Classification algorithms for Intelligent Transport Systems

Intelligent Transport Systems (ITS) consists in the application of ICT to transport to offer new and improved services to the mobility of people and freights. While using ITS, travellers produce large quantities of data that can be collected and analysed to study their behaviour and to provide information to decision makers and planners. The thesis proposes innovative deployments of classification algorithms for Intelligent Transport System with the aim to support the decisions on traffic rerouting, bus transport demand and behaviour of two wheelers vehicles. The first part of this work provides an overview and a classification of a selection of clustering algorithms that can be implemented for the analysis of ITS data. The first contribution of this thesis is an innovative use of the agglomerative hierarchical clustering algorithm to classify similar travels in terms of their origin and destination, together with the proposal for a methodology to analyse drivers’ route choice behaviour using GPS coordinates and optimal alternatives. The clusters of repetitive travels made by a sample of drivers are then analysed to compare observed route choices to the modelled alternatives. The results of the analysis show that drivers select routes that are more reliable but that are more expensive in terms of travel time. Successively, different types of users of a service that provides information on the real time arrivals of bus at stop are classified using Support Vector Machines. The results shows that the results of the classification of different types of bus transport users can be used to update or complement the census on bus transport flows. Finally, the problem of the classification of accidents made by two wheelers vehicles is presented together with possible future application of clustering methodologies aimed at identifying and classifying the different types of accidents.

Die Rolle von gamma2-Adaptin im endo-lysosomalen Proteintransport von Säuger-Zellen

Ziel der Arbeit war es, die physiologische Funktion von 2-Adaptin zu charakterisieren. 2 Adaptin wurde 1998 erstmals von Takatsu et al. und Lewin et al. als mögliches Mitglied der Clathrin-Adapter-Proteinfamilie beschrieben. Seine genaue physiologische Funktion ist aber bis heute noch unklar. Bisherige Ergebnisse deuten darauf hin, das 2-Adaptin unabhängig von den AP-Komplexen wirkt. rnIn der HBV-Morphogenese ist eine spezielle Funktion von 2-Adaptin bekannt, da es dort nach seiner Ubiquitinierung durch Nedd4 als Adapter zwischen dem HBV L- und Core-Protein fungiert und Änderungen in der 2 Konzentration die HBV-Freisetzung blockieren.rn2-Adaptin besitzt neben den für die Clathrin-Adapter Proteine typischen Clathrin-bindenden Eigenschaften auch die Fähigkeit, Ubiquitin über sein UIM zu binden. Darüberhinaus wird 2-Adaptin durch seine Interaktion mit der Ubiquitin-Ligase Nedd4 selbst ubiquitiniert. Damit besitzt 2-Adaptin typische Eigenschaften eines Ubiquitin-Adapters. 2-Adaptin ist an MVBs lokalisiert und Abweichungen in der 2 Konzentration verändern die MVB-Morphologie. Zudem führt die Überexpression von 2-Adaptin zur Blockade der Freisetzung retroviraler VLPs und die 2 Depletion blockiert den lysosomalen Abbau von EGF, einem Substrat des endo-lysosomalen Proteintransports. Dies alles deutet auf eine mögliche Funktion von 2-Adaptin in diesem Transportsystem hin, welche in dieser Arbeit näher untersucht wurde.rnEs konnte gezeigt werden, dass die Depletion von 2-Adaptin den Abbau von endogenen (z.B. EGF, ubiquitinierte Proteine) und exogenen (z.B. das retrovirale MLV.gag-Polyprotein) Substraten des endo-lysosomalen Weges inhibiert, während sie bei 2 Überexpression verstärkt abgebaut werden. Alle bisher identifizierten „Substrate“ von 2 Adaptin, also Proteine, die durch überschüssiges 2-Adaptin abgebaut werden, besitzen eine Verbindung zum endo-lysosomalen System und / oder zur Ubiquitin-Maschinerie der Zelle. Weitere Hinweise auf eine Rolle von 2 Adaptin im MVB-Weg lieferte die Identifikation von Vps28 und Chmp2A als spezifische Interaktionspartner von 2-Adaptin. Über Vps28 erhält -Adaptin direkten Zugang zum ESCRT-I- und über Chmp2A zum ESCRT-III-Komplex. rnZudem konnte neben dem UIM eine PH-Domäne in 2-Adaptin als wichtige funktionelle Domäne identifiziert werden. Sie stellt das Modul für die Interaktion mit Rab7 dar, welche erstmals gezeigt werden konnte. Auch die Interaktion mit Rab7 deutet auf eine Rolle von 2 Adaptin im endo-lysosomalen Transportsystem hin, da Rab7 an späten Endosomen lokalisiert ist und u.a. die Fusion der MVBs mit den Lysosomen vermittelt. Da die Auswirkungen der Rab7-Überexpression und Depletion auf MLV.gag denen der 2 Überexpression bzw. Depletion entsprechen, liegt die Vermutung nahe, dass 2-Adaptin an einem ähnlich späten Schritt im endo-lysosomalen Transportsystem wirkt wie Rab7. Jedoch blockiert überschüssiges 2 Adaptin die ESCRT-abhängige VLP-Ausschleusung an der Plasmamembran und fungiert daher möglicherweise als negativer Regulator der ESCRT-Kaskade. Da die Überexpression von -Adaptin aber gleichzeitig zum vermehrten lysosomalen Abbau führt, ist eine Funktion von 2-Adaptin bei der MVB-Lysosomen-Fusion wenig wahrscheinlich. Einer solchen Funktion widerspricht auch, dass die intrazelluläre Konzentration von Rab7 und Vps28 durch überschüssiges 2-Adaptin reduziert werden. rnAls dritte funktionell wichtige Domäne in 2-Adaptin konnte ein LIR-Motiv identifiziert werden, über welches -Adaptin mit dem Autophagie-Markerprotein LC3 interagieren kann. Die Interaktion mit LC3, und damit die Verbindung zur Autophagie-Machinerie, liefert eine mögliche Erklärung für den vermehrten Abbau bei 2-Überexpression und den Abbau von Proteinen auf der MVB-Oberfläche. Dabei induziert 2-Adaptin nicht die Autophagie per se, sondern scheint als Autophagie-Adapter zu wirken, der seine Substrate, z.B. MVBs, selektiv dem Abbau durch Autophagie zuführt. rnrnEine mögliche Rolle von 2-Adaptin im zum Lysosom hin gerichteten zellulären Transport konnte bestätigt werden, wobei 2-Adaptin dabei verschiedene Funktionen übernimmt: rn als Ubiquitin-Adapter im endo-lysosomalen System, rn als negativer Regulator der ESCRT-Kaskadern und / oder als Autophagie-Adapter.rn

Die regulatorische Funktion des Usher-Syndrom-Proteins SANS in Proteinnetzwerken

Die vorliegende kumulative Arbeit umfasst Analysen zur Aufklärung der molekularen Grundlagen des humanen Usher-Syndroms (USH), der häufigsten Ursache kombinierter vererblicher Taub-Blindheit. Ziel dieser Arbeit war es, neue Erkenntnisse zur Funktion der USH-Proteine und den von ihnen organisierten Protein-Netzwerken in der Photorezeptorzelle zu erhalten. Dadurch sollten weitere Einsichten in die molekularen Ursachen des retinalen Phänotyps von USH gewonnen werden. Die Ergebnisse dieser Analysen wurden in einem Übersichtsartikel (I) und zwei Originalarbeiten (II, III) zusammengestellt.rn Im Übersichtsartikel (I) wurden die vorliegenden Hinweise zusammengefasst, die USH auf Grundlage der molekularen Verbindungen ebenfalls als Ciliopathien definiert. Zudem wird die Bedeutung des periciliären USH-Proteinnetzwerkes für das sensorische Cilium (Außensegment) der Photorezeptorzelle herausgestellt. rn In Publikation II wurde der Aufbau des USH1-USH2-Proteinnetzwerkes als Teil des periciliären Komplexes analysiert, der beim cargo handover von vesikulärer Fracht vom Innensegment- auf den ciliären Transport für die Photorezeptorzelle essentiell ist. Experimentell wurde Ush2a als neuer SANS-Interaktionspartner validiert. Des Weiteren wurde ein ternärer Komplex aus den USH-Proteinen SANS, Ush2a und Whirlin identifiziert, dessen Zusammensetzung durch die phosphorylierungsabhängige Interaktion zwischen SANS und Ush2a reguliert werden könnte. Dieser ternäre Komplex kann sowohl der Integrität der Zielmembran dienen als auch am Transfer von Molekülen ins Außensegment beteiligt sein.rn In Publikation III wurde das MAGUK-Protein Magi2 als neuer Interaktionspartner von SANS identifiziert und die Interaktion durch komplementäre Interaktionsassays validiert. Dabei wurde ein internes PDZ-Binde-Motiv in der SAM-Domäne von SANS identifiziert, das die Interaktion zur PDZ5-Domäne von Magi2 phosphorylierungsabhängig vermittelt. Dadurch wurde bestätigt, dass SANS durch post-translationale Modifizierung reguliert wird. Weiterführende Experimente zur Funktion des Magi2-SANS-Komplexes zeigen, dass Magi2 an Prozess der Rezeptor-vermittelten Endocytose beteiligt ist. Die Phosphorylierung von SANS durch die Kinase CK2 spielt bei der Endocytose ebenfalls eine wichtige Rolle. Der Phosphorylierungsstatus von SANS moduliert die Interaktion zu Magi2 und reguliert dadurch negativ den Prozess der Endocytose. In RNAi-Studien wurde die durch Magi2-vermittelte Endocytose darüber hinaus mit dem Prozess der Ciliogenese verknüpft. Die Analyse der subzellulären Verteilung der Interaktionspartner lokalisieren Magi2 im periciliären Komplex und assoziieren das periciliäre USH-Proteinnetzwerk dadurch mit dem Prozess der Endocytose in der ciliary pocket. Der SANS-Magi2-Komplex sollte demnach für Aufbau und Funktion des sensorischen Ciliums der Photorezeptorzelle eine wichtige Rolle spielen.rn Die Gesamtheit an Informationen, die aus den Publikationen dieser Dissertation und aus den Kooperationsprojekten (*) resultieren, haben die Kenntnisse zur zellulären Funktion der USH-Proteine und ihrer Interaktionspartner und damit über die pathogenen Mechanismen von USH erweitert. Dies bildet die Basis, um fundierte Therapiestrategien zu entwickeln.

Interplay Between Finite Resources and a Local Defect in an Asymmetric Simple Exclusion Process

When particle flux is regulated by multiple factors such as particle supply and varying transport rate, it is important to identify the respective dominant regimes. We extend the well-studied totally asymmetric simple exclusion model to investigate the interplay between a controlled entrance and a local defect site. The model mimics cellular transport phenomena where there is typically a finite particle pool and nonuniform moving rates due to biochemical kinetics. Our simulations reveal regions where, despite an increasing particle supply, the current remains constant while particles redistribute in the system. Exploiting a domain wall approach with mean-field approximation, we provide a theoretical ground for our findings. The results in steady-state current and density profiles provide quantitative insights into the regulation of the transcription and translation process in bacterial protein synthesis.

Cellular immunity in healthy volunteers treated with an octavalent conjugate Pseudomonas aeruginosa vaccine

Humoral immunity in response to an octavalent O-polysaccharide-toxin A conjugate Pseudomonas aeruginosa vaccine is well studied, and a phase III clinical study in cystic fibrosis (CF) patients is currently ongoing. In contrast, little is known about cellular immunity induced by this vaccine. Fifteen healthy volunteers were immunized on days 1 and 60. Parameters of cellular immunity were studied before vaccination on day 1, and on day 74. Analyses included flow cytometry of whole blood and antigen-induced proliferation of and cytokine production by lymphocyte cultures. The effects of immunization on the composition of peripheral blood lymphocytes as determined by flow cytometry were minor. In contrast, after immunization a highly significant increase of proliferation in response to stimulation with detoxified toxin A was noted: the stimulation index rose from 1.4 on day 1 to 42.2 on day 74 (restimulation with 0.4 microg/ml; P = 0.003). Immunization led to significant production of interferon (IFN)-gamma and tumour necrosis factor (TNF)-alpha by antigen-stimulated lymphocytes. In contrast, no significant induction of interleukin (IL)-4 or IL-10 was observed. In conclusion, immunization of healthy volunteers led to activation of cellular immunity including strong antigen-specific proliferation and cytokine production. In CF patients priming of the cellular immune system towards a Th1-like pattern would be of potential advantage. Therefore, confirmatory analyses in immunized CF patients with and without chronic infection with P. aeruginosa are foreseen.

