The Intestinal Barrier-Shielding the Body from Nano- and Microparticles in Our Diet

Nano- and microparticles are an implicit part of the human diet. They are unknowingly ingested with our food that contains them as additives or pollutants. However, their impact on human health is not yet understood and controversially discussed. The intestinal epithelial barrier shields our body against exogenous influences, such as commensal bacteria, pathogens, and body-foreign particles and, therefore, protects our body integrity. Breakdown of the intestinal epithelial barrier and aberrant immune responses are key events in the pathogenesis of inflammatory bowel disease (IBD). Epithelial lesions might enable systemic translocation of nano- and microparticles into the system, eventually triggering an excessive immune response. Thus, IBD patients could be particularly vulnerable to adverse health effects caused by the ingestion of synthetic particles with food. The food-additive titanium dioxide (TiO$_{2}$) serves as a coloring agent in food products and is omnipresent in the Western diet. TiO$_{2}$ nanoparticles exacerbate intestinal inflammation by activation of innate and adaptive immune response. Because of serious safety concerns, the use of TiO$_{2}$ as a food additive was recently banned from food production within the European Union. Due to environmental pollution, plastic has entered the human food chain, and plastic microparticles have been evidenced in the drinking water and comestible goods. The impact of plastic ingestion and its resulting consequences on human health is currently the subject of intense research. Focusing on TiO$_{2}$ and plastic particles in the human diet and their impact on epithelial integrity, gut homeostasis, and intestinal inflammation, this review is addressing contemporary hot topics which are currently attracting a lot of public attention

Einfluss von Migration und Schulbildung der Mutter auf die Ernährung im privaten Haushalt

Menschen, die nach Deutschland einwandern, bringen die Ernährungsgewohnheiten des Heimatlandes mit. Sie kommen in den Kontakt mit in Deutschland üblichen Ernährungsgewohnheiten und erleben möglicherweise eine neue soziale Lage, da sie häufig in der unteren sozialen Schicht starten. Gleichzeitig findet ein monetärer Aufstieg statt. Dieser Einfluss hat unterschiedlich starke Rückwirkungen auf die Ernährungsgewohnheiten der Migranten. Durch die großen nationalen Verzehrsdokumentationsstudien für Kinder und Erwachsene ESKIMO I & II, NVS II wird deutlich, dass die Lebensmittel- und die Nährstoffzufuhr bei Menschen mit einem Migrationshintergrund sowie einem niedrigen Sozialstatus das Ernährungsverhalten ungünstig assoziiert wird. Wenige Informationen gibt es jedoch bisher darüber, ob es innerhalb der Migrationshaushalte einen Zusammenhang zwischen den Bildungsgraden der Haushalte und der Ernährung der Kinder gibt. Diese Lücke in der Datenbasis ergibt die Fragestellung der Arbeit, da es bisher keine Datenbasis für die Nährstoffzufuhr von Kindern mit Migrationshintergrund gibt, verfolgt die vorliegende Arbeit das Ziel, die Energie- und Nährstoffzufuhr sowie Mahlzeitenfrequenz bei Kindern und Müttern mit unterschiedlichen Migrationshintergründen und unterschiedlichem Bildungsniveau der Mutter zu erfassen. Deshalb soll die vorliegende Arbeit bei Kindern und Müttern mit Migrationshintergrund die Energie, Nährstoffzufuhr und Mahlzeitenfrequenz bestimmen und ergründen, ob es Unterschiede zwischen Haushalten mit niedriger bzw. hoher Schulbildung der Mutter gibt. Es wurden zwei kulturell unterschiedliche Migrationsgruppen betrachtet und die Ergebnisse den Forschungsergebnissen deutscher Haushalte der NVSII und den EsKiMo-Studien gegenübergestellt. Studienteilnehmer waren 20 türkisch- und 20 russischstämmige Familien mit Kindern. Auf der Grundlage der erarbeiteten Erkenntnisbasis kann die Vermutung, dass die Ernährung der Kinder in Migrationshaushalten besonders mit der Schulbildung der Mutter in Verbindung stehen könnte, bestätigt werden. Die untersuchten Kinder und Mütter mit niedriger Schulbildung führten mehr Energie und Vitamine und Mineralstoffe zu. Es ergeben sich ebenfalls Hinweise auf kulturell bedingte Unterschiede der Ernährungsgewohnheiten und der Nährstoffzufuhr zwischen den beiden Migrantengruppen, da türkische Kinder und Mütter mehr Energie (Fett & Kohlenhydrate) Vitamine und Mineralstoffe zuführen. Dies könnte wichtige Implikationen für die Konzeption und Evaluierung von Ernährungspräventionsmaßnamen für die verbreiteten Zivilisationskrankheiten wie Adipositas und Herzkreislauferkrankungen geben. So könnte es sinnvoll sein, spezielle Migrantengruppen individuell in den Blick zu nehmen und hierbei vor allem an bildungsfernere Schichten zu fokussieren

