Headgroup specificity for the interaction of the antimicrobial peptide tritrpticin with phospholipid Langmuir monolayers

We examined the interaction of the cationic antimicrobial peptide (AMP) tritrpticin (VRRFPWWWPFLRR, TRP3) with Langmuir monolayers of zwitterionic (dipalmitoyl phosphatidylcholine, DPPC, and dipalmitoyl phosphatidylethanolamine, DPPE) and negatively charged phospholipids (dipalmitoyl phosphatidic acid, DPPA, and dipalmitoyl phosphatidylglycerol, DPPG). Both surface pressure and surface potential isotherms became more expanded upon addition of TRP3 (DPPE similar to DPPC << DPPA < DPPG). The stronger interaction with negatively charged phospholipids agrees with data for vesicles and planar lipid bilayers, and with AMPs greater activity against bacterial membranes versus mammalian cell membranes. Considerable expansion of negatively charged monolayers occurred at 10 and 30 mol% TRP3, especially at low surface pressure. Moreover, a difference was observed between PA and PG, demonstrating that the interaction, besides being modulated by electrostatic interactions, displays specificity with regard to headgroup, being more pronounced in the case of PG, present in large quantities in bacterial membranes. In previous studies, it was proposed that the peptide acts by a toroidal pore-like mechanism [1,2]. Considering the evidence from the literature that PG shows a propensity to form a positive curvature as do toroidal pores, the observation of TRP3's preference for the PG headgroup and the dramatic increase in area promoted by this interaction represent further support for the toroidal pore mechanism of action proposed for TRP3. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Sesquiterpene Lactones with Anti-Hepatitis C Virus Activity Using Molecular Descriptors

Hepatitis C is a worldwide public health problem. The available therapies are limited by their partial effectiveness and with meaningful side-effects. Sesquiterpene lactones (SLs) are a group of natural products with a wide variety of chemical structures and biological activities associated. There are few studies about the influence of the molecular structure of SLs for the anti-hepatitis C virus activity. In the present work, SLs are investigated in a subgenomic RNA replicon assay system and were analyzed using multiple linear regression along with self-organizing maps with DRAGON descriptors in order to identify the structural requirements for their biological activity and to predict the inhibitory potency of SLs. Characteristics such as stereochemistry and electronic effects demonstrated to be important for their anti-HCV activity, and the SOM produced a clear separation betwenn active and inactive compounds. Therefore, it is possible to use this map as a filter for virtual screening to predict the anti-HCV activity of SLs.

Signal transduction-related responses to phytohormones and environmental challenges in sugarcane

Abstract Background Sugarcane is an increasingly economically and environmentally important C4 grass, used for the production of sugar and bioethanol, a low-carbon emission fuel. Sugarcane originated from crosses of Saccharum species and is noted for its unique capacity to accumulate high amounts of sucrose in its stems. Environmental stresses limit enormously sugarcane productivity worldwide. To investigate transcriptome changes in response to environmental inputs that alter yield we used cDNA microarrays to profile expression of 1,545 genes in plants submitted to drought, phosphate starvation, herbivory and N2-fixing endophytic bacteria. We also investigated the response to phytohormones (abscisic acid and methyl jasmonate). The arrayed elements correspond mostly to genes involved in signal transduction, hormone biosynthesis, transcription factors, novel genes and genes corresponding to unknown proteins. Results Adopting an outliers searching method 179 genes with strikingly different expression levels were identified as differentially expressed in at least one of the treatments analysed. Self Organizing Maps were used to cluster the expression profiles of 695 genes that showed a highly correlated expression pattern among replicates. The expression data for 22 genes was evaluated for 36 experimental data points by quantitative RT-PCR indicating a validation rate of 80.5% using three biological experimental replicates. The SUCAST Database was created that provides public access to the data described in this work, linked to tissue expression profiling and the SUCAST gene category and sequence analysis. The SUCAST database also includes a categorization of the sugarcane kinome based on a phylogenetic grouping that included 182 undefined kinases. Conclusion An extensive study on the sugarcane transcriptome was performed. Sugarcane genes responsive to phytohormones and to challenges sugarcane commonly deals with in the field were identified. Additionally, the protein kinases were annotated based on a phylogenetic approach. The experimental design and statistical analysis applied proved robust to unravel genes associated with a diverse array of conditions attributing novel functions to previously unknown or undefined genes. The data consolidated in the SUCAST database resource can guide further studies and be useful for the development of improved sugarcane varieties.

Order induced charge carrier mobility enhancement in columnar liquid crystal diodes

Discotic molecules comprising a rigid aromatic core and flexible side chains have been promisingly applied in OLEDs as self-organizing organic semiconductors. Due to their potentially high charge carrier mobility along the columns, device performance can be readily improved by proper alignment of columns throughout the bulk. In the present work, the charge mobility was increased by 5 orders of magnitude due to homeotropic columnar ordering induced by the boundary interfaces during thermal annealing in the mesophase. State-of-the-art diodes were fabricated using spin-coated films whose homeotropic alignment with formation of hexagonal germs was observed by polarizing optical microscopy. The photophysical properties showed drastic changes at the mesophase-isotropic transition, which is supported by the gain of order observed by X-ray diffraction. The electrical properties were investigated by modeling the current−voltage characteristics by a space-charge-limited current transport with a field dependent mobility.

Properties of gas and dark matter in X-ray galaxy clusters with Sunyaev Zel'dovich measurements

I have studied entropy profiles obtained in a sample of 24 X-ray objects at high redshift retrieved from the Chandra archive. I have discussed the scaling properties of the entropy S, the correlation between metallicity Z and S, the profiles of the temperature of the gas, Tgas, and performed a comparison between the dark matter 'temperature' and Tgas in order to constrain the non-gravitational processes which affect the thermal history of the gas. Furthermore I have studied the scaling relations between the X-ray quantities and Sunyaev Zel'dovich measurements. I have observed that X-ray laws are steeper than the relations predicted from the adiabatic model. These deviations from expectations based on self-similarity are usually interpreted in terms of feedback processes leading to non-gravitational gas heating, and suggesting a scenario in which the ICM at higher redshift has lower both X-ray luminosity and pressure in the central regions than the expectations from self-similar model. I have also investigated a Bayesian X-ray and Sunyaev Zel'dovich analysis, which allows to study the external regions of the clusters well beyond the volumes resolved with X-ray observations (1/3-1/2 of the virial radius), to measure the deprojected physical cluster properties, like temperature, density, entropy, gas mass and total mass up to the virial radius.

Análisis del uso de las redes neuronales artificiales en el diseño de filtros antispam : una propuesta basada en arquitecturas neuronales no supervisadas

[ES]El spam, o correo no deseado enviado masivamente, es una amenaza que afecta al correo electrónico y otros medios de comunicación telemática. Su alto volumen de circulación genera pérdidas temporales y económicas considerables. Se presenta una solución a este problema: un sistema inteligente híbrido de filtrado antispam, basado en redes neuronales artificiales (RNA) no supervisadas. Consta de una etapa de preprocesado y de otra de procesado, basadas en distintos modelos de computación: programada (con 2 fases: manual y computacional) y neuronal (mediante mapas autoorganizados de Kohonen, SOM), respectivamente. Este sistema ha sido optimizado usando, como cuerpo de datos, ham de “Enron Email” y spam de dos fuentes diferentes. Se analiza la calidad y el rendimiento del mismo mediante diferentes métricas.

La piattaforma BTSSOC-Cellulat per la simulazione di sistemi biochimici

Il lavoro svolto in questa tesi verte sullo sviluppo e l'integrazione del modello teorico conosciuto come Biochemical Tuple Spaces for Self-Organizing Coordination, in breve BTSSOC, in una piattaforma completa, chiamata BTSSOC-Cellulat, per la simulazione di sistemi biochimici, sviluppata utilizzando i linguaggi Java, Prolog, TuCSoN e ReSpecT.

