Themenbild Lebenswissenschaften und Umwelt

Themencluster Lebenswissenschaften

Die Friedrich-Naumann-Stiftung für die Freiheit vergibt Promotionsstipendien. Hiermit möchten wir Ihnen einige derzeit entstehende Dissertationen von unseren Stipendiatinnen und Stipendiaten zum Themenfeld „Lebenswissenschaft und Umwelt“ vorstellen.

Autorenbild Gurgel

Malte J.M. Gurgel

Entwicklung eines integrierten Erfassungs- und Auswertungsansatzes für die Erkundung untertägiger Hohlräume mithilfe photogrammetrischer Verfahren

Malte J.M. Gurgel promoviert im Fach Rohstoffingenieurwesen an der Universität Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

Neue Herausforderungen für die Nutzung unseres Untergrundes

Wie sich mithilfe der Photogrammetrie komplexe Hohlraumstrukturen für Zukunftsaufgaben visualisieren lassen

Bisher war die Nutzung des Untergrundes in Deutschland durch den Bergbau auf unterschiedliche Rohstoffe wie Braun- und Steinkohle, Erdgas oder Erdöl gekennzeichnet.

Doch es sind unterschiedlichste neue Anwendungen denkbar. Neben der Tiefengeothermie, die durch die Energiewende wieder in den öffentlichen Fokus rückt, könnten Hohlräume für die stoffliche und energetische Speicherung genutzt werden. So wird u.a. die Errichtung untertägiger Pumpspeicherkraftwerke für den Ausgleich von Lastspitzen im Stromnetz fachlich diskutiert. Andererseits steht Deutschland vor der Herausforderung, die Endlagerung radioaktiver Abfälle langfristig sicher zu lösen.

Diese Anwendungen konkurrieren miteinander, da auch der untertägige Raum unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten begrenzt ist. Unabhängig von der konkreten Maßnahme ist hierfür eine genaue Kenntnis der jeweils betroffenen Hohlräume unabdingbar.

Vor diesem Hintergrund möchte ich einen integrierten Erfassungs- und Auswertungsansatz für dreidimensionale Hohlraumstrukturen entwickeln. Dieser soll auf Methoden aus dem Bereich der Photogrammetrie aufbauen. Dabei werden aufgenommene Messbilder zur Rekonstruktion der Lage, Form und Ausdehnung von Objekten im Raum genutzt. Mithilfe einer Algorithmus-gestützten Auswertung entstehen auf diese Weise dreidimensionale Modelle.

Das Ziel ist eine technisch korrekte, aber zugleich anschauliche und aufschlussreiche Visualisierung untertägiger Hohlraumstrukturen. Ansätze aus dem Maschinellen Sehen sowie der erweiterten und virtuellen Realität sollen hierbei einbezogen werden.

Mich reizt an diesem Dissertationsthema die stark ausgeprägte Interdisziplinarität. Während meines Studiums habe ich mich mit der Nachnutzung von ehemaligen Bergwerksstandorten sowie mit der photogrammetrischen Erfassung von Hohlräumen beschäftigt. Nun kann ich diese Erfahrungen nutzen, um Lösungsansätze für Zwecke der untertägigen Raumplanung zu entwickeln.

Bei der Bewältigung von Zukunftsaufgaben wie der Energiewende und der Endlagerung radioaktiver Abfälle kann die Nutzung des Untergrundes eine wichtige Rolle spielen. Für ihre Gestaltung sind technische Lösungen notwendig, die auch gesellschaftliche Aspekte berücksichtigen. Beispielsweise ist die Auswahl eines Endlagerstandortes immer wieder Gegenstand sehr ausgeprägter öffentlicher Diskussionen. Diese werden sicherlich weiter zunehmen, sobald eine engere Eingrenzung auf mögliche Standorte durch den Bundestag im Rahmen des Standortauswahlverfahrens stattfindet.

Für derartige Anwendungsfälle ist es dann von großer Bedeutung, Visualisierungen des Untergrundes bereitzustellen. Sie dienen damit nicht nur der betrieblichen Planung, sondern könnten auch den politischen Entscheidungsfindungsprozess signifikant unterstützen.

Autorenbild Korniienko

Yevheniia Korniienko

Reproduktionsbiologie und Ontogenese elektrischer Organe bei Nilhechten und Hybriden der Gattung Campylomormyrus

Yevheniia Korniienko promoviert im Fach Agrarwissenschaft an der Humboldt-Universität zu Berlin.

Die Nilhechte (Mormyriden) mit ca. 200 Arten in 20 Gattungen stellen eine wichtige afrikanische Fischfamilie dar. Sie sind vor allem durch den Besitz eines elektrischen Systems gekennzeichnet. Dieses besteht aus dem Sinnessystem der Elektrorezeptoren, welches elektrische Felder wahrnehmen kann und dem, aus Muskelgewebe abgeleiteten, elektrischen Organ. Mit diesem System können sich diese Fische orientieren (Objektlokalisierung) und untereinander kommunizieren (Elektrokommunikation).

Das bioelektrische Phänomen der Objektlokalisierung und Elektrokommunikation, die Fähigkeit zur Erzeugung von elektrischen Entladungen sowie die komplizierte Struktur des elektrischen Organs, – all diese Merkmale machen die schwach elektrischen Mormyriden zu einer der außergewöhnlichsten Tiere der Welt und somit zu einem interessanten Forschungsobjekt für Wissenschaftler weltweit.

Diese bemerkenswerten Fische erweckten auch mein Interesse und seither beschäftige ich mich mit dem Erforschen deren besonderen Merkmale und tauchte voller Ehrgeiz in deren faszinierende Welt, während meines Dissertationsvorhabens, ein.