Anpassungsvorgänge des Nephrons an die Hemmung der Glukoseresorption durch SGLT2-Inhibitoren

Verschiedene klinische Studien konnten einen nephroprotektiven Zusatznutzen einer Therapie mit SGLT2-Inhibitoren demonstrieren, welcher sich unabhängig von einer diabetischen Grunderkrankung zeigte. Die molekularen Mechanismen, die diese protektiven Effekte vermitteln, sind bisher aber noch weitgehend ungeklärt. Bei Wildtyp-Mäusen, die acht Wochen mit Empagliflozin behandelt worden waren, konnte eine Zunahme des Nierengewichts beobachtet werden. Unklar blieb jedoch, wodurch sich diese Anpassungsvorgänge erklären lassen. Erste Befunde zeigten schließlich eine vergrößerte Zellfläche in einzelnen Tubulussegmenten, wobei nicht differenziert werden konnte, ob es sich um eine Hypertrophie oder um eine Zellschwellung handelt. Im Rahmen dieser Arbeit sollte geklärt werden, ob eine mögliche Nierenhypertrophie indirekt - infolge der SGLT2-Inhibition im proximalen Tubulus - oder direkt - im Sinne einer unspezifischen Medikamentenwirkung in weiter distalen Tubulussegmenten - vermittelt wird. Um in vitro ein vereinfachtes Modell des Nephrons zu imitieren, wurden drei verschiedene Zelllinien kultiviert, die die Abschnitte proximaler und distaler Tubulus sowie Sammelrohr repräsentierten. Ziel des Versuchsaufbaus war es, eine segmentspezifische, direkte Wirkung einer SGLT2-Blockade durch Empagliflozin zu detektieren. Als Nachweis einer möglichen Hypertrophie wurde die Zunahme der Protein-DNA-Ratio, welche mittels Messung der DNA- beziehungsweise Proteinkonzentration berechnet wurde, im Vergleich zu Kontrollzellen definiert. Um die realen physiologischen Bedingungen in der Niere besser zu simulieren, erfolgte die Inkubation der Zellen nicht nur unter statischen Bedingungen, sondern teilweise auch unter Superfusionsbedingungen. Dabei konnte bei Zellen des proximalen Tubulus (LLC-PK1) unter medikamentöser SGLT2-Inhibition eine Tendenz zur Hypotrophie im Sinne einer Abnahme der Protein-DNA-Ratio beobachtet werden, welche allerdings statistisch nicht signifikant war. Bei den verwendeten LLC-PK1-Zellen konnte - im Gegensatz zu Voruntersuchungen - durch Superfusion keine Hypertrophie induziert werden, jedoch zeichnete sich auch hier bei statisch inkubierten Kontrollzellen eine Tendenz zur Hypotrophie unter Empagliflozin-Behandlung ab. Diese Beobachtungen lassen sich möglicherweise durch die populäre „Workload“-Hypothese erklären. Bei Zellen des distalen Tubulus (MDCK-C7) und Sammelrohres (M-1) zeigte sich kein Effekt einer Empagliflozin-Behandlung, die gemessene Protein-DNA-Ratio blieb unbeeinflusst. Die in vivo beobachtete renale Hypertrophie konnte in vitro nicht reproduziert werden. Somit muss davon ausgegangen werden, dass es sich dabei am ehesten um einen indirekt vermittelten Empagliflozin-Effekt handelt, vermutlich im Sinne einer kompensatorischen Hyperresorption in weiter distal gelegenen Nephronabschnitten. Die Frage, durch welche Signalwege SGLT2-Inhibitoren auch bei Nierenerkrankungen nicht-diabetischer Genese nephroprotektiv wirken, konnte bis zum heutigen Tage nicht vollständig geklärt werden. Entscheidender Faktor scheint wohl eine Reduktion der pathologischen Hyperfiltration durch Reaktivierung des tubuloglomerulären Feedback-Mechanismus zu sein. Die vorliegende Arbeit konnte einen kleinen Beitrag zur Lösung dieser großen Fragestellung leisten, indem sie im Spiegel der aktuellen Literatur nahelegt, dass die Nephroprotektion unter SGLT2-Therapie am ehesten indirekt und nicht direkt vermittelt wird und sich mutmaßlich durch systemische Effekte im Gesamtsystem Niere auszeichnet

