3,169 research outputs found

    The Pragmatic Development of a Carbon Management Framework for UK SMEs

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    The UK's commitment to net-zero emissions by 2050 is challenged by critics citing current government strategies as inadequate, marked by a lack of concrete action and aspirational guidelines. Notably, businesses, including small and medium-sized enterprises (SMEs) which constitute about half of all business emissions, are pivotal to this goal. Yet, existing policies and standards often neglect the significant role of SMEs, who face barriers such as limited knowledge and resources in implementing carbon management practices. This thesis explores the development of a novel carbon management framework specifically designed for medium-sized organisations in the UK to address these problems. The research adopts a practical approach through collaboration with an industry partner, facilitating a case study for real-world application. Adopting a mixed-methods research design grounded in pragmatism, the study commenced with a qualitative study in the form of a focus group. This exploratory phase, critical for understanding SME challenges, yielded rich data revealing key management themes in strategy, energy, and data. The framework design was supported by a materiality assessment and input from key stakeholders on three major iterations. The final framework comprises three phases: establishing a baseline carbon footprint, creating a carbon reduction plan, and strategically implementing this plan. The validation process, conducted at Knowsley Safari, successfully tested the initial two phases but faced constraints in fully assessing the third phase due to time limitations. While the research achieved its primary aim of developing a novel carbon management framework for SMEs, it encountered limitations, notably in time and the generalisability of findings due to reliance on a single case study. Future research could test the framework across diverse SME settings to establish its broader applicability and effectiveness in aiding the UK's net-zero emission goals

    LIPIcs, Volume 251, ITCS 2023, Complete Volume

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    LIPIcs, Volume 251, ITCS 2023, Complete Volum

    Advances and Applications of DSmT for Information Fusion. Collected Works, Volume 5

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    This ïŹfth volume on Advances and Applications of DSmT for Information Fusion collects theoretical and applied contributions of researchers working in different ïŹelds of applications and in mathematics, and is available in open-access. The collected contributions of this volume have either been published or presented after disseminating the fourth volume in 2015 in international conferences, seminars, workshops and journals, or they are new. The contributions of each part of this volume are chronologically ordered. First Part of this book presents some theoretical advances on DSmT, dealing mainly with modiïŹed Proportional ConïŹ‚ict Redistribution Rules (PCR) of combination with degree of intersection, coarsening techniques, interval calculus for PCR thanks to set inversion via interval analysis (SIVIA), rough set classiïŹers, canonical decomposition of dichotomous belief functions, fast PCR fusion, fast inter-criteria analysis with PCR, and improved PCR5 and PCR6 rules preserving the (quasi-)neutrality of (quasi-)vacuous belief assignment in the fusion of sources of evidence with their Matlab codes. Because more applications of DSmT have emerged in the past years since the apparition of the fourth book of DSmT in 2015, the second part of this volume is about selected applications of DSmT mainly in building change detection, object recognition, quality of data association in tracking, perception in robotics, risk assessment for torrent protection and multi-criteria decision-making, multi-modal image fusion, coarsening techniques, recommender system, levee characterization and assessment, human heading perception, trust assessment, robotics, biometrics, failure detection, GPS systems, inter-criteria analysis, group decision, human activity recognition, storm prediction, data association for autonomous vehicles, identiïŹcation of maritime vessels, fusion of support vector machines (SVM), Silx-Furtif RUST code library for information fusion including PCR rules, and network for ship classiïŹcation. Finally, the third part presents interesting contributions related to belief functions in general published or presented along the years since 2015. These contributions are related with decision-making under uncertainty, belief approximations, probability transformations, new distances between belief functions, non-classical multi-criteria decision-making problems with belief functions, generalization of Bayes theorem, image processing, data association, entropy and cross-entropy measures, fuzzy evidence numbers, negator of belief mass, human activity recognition, information fusion for breast cancer therapy, imbalanced data classiïŹcation, and hybrid techniques mixing deep learning with belief functions as well

    Rational development of stabilized cyclic disulfide redox probes and bioreductive prodrugs to target dithiol oxidoreductases

