Natural antibody response to Plasmodium falciparum merozoite antigens MSP5, MSP9 and EBA175 is associated to clinical protection in the Brazilian Amazon

BACKGROUND: Antibodies have an essential role in the acquired immune response against blood stage P. falciparum infection. Although several antigens have been identified as important antibody targets, it is still elusive which antigens have to be recognized for clinical protection. Herein, we analyzed antibodies from plasmas from symptomatic or asymptomatic individuals living in the same geographic area in the Western Amazon, measuring their recognition of multiple merozoite antigens. METHODS: Specific fragments of genes encoding merozoite proteins AMA1 and members of MSP and EBL families from circulating P. falciparum field isolates present in asymptomatic and symptomatic patients were amplified by PCR. After cloning and expression of different versions of the antigens as recombinant GST-fusion peptides, we tested the reactivity of patients' plasmas by ELISA and the presence of IgG subclasses in the most reactive plasmas. RESULTS: 11 out of 24 recombinant antigens were recognized by plasmas from either symptomatic or asymptomatic infections. Antibodies to MSP9 (X2(DF=1) = 9.26/p = 0.0047) and MSP5 (X2(DF=1) = 8.29/p = 0.0069) were more prevalent in asymptomatic individuals whereas the opposite was observed for MSP1 block 2-MAD20 (X2(DF=1) = 6.41/p = 0.0206, Fisher's exact test). Plasmas from asymptomatic individuals reacted more intensely against MSP4 (U = 210.5, p < 0.03), MSP5 (U = 212, p < 0.004), MSP9 (U = 189.5, p < 0.002) and EBA175 (U = 197, p < 0.014, Mann-Whitney's U test). IgG1 and IgG3 were predominant for all antigens, but some patients also presented with IgG2 and IgG4. The recognition of MSP5 (OR = 0.112, IC95% = 0.021-0.585) and MSP9 (OR = 0.125, IC95% = 0.030-0.529, cross tab analysis) predicted 8.9 and 8 times less chances, respectively, to present symptoms. Higher antibody levels against MSP5 and EBA175 were associated by odds ratios of 9.4 (IC95% = 1.29-69.25) and 5.7 (IC95% = 1.12-29.62, logistic regression), respectively, with an asymptomatic status. CONCLUSIONS: Merozoite antigens were targets of cytophilic antibodies and antibodies against MSP5, MSP9 and EBA175 were independently associated with decreased symptoms.

Discontinuity preserving in TV-L1 optical flow methods

[EN] We analyze the discontinuity preserving problem in TV-L1 optical flow methods. This type of methods typically creates rounded effects at flow boundaries, which usually do not coincide with object contours. A simple strategy to overcome this problem consists in inhibiting the diffusion at high image gradients. In this work, we first introduce a general framework for TV regularizers in optical flow and relate it with some standard approaches. Our survey takes into account several methods that use decreasing functions for mitigating the diffusion at image contours. Consequently, this kind of strategies may produce instabilities in the estimation of the optical flows. Hence, we study the problem of instabilities and show that it actually arises from an ill-posed formulation. From this study, it is possible to come across with different schemes to solve this problem. One of these consists in separating the pure TV process from the mitigating strategy. This has been used in another work and we demonstrate here that it has a good performance. Furthermore, we propose two alternatives to avoid the instability problems: (i) we study a fully automatic approach that solves the problem based on the information of the whole image; (ii) we derive a semi-automatic approach that takes into account the image gradients in a close neighborhood adapting the parameter in each position. In the experimental results, we present a detailed study and comparison between the different alternatives. These methods provide very good results, especially for sequences with a few dominant gradients. Additionally, a surprising effect of these approaches is that they can cope with occlusions. This can be easily achieved by using strong regularizations and high penalizations at image contours.

Regularization strategies for discontinuity-preserving optical flow methods

[EN]The aim of this work is to study several strategies for the preservation of flow discontinuities in variational optical flow methods. We analyze the combination of robust functionals and diffusion tensors in the smoothness assumption. Our study includes the use of tensors based on decreasing functions, which has shown to provide good results. However, it presents several limitations and usually does not perform better than other basic approaches. It typically introduces instabilities in the computed motion fields in the form of independent \textit{blobs} of vectors with large magnitude...