Die Relevanz semiotischer Dimensionen als "System der möglichen Fehler" für die Usability

Aus Punkt 1: "Warum lohnt sich Semiotik gerade im Bereich Usability und Design? Mehr noch, die Semiotik als übergreifende Perspektive ist hier gar nicht zu vermeiden. (Vermeidbar ist allenfalls der Soziolekt bzw. Technolekt der akademischen Semiotik, nicht aber ein semiotisches Arbeiten selbst.) Das Denken vieler Designer ist eher visuell geprägt. Diese Ausrichtung auf non-verbale Formen und Handlungen scheint der Semiotik entgegen zu stehen. Die Semiotik hat zwar eine starke Tradition in der Linguistik, aber diese stellt nur eine von mehreren gleichwertigen Zugängen dar: Man denke etwa an die Medizin (wo visuelle und sonstige Symptome als Zeichen gedeutet werden), an die Malerei (wo es Repräsentationen für ästhetische, soziale und politische Entsprechungen gibt), an die Gestik (wo jede kleinere oder größere Bewegung eines Muskels mit Bedeutungen verknüpft ist) oder an die Musik (wo sehr abstrakte Tonfolgen mit emotionaler Dynamik verbunden sind) – dazu etwa Eco (2002), Nöth (2000), Hucklenbroich (2003), Mazzola (2003) sowie Grammer (2004). ...

Entwicklung von Phytophthora-resistentem Zuchtmaterial für den ökologischen Landbau

Insbesondere im ökologischen Kartoffelanbau stellt die Kraut- und Knollenfäule, hervorgerufen durch den Erreger Phytophthora infestans, ein großes Produktionsrisiko dar. Der Pflanzenzüchtung obliegt die Aufgabe Sorten bereit zu stellen, die sowohl durch überdurchschnittliche Toleranz als auch Resistenz gegenüber dieser Krankheit eine besonders gute Eignung zum Anbau haben. Über das Bundesprogramm „Ökologischer Landbau und andere Formen nachhaltiger Landwirtschaft“ (BÖLN) fördert das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft ein Verbundprojekt, in dem durch die Bündelung der deutschen Fachkompetenz dieser Aufgabenstellung züchterisch begegnet wird. Die Kooperationspartner entwickeln zusammen unter Inanspruchnahme einer breiten Pflanzendiversität, genetischer Ressourcen, moderner Selektionsmethoden und ökologischer Anbaumethoden Zuchtklone, die eine gut ausgeprägte Krautfäuleresistenz in Kombination mit weiteren Resistenz- und Qualitätseigenschaften besitzen. Dazu werden anhand von Ergebnissen eines Sortenversuchs Eltern für Kreuzungen ausgewählt, deren Nachkommen sowohl phänotypisch als auch durch genetische Marker hinsichtlich ihrer Resistenz bewertet werden

Genetische Analyse der Feldresistenz von Kartoffeln gegenüber der Krautfäule im ökologischen Landbau

Late blight, caused by the oomycete Phytophthora infestans (Mont de Bary) poses one of the most important risks in production of organic potatoes. Favourable late blight conditions result in substantial losses in yield and quality in susceptible genotypes. In a series of field experiments between 2012 and 2015 at three organic sites in northern and southern Germany 148 cultivars assessed the outcome of decades of german late blight resistance breeding. The phenotyping of this diversity panel under natural conditions showed significant differences in the level of resistance within and across all maturity classes. These results were then used for a Single Nucleotide Polymorpism (SNP) assay on a 12k Infinion chip to locate QTLs for late blight resistance. Significant SNPs could be found for the traits late blight infection, maturity and maturity corrected late blight infection. These SNPs will be used for development of PCR markers for marker assisted selection in ongoing resistance breeding

Qualität und Nutzen - Über den Gebrauch von Zeit-Wert-Funktionen zur Integration qualitäts- und zeit-flexibler Aspekte in einer dynamischen Echtzeit-Einplanungsumgebung