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    Countless biological processes allow cells to develop, survive, and proliferate. Among these, tightly balanced regulatory enzymatic pathways that can respond rapidly to external impacts maintain dynamic physiological homeostasis. More specifically, redox homeostasis broadly affects cellular metabolism and proliferation, with major contributions by thiol/disulfide oxidoreductase systems, in particular, the Thioredoxin Reductase Thioredoxin (TrxR/Trx) and the Glutathione Reductase-Glutathione-Glutaredoxin (GR/GSH/Grx) systems. These cascades drive vital cellular functions in many ways through signaling, regulating other proteins' activity by redox switches, and by stoichiometric reductant transfers in metabolism and antioxidant systems. Increasing evidence argues that there is a persistent alteration of the redox environment in certain pathological states, such as cancer, that heavily involve the Trx system: upregulation and/or overactivity of the Trx system may support or drive cancer progression, making both TrxR and Trx promising targets for anti-cancer drug development. Understanding the biochemical mechanisms and connections between certain redox cascades requires research tools that interact with them. The state-of-the-art genetic tools are mostly ratiometric reporters that measure reduced:oxidized ratios of selected redox pairs or the general thiol pool. However, the precise cellular roles of the central oxidoreductase systems, including TrxR and Trx, remain inaccessible due to the lack of probes to selectively measure turnover by either of these proteins. However, such probes would allow measuring their effective reductive activity apart from expression levels in native systems, including in cells, animals, or patient samples. They are also of high interest to identify chemical inhibitors for TrxR/Trx in cells and to validate their potential use as anti-cancer agents (to date, there is no selective cellular Trx inhibitor, and most known TrxR inhibitors were not comprehensively evaluated considering selectivity and potential off-targets). However, small molecule redox imaging tools are underdeveloped: their protein specificity, spectral properties, and applicability remain poorly precedented. This work aimed to address this opportunity gap and develop novel, small molecule diagnostic and therapeutic tools to selectively target the Trx system based on a modular trigger cargo design: artificial cyclic disulfide substrates (trigger) for oxidoreductases are tethered to molecular agents (cargo) such that the cargo’s activity is masked and is re-established only through reduction by a target protein. The rational design of these novel reduction sensors to target the cell's strongest disulfide-reducing enzymes was driven by the following principles: (i) cyclic disulfide triggers with stabilized ring systems were used to gain low reduction potentials that should resist reduction except by the strongest cellular reductases, such as Trx; and (ii) the cyclic topology also offers the potential for kinetic reversibility that should select for dithiol-type redox proteins over the cellular monothiol background. Creating imaging agents based on such two-component designs to selectively measure redox protein activity in native cells required to combine the correct trigger reducibility, probe activation kinetics, and imaging modalities and to consider the overall molecular architecture. The major prior art in this field has applied cyclic 5-membered disulfides (1,2 dithiolanes) as substrates for TrxR in a similar way to create such tools. However, this motif was described elsewhere as thermodynamically instable and was due to widely used for dynamic covalent cascade reactions. By comparing a novel 1,2 dithiolane-based probe to the state-of-the-art probes, including commercial TrxR sensors, by screening a conclusive assay panel of cellular TrxR modulations, I clarified that 1,2 dithiolanes are not selective substrates for TrxR in biological settings (Nat Commun 2022). Instead, aiming for more stable ring systems and thus more robust redox probes, during this work, I developed bicyclic 6 membered disulfides (piperidine fused 1,2 dithianes) with remarkably low reduction potentials. I showed that molecular probes using them as reduction sensors can be mostly processed by thioredoxins while being stable against reduction by GSH. The thermodynamically stabilized decalin like topology of the cis-annelated 1,2 dithianes requires particularly strong reductants to be cleaved. They also select for dithiol type redox proteins, like Trx, based on kinetic reversibility and offer fast cyclization due to the preorganization by annelation (JACS 2021). This work further expanded the system’s modularity with structural cores based on piperazine-fused 1,2 dithianes with