Influence of habitat and climate change on European bird communities

Die Fragmentierung von Waldgebieten, der Verlust geeigneter Habitate, die Invasion exotischer Arten und globale Klimaveränderung haben auf Artengemeinschaften erhebliche Auswirkungen. Vögel dienen in vielen Fällen als Indikatorarten für Umweltveränderungen und, besonders, für Veränderungen im Zusammenhang mit globaler Erwärmung. In meiner Arbeit habe ich zuerst einen Literaturüberblick über die Auswirkungen globaler Klimaveränderung auf die Verbreitungsgebiete, den Artenreichtum und die Zusammensetzung von Vogelgemeinschaften dargestellt. Zahlreiche Untersuchungen zeigen, daß die Grenzen der Verbreitungsgebiete der meisten Vogelarten mit klimatischen Faktoren korrelieren. Verschiebungen der Verbreitungsgebiete in nördliche Richtung oder in höhere Regionen im Gebirge konnten bereits für viele temperate Vogelarten beobachtet werden. Weiterhin wurde ein zunehmender Artenreichtum besonders in nördlichen Breiten und in höheren Lagen für viele temperate Vogelgemeinschaften vorhergesagt. In trockenen Gebieten ist dagegen mit einer Abnahme des Artenreichtums zu rechnen. Im zweiten Teil meiner Arbeit habe ich untersucht, ob beobachtete Veränderungen in der Zusammensetzung europäischer Vogelgemeinschaften tatsächlich durch aktuelle Klimaveränderungen beeinflußt werden. Das Zugverhalten der Arten war dabei ein Schwerpunkt der Untersuchung, weil zu erwarten war, daß Vogelarten mit verschiedenem Zugverhalten unterschiedlich auf Klimaveränderungen reagieren. Ich habe ein Regressionsmodell genutzt, welches die räumliche Beziehung zwischen dem Anteil von Langstreckenziehern, Kurzstreckenziehern und Standvögeln in europäischen Vogelgemeinschaften und verschiedenen Klimavariablen beschreibt. Für 21 Gebiete in Europa habe ich Daten über beobachtete Veränderungen in der Struktur der Vogelgemeinschaften und isochrone Klimaveränderungen zusammengetragen. Mit Hilfe dieser Klimaveränderungen und dem räumlichen Regressionsmodell konnte ich berechnen, welche Veränderungen in den Vogelgemeinschaften aufgrund der veränderten Klimabedingungen zu erwarten wären und sie mit beobachteten Veränderungen vergleichen. Beobachtete und berechnete Veränderungen korrelierten signifikant miteinander. Die beobachteten Veränderungen konnten nicht durch räumliche Autokorrelationseffekte oder durch alternative Faktoren, wie z.B. Veränderungen in der Landnutzung, erklärt werden. Im dritten Teil der Arbeit untersuchte ich für eine mitteleuropäische Vogelgemeinschaft welchen Einfluß Habitatveränderungen, die Invasion exotischer Arten und die Klimaveränderung auf Veränderungen der Häufigkeit und Verbreitungsgröße der 159 Vogelarten am Bodensee zwischen 1980-1981 und 2000-2002 hatten. Dabei konnte gezeigt werden, daß Veränderungen in der regionalen Abundanz sowohl durch Habitatveränderungen als auch durch Klimavänderungen hervorgerufen wurden. Exotische Arten schienen in dieser Zeit keinen bedeutenden Einfluß zu haben. Besonders bei Agrarlandarten, Arten mit nördlicheren Verbreitungsgebieten und bei Langstreckenziehern konnten signifikante Abnahmen in der Abundanz beobachtet werden. Vor allem die anhaltenden negativen Bestandsveränderungen bei Langstreckenziehern und die in den letzten zehn Jahren aufgetretenen Abnahmen nördlicher verbreiteter Vogelarten deuten darauf hin, daß die Klimaveränderung aktuell als der größte Einfluß für Vögel in Europa angesehen werden muß. Insgesamt zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, daß sich der anhaltende Druck auf die Umwelt in erster Linie durch Habitat- und Klimaveränderungen manifestiert.

Detection and Modeling of Boundary Layer Height

This thesis tackles the problem of the automated detection of the atmospheric boundary layer (BL) height, h, from aerosol lidar/ceilometer observations. A new method, the Bayesian Selective Method (BSM), is presented. It implements a Bayesian statistical inference procedure which combines in an statistically optimal way different sources of information. Firstly atmospheric stratification boundaries are located from discontinuities in the ceilometer back-scattered signal. The BSM then identifies the discontinuity edge that has the highest probability to effectively mark the BL height. Information from the contemporaneus physical boundary layer model simulations and a climatological dataset of BL height evolution are combined in the assimilation framework to assist this choice. The BSM algorithm has been tested for four months of continuous ceilometer measurements collected during the BASE:ALFA project and is shown to realistically diagnose the BL depth evolution in many different weather conditions. Then the BASE:ALFA dataset is used to investigate the boundary layer structure in stable conditions. Functions from the Obukhov similarity theory are used as regression curves to fit observed velocity and temperature profiles in the lower half of the stable boundary layer. Surface fluxes of heat and momentum are best-fitting parameters in this exercise and are compared with what measured by a sonic anemometer. The comparison shows remarkable discrepancies, more evident in cases for which the bulk Richardson number turns out to be quite large. This analysis supports earlier results, that surface turbulent fluxes are not the appropriate scaling parameters for profiles of mean quantities in very stable conditions. One of the practical consequences is that boundary layer height diagnostic formulations which mainly rely on surface fluxes are in disagreement to what obtained by inspecting co-located radiosounding profiles.

Landwirtschaftliche Schaderregerprognose mit Hilfe von geographischen Informationssystemen

In der hier vorliegenden Arbeit wurde am Beispiel der Kraut- und Knollenfäule an Kartoffeln Phytophthora infestans und des Kartoffelkäfers Leptinotarsa decemlineata untersucht, ob durch den Einsatz von Geographischen Informationssystemen (GIS) landwirtschaftliche Schader¬reger¬prognosen für jeden beliebigen Kartoffelschlag in Deutschland erstellt werden können. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden die Eingangsparameter (Temperatur und relative Luftfeuchte) der Prognosemodelle für die beiden Schaderreger (SIMLEP1, SIMPHYT1, SIMPHYT3 and SIMBLIGHT1) so aufbereitet, dass Wetterdaten flächendeckend für Deutschland zur Verfügung standen. Bevor jedoch interpoliert werden konnte, wurde eine Regionalisierung von Deutschland in Interpolationszonen durchgeführt und somit Naturräume geschaffen, die einen Vergleich und eine Bewertung der in ihnen liegenden Wetterstationen zulassen. Hierzu wurden die Boden-Klima-Regionen von SCHULZKE und KAULE (2000) modifiziert, an das Wetterstationsnetz angepasst und mit 5 bis 10 km breiten Pufferzonen an der Grenze der Interpolationszonen versehen, um die Wetterstationen so häufig wie möglich verwenden zu können. Für die Interpolation der Wetterdaten wurde das Verfahren der multiplen Regression gewählt, weil dieses im Vergleich zu anderen Verfahren die geringsten Abweichungen zwischen interpolierten und gemessenen Daten aufwies und den technischen Anforderungen am besten entsprach. Für 99 % aller Werte konnten bei der Temperaturberechnung Abweichungen in einem Bereich zwischen -2,5 und 2,5 °C erzielt werden. Bei der Berechnung der relativen Luftfeuchte wurden Abweichungen zwischen -12 und 10 % relativer Luftfeuchte erreicht. Die Mittelwerte der Abweichungen lagen bei der Temperatur bei 0,1 °C und bei der relativen Luftfeuchte bei -1,8 %. Zur Überprüfung der Trefferquoten der Modelle beim Betrieb mit interpolierten Wetterdaten wurden Felderhebungsdaten aus den Jahren 2000 bis 2007 zum Erstauftreten der Kraut- und Knollenfäule sowie des Kartoffelkäfers verwendet. Dabei konnten mit interpolierten Wetterdaten die gleichen und auch höhere Trefferquoten erreicht werden, als mit der bisherigen Berechnungsmethode. Beispielsweise erzielte die Berechnung des Erstauftretens von P. infestans durch das Modell SIMBLIGHT1 mit interpolierten Wetterdaten im Schnitt drei Tage geringere Abweichungen im Vergleich zu den Berechnungen ohne GIS. Um die Auswirkungen interpretieren zu können, die durch Abweichungen der Temperatur und der relativen Luftfeuchte entstanden wurde zusätzlich eine Sensitivitätsanalyse zur Temperatur und relativen Luftfeuchte der verwendeten Prognosemodelle durchgeführt. Die Temperatur hatte bei allen Modellen nur einen geringen Einfluss auf das Prognoseergebnis. Veränderungen der relativen Luftfeuchte haben sich dagegen deutlich stärker ausgewirkt. So lag bei SIMBLIGHT1 die Abweichung durch eine stündliche Veränderung der relativen Luftfeuchte (± 6 %) bei maximal 27 Tagen, wogegen stündliche Veränderungen der Temperatur (± 2 °C) eine Abweichung von maximal 10 Tagen ausmachten. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass durch die Verwendung von GIS mindestens die gleichen und auch höhere Trefferquoten bei Schaderregerprognosen erzielt werden als mit der bisherigen Verwendung von Daten einer nahegelegenen Wetterstation. Die Ergebnisse stellen einen wesentlichen Fortschritt für die landwirtschaftlichen Schaderregerprognosen dar. Erstmals ist es möglich, bundesweite Prognosen für jeden beliebigen Kartoffelschlag zur Bekämpfung von Schädlingen in der Landwirtschaft bereit zu stellen.

