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Offene Themen für Abschlussarbeiten

Hier finden Sie aktuelle Themenvorschläge für Bachelor-, Master- oder Doktorarbeiten. Zögern Sie nicht, mich zu kontaktieren, wenn Sie eine Idee für ein anderes Thema haben.

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A mouse for comparison next to a Manduca sexta larva
© Kim Weigand | IME Fraunhofer

Projekt 01

Schädlingsraupen können traditionelle Versuchstiere ersetzen

Insektenlarven wie der Tabakschwärmer können als Alternative zu klassischen Labortieren wie Ratten und Mäuse in der präklinischen Forschung eingesetzt werden, um diese zu beschleunigen und ökonomisieren. Kleinsäuger wie Ratten und Mäuse sind aus der präklinischen Forschung nicht mehr wegzudenken. Doch gegen den extensiven Gebrauch dieser Tiere in der medizinischen Forschung gibt es zunehmend ethische Bedenken. Dies schlägt sich auch in der Förderpraxis von wissenschaftlichen Projekten sowie der Gesetzgebung nieder. Zukünftig sollen alle Möglichkeiten zur Reduzierung der Versuchstieranzahl sowie das Nutzen möglicher Alternativen voll ausgeschöpft werden, um die Zahl der in der Forschung genutzten Wirbeltiere zu reduzieren (3R-Prinzip) und die Forschung zu ökonomisieren. Je nach Fragestellung können Insekten wie die Larven des Tabakschwärmers (Manduca sexta) eine wichtige Schlüsselrolle als alternative in vivo-Tiermodelle einnehmen. Die angeborene Immunantwort des Darms sowie die Struktur des Darmepithels sind zwischen Säugetieren und Insekten wie dem Tabakschwärmer stark konserviert, weshalb die Larven des Tabakschwärmers sehr gut als alternatives Tiermodell für entzündliche Darmerkrankungen genutzt werden können. Aus diesem Grund haben wir eine Hochdurchsatz-Plattform entwickelt, die mittels bildgebender Verfahren aus der Radiologie und Nuklearmedizin entzündliche Veränderungen im Darm der Larven des Tabakschwärmers zielgenau charakterisieren und nicht-invasiv diagnostizieren kann. In der hier vorgestellten Veröffentlichung zeigen wir, dass die Larven von Manduca sexta mittels Computertomographie (CT), Magnetresonanztomographie (MRT) und Positronen-Emissions-Tomografie (PET) für die präklinische Forschung vielfältig nutzbar sind. Das Spektrum der möglichen Einsatzbereiche ist daher extrem breit: Die Hochdurchsatz-Plattform kann für die in vivo-Erprobung neuer Kontrastmittel und Tracer in der Radiologie und Nuklearmedizin zur Detektion von Entzündungen, für die Charakterisierung der gastrointestinalen Pathogenität von Mikroorganismen und für die Erprobung neuer antimikrobieller oder entzündungshemmender Medikamente genutzt werden. Überdies kann unsere alternative in vivo-Plattform dazu beitragen, wichtige Fragen zur Ätiologie von entzündlichen Darmerkrankungen wie z. B. Morbus Crohn oder Colitis ulcerosa zu beantworten und neue Therapien zu entwickeln. Projekt 1.1 Messungen der Darmwanddicke Unser Hochdurchsatzverfahren erzeugt eine riesige Menge an Bildern (z. B. in der Computertomographie). Wir suchen einen Bioinformatiker, der uns bei der automatischen Bildsegmentierung und -analyse unterstützt. Um Darmentzündungen zu erkennen, injizieren wir den Raupen klinische Kontrastmittel. Dies hilft, die Darmwand zu erkennen. Für die Analyse müssen wir die verschiedenen Darmabschnitte (Vorderdarm, Mitteldarm und Hinterdarm) segmentieren und dann die Dicke der Darmwand jedes Darmabschnitts messen (z. B. mittels Halbwertsbreite). Ihre Aufgabe ist es, eine solche Messmethode zu entwickeln. Projekt 1.2 Erprobung weiterer Bildgebungsmodalitäten. Wir suchen einen hochmotivierten Studenten, um zu testen, ob zusätzliche bildgebende Verfahren wie Ultraschall oder Biolumineszenz-Bildgebung mit Manduca sexta kompatibel sind. 1.3 Manduca als neues Modell für die Ökotoxikologie Die „Krefeld Studie“ hat 2017 das Insektensterben ins öffentliche Bewusstsein und in den Fokus der Forschung gerückt. Die Studie dokumentiert einen Rückgang der Insektenbiomasse von fast 80 % über einen Zeitraum von 27 Jahren. Seitdem läuft eine intensive Suche nach den Ursachen. Heute ist klar: Für den massiven Rückgang der Insekten gibt es keine monokausale Ursache. Dennoch wird immer deutlicher, dass das massenhafte Ausbringen von Pestiziden im Rahmen der konventionellen Landwirtschaft einen starken negativen Effekt auf die Insektenbiodiversität hat und einer der Hauptgründe für das Insektensterben ist. In diesem Projekt soll untersucht werden ob die oben genannten Bildgebenden Verfahren genutzt werden können um negative Auswirkungen von Pestiziden auf Insekten zu dokumentieren. Weitere Lektüre: •Windfelder, Anton G., et al. "High-throughput screening of caterpillars as a platform to study host–microbe interactions and enteric immunity." Nature communications 13.1 (2022): 7216. •Windfelder, Anton G., et al. "A quantitative micro-tomographic gut atlas of the lepidopteran model insect Manduca sexta." iScience 26.6 (2023). •Koshkina, Olga, et al. "Biodegradable polyphosphoester micelles act as both background-free 31P magnetic resonance imaging agents and drug nanocarriers." Nature Communications 14.1 (2023): 4351.

