzhaut bereits vor dem Auftreten klinisch sichtbarer vaskulärer Pathologien einsetzen. Die vorliegende Habilitationsschrift untersucht die Mechanismen der retinalen Neurodegeneration im Rahmen der DR sowohl auf experimenteller als auch auf klinischer Ebene und verfolgt dabei einen translationalen Ansatz von der Grundlagenforschung bis zur klinischen Anwendung. Im experimentellen Teil konnte gezeigt werden, dass αA-Crystallin, ein Mitglied der Familie der small heat shock Proteine, in retinalen Ganglienzellen und Müller-Gliazellen unter diabetischen Bedingungen signifikant hochreguliert wird und eine protektive Funktion gegenüber dem Diabetes-bedingten Zelltod ausübt. Dabei wurde eine neuartige regulatorische Phosphorylierung an der Aminosäure Serin/Threonin 148 identifiziert, die diese Schutzfunktion moduliert (Originalarbeit 1). In einem weiteren präklinischen Ansatz wurde das TetO-Rattenmodell als neues translationales Modell für den Typ-2-Diabetes charakterisiert, in dem bereits vor dem Auftreten vaskulärer Veränderungen grundlegende Merkmale der Neurodegeneration – apoptotischer Zelltod retinaler Ganglienzellen, Aktivierung von Mikro- und Makrogliazellen sowie Hochregulation von Endoplasmatischem-Retikulum-Stress – nachgewiesen werden konnten (Originalarbeit 2). Im klinischen Teil der Arbeit wurde die Bedeutung hyperreflektiver Foci (HF) als potenzielle Bildgebungsbiomarker der Neuroinflammation bei Patienten mit diabetischem Makulaödem (DMÖ) untersucht. Die Ergebnisse deuten auf einen nicht-vaskulären, möglicherweise mikroglialen Ursprung der HF hin und zeigen deren unterschiedliches Ansprechen auf Dexamethason-Implantate im Vergleich zu anti-VEGF-Inhibitoren (Originalarbeit 3). Darüber hinaus wurden Real-World-Daten zur Wirksamkeit neuerer anti-VEGF-Therapeutika erhoben: Für Brolucizumab konnte bei Patienten mit neovaskulärer altersabhängiger Makuladegeneration eine effektive Reduktion der Krankheitsparameter bei verlängerten Therapieintervallen nachgewiesen werden (Originalarbeit 4). Bei Patienten mit DMÖ zeigte sich eine vergleichbare Effektivität von Brolucizumab gegenüber Aflibercept bei signifikant geringerer Injektionsfrequenz, sowohl bei therapienaiven als auch bei therapierefraktären Patienten (Originalarbeit 5). Zusammenfassend verdeutlicht diese Habilitationsschrift, dass die diabetische Retinopathie als chronische Neurodegeneration verstanden werden muss. Die Identifizierung intrinsischer neuroprotektiver Mechanismen, die Etablierung geeigneter Bildgebungsbiomarker der Neurodegeneration sowie die Optimierung bestehender Therapiestrategien mit verlängerter Wirkdauer sind entscheidende Schritte für eine verbesserte Versorgung von Patienten mit diabetischer Retinopathie.

This habilitation thesis, conducted within the framework of a larger research project, focuses on improving the inclusion of people with migration experience in health surveys, enhancing their differentiated representation in health reporting, and identifying migration-related health inequalities. The first part develops recommendations to increase survey participation, highlighting barriers such as language, mistrust, and structural constraints, and proposing strategies including multilingual tools, multimodal survey designs, and personal contact. Empirical findings show that targeted recruitment measures, such as home visits, significantly improve participation, particularly among socioeconomically disadvantaged groups. The second part analyzes health inequalities using survey data. Observed differences in health outcomes are partly explained by socioeconomic and migration-related factors. Across outcomes, experiences of discrimination are consistently associated with poorer physical and mental health. Overall, the findings underline the importance of inclusive, diversity-sensitive health monitoring and emphasize that reducing discrimination is essential for promoting health equity in the context of migration.