Scheduling methodologies for real-time applications have been of keen interest to diverse research communities for several decades. Depending on the application area, algorithms have been developed that are tailored to specific requirements with respect to both the individual components of which an application is made up and the computational platform on which it is to be executed. Many real-time scheduling algorithms base their decisions solely or partly on timing constraints expressed by deadlines which must be met even under worst-case conditions. The increasing complexity of computing hardware means that worst-case execution time analysis becomes increasingly pessimistic. Scheduling hard real-time computations according to their worst-case execution times (which is common practice) will thus result, on average, in an increasing amount of spare capacity. The main goal of flexible real-time scheduling is to exploit this otherwise wasted capacity. Flexible scheduling schemes have been proposed to increase the ability of a real-time system to adapt to changing requirements and nondeterminism in the application behaviour. These models can be categorised as those whose source of flexibility is the quality of computations and those which are flexible regarding their timing constraints. This work describes a novel model which allows to specify both flexible timing constraints and quality profiles for an application. Furthermore, it demonstrates the applicability of this specification method to real-world examples and suggests a set of feasible scheduling algorithms for the proposed problem class.Einplanungsverfahren für Echtzeitanwendungen stehen seit Jahrzehnten im Interesse verschiedener Forschungsgruppen. Abhängig vom Anwendungsgebiet wurden Algorithmen entwickelt, welche an die spezifischen Anforderungen sowohl hinsichtlich der einzelnen Komponenten, aus welchen eine Anwendung besteht, als auch an die Rechnerplattform, auf der diese ausgeführt werden sollen, angepasst sind. Viele Echtzeit-Einplanungsverfahren gründen ihre Entscheidungen ausschließlich oder teilweise auf Zeitbedingungen, welche auch bei Auftreten maximaler Ausführungszeiten eingehalten werden müssen. Die zunehmende Komplexität von Rechner-Hardware bedeutet, dass die Worst-Case-Analyse in steigendem Maße pessimistisch wird. Die Einplanung harter Echtzeit-Berechnungen anhand ihrer maximalen Ausführungszeiten (was die gängige Praxis darstellt) resultiert daher im Regelfall in einer frei verfügbaren Rechenkapazität in steigender Höhe. Das Hauptziel flexibler Echtzeit-Einplanungsverfahren ist es, diese ansonsten verschwendete Kapazität auszunutzen. Flexible Einplanungsverfahren wurden vorgeschlagen, welche die Fähigkeit eines Echtzeitsystems erhöhen, sich an veränderte Anforderungen und Nichtdeterminismus im Verhalten der Anwendung anzupassen. Diese Modelle können unterteilt werden in solche, deren Quelle der Flexibilität die Qualität der Berechnungen ist, und jene, welche flexibel hinsichtlich ihrer Zeitbedingungen sind. Diese Arbeit beschreibt ein neuartiges Modell, welches es erlaubt, sowohl flexible Zeitbedingungen als auch Qualitätsprofile für eine Anwendung anzugeben. Außerdem demonstriert sie die Anwendbarkeit dieser Spezifikationsmethode auf reale Beispiele und schlägt eine Reihe von Einplanungsalgorithmen für die vorgestellte Problemklasse vor