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Projekt 03

Anatomische 3D-Studien mittels Mikro-CT

Wie sieht eine Raupe von innen aus? Traditionelle Methoden wie die Histologie sind großartige Werkzeuge, um die zelluläre Grundlage der Anatomie zu verstehen. Allerdings sind diese Methoden langsam und nur auf zwei Dimensionen beschränkt. Aus diesem Grund setzten wir ein hochauflösendes Mikro-CT ein, um die Anatomie von Manduca sexta in 3D darzustellen. Wir haben bereits Daten über das Verdauungssystem von Manduca sexta veröffentlicht. Diese Arbeit wird sich auf das Tracheensystem (Atmung), die Malpighischen Gefäße (Ausscheidung) und das Muskelsystem von M. sexta konzentrieren. Weitere Lektüre: - Windfelder, Anton G., et al. "A quantitative micro-tomographic gut atlas of the lepidopteran model insect Manduca sexta." iScience 26.6 (2023). - Windfelder, Anton G., et al. "High-throughput screening of caterpillars as a platform to study host-microbe interactions and enteric immunity." Nature Communications 13.1 (2022): 7216

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Mikro-CT-Bildgebung der Raupe des Tabakschwärmer
Volumendarstellung einer späten L5d6-Larve von Manduca sexta mit virtueller Endoskopie der Stomodealklappe und des Vorderdarms.

Verhaltensbedingtes Fieber bei Insekten?

Fieber ist eine biologische Reaktion, die in einem breiten Spektrum von Tiergruppen - von Gliederfüßern bis hin zu Säugetieren - vorkommt, wobei der Organismus die Fähigkeit zeigt, seine Körpertemperatur als Reaktion auf Krankheitserreger oder verwandte Elemente zu erhöhen. Diese erhöhte Körpertemperatur hat das Potenzial, die Überlebenschancen eines Organismus nach einer Infektion zu verbessern und damit seine allgemeine Anpassungsfähigkeit zu erhöhen. Das Auftreten und Ausmaß von Fieberreaktionen variiert jedoch sowohl innerhalb als auch zwischen verschiedenen Arten. In diesem Projekt soll untersucht werden, ob die Raupen von Manduca sexta nach einer Infektion Anzeichen von verhaltensbedingtem Fieber zeigen. • Stahlschmidt ZR, Adamo SA. Context dependency and generality of fever in insects. Naturwissenschaften. 2013 Jul;100(7):691-6. doi: 10.1007/s00114-013-1057-y. Epub 2013 May 26. PMID: 23709012. • Haddad F, Soliman AM, Wong ME, Albers EH, Semple SL, Torrealba D, Heimroth RD, Nashiry A, Tierney KB, Barreda DR. Fever integrates antimicrobial defences, inflammation control, and tissue repair in a cold-blooded vertebrate. Elife. 2023 Mar 14;12:e83644.

Get Manduca larvae fever?
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Hier finden sie Projekte die schon an Studenten vergeben wurden

Belegt: Projekt 02

Der seltsame Fall der fehlenden Mikroben bei Lepidopteren

Haben die Raupen von Manduca sexta kein eigenes Darmmikrobiom? Kürzlich wurde die Vorstellung in Frage gestellt, dass die meisten Tiere nützliche mikrobielle Gemeinschaften beherbergen. Eine bekannte Studie zeigte, dass die meisten Raupen kein eigenes Darmmikrobiom haben. Die vorliegende Arbeit stellt diese Idee in Frage! Wir verfügen über einen erweiterten 16S rRNA-Datensatz mit Darmproben von 16 Larven aus verschiedenen anatomischen Positionen, Proben von Wirtspflanzen und Proben aus der künstlichen Nahrung. Ihre Aufgabe ist es, eine Mikrobiomanalyse des Darms der Insektenlarve Manduca sexta durchzuführen. Was wir im Moment sagen können, ist, dass wir Mikroben gefunden haben :) Weitere Lektüre: - Windfelder, Anton G., et al. "High-throughput screening of caterpillars as a platform to study host-microbe interactions and enteric immunity." Nature communications 13.1 (2022): 7216. - Windfelder, Anton G., et al. "A quantitative micro-tomographic gut atlas of the lepidopteran model insect Manduca sexta." iScience 26.6 (2023).

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