Das Rustrela-Virus (RusV) wurde 2020 erstmalig bei Zootieren in Stralsund beschrieben. Diese wurden mit neurologischen Symptomen auffällig, welche zumeist eine Euthanasie zur Folge hatten. Die histopathologischen Untersuchungen zeigten eine nicht eitrige Meningoenzephalitis bei allen Tieren. Unbekannt war u. a. jedoch, ob das Virus auch außerhalb des Erstbeschreibungsortes vorkommt und damit auch in anderen Regionen ein Risiko für tödlich verlaufende Infektionen darstellt. Doch aufgrund der geringen Fallzahlen lagen nur wenige Daten bezüglich Vorbericht, Klinik und Pathologie vor, was das Verständnis der Erkrankung und damit auch mögliche Präventions- und Behandlungsansätze stark einschränkte. Nicht selten bleiben jedoch die Ursachen einer solchen nicht eitrigen Meningoenzephalitis ungeklärt, weshalb sich der Begriff der meningoencephalitis of unknown origin (MUO, Meningoenzephalitis unklarer Genese) etabliert hat. Möglicherweise könnten einige solcher ungeklärten Fälle auch bereits in der Vergangenheit durch das RusV ausgelöst worden sein. Auch ob weitere, bislang nicht erkannte Tierarten empfänglich sind, war unklar. Ziel dieser Arbeit war es, diese Wissenslücken möglichst weitgehend zu schließen. Dazu wurden detaillierte Informationen zu Anamnese und Klinik neuer Fälle erhoben sowie eine patho-logisch-anatomische und histologische Untersuchung durchgeführt. Der Virusnachweis erfolgte mittels quantitativer Reverse Transkriptase Polymerase-Kettenreaktion (RT-qPCR) sowie In situ-Hybridisierung. Das Archiv des Instituts für Tierpathologie der Freien Universität Berlin wurde zudem retrospektiv von 1989 bis 2023 nach Fällen einer ungeklärten nicht eitrigen Meningoenzephalitis durchsucht. Von den identifizierten 190 Fällen wurden formalinfixierte, in Paraffin eingebettete Gehirnproben mittels RT-qPCR auf das RusV untersucht. Die Ergebnisse wurden in dieser kumulativen Dissertation in zwei englischsprachigen, internationalen Fachzeitschriften mit Gutachtersystem als wissenschaftliche Originalpublikationen veröffentlicht und mit einer übergreifenden Zusammenfassung und Diskussion eingefasst. RusV wurde im Rahmen dieser Arbeit bei drei in 2021 verstorbenen Rotnackenwallabys aus Brandenburg bzw. Mecklenburg-Vorpommern nachgewiesen. Die beiden Brandenburger Fälle stellten die ersten Beschreibungen außerhalb Mecklenburg-Vorpommerns dar. In der retrospektiven Analyse des Archivmaterials konnte das Virus bei einem 2017 verstorbenen Esel (Equus asinus) und zwei 2018 verstorbenen Hauskatzen (Felis catus) nachgewiesen werden. Den aktuell letzten Fall aus Berlin stellt ein 2024 verstorbener Mähnenwolf (Chrysocyon brachyurus) dar. Dieser Mähnenwolf erweitert das Spektrum der empfänglichen Spezies auf die Familie der Canidae. Die neuen Fälle wurden soweit wie möglich anamnestisch, klinisch und (histo-)pathologisch charakterisiert. Somit wurde das Vorkommen des RusV in der Region Berlin-Brandenburg bestätigt. Die vorliegende Arbeit zeigt einmal mehr, dass die Entdeckung bislang unbekannter Erreger zur Aufklärung archivierter Fälle von MUO beitragen kann. Das RusV sollte zukünftig unbedingt als ätiologische Differentialdiagnose für neurologische Symptome und nicht eitrige Meningoenzephalitiden bei Säugetieren berücksichtigt werden. Doch weitere Fragen sind noch offen. So sind aktuell die Henle-Koch-Postulate noch nicht erfüllt, wenn auch die vorliegenden und neuere Publikationen anderer Arbeitsgruppen wichtige Hinweise auf einen Kausalzusammenhang zwischen RusV und dem beschriebenen Krankheitsbild liefern. Weitere Untersuchungen sollten dies bestätigen sowie weitere Erkenntnisse zu Übertragungswegen, Pathogenese und möglicher Therapie offenlegen.