Im Rahmen dieses Dissertationsprojekts arbeite ich mit der Gattung Campylomormyrus und deren Hybriden. Die verschiedenen Arten der Gattung sind durch sehr unterschiedliche elektrische Organentladungen (z.B. sehr kurze oder lange Entladungen) charakterisiert. Um festzustellen, welche Faktoren die Entladungsdauer beeinflussen, wurde die Art C. rhynchophorus mit einer sehr langen elektrischen Organentladung ausgewählt und deren elektrische Zellen mit Oberflächenvergrößerungen, den sog. Papillen, untersucht. Im Rahmen einer elektronenmikroskopischen Entwicklungsstudie versuche ich zu verstehen, ob in der Tat Veränderungen bei der Ausbildung der Papillen mit Veränderungen in der Dauer der Entladung korrelieren.

Eine weitere Fragestellung meines Dissertationsvorhabens beschäftigt sich mit dem Thema, wie sich bei Hybriden zwischen zwei verschiedenen Campylomormyrus-Arten die elektrischen Zellen entwickeln und welche elektrische Organentladung daraus resultiert. Außerdem stellte sich im Rahmen der Untersuchungen zu den Hybriden zwischen den Arten der Gattung Campylomormyrus eine interessante Zusatzfrage, mit der ich mich auseinander setzte: Ist es ebenso möglich, Hybriden zwischen einer Campylomormyrus-Art und deren Schwesterngattung Gnathonemus zu züchten, um die komplizierte Struktur des elektrischen Organs von Hybriden der ersten Generation (F1) zu untersuchen.

Die Ergebnisse zu den obengenannten Themen sind von großer Relevanz bei der Thematik Ontogenese und Evolution, da die erst gewonnenen Daten es bereits ermöglichen, die Merkmalsaufspaltung in der F1- und F2-Generation zu verfolgen sowie dediziert zu studieren und somit die Entwicklung von Mormyriden während der Evolution besser zu verstehen.

Es hat mir große Freude bereitet euch mein Dissertationsprojekt vorzustellen und ich freue mich schon darauf die Ergebnisse demnächst präsentieren zu dürfen.

Autorenbild Liedtke

Victoria Liedtke

Etablierung von LEDGF als potentiellen Biomarker bei Darmkrebs

Victoria Liedtke promoviert im Fach Biotechnologie an der Brandenburgisch Technischen Universität Cottbus-Senftenberg.

Lens epithelium-derived growth factor (LEDGF) ist ein Protein in tierischen (humanen) Zellkernen und ist involviert in zahlreiche zelluläre Prozesse wie Zellwachstum, Zellwanderung (Migration) und in der Reparatur der Zellerbinformation (DNA). In verschiedenen Tumoren, wie z.B. Prostata- oder Brustkrebs gibt es mehr als die übliche Menge an LEDGF, es ist hochreguliert und trägt dazu bei, dass diese Tumore Resistenzen gegenüber Chemotherapeutika entwickeln. Zusätzlich ist bekannt, dass Tumore mit viel LEDGF aggressiver und somit schwieriger in ihrer Behandlung sind. Mein Dissertationsprojekt möchte zwei Fragen klären: Warum macht LEDGF Tumore so aggressiv? Und: kann LEDGF als Marker genutzt werden, um Darmkrebs schneller und früher zu erkennen? Für das „Warum“ geht es tief in die molekulare Grundlagenforschung – ich habe Tumorzellen mit dem CRISPR/Cas9-System genetisch verändert, sodass ich nun Zellen vergleichen kann, die entweder gar kein LEDGF mehr produzieren (LEDGF knockout), oder viel mehr als die übliche Menge an LEDGF (LEDGF overexpression). Mit verschiedenen Analyseverfahren möchte ich herausfinden, ob es Unterschiede zwischen diesen beiden Zellsorten gibt. Besonders interessiert mich hierbei die Reparatur von DNA-Schäden. Jede Zelle durchläuft in ihrem Leben verschiedene Probleme, die zur Schädigung ihrer DNA führen können. Damit das aber nicht zum Absterben der Zelle führt, gibt es ein großes Repertoire an DNA-Reparaturmechanismen, die die entstandenen Schäden schnell und unauffällig reparieren. Zellen mit LEDGF sind dabei wesentlich effizienter und schneller in ihrer Reparatur als Zellen ohne LEDGF. Ich versuche herauszufinden, warum LEDGF zu einer besseren DNA-Reparatur führt. Welche Mechanismen werden durch LEDGF angestoßen? Mit welchen anderen Proteinen interagiert LEDGF?

Der zweite Teil meiner Dissertation beschäftigt sich mit der Frage, ob LEDGF als Marker bei Darmkrebs genutzt werden kann. Hierbei geht es vor allem um die Früherkennung von Darmkrebs. Aktuell wird eine Darmkrebsfrüherkennung mit Hilfe einer Coloskopie durchgeführt, bei dieser invasiven Technik werden kleine Gewebestückchen der Darminnenwand entfernt und anschließend im Labor untersucht. Mein Ziel ist es dieses invasive Verfahren durch ein nicht-invasives Verfahren zu ersetzen. Dafür untersuche ich verschiedene Flüssigbiopsien von Patienten mit verschiedenen Darmkrebsstadien und vergleiche sie mit Proben einer gesunden Vergleichsgruppe. Flüssigbiopsien können hierbei Serum-, Urin-, Stuhl-, oder Blutproben sein. Ich versuche herauszufinden, ob man LEDGF in diesen Flüssigbiopsien nachweisen und dem jeweiligen Tumorstadium zuordnen kann. Wenn die Menge an LEDGF mit dem Tumorstadium korreliert, könnte die invasive Coloskopie durch eine nicht-invasive Analyse von Flüssigbiopsien abgelöst werden.