the two amines allowing independent derivatization. Diagnostic tools using them as reduction sensors proved equally robust but with highly improved activation kinetics and were thus cellularly activated. Cellular studies evolved that they are substrates for both Trxs and their protein cousins Grxs, so measuring the cellular dithiol protein pool rather than solely Trx activity (preprint 2023). Finally, a trigger based on a slightly adapted reduction sensor, a desymmetrized 1,2 thiaselenane, was designed for selective reduction by TrxR’s selenol/thiol active site, then combined with a precipitating large Stokes’ shift fluorophore and a solubilizing group, to evolve the first selective probe RX1 to measure cellular TrxR activity, which even allowed high throughput inhibitor screening (Chem 2022). The central principle of this work was further advanced to therapeutic prodrugs based on the duocarmycin cargo (CBI) with tunable potency (JACS Au 2022) that can be used to create off-to-on therapeutic prodrugs. Such CBI prodrugs employing stabilized 1,2 dichalcogenide triggers proved to be cytotoxins that depend on Trx system activity in cells. They could further be exploited for cell-line dependent reductase activity profiling by screening their redox activation indices, the reduction-dependent part of total prodrug activation, in 177 cell lines. Beyond that, these prodrugs were well-tolerated in animals and showed anti-cancer efficacy in vivo in two distinct mouse tumor models (preprint 2022). Taken together, I introduced unique monothiol-resistant reducible motifs to target the cellular Trx system with chemocompatible units for each for TrxR and Trx/Grx, where the cyclic nature of the dichalcogenides avoids activation by GSH. By using them with distinct molecular cargos, I developed novel selective fluorescent reporter probes; and introduced a new class of bioreductive therapeutic constructs based on a common modular design. These were either applied to selectively measure cellular reductase activity or to deliver cytotoxic anti cancer agents in vivo. Ongoing work aims to differentiate between the two major redox effector proteins Trx and Grx, requiring additional layers of selectivity that may be addressed by tuned molecular recognition. The flexible use of various molecular cargos allows harnessing the same cellular redox machinery by either probes or prodrugs. This allows predictive conclusions from diagnostics to be directly translated into therapy and offers great potential for future adaptation to other enzyme classes and therapeutic venues.Die zellulĂ€re Redox-Homöostase hĂ€ngt von Thiol/Disulfid-Oxidoreduktasen ab, die den Stoffwechsel, die Proliferation und die antioxidative Antwort von Zellen beeinflussen. Die wichtigsten Netzwerke sind die Thioredoxin Reduktase-Thioredoxin (TrxR/Trx) und Glutathion Reduktase-Glutathion-Glutaredoxin (GR/GSH/Grx) Systeme, die ĂŒber Redox-Schalter in Substratproteinen lebenswichtige zellulĂ€re Funktionen steuern und so an der Redox-Regulation und -SignalĂŒbertragung beteiligt sind. Persistente VerĂ€nderungen des Redoxmilieus in pathologischen ZustĂ€nden, wie z. B. bei Krebs, sind in hohem Maße mit dem Trx-System verbunden. Eine Hochregulierung und/oder ÜberaktivitĂ€t des Trx-Systems, die bei vielen Krebsarten auftreten, unterstĂŒtzt zudem das Fortschreiten des Krebswachstums, was TrxR/Trx zu vielversprechenden Zielproteinen fĂŒr die Entwicklung neuer Krebsmedikamente macht. Um die biochemischen Prozesse dahinter zu erforschen, sind spezielle Techniken zur Visualisierung und Messung enzymatischer AktivitĂ€t nötig. Die hierzu geeigneten, meist genetischen Sensoren messen ratiometrisch das VerhĂ€ltnis reduzierter/oxidierter Spezies in zellulĂ€rem Umfeld oder spezifisch ausgewĂ€hlte Redoxpaare. Die weitere Erforschung der exakten Funktion von TrxR/Trx und deren Substrate ist jedoch durch mangelnde Nachweismethoden limitiert. Diese sind außerdem zur Validierung chemischer Hemmstoffe fĂŒr TrxR/Trx in Zellen und deren potenziellen Verwendung als Krebsmittel von großem Interesse. Bislang gibt es keinen selektiven zellulĂ€ren Trx-Inhibitor und potenzielle Off-Target-Effekte der bekannten TrxR-Inhibitoren wurden nicht abschließend bewertet. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung niedermolekularer, diagnostischer und therapeutischer Werkzeuge, die selektiv auf das Trx-System abzielen und auf einem modularen Trigger-Cargo Design basieren. Hierzu werden zyklische Disulfid-Substrate (Trigger) fĂŒr Oxidoreduktasen so mit molekularen Wirkstoffen (Cargo) verknĂŒpft, dass dabei die WirkstoffaktivitĂ€t maskiert, und erst nach Reduktion durch ein Zielprotein wiederhergestellt wird. Diese neuartigen, synthetischen Reduktionssensoren basieren auf den folgenden Grundprinzipien: (i) Zyklische Disulfide sind thermodynamisch stabilisiert und können nur durch die stĂ€rksten Reduktasen gespalten werden; und (ii) die zyklische Topologie ermöglicht die kinetische ReversibilitĂ€t der zwei Thiol-Disulfid-Austauschreaktionen, die eine erste Reaktion mit Monothiolen, wie z. B. GSH, sofort umkehrt und so eine vollstĂ€ndige Reduktion verhindert. Die meisten frĂŒheren Arbeiten auf diesem Gebiet verwendeten ein zyklisches, fĂŒnfgliedriges Disulfid (1,2 Dithiolan) als Substrat fĂŒr TrxR. Das gleiche Strukturmotiv wurde jedoch an anderer Stelle als thermodynamisch instabil beschrieben und aufgrund dieser Eigenschaft explizit fĂŒr dynamische Kaskadenreaktionen verwendet. Deshalb vergleicht diese Arbeit zu Beginn einen neuen 1,2 Dithiolan basierten fluorogenen Indikator mit bestehenden, z. T. kommerziellen, Redox Sonden fĂŒr TrxR in einer Reihe von Zellkultur-Experimenten unter Modulation der zellulĂ€ren TrxR AktivitĂ€t und stellt so einen Widerspruch in der Literatur klar: 1,2 Dithiolane eignen sich nicht als selektive Substrate fĂŒr TrxR, da sie labil sowohl gegen die Reduktion durch andere Redoxproteine, als auch gegen den Monothiol Hintergrund in Zellen sind (Nat. Commun. 2022). Als alternatives Strukturmotiv wird in dieser Arbeit ein bizyklisches sechsgliedriges Disulfid (anneliertes 1,2 Dithian) etabliert. Durch sein niedriges Reduktionspotenzial, also seine hohe Resistenz gegen Reduktion, werden molekulare Sonden basierend auf diesem 1,2 Dithian als Reduktionssensor fast ausschließlich von Trx aktiviert, nicht aber von TrxR oder GSH (JACS 2021). Dieses Kernmotiv bestimmt dabei die Reduzierbarkeit, und damit die EnzymspezifitĂ€t, durch seine zyklische Natur und die Annelierung, auch unter Verwendung unterschiedlicher Farb-/Wirkstoffe. Auf dieser Grundlage konnte die molekulare Struktur durch einen weiteren Modifikationspunkt fĂŒr die flexible Verwendung weiterer funktioneller Einheiten ergĂ€nzt werden. Obwohl zellulĂ€re Studien ergaben, dass diese neuartigen 1,2 Dithian Einheiten in Zellen sowohl Trx als auch das strukturell verwandte Grx adressieren, sind die daraus resultierenden diagnostischen MolekĂŒle wertvoll, um den katalytischen Umsatz zellulĂ€rer Dithiol-Reduktasen, der sogenannten Trx Superfamilie, selektiv anzuzeigen (Preprint 2023). BegĂŒnstigt durch das modulare MolekĂŒldesign stellt diese Arbeit zudem das erste Reportersystem RX1 zum selektiven Nachweis der TrxR-AktivitĂ€t in Zellen vor. Es basiert auf der Verwendung eines zyklischen, unsymmetrischen Selenenylsulfid-Sensors (1,2 Thiaselenan), der selektiv von dem einzigartigen Selenolat der TrxR angegriffen wird, und dadurch letztlich nur von TrxR reduziert werden kann. RX1 eignete sich zudem fĂŒr eine Hochdurchsatz-Validierung bestehender TrxR Inhibitoren und unterstreicht dadurch den kommerziellen Nutzen derartiger Diagnostika (Chem 2022). Das zentrale Trigger-Cargo Konzept dieser Arbeit wurde fĂŒr therapeutische Zwecke weiterentwickelt und nutzt dabei den einzigartigen Wirkmechanismus der Duocarmycin-Naturstoffklasse (CBI) (JACS Au 2022) zur Entwicklung reduktiv aktivierbarer Therapeutika. CBI Prodrugs basierend auf stabilisierten Redox-Schaltern (1,2 Dithiane fĂŒr Trx; 1,2 Thiaselenan fĂŒr TrxR) reagierten signifikant auf TrxR-Modulation in Zellen. Sie wurden darĂŒber hinaus durch das Referenzieren ihrer AktivitĂ€t gegenĂŒber nicht-reduzierbaren KontrollmolekĂŒle fĂŒr die Erstellung zelllinienabhĂ€ngiger Profile der ReduktaseaktivitĂ€t in 177 Zelllinien genutzt. Schließlich waren diese neuen Krebsmittel im Tiermodell gut vertrĂ€glich und zeigten in zwei verschiedenen Mausmodellen eine krebshemmende Wirkung (Preprint 2022b). Zusammenfassend prĂ€sentiert diese Dissertation monothiol-resistente reduzierbare Trigger-Einheiten fĂŒr das zellulĂ€re Trx-System zur Entwicklung neuartiger, selektiver Reporter-Sonden, sowie eine neue Klasse reduktiv aktivierbarer Krebsmittel auf Basis eines adaptierbaren Trigger-Cargo Designs. Diese fanden entweder zur selektiven Messung zellulĂ€rer ProteinaktivitĂ€t oder zum Einsatz als Antikrebsmittel Verwendung. Es wurden chemokompatible Motive sowohl fĂŒr TrxR als auch fĂŒr Trx/Grx identifiziert, wobei deren zyklische Natur eine Aktivierung durch GSH verhindert. Eine weitere Differenzierung zwischen den beiden Redox-Proteinen Trx und Grx und anderen Proteinen der Trx-Superfamilie erfordert eine zusĂ€tzliche Ebene der Selektierung, z. B. durch molekulare Erkennung, und ist Gegenstand laufender Arbeiten. Die flexible Verwendung verschiedener molekularer Wirkstoffe ermöglicht dabei die „Pipeline-Entwicklung“ von Diagnostika und Therapeutika, die von der zellulĂ€ren Redox-Maschinerie analog umgesetzt werden, und dadurch Schlussfolgerungen aus der Diagnostik direkt auf eine Therapie ĂŒbertragbar machen. Dies birgt großes Potenzial fĂŒr kĂŒnftige Entwicklungen bei einer potenziellen Übertragung des modularen Konzepts auf andere Enzymklassen und therapeutische Einsatzgebiete