This dissertation asks whether “smart power” can be assessed empirically and answers in the affirmative by shifting attention from static inventories of resources to the relational practices through which states communicate with foreign publics. Classical realist perspectives equate power with coercive, tangible capabilities, while liberal approaches emphasize interdependence, institutions, and attraction. Yet “soft power” has long suffered from conceptual drift, causal ambiguity, and uneven measurement—especially when composite indices blend subjective and objective indicators, yoke “values” and “foreign policy” inconsistently, or fold economic capacity into the very thing under debate. The study argues that these limitations can be overcome by treating soft and hard not as intrinsic properties of instruments but as dispositions enacted and interpreted within specific relationships. A constructivist lens provides the theoretical anchor for this move. If power is produced through meanings, identities, and audiences, then, arguably, the same resource may register as soft or hard depending on how it is constructed. Adversarial public diplomacy is a particularly revealing arena because constrained actors, instruments, and timeframes heighten the visibility of strategic choices; adversarial relations—especially when coupled with pressures for rapprochement—create incentives to recalibrate policy toward the rival. In such environments, broadcast and targeted digital outreach become primary channels, allowing researchers to trace how signals are configured. The dissertation operationalizes this approach with a function-sensitive framework that infers orientation from practice rather than from exogenous rankings. Messages are coded by the relationships they enact among sender, foreign public, and target state across four communicative functions. These functions are derived from constructivist Self–Other dynamics and a comparative analysis of public-diplomacy models, aligning relational roles with recognized communicative pathways. Substantively, the analysis distinguishes Culture, Values, and Political Legitimacy (each capable of soft- or hard-leaning dispositions depending on function) from a hard-only anchor, Incentives & Coercive Means, a realist-inspired conception of power as coercion and inducement, operationalized here through securitization and delegitimization. Beyond conceptualizing power through an IR lens, the study also draws on agenda-setting and framing perspectives to examine how public diplomacy can capitalize on moments when public agendas are strongly negative toward an adversarial state. In such contexts, decisions about whether and to what extent to highlight delegitimizing issues, and about how that state is portrayed in the eyes of its own public, can be indicative of a more soft- or hard-driven foreign policy orientation. Three metrics translate the coding into tractable indicators: a weekly softness index that captures the channel’s routine orientation by disaggregating soft and hard elements across the four conceptualized power resources; a coverage measure that records whether trending hashtags with delegitimizing potential and protest events are taken up; and a bounded framing index that captures responsibility attributions during protests. Conservative design choices—denotative, text-only coding and externally anchored windows for trending hashtags and protests—prioritize replicability and interpretability. Empirically, the study centers on @USABehFarsi (2011–2023) on X (Twitter), a sustained state-run U.S. digital channel targeting Iranian publics that affords continuity and temporal leverage within an adversarial dyad. The results show that smart-power signaling is empirically observable as patterned combinations of soft- and hard-leaning communication over time; that routine orientation varies systematically across political periods and tracks major shifts in the broader strategic environment; that the most consequential variation lies not in cultural content or overt coercion but in values- and legitimacy-related messaging; and that communicative function decisively shapes whether identical topical resources register as soft or hard. During salient domestic episodes, coverage increases but unevenly, and responsibility attribution—especially human-centered formulations of blame and harm—emerges as a key differentiator. With respect to externally salient issues, responsiveness is selective rather than automatic; principled non-responsiveness and substitution recur in patterned ways and are themselves informative of strategic priorities. These findings demonstrate that “soft” and “hard” can be distinguished in a rule-governed, reproducible manner and that silence can be as revealing for understanding how states project power. The implications are twofold. Substantively, the analysis reframes realist attention to coercive capability and liberal attention to institutions as inputs into communicative practices that audiences interpret through norms and identities, advancing a constructivist, practice-based view in which “soft” and “hard” are dispositions of use rather than bins of things. Methodologically, it offers a portable template—function-sensitive coding linked to transparent, auditable metrics—that can replace impressionistic judgments and supplement or correct composite indices. By integrating agenda-setting and framing into the study of power politics, the approach positions communication not as peripheral but as constitutive of international influence, opening cumulative pathways for comparative research across channels and dyads and encouraging refinement through multimodal inputs and audience-side evidence.  