Applications of remote sensing and geographic information systems in geomorphological studies: Safaga - El Quseir area, Red Sea coast, Egypt as an example

In den letzten drei Jahrzehnten sind Fernerkundung und GIS in den Geowissenschaften zunehmend wichtiger geworden, um die konventionellen Methoden von Datensammlung und zur Herstellung von Landkarten zu verbessern. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Anwendung von Fernerkundung und geographischen Informationssystemen (GIS) für geomorphologische Untersuchungen. Durch die Kombination beider Techniken ist es vor allem möglich geworden, geomorphologische Formen im Überblick und dennoch detailliert zu erfassen. Als Grundlagen werden in dieser Arbeit topographische und geologische Karten, Satellitenbilder und Klimadaten benutzt. Die Arbeit besteht aus 6 Kapiteln. Das erste Kapitel gibt einen allgemeinen Überblick über den Untersuchungsraum. Dieser umfasst folgende morphologische Einheiten, klimatischen Verhältnisse, insbesondere die Ariditätsindizes der Küsten- und Gebirgslandschaft sowie das Siedlungsmuster beschrieben. Kapitel 2 befasst sich mit der regionalen Geologie und Stratigraphie des Untersuchungsraumes. Es wird versucht, die Hauptformationen mit Hilfe von ETM-Satellitenbildern zu identifizieren. Angewandt werden hierzu folgende Methoden: Colour Band Composite, Image Rationing und die sog. überwachte Klassifikation. Kapitel 3 enthält eine Beschreibung der strukturell bedingten Oberflächenformen, um die Wechselwirkung zwischen Tektonik und geomorphologischen Prozessen aufzuklären. Es geht es um die vielfältigen Methoden, zum Beispiel das sog. Image Processing, um die im Gebirgskörper vorhandenen Lineamente einwandfrei zu deuten. Spezielle Filtermethoden werden angewandt, um die wichtigsten Lineamente zu kartieren. Kapitel 4 stellt den Versuch dar, mit Hilfe von aufbereiteten SRTM-Satellitenbildern eine automatisierte Erfassung des Gewässernetzes. Es wird ausführlich diskutiert, inwieweit bei diesen Arbeitsschritten die Qualität kleinmaßstäbiger SRTM-Satellitenbilder mit großmaßstäbigen topographischen Karten vergleichbar ist. Weiterhin werden hydrologische Parameter über eine qualitative und quantitative Analyse des Abflussregimes einzelner Wadis erfasst. Der Ursprung von Entwässerungssystemen wird auf der Basis geomorphologischer und geologischer Befunde interpretiert. Kapitel 5 befasst sich mit der Abschätzung der Gefahr episodischer Wadifluten. Die Wahrscheinlichkeit ihres jährlichen Auftretens bzw. des Auftretens starker Fluten im Abstand mehrerer Jahre wird in einer historischen Betrachtung bis 1921 zurückverfolgt. Die Bedeutung von Regentiefs, die sich über dem Roten Meer entwickeln, und die für eine Abflussbildung in Frage kommen, wird mit Hilfe der IDW-Methode (Inverse Distance Weighted) untersucht. Betrachtet werden außerdem weitere, regenbringende Wetterlagen mit Hilfe von Meteosat Infrarotbildern. Genauer betrachtet wird die Periode 1990-1997, in der kräftige, Wadifluten auslösende Regenfälle auftraten. Flutereignisse und Fluthöhe werden anhand von hydrographischen Daten (Pegelmessungen) ermittelt. Auch die Landnutzung und Siedlungsstruktur im Einzugsgebiet eines Wadis wird berücksichtigt. In Kapitel 6 geht es um die unterschiedlichen Küstenformen auf der Westseite des Roten Meeres zum Beispiel die Erosionsformen, Aufbauformen, untergetauchte Formen. Im abschließenden Teil geht es um die Stratigraphie und zeitliche Zuordnung von submarinen Terrassen auf Korallenriffen sowie den Vergleich mit anderen solcher Terrassen an der ägyptischen Rotmeerküste westlich und östlich der Sinai-Halbinsel.

Reproduction and maternal health care among young women in Kenya: geographic and socio-economic determinants

Many factors influence the propensity of young women to seek appropriate maternal healthcare, and they need to be considered when analyzing these women’s reproductive behavior. This study aimed to contribute to the analysis concerning Kenyan young women’s determinants on maternal healthcare-seeking behavior for the 5 years preceding the 2008/9 Kenya Demographic and Health Survey. The specific objectives were to: investigate the individual and contextual variables that may explain maternal healthcare habits; measure the individual, household and community effect on maternal healthcare attitudes in young women; assess the link between young women’s characteristics and the use of facilities for maternal healthcare; find a relationship between young women’s behavior and the community where they live; examine how the role of the local presence of healthcare facilities influences reproductive behavior, and if the specificity of services offered by healthcare facilities affects their inclination to use healthcare facilities, and measure the geographic differences that influence the propensity to seek appropriate maternal healthcare. The analysis of factors associated with maternal healthcare-seeking behavior for young women in Kenya was investigated using multilevel models. We performed three major analyses, which concerned the individual and contextual determinants influencing antenatal care (discussed in Part 6), delivery care (Part 7), and postnatal care (Part 8). Our results show that there is a significant variation in antenatal, delivery and postnatal care between communities, even if the majority of variability is explained by individual characteristics. There are differences at the women’s level on the probability of receiving antenatal care and delivering in a healthcare facility instead of at home. Moreover, community factors and availability of healthcare facilities on the territory are also crucial in influencing young women’s behavior. Therefore, policies addressed to youth’s reproductive health should also consider geographic inequalities and different types of barriers in access to healthcare facilities.

Inference of Raja miraletus population structure using mitochondrial and nuclear DNA: comparing the resolution power of molecular markers in exploring species and population boundaries

This study focused on the role of oceanographic discontinuities and the presence of transitional areas in shaping the population structure and the phylogeography of the Raja miraletus species complex, coupled with the test of the effective occurrence of past speciation events. The comparisons between the Atlantic African and the North-Eastern Atlantic-Mediterranean geographic populations were unravelled using both Cytochrome Oxidase I and eight microsatellite loci. This approach guaranteed a robust dataset for the identification of a speciation event between the Atlantic African clade, corresponding to the ex Raja ocellifera nominal species, and the NE Atlantic-Mediterranean R. miraletus clade. As a matter of fact, the origin of the Atlantic Africa and the NE Atlantic-Mediterranean deep split dated about 11.74MYA and was likely due to the synergic influence currents and two upwelling areas crossing the Western African Waters. Within the Mediterranean Sea, particular attention was also paid to the transitional area represented by Adventura and Maltese Bank, that might have contributed in sustaining the connectivity of the Western and the Eastern Mediterranean geographical populations. Furthermore, the geology of the easternmost part of Sicily and the geo-morphological depression of the Calabrian Arc could have driven the differentiation of the Eastern Mediterranean Sea. Although bathymetric and oceanographic discontinuity could represent barriers to dispersal and migration between Eastern and Western Mediterranean samples, a clear and complete genetic separation among them was not detected. Results produced by this work identified a speciation event defining Raja ocellifera and R. miraletus as two different species, and describing the R. miraletus species complex as the most ancient cryptic speciation event in the family Rajidae, representing another example of how strictly connected the environment, the behavioural habits and the evolutionary and ecologic drivers are.

Older Breast Cancer Survivors: Geriatric Assessment Domains Are Associated With Poor Tolerance of Treatment Adverse Effects and Predict Mortality Over 7 Years of Follow-Up

Purpose To evaluate geriatric assessment (GA) domains in relation to clinically important outcomes in older breast cancer survivors. Methods Six hundred sixty women diagnosed with primary breast cancer in four US geographic regions (Los Angeles, CA; Minnesota; North Carolina; and Rhode Island) were selected with disease stage I to IIIA, age ≥ 65 years at date of diagnosis, and permission from attending physician to contact. Data were collected over 7 years of follow-up from consenting patients' medical records, telephone interviews, physician questionnaires, and the National Death Index. Outcomes included self-reported treatment tolerance and all-cause mortality. Four GA domains were described by six individual measures, as follows: sociodemographic by adequate finances; clinical by Charlson comorbidity index (CCI) and body mass index; function by number of physical function limitations; and psychosocial by the five-item Mental Health Index (MHI5) and Medical Outcomes Study Social Support Survey (MOS-SSS). Associations were evaluated using t tests, χ2 tests, and regression analyses. Results In multivariable regression including age and stage, three measures from two domains (clinical and psychosocial) were associated with poor treatment tolerance; these were CCI ≥ 1 (odds ratio [OR] = 2.49; 95% CI, 1.18 to 5.25), MHI5 score less than 80 (OR = 2.36; 95% CI, 1.15 to 4.86), and MOS-SSS score less than 80 (OR = 3.32; 95% CI, 1.44 to 7.66). Four measures representing all four GA domains predicted mortality; these were inadequate finances (hazard ratio [HR] = 1.89; 95% CI, 1.24 to 2.88; CCI ≥ 1 (HR = 1.38; 95% CI, 1.01 to 1.88), functional limitation (HR = 1.40; 95% CI, 1.01 to 1.93), and MHI5 score less than 80 (HR = 1.34; 95% CI, 1.01 to 1.85). In addition, the proportion of women with these outcomes incrementally increased as the number of GA deficits increased. Conclusion This study provides longitudinal evidence that GA domains are associated with poor treatment tolerance and predict mortality at 7 years of follow-up, independent of age and stage of disease.

Selective retina therapy (SRT) in patients with geographic atrophy due to age-related macular degeneration

For geographic atrophy (GA) due to age-related macular degeneration (AMD) there is so far no approved treatment option. Usually, increased autofluorescence (AF) levels of different patterns adjacent to the atrophic area indicate lipofuscin-laden retinal pigment epithelium (RPE) cells at a high risk for apoptosis. Herein, SRT was used to selectively treat these cells to stimulate RPE proliferation, in order to reduce or ideally stop further growth of the atrophic area.

[Imaging diagostics of geographic atrophy]

The development of imaging technologies has contributed to the understanding of the genesis and pathophysiological mechanisms of geographic atrophy (GA) secondary to age-related macular degeneration (AMD). Fundus autofluorescence (FAF) imaging allows accurate discrimination of the boundaries of atrophic patches. Furthermore, predictive markers for disease progression can be identified. Non-invasive FAF imaging now represents the gold standard for evaluating progressive enlargement of atrophic areas. By means of high resolution optical coherence tomography (OCT) microstructural retinal changes in GA can be identified. Anatomical endpoints are now being used in interventional GA trials and represent meaningful outcome parameters as surrogate markers in an overall slowly progressive disease which may not affect the fovea until later stages of the disease.