    ‚Lebenslanges, berufsbegleitendes Lernen‘ als Kompetenzanforderung an SachunterrichtslehrkrĂ€fte.: Eine explorative Studie in Bezug auf deren Lernverhalten sowie VerstĂ€ndnis von der Konzeption eines aktuell diskutierten, bildungswirksamen Sachunterrichts.

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    Die vorliegende BeLLiSU-Studie beschĂ€ftigt sich mit dem lebenslangen, berufsbegleitenden Lernen von SachunterrichtslehrkrĂ€ften, welches einen unverzichtbaren Bestandteil sowie SelbstverstĂ€ndnis des Lehrer:innenberufs darstellt (dritte Phase der Lehrer:innenbildung). Genauer fokussiert die Arbeit auf die Exploration und Deskription (1) der von Sachunterrichtslehrer:innen genutzten Lernformen zum Ziel der Weiterentwicklung ihrer professionellen Handlungskompetenz fĂŒr das Fach Sachunterricht sowie (2) deren VerstĂ€ndnis von der Konzeption eines aktuellen, vielperspektivischen Sachunterrichts (sachunterrichtsdidaktisches Wissen). Ein weiteres Anliegen besteht in der ÜberprĂŒfung möglicher ZusammenhĂ€nge ausgewĂ€hlter Personen- und Kontextmerkmale mit dem berufsbegleitenden Lernen jener Lehrpersonen. Eine der wichtigsten Aufgaben im Lehrer:innenberuf besteht im Erhalt und in der kontinuierlichen (Weiter-)Entwicklung professioneller Handlungskompetenz durch ein lebenslanges, berufsbegleitendes Lernen, um die komplexen Anforderungen des Berufsalltags erfolgreich bewĂ€ltigen zu können. Das Lehrer:innenwissen gilt dabei als zentrale Komponente der professionellen Lehrer:innenkompetenz, wobei der darin enthaltene Wissensbereich des fachdidaktischen Wissens im Rahmen der vorliegenden Untersuchung von besonderem Interesse ist, da er neben dem fachlichen Wissen eine wichtige EinflussgrĂ¶ĂŸe auf die UnterrichtsqualitĂ€t und die fachlichen Lernfortschritte der SchĂŒler:innen darstellt. Das Lernen im Beruf kann auf einem Kontinuum von eher formalen (berufsbegleitende Fort- und Weiterbildung) hin zu eher reflexiven, informellen Lernformen (bewusstes Lernen außerhalb formaler Bildungsinstitutionen) stattfinden, welche sich gegenseitig möglichst sinnvoll ergĂ€nzen sollen. Schließlich stellt ein vielperspektivischer Sachunterricht an die professionelle Sachunterrichtslehrkraft genauso vielseitige, anspruchsvolle und komplexe Anforderungen wie an den Sachunterricht und seine Didaktik selbst: im Rahmen des lebenslangen Lernens hat jene u. a. die Aufgabe, aktuelle Entwicklungen und Forschungserkenntnisse des Sachunterrichts in Erfahrung zu bringen und fĂŒr die Planung, DurchfĂŒhrung und Reflexion ihres Unterrichts zu nutzen. Zum konkreten beruflichen Lernverhalten von Sachunterrichtslehrer:innen liegen bis dato jedoch keine empirischen Untersuchungen vor, die das gesamte Kontinuum möglicher beruflicher Lernformen berĂŒcksichtigen, sodass sich die vorliegende Studie die Erfassung desgleichen mittels eines selbst entwickelten, standardisierten Fragebogens zum Ziel macht. In einer quantitativen Querschnittstudie wurden n = 165 SachunterrichtslehrkrĂ€fte in Sachsen einerseits zu den Formen, NutzungshĂ€ufigkeiten, PrĂ€ferenzen sowie Bedingungen ihres berufsbegleitenden Lernens und andererseits nach ihrem VerstĂ€ndnis von der Konzeption eines aktuell diskutierten, bildungswirksamen Sachunterrichts befragt. Zusammenfassend deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die befragten Lehrpersonen sowohl formal als auch informell fĂŒr das Fach Sachunterricht lernen, wobei dem informellen Lernen subjektiv eine grĂ¶ĂŸere Bedeutung zugeschrieben wird. Nach deskriptivstatistischer Auswertung aller Daten konnte mit Hilfe der explorativen