Unterrichtsstörungen stellen eine zentrale Herausforderung im schulischen Alltag dar. Sie unterbrechen das Handlungsprogramm, beeinträchtigen Lernprozesse und hängen mit einem hohem Belastungsempfinden der Lehrkräfte zusammen. Daher sollten Lehrkräfte störungskritisches Schüler*innenverhalten, also Verhalten, was nicht den basalen Anforderungen von Unterricht entspricht, möglichst schon dann wahrnehmen und erkennen, bevor sich eine Unterrichtsstörung daraus entwickeln kann. An dieser Stelle sind Noticing-Kompetenzen erforderlich. Im Gegensatz zu erfahrenen Lehrkräften haben Noviz*innen mit dem Noticing noch Schwierigkeiten. Noviz*innen richten ihre Aufmerksamkeit häufig nur auf wenige, saliente Verhaltensmerkmale von Schüler*innen und übersehen die nicht-salienten. Das ist problematisch, da auch nicht-saliente Verhaltensmerkmale störungskritisch sein können, das heißt sich ebenso zu Unterrichtsstörungen entwickeln können. Daher sollten die für das Noticing erforderlichen Kompetenzen bereits im Lehramtsstudium adressiert und gefördert werden. Die vorliegende Dissertation untersucht, wie Noticing-Kompetenzen im Hinblick auf saliente und nicht-saliente störungskritische Verhaltensmerkmale erfasst und trainiert werden können. Dafür wurden die am Noticing beteiligten kognitiven Prozesse beleuchtet und mit Befunden der Expertiseforschung zusammengeführt. Darauf aufbauend wurden Kriterien für eine Entwicklung von staged videos mit dem Fokus auf saliente und nicht-saliente störungskritische Verhaltensmerkmale von Schüler*innen formuliert und Anforderungen an eine digitale Lernumgebung beschrieben, die zum Einsatz in der universitären Lehre geeignet ist. Des Weiteren wurde die Hervorhebung der störungskritischen Ereignisse mit grafischen Cues als geeignete Methode zur Förderung von Noticing-Kompetenzen hergeleitet. Insgesamt drei Teilstudien untersuchten die theoriegeleitete Entwicklung, Validierung und Überprüfung der Wirksamkeit der videobasierten Lernumgebung. In Teilstudie 1 bestätigten die Ergebnisse einer Untersuchung mit Lehramtsstudierenden die inhaltliche Validität der Skripte, auf die die Entwicklung der staged videos fußte. In den Skripten wurde auf eine systematische Implementierung von salienten und nicht-salienten störungskritischen Verhaltensmerkmalen geachtet. In Teilstudie 2 konnte die inhaltliche Validität der produzierten staged videos belegt werden. Darüber hinaus gab eine Expert*innen-Noviz*innen-Studie solide Hinweise auf die Konstruktvalidität der entwickelten Lernumgebung, in die staged videos integriert wurden. Insbesondere die nicht-salienten störungskritischen Verhaltensmerkmale wurden von den Expert*innen signifikant besser als von den Noviz*innen erkannt. Im Rahmen der Teilstudie 3 wurde anhand eines Experimental- Kontrollgruppendesigns untersucht, ob die Hervorhebung von störungskritischen Verhaltensmerkmalen mit grafischen Cues die Noticing-Kompetenzen von Lehramtsstudierenden verbessern konnte. Die Ergebnisse einer Prä- und Posterhebung sowie ein Vergleich aller Interventionsvideos ergab, dass die Experimentalgruppe sich signifikant mehr im Noticing von nicht-salienten störungskritischen Verhaltensmerkmalen verbesserte als die Kontrollgruppe. Ein Gruppenunterschied im Noticing von salienten Verhaltensmerkmalen wurde nicht gefunden. Die Entwicklung des Stimulus sowie die Befunde der Validierungsstudien und der Interventionsstudie werden abschließend integrierend diskutiert und daran anschließend die Limitationen der Arbeit dargestellt. Es werden Implikationen für die Praxis sowie Lehrkräfteforschung abgeleitet und der weitere Forschungsbedarf beschrieben.