Physical activity of children in the "Childhood Obesity Project" trial

Ziele: Das tägliche Bewegungsverhalten in der Kindheit hat einen großen Einfluss auf die momentane und zukünftige Gesundheit von Kindern. Ein höheres Niveau an körperlicher Aktivität (KA) und weniger Zeit in sitzenden Tätigkeiten (ST) während den ersten Lebensjahren ist positiv mit dem Bewegungsverhalten im Erwachsenenalter assoziiert. Zudem kann ein adäquater Umfang an KA und eine Reduktion von Inaktivität zur Prävention von kindlichem Übergewicht und Adipositas beitragen. In dieser Arbeit untersuche ich sowohl KA als auch ST bei Kindern vom 6. Bis zum 11 Lebensjahr, um ein besseres Verständnis für die Veränderung des Bewegungsverhaltens während der Kindheit zu erhalten. Ein weiteres Ziel ist es, mögliche Assoziationen mit anthropometrischen Messgrößen zu untersuchen. Methoden: Die Daten für diese Arbeit stammen aus der europäischen Childhood Obesity Project Studie (CHOP), die in fünf europäischen Ländern durchgeführt wurde. Der Umfang an KA und ST wurde mit sechs, acht und elf Jahren mit Hilfe des Sensewear Armbands 2 gemessen. Gewicht, Fettmasse und Größe der Kinder wurden den jeweiligen Messzeitpunkt erhoben und die anthropometrische Messgrößen body mass index (BMI) und fat mass index (FMI) berechnet. Ergebnisse: Die gesamt-KA und moderate bis intensive KA zeigte einen quadratisch abfallenden Verlauf mit steigendem Alter (KA: -75.3 min/Tag, p < 0.001; moderate bis intensive KA: -30.7 min/Tag, p < 0.001). Der Umfang an ST stieg im selben Zeitraum signifikant an (+107min, p = 0.001). Jungen zeigten einen steileren Abfall an leichter KA (p = 0.003) und moderate bis intensive KA (p < 0.001). Ein höheres Niveau an gesamt-KA und moderate bis intensive KA (als unabhängige Variablen im Model) waren durchgehend mit einem niedrigeren BMI und FMI assoziiert, wohingegen mehr ST mit einem höheren BMI und FMI assoziiert war. Bei der Betrachtung von alters-abhängigen Effekte, war zu sehen, dass sich die negativen Assoziationen von KA (p = 0.007) mit BMI und die positiven Assoziationen von ST (p < 0.001) mit BMI mit jedem zusätzlichen Lebensjahr vergrößerten. Schlussfolgerungen: In dieser Arbeit konnte ich zeigen, dass bereits ab dem 6. Lebensjahr die KA abnimmt und ST zunimmt. Geschlechterunterschiede im Intensitätsniveau der KA waren sichtbar. Im Verlauf der Kindheit war ST durchgehend mit einem höheren BMI assoziiert, unabhängig von der KA im selben Zeitraum. Diese Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit übermäßige Sitzzeiten so früh wie möglich mit Interventionen zu bekämpfen. Ein integrativer Ansatz, bei dem ST durch KA ersetzt wird, erscheint dabei am sinnvollsten. Das Intensitätsniveau der KA sollte sich dabei nicht an den Effekten auf anthropometrische Messgrößen orientieren, sondern an dem Geschlecht der Zielgruppe.Objectives: Daily movement behavior during childhood has a great influence on children’s present and later health status. Higher levels of physical activity (PA) and less time spent in sedentary behavior (SB) during early life are positively associated with activity levels in adulthood. An adequate amount of PA and a reduction of inactivity could contribute to the prevention of childhood overweight and obesity. In this thesis, I investigated PA and SB in children from 6 to 11 years of age to gain a better understanding of the extent of change in PA and SB and its association with anthropometric measures. Subjects/Methods: The data used in this thesis were drawn from the European Childhood Obesity Project trial (CHOP), which was conducted in five European countries. The SenseWear Armband 2 was used to measure PA and SB at the ages of 6, 8 and 11 years. The children’s weight, fat mass and height were assessed at each time point and anthropometric measures body mass index (BMI) and fat mass index (FMI) were calculated. Results: Total PA and moderate-to-vigorous PA (MVPA) showed a significant quadratic decline with age (PA: -75.3 min/day, p < 0.001; MVPA: -30.7 min/day, p < 0.001). The amount of SB increased significantly in the same timeframe (+107min, p = 0.001). Boys showed a steeper decline in light PA (p = 0.003) and MVPA (p < 0.001) than girls. Higher levels of total PA and MVPA (predictor) were consistently associated with lower BMI and FMI (outcome) and higher SB with higher BMI and FMI. When looking at the age dependent effects, negative associations of MVPA (p = 0.007) and positive associations of SB (p < 0.001) with BMI increased with each year of age. In a reversed model, a higher BMI or FMI (predictors) showed a negative association with MVPA and a positive association with SB (outcomes), but no age interactions were found. Conclusions: In this thesis, I showed that PA decreased and SB increased as early as six years. Sex differences in intensity levels of PA were prominent. Throughout childhood, daily SB was consistently associated with a higher BMI, regardless of time spent physical active. These results emphasize the need to tackle SB by activity interventions as early as possible. An integrated approach of reducing SB by replacing it with PA seems appropriate. Based on our results, the choice of intensity of PA in interventions should not be based on effects on anthropometric measures, but rather the sex of the target group

Kartoffelzüchtung für den ökologischen Landbau Wege in die Zukunft

Most crop varieties which are used in organic farming are developed for and under conventional farming techniques. These cultivars may then be tested and used for organic production. Between 2012 and 2018 the German Federal Ministry of Food and ew potato varieties under organic farming conditions. A great variety of modern cultivars is used to combine quality traits with the late blight resistance of pre-breeding clones from the Julius Kühn-Institute. To optimize results all breeding clones are grown and selected on organic farmland where they have to thrive under reduced nitrogen levels, mechanical weed reduction and high late blight pressure. Here we present results and practical experience from a participative approach where farmers are directly involved in the selection process