Faktorenanalyse die vorgenommene Dimensionalisierung des latenten Konstrukts ‚reflexive informelle Formen des lebenslangen, berufsbegleitenden Lernens von SachunterrichtslehrkrĂ€ften‘ abgebildet (EindimensionalitĂ€t der Subdimensionen) und zum Teil weiter ausdifferenziert werden. DarĂŒber hinaus zeigte ein Mittelwertvergleich der einzelnen Subskalen signifikante Ergebnisse dahingehend, dass die befragten SachunterrichtslehrkrĂ€fte anscheinend hĂ€ufiger jene informellen Lernformen nutzen, die mit weniger Aufwand – sei es zeitlich oder personell – in den Berufsalltag zu integrieren sind. Damit entsprechen die vorliegenden Daten, welche einen konkreten Bezug zum Fach Sachunterricht herstellen, weitestgehend den bisherigen Befunden fĂŒr Sekundarschullehrer:innen im Allgemeinen. Ähnliche Ergebnisse zeigen sich auch fĂŒr das Lernen in formalen Kontexten, hinsichtlich dessen die befragten SachunterrichtslehrkrĂ€fte eher schulinterne Fortbildungen prĂ€ferieren und nutzen als schulexterne. Des Weiteren besitzen sie hinsichtlich der BerĂŒcksichtigung von Kind- und Lebensweltorientierung einerseits sowie der UnterstĂŒtzung der SchĂŒler:innen bei der bildungswirksamen Erschließung ihrer Umwelt und genauer beim Verstehen dieser andererseits ein konzeptionelles VerstĂ€ndnis des Faches, welches auf einen aktuellen, vielperspektivischen Sachunterricht hindeutet. Eine geringere Rolle scheinen in diesem Kontext jedoch die weiteren zentralen konzeptionellen Prinzipien sowie das andere allgemeine leitende Prinzip der Wissenschaftsorientierung zu spielen. Der ‚Perspektivrahmen Sachunterricht‘ (GDSU 2013) als Ausdruck der gegenwĂ€rtigen Sachunterrichtskonzeption ist etwa zwei Drittel der befragten Sachunterrichtslehrer:innen bekannt, wobei ihn nur etwa ein Drittel konkret fĂŒr die Planung von Sachunterricht nutzt. Die vorliegenden Daten lassen schließlich, trotz einiger Ausnahmen, keine Aussage dahingehend zu, dass die befragten Lehrpersonen je nach Berufserfahrung in unterschiedlicher Form, Anzahl sowie zu verschiedenen Inhalten berufsbegleitend lernen. Gleiches gilt fĂŒr den Einfluss weiterer Personen- und Kontextmerkmale. Insbesondere den Bedingungen und der Wirksamkeit formalen und v. a. informellen Lernens von SachunterrichtslehrkrĂ€ften sowie der validen Erfassung des genannten fachdidaktischen Wissens sollte daher in Zukunft verstĂ€rkt Aufmerksamkeit geschenkt werden.:Danksagung Zusammenfassung Abstract Andere Verzeichnisse AbkĂŒrzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anhangsverzeichnis 1 Einleitung THEORIETEIL – STAND DER FORSCHUNG 2 ProfessionalitĂ€t von LehrkrĂ€ften als Entwicklung professioneller Handlungskompetenz 2.1 Lehrer:innenprofessionalitĂ€t 2.1.1 Professionalisierung als Verberuflichung 2.1.2 Professionskriterienansatz 2.1.3 Strukturtheoretischer Professionsansatz 2.1.4 Wissenssoziologischer Zugang, Expertiseansatz und kompetenztheoretischer Professionsansatz 2.1.5 Berufsbiografischer Professionsansatz 2.1.6 Zusammenfassung 2.2 Professionelle Handlungskompetenz von LehrkrĂ€ften und deren Entwicklung 2.2.1 Merkmale des Lehrer:innenberufs und dessen (Kompetenz-)Anforderungen an LehrkrĂ€fte 2.2.2 Kompetenzen, Standards und Kompetenzmodelle 2.2.3 Das (Struktur-)Modell professioneller Handlungskompetenz 2.2.3.1 Fokus: Fachdidaktisches Wissen von LehrkrĂ€ften – eine Arbeitsdefinition 2.2.3.2 Modellierungen fachdidaktischen Wissens von LehrkrĂ€ften 2.2.3.3 Ein Modell sachunterrichtsdidaktischen Wissens von LehrkrĂ€ften 2.2.4 Die Entwicklung professioneller Handlungskompetenz von LehrkrĂ€ften 2.2.5 Zusammenfassung 3 Lebenslanges, berufsbegleitendes Lernen von LehrkrĂ€ften 3.1 Theoretische Perspektiven hinsichtlich des lebenslangen, berufsbegleitenden Lernens von LehrkrĂ€ften 3.1.1 Lernen von LehrkrĂ€ften – eine lerntheoretische AnnĂ€herung an den Lernbegriff 3.1.2 Lebenslanges, berufsbegleitendes Lernen von LehrkrĂ€ften – eine BegriffsklĂ€rung 3.2 Lernformen des berufsbegleitenden Lernens von LehrkrĂ€ften: Lernen in formalen und informellen Kontexten – ein Kontinuummodell 3.2.1 Lebenslanges, berufsbegleitendes Lernen von LehrkrĂ€ften in formalen Kontexten: formales Lernen 3.2.2 Lebenslanges, berufsbegleitendes Lernen von LehrkrĂ€ften in informellen Kontexten: reflexives, informelles Lernen 3.3 Fokus: Lebenslanges, berufsbegleitendes Lernen von LehrkrĂ€ften im Verlauf ihrer BerufstĂ€tigkeit 3.4 Zusammenfassung 4 Konzeption eines aktuell diskutierten, bildungswirksamen Sachunterrichts – Anforderungen an die Lehrkraft 4.1 Anforderungen an eine professionelle Sachunterrichtslehrkraft 4.2 Aktuelle Konzeptionierung des Faches Sachunterricht – die Frage nach dem ‚modernen Sachunterricht‘? 4.2.1 Bildungswirksamer Sachunterricht – der Bildungsauftrag des Faches 4.2.2 Bildungsziele und (zentrale) Aufgaben des Sachunterrichts 4.2.3 Die Bestimmungsmerkmale des aktuellen Sachunterrichts – sachunterrichtsdidaktische Prinzipien 4.2.4 Herkunft und Auswahl der (Sachunterrichts-)Inhalte 4.3 Synthese: Der Perspektivrahmen Sachunterricht als Ausdruck der aktuellen Sachunterrichtskonzeption 4.4 Zusammenfassung 5 Professionstheoretische Befunde hinsichtlich des lebenslangen, berufsbegleitenden Lernens von SachunterrichtslehrkrĂ€ften 5.1 Befunde zum fachdidaktischen Wissen von SachunterrichtslehrkrĂ€ften 5.2 Befunde zum lebenslangen, berufsbegleitenden Lernen von (Sachunterrichts-)LehrkrĂ€ften 5.3 Zusammenfassung bisheriger Befunde und eigenes ForschungsbemĂŒhen 6 Zielsetzungen, Fragestellungen und Hypothesen EMPIRISCHER TEIL 7 Methodisches Vorgehen 7.1 Untersuchungsdesign 7.2 Fragebogenentwicklung 7.2.1 Operationalisierung der Konstrukte 7.2.2 Beschreibung des Fragebogens 7.3 Stichprobe 7.4 Ablauf der Untersuchung 7.4.1 Pilotierung des Befragungsinstruments 7.4.2 DurchfĂŒhrung der Hauptuntersuchung 7.5 Auswertungsmethoden 7.5.1 Datenaufbereitung und Umgang mit fehlenden Werten 7.5.2 Deskriptivstatistische und explorative Analysen 7.5.3 Quantitative Inhaltsanalyse 7.5.4 Zusammenhangsanalysen 8 Ergebnisse der BeLLiSU-Studie 8.1 Lebenslanges, berufsbegleitendes Lernen von SachunterrichtslehrkrĂ€ften 8.1.1 Formale Lerngelegenheiten 8.1.2 Informelle Lerngelegenheiten 8.1.2.1 Lernen durch Austausch und Zusammenarbeit 8.1.2.2 Wissenserweiterung und Information ĂŒber Literatur und Internet 8.1.2.3 Lernen durch Experimentieren und Reflektieren 8.1.2.4 Weitere informelle Lernformen 8.1.2.5 Explorative Faktorenanalyse hinsichtlich der informellen Lernformen 8.1.3 WĂŒnsche und Erwartungen an zukĂŒnftige berufsbegleitende Lernformate 8.2 Sachunterrichtsdidaktisches Wissen 8.2.1 Zum VerstĂ€ndnis von einem aktuell diskutierten, bildungswirksamen Sachunterricht 8.2.2 Zur Implementierung des Perspektivrahmens Sachunterricht 8.3 Bedingungsfaktoren des berufsbegleitenden Lernens 9 Zusammenfassende Diskussion der Ergebnisse 9.1 Lebenslanges, berufsbegleitendes Lernen von SachunterrichtslehrkrĂ€ften 9.2 Sachunterrichtsdidaktisches Wissen 9.3 Bedingungsfaktoren des berufsbegleitenden Lernens 10 Limitationen der Studie 11 Implikationen fĂŒr die Lehrer:innenbildung 12 Fazit und Ausblick Literaturverzeichnis A N H A N G Forschungsdatenmanagementplan ErklĂ€rung zu guter wissenschaftlicher Praxi