The objectives of the studies described in this dissertation were: 1) to investigate the prevalence of umbilical infections (UIs) in dairy calves and its possible risk factors based on a large cross-sectional study in three structurally different regions of Germany. 2.) The efficacy of different navel care (NC) practices was investigated in relation to the occurrence of UIs.

As part of the first study, 3,445 calves in 567 dairy farms from three structurally different regions in Germany were clinically examined. During a one-time visit to the farms, herd managers or farm managers were interviewed about the management of calving, calves in general and calf husbandry. In addition, the housing conditions of the calves were evaluated on the basis of standardized protocols. Calves between five and 21 days of age were clinically examined with particular attention to the umbilicus for signs of UI (swelling with or without warmth, reddening or a pain response on palpation).

One in three calves examined showed signs of UI (prevalence: 30.9%). The median farm prevalence, however, was 25.0% (interquartile range: 0.0–50.0%) across all farms and regions. Based on the information provided in the interviews, only 4.5% of all calves per farm were treated for UIs in the twelve months prior to the herd visit. These results show that most farmers and their employees underestimate the prevalence of UI. Based on literature, 18 potential risk factors for UIs were investigated using causal diagrams. Confounder-adjusted analyses at farm and animal level identified three risk factors for UIs in dairy calves: the time calves spend with their dams after birth, the dampness of the calves' lying areas in the first two weeks of life, and a cow's body condition after calving outside the optimal range were found to be risk factors for UIs. Calves on farms with dry lying areas up to two weeks of age had 0.77-times the risk of UIs compared to calves from farms with predominantly damp lying areas. Calves from cows with a body condition outside the optimal range immediately after calving had a 1.4 times higher risk of UIs compared to calves from optimally conditioned cows. Calves from farms that allowed cows and calves to remain together for at least twelve hours after birth had a lower risk of UIs than calves from farms that separated cows and calves immediately after birth (incidence rate ratio = 0.75).

The second study investigated the influence of different navel care (NC) practices on the occurrence of UIs in dairy calves. A total of 196 dairy farms in eastern Germany were visited once and 1,967 calves aged between five and 21 days were clinically examined. Each calf's umbilicus was examined for signs of UI (swelling with or without warmth, reddening or pain on palpation). In interviews with farm managers or herd managers, questions were asked about farm and health management, with special consideration on the implementation of NC. Based on previously formulated hypotheses, causal diagrams were created that included the following variables: The respective NC variable as an influencing variable (practice of NC, method of application, administering the preparation into the umbilical cord, preparation applied, time between birth and NC, frequency of NC, wearing gloves during NC), omphalitis as the target variable and all potential confounders. Based on these causal diagrams, confounder-adjusted, multivariable analyses were performed at animal level. More than a quarter of all calves examined showed signs of UIs (26.7%, n = 525 calves). If no NP was performed, the odds of UIs increased (odds ratio (OR) = 2.29). While the preparation applied, the method of application and the timing of NC had no influence on the occurrence of UIs, an influence could be demonstrated for the three other factors. Administering the preparation into the umbilical cord reduced the odds of UIs compared to no NC (OR = 0.38), while the comparison of no NC and not administering the preparation into the umbilical cord showed no differences. In addition, the odds of UIs were increased by a factor of 1.34 when gloves were worn during NC. Repeated application of NC reduced the probability of UIs by 44% compared to a single application. In view of these results, NC appears to have an influence on the odds of UIs in dairy calves. However, further investigations of different methods of NC in controlled trials during the daily farm routine are necessary.

The results of our investigations show that more attention must be paid to the umbilical Health of calves. Preventive measures should not be limited to the application of antiseptics to the umbilicus but should also include the management of the calving area and calf pens (transition period, separation of cow and calf) as well as navel hygiene and control. Studies on NC should be conducted with an untreated control group, the application of various antiseptics (e.g. various iodine preparations) and an observation period of at least 14 days per calf.