Structure and dynamics of supramolecular assemblies studied by advanced solid-state NMR spectroscopy

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Aufklärung von Struktur und Dynamik komplexer supramolekularer Systeme mittels Festkörper NMR Spektroskopie. Die Untersuchung von pi-pi Wechselwirkungen, welche einen entscheidenden Einfluss auf die strukturellen und dynamischen Eigenschaften supra- molekularer Systeme haben, hilft dabei, die Selbst- organisationsprozesse dieser komplexen Materialien besser zu verstehen. Mit dipolaren 1H-1H and 1H-13C Wiedereinkopplungs NMR Methoden unter schnellem MAS können sowohl 1H chemische Verschiebungen als auch dipolare 1H-1H und 1H-13C Kopplungen untersucht werden, ohne dass eine Isotopenmarkierung erforderlich ist. So erhält man detaillierte Informationen über die Struktur und die Beweglichkeit einzelner Molekül- segmente. In Verbindung mit sogenannten nucleus independent chemical shift (NICS) maps (berechnet mit ab-initio Methoden) lassen sich Abstände von Protonen relativ zu pi-Elektronensystemen bestimmen und so Strukturvorschläge ableiten. Mit Hilfe von homo- und heteronuklearen dipolaren Rotationsseitenbandenmustern könnenaußerdem Ordnungs- parameter für verschiedene Molekülsegmente bestimmt werden. Die auf diese Weise gewonnenen Informationen über die strukturellen und dynamischen Eigenschaften supramolekularer Systeme tragen dazu bei, strukturbestimmende Molekül- einheiten und Hauptordnungsphänomene zu identifizieren sowie lokale Wechselwirkungen zu quantifizieren, um so den Vorgang der Selbstorganisation besser zu verstehen.

The incomplete ionization of substitutional dopants in Silicon Carbide

This thesis analyzes theoretically and computationally the phenomenon of partial ionization of the substitutional dopants in Silicon Carbide at thermal equilibrium. It is based on the solution of the charge neutrality equation and takes into account the following phenomena: several energy levels in the bandgap; Fermi-Dirac statistics for free carriers; screening effects on the dopant ionization energies; the formation of impurity bands. A self-consistent model and a corresponding simulation software have been realized. A preliminary comparison of our calculations with existing experimental results is carried out.

Liquid crystalline elastomers as stimuli-responsive microactuators

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are known to perform a reversible change of shape upon the phase transition from the semi-ordered liquid crystalline state to the chaotic isotropic state. This unique behavior of these “artificial muscles” arises from the self-organizing properties of liquid crystals (mesogens) in combination with the entropy-elasticity of the slightly crosslinked elastomer network. In this work, micrometer-sized LCE actuators are fabricated in a microfluidic setup. The microtubular shear flow provides for a uniform orientation of the mesogens during the crosslinking, a perquisite for obtaining actuating LCE samples. The scope of this work was to design different actuator geometries and to broaden the applicability of the microfluidic device for different types of liquid crystalline mesogens, ranging from side-chain to main-chain systems, as well as monomer and polymer precursors. For example, the thiol-ene “click” mechanism was used for the polymerization and crosslinking of main-chain LCE actuators. The main focus was, however, placed on acrylate monomers and polymers with LC side chains. A LC polymer precursor, comprising mesogenic and crosslinkable side-chains was synthesized. Used in combination with an LC monomer, the polymeric crosslinker promoted a stable LC phase, which allowed the mixture to be isothermally handled in the microfluidic reactor. If processed without the additional LC components, the polymer precursor yielded actuating fibers. A suitable co-flowing continuous phase facilitates the formation of a liquid jet and lowers the tendency for drop formation. By modification of the microfluidic device, it was further possible to prepare core-shell particles, comprised of an LCE shell and filled with an isotropic liquid. In analogy to the heart, a hollow muscle, the elastomer shell expels the inner liquid core upon its contraction. The feasibility of the core-shell particles as micropumps was demonstrated. In general, the synthesized LCE microactuators may be utilized as active components in micromechanical and lab-on-chip systems.

Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Variationsbereiche des differenziellen Lernens und Lehrens im weiten Sinn auf ausgewählte technische Grundfertigkeiten im Hallenhockey

Die Frage wie großmotorische Bewegungen gelernt werden beschäftigt nicht nur Sportler, Trainer und Sportlehrer sondern auch Ärzte und Physiotherapeuten. Die sportwissenschaftlichen Teildisziplinen Bewegungs- und Trainingswissenschaft versuchen diese Frage sowohl im Sinne der Grundlagenforschung (Wie funktioniert Bewegungslernen?) als auch hinsichtlich der praktischen Konsequenzen (Wie lehrt man Bewegungen?) zu beantworten. Innerhalb dieser Themenfelder existieren Modelle, die Bewegungslernen als gezielte und extern unterstützte Ausbildung zentralnervöser Bewegungsprogramme verstehen und solche, die Lernen als Selbstorganisationsprozess interpretieren. Letzteren ist das Differenzielle Lernen und Lehren (Schöllhorn, 1999) zuzuordnen, das die Notwendigkeit betont, Bewegungen durch die Steigerung der Variationen während der Aneignungsphase zu lernen und zu lehren. Durch eine Vielzahl an Variationen, so die Modellannahme, findet der Lernende ohne externe Vorgaben selbstorganisiert ein individuelles situatives Optimum. Die vorliegende Arbeit untersucht, welchen Einfluss Variationen verschiedener Art und Größe auf die Lern- und Aneignungsleistung großmotorischer Bewegungen haben und in wie fern personenübergreifende Optima existieren. In zwei Experimenten wird der Einfluss von räumlichen (Bewegungsausführung, Bewegungsergebnis) und zeitlichen Variationen (zeitliche Verteilung der Trainingsreize) auf die Aneignungs- und Lernleistung großmotorischer sportlicher Bewegungen am Beispiel zweier technischer Grundfertigkeiten des Hallenhockeys untersucht. Die Ergebnisse der Experimente stützen die bisherige Befundlage zum Differenziellen Lernen und Lehren, wonach eine Zunahme an Variation in der Aneignungsphase zu größeren Aneignungs- und Lernleistungen führt. Zusätzlich wird die Annahme bestätigt, dass ein Zusammenhang von Variationsbereich und Lernrate in Form eines Optimaltrends vorliegt. Neu sind die Hinweise auf die Dynamik von motorischen Lernprozessen (Experiment 1). Hier scheinen individuelle Faktoren (z. B. die Lernbiografie) als auch die Phase im Lernprozess (Aneignung, Lernen) Einfluss zu haben auf den Umfang und die Struktur eines für die optimale Adaptation notwendigen Variationsbereichs. Darüber hinaus weisen die Befunde auf verschiedene Aneignungs- und Lerneffekte aufgrund alleiniger Variation der zeitlichen Verteilung bei ansonsten gleichen Trainingsreizen hin (Experiment 2). Für zukünftige Forschungsarbeiten zum Erlernen großmotorischer Bewegungen und für die sportliche Praxis dürfte es daher erkenntnisreich sein, die Historie der intrinsischen Dynamik der lernenden Systeme stärker zu berücksichtigen. Neben Fragestellungen für die Grundlagenforschung zum (Bewegungs-)Lernen ließen sich hieraus unmittelbar praxisrelevante Erkenntnisse darüber ableiten, wie Bewegungslernprozesse mittels verschiedener Variationsbereiche strukturiert und gesteuert werden könnten.

Integration von Heizern in thermotrope flüssigkristalline Elastomer-Aktoren und deren Anwendung beim technischen Nachbau eines menschlichen Auges

Flüssigkristalline Elastomere (LCE) zeigen eine reversible Kontraktion und werden in der Literatur auch als „künstliche Muskeln“ bezeichnet. In dieser Arbeit werden sie mit einem integrierten Heizer versehen, um eine schnelle und präzise Ansteuerung zu ermöglichen. Anschließend werden diese als Aktoren zur Realisierung eines technischen Nachbaus des menschlichen Auges verwendet. rnDas einzigartige Verhalten der flüssigkristallinen Elastomere beruht auf der Kombination der Entropie Elastizität des Elastomers mit der Selbstorganisation der flüssigkristallinen Einheiten (Mesogene). Diese beiden Eigenschaften ermöglichen eine reversible, makroskopische Verformung beim Phasenübergang des Flüssigkristalls in die isotrope Phase. Hierbei ist es wichtig eine homogene Orientierung der Mesogene zu erzeugen, was in dieser Arbeit durch ein Magnetfeld erreicht wird. Da es sich um ein thermotropes flüssigkristallines Elastomer handelt, werden in dieser Arbeit zwei Ansätze vorgestellt, um den LCE intern zu heizen. Zum einen werden Kohlenstoffnanoröhren integriert, um diese über Strahlung oder Strom zu heizen und zum anderen wird ein flexibler Heizdraht integriert, welcher ebenfalls über Strom geheizt wird. rnUm den technischen Nachbau des menschlichen Auges zu realisieren, ist die Herstellung einer flüssigkristallinen Iris gezeigt. Hierzu wird ein radiales Magnetfeld aufgebaut, welches eine radiale Orientierung des Mesogene ermöglicht, wodurch wiederum eine radiale Kontraktion ermöglicht wird. Außerdem sind zwei Konzepte vorgestellt, um eine Elastomer Linse zu verformen. Zum einen wird diese mit einem ringförmigen LCE auseinandergezogen und somit abgeflacht. Zum anderen sind acht Aktoren über Anker an einer Linse angebracht, welche ebenfalls eine Vergrößerung der Linse bewirken. In beiden Fällen werden LCE mit dem zuvor präsentierten integrierten Heizdraht verwendet. Abschließend ist das Zusammensetzen des technische Nachbaus des menschlichen Auges dargestellt, sowie Aufnahmen, welche mit diesem erzeugt wurden.

Adaptive Materialbereitstellung in flexiblen Produktionssystemen auf Grundlage einer agentenbasierten Transportsteuerung

Zur Sicherstellung einer schnellen und flexiblen Anpassung an sich ändernde Anforderungen sind innerbetriebliche Materialbereitstellungskonzepte in immer stärkerem Maße zu flexibilisieren. Hierdurch kann die Erreichung logistischer Ziele in einem dynamischen Produktionsumfeld gesteigert werden. Der Beitrag stellt ein Konzept für eine adaptive Materialbereitstellung in flexiblen Produktionssystemen auf Grundlage einer agentenbasierten Transportplanung und -steuerung vor. Der Fokus liegt hierbei auf der Planung und Steuerung der auf Basis von Materialbedarfsmeldungen ausgelösten innerbetrieblichen Transporte. Neben Pendeltouren zur Versorgung des Produktionssystems findet auch das dynamische Pickup-and-Delivery-Problem Berücksichtigung. Das vorgestellte Konzept ist an den Anforderungen selbstorganisierender Produktionsprozesse ausgerichtet.

Towards an Emergent Semantic Web

In his in uential article about the evolution of the Web, Berners-Lee [1] envisions a Semantic Web in which humans and computers alike are capable of understanding and processing information. This vision is yet to materialize. The main obstacle for the Semantic Web vision is that in today's Web meaning is rooted most often not in formal semantics, but in natural language and, in the sense of semiology, emerges not before interpretation and processing. Yet, an automated form of interpretation and processing can be tackled by precisiating raw natural language. To do that, Web agents extract fuzzy grassroots ontologies through induction from existing Web content. Inductive fuzzy grassroots ontologies thus constitute organically evolved knowledge bases that resemble automated gradual thesauri, which allow precisiating natural language [2]. The Web agents' underlying dynamic, self-organizing, and best-effort induction, enable a sub-syntactical bottom up learning of semiotic associations. Thus, knowledge is induced from the users' natural use of language in mutual Web interactions, and stored in a gradual, thesauri-like lexical-world knowledge database as a top-level ontology, eventually allowing a form of computing with words [3]. Since when computing with words the objects of computation are words, phrases and propositions drawn from natural languages, it proves to be a practical notion to yield emergent semantics for the Semantic Web. In the end, an improved understanding by computers on the one hand should upgrade human- computer interaction on the Web, and, on the other hand allow an initial version of human- intelligence amplification through the Web.