Dietary supplementation with the tribomechanically activated zeolite clinoptilolite in immunodeficiency: effects on the immune system

Natural zeolites are crystalline aluminosilicates with unique adsorption, cation-exchange, and catalytic properties that have multiple uses in industry and agriculture. TMAZ, a natural zeolite clinoptilolite with enhanced physicochemical properties, is the basis of the dietary supplements Megamin and Lycopenomin, which have demonstrated antioxidant activity in humans. The aim of this prospective, open, and controlled parallel-group study was to investigate the effects of supplementation with TMAZ on the cellular immune system in patients undergoing treatment for immunodeficiency disorder. A total of 61 patients were administered daily TMAZ doses of 1.2 g (Lycopenomin) and 3.6 g (Megamin) for 6 to 8 weeks, during which the patients' primary medical therapy was continued unchanged. Blood and lymphocyte counts were performed at baseline and at the end of the study. Blood count parameters were not relevantly affected in either of the two treatment groups. Megamin administration resulted in significantly increased CD4+, CD19+, and HLA-DR+ lymphocyte counts and a significantly decreased CD56+ cell count. Lycopenomin was associated with an increased CD3+ cell count and a decreased CD56+ lymphocyte count. No adverse reactions to the treatments were observed.

Studies of subcellular localization and complex formation of the Agrobacterium tumefaciens transport ATPase VirB11

The VirB11 ATPase is an essential component of an Agrobacterium tumefaciens type IV bacterial secretion system that transfers oncogenic nucleoprotein complexes to susceptible plant cells. This dissertation investigates the subcellular localization and homo-oligomeric state of the VirB11 ATPase in order to provide insights about the assembly of the protein as a subunit of this membrane-associated transfer system. Subcellular fractionation studies and quantitative immunoblot analysis demonstrated that $\sim$30% of VirB11 partitioned as soluble protein and $\sim$70% was tightly associated with the bacterial cytoplasmic membrane. No differences were detected in VirB11 subcellular localization and membrane association in the presence or absence of other transport system components. Mutations in virB11 affecting protein function were mapped near the amino terminus, just upstream of a region encoding a Walker 'A' nucleotide-binding site, and within the Walker 'A' motif partitioned almost exclusively with the cytoplasmic membrane, suggesting that an activity associated with nucleotide binding could modulate the affinity of VirB11 for the cytoplasmic membrane. Merodiploid analysis of VirB11 mutant and truncation derivatives provided strong evidence that VirB11 functions as a homo- or heteromultimer and that the C-terminal half of VirB11 contains a protein interaction domain. A combination of biochemical and molecular genetic approaches suggested that VirB11 and the green fluorescence protein (GFP) formed a mixed multimer as demonstrated by immunoprecipitation experiments with anti-GFP antibodies. Second, a hybrid protein composed of VirB11 fused to the N-terminal DNA-binding domain of bacteriophage $\lambda$ cI repressor conferred immunity to $\lambda$ superinfection, demonstrating that VirB11 self-association promotes dimerization of the chimeric repressor. A conserved Walker 'A' motif, though required for VirB11 function in T-complex export, was not necessary for VirB11 self-association. Sequences in both the N- and the C-terminal halves of the protein were found to contribute to self-association of the full length protein. Chemical cross-linking experiments with His$\sb6$ tagged VirB11 suggested that VirB11 probably assembles into a higher order homo-oligomeric complex. ^

Viability of enteric bacterial pathogens in transport media

Bacterial pathogens such as enterotoxigenic Escherichia coli, Salmonella, and Campylobacter spp. are associated with up to 80% of diarrheal illness to travelers from developed countries to developing countries. In order to study acute gastrointestinal diseases, researchers from developed countries such as the United States rely on transporting clinical specimens from the developing countries to laboratories in the U.S. in transport media systems. There are few commercially available transport media systems cited in the literature or designated by transport system manufacturers for the transport of enteric bacteria. Therefore a laboratory-based study was conducted to assess three commercial available transport media systems, two gel swabs and one liquid vial, to determine the most appropriate for the maintenance and recovery of common enteric bacterial pathogens. A total of 13 bacterial enteropathogens were recovered from 25°C and 4°C storage temperatures at time points up to 21 days. The results demonstrated that the gel swab and liquid vial transport systems performed similarly for all isolates at both temperatures. All three transport media systems struggled to maintain the isolates at recoverable concentrations when stored at 4°C and it is recommended that isolates be stored at 25°C in transport media systems. Lastly, swab transport systems are recommend for transport since they are small and easy to pack, resist leakage, and are less expensive than similarly performing liquid vial transport media systems.^