    Gut-brain interactions affecting metabolic health and central appetite regulation in diabetes, obesity and aging

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    The central aim of this thesis was to study the effects of gut microbiota on host energy metabolism and central regulation of appetite. We specifically studied the interaction between gut microbiota-derived short-chain fatty acids (SCFAs), postprandial glucose metabolism and central regulation of appetite. In addition, we studied probable determinants that affect this interaction, specifically: host genetics, bariatric surgery, dietary intake and hypoglycemic medication.First, we studied the involvement of microbiota-derived short-chain fatty acids in glucose tolerance. In an observational study we found an association of intestinal availability of SCFAs acetate and butyrate with postprandial insulin and glucose responses. Hereafter, we performed a clinical trial, administering acetate intravenously at a constant rate and studied the effects on glucose tolerance and central regulation of appetite. The acetate intervention did not have a significant effect on these outcome measures, suggesting the association between increased gastrointestinal SCFAs and metabolic health, as observed in the observational study, is not paralleled when inducing acute plasma elevations.Second, we looked at other determinants affecting gut-brain interactions in metabolic health and central appetite signaling. Therefore, we studied the relation between the microbiota and central appetite regulation in identical twin pairs discordant for BMI. Second, we studied the relation between microbial composition and post-surgery gastrointestinal symptoms upon bariatric surgery. Third, we report the effects of increased protein intake on host microbiota composition and central regulation of appetite. Finally, we explored the effects of combination therapy with GLP-1 agonist exenatide and SGLT2 inhibitor dapagliflozin on brain responses to food stimuli

    The Forward Physics Facility at the High-Luminosity LHC

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    High energy collisions at the High-Luminosity Large Hadron Collider (LHC) produce a large number of particles along the beam collision axis, outside of the acceptance of existing LHC experiments. The proposed Forward Physics Facility (FPF), to be located several hundred meters from the ATLAS interaction point and shielded by concrete and rock, will host a suite of experiments to probe standard model (SM) processes and search for physics beyond the standard model (BSM). In this report, we review the status of the civil engineering plans and the experiments to explore the diverse physics signals that can be uniquely probed in the forward region. FPF experiments will be sensitive to a broad range of BSM physics through searches for new particle scattering or decay signatures and deviations from SM expectations in high statistics analyses with TeV neutrinos in this low-background environment. High statistics neutrino detection will also provide valuable data for fundamental topics in perturbative and non-perturbative QCD and in weak interactions. Experiments at the FPF will enable synergies between forward particle production at the LHC and astroparticle physics to be exploited. We report here on these physics topics, on infrastructure, detector, and simulation studies, and on future directions to realize the FPF's physics potential

    The Forward Physics Facility at the High-Luminosity LHC

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