Prototype-based classification and clustering

Magdeburg, Univ., Fak. für Informatik, Habil.-Schr., 2006

Online-Data-Mining auf Datenströmen : Methoden zur Clusteranalyse und Klassifikation

Online Data Mining, Data Streams, Classification, Clustering

Entwicklung und Anwendung molekularbiologischer Methoden zur Art- und Stamm-Identifizierung pro- und eukaryotischer Organismen

Das Wachstum von Milchsäurebakterien-Arten der Gattungen Lactobacillus, Pediococcus und Leuconostoc während der Weinfermentation kann durch die Bildung verschiedener Stoffwechselprodukte zu Weinfehlern führen. Um rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergreifen zu können und einem Weinverderb vorzubeugen, bedarf es geeigneter Identifizierungsmethoden. Klassische mikrobiologische Methoden reichen oft nicht aus, um Mikroorganismen auf Art- und Stammniveau gezielt zu identifizieren. Wegen ihrer schnellen Durchführbarkeit und Zuverlässigkeit sind molekularbiologische Identifizierungsmethoden zur Kontrolle der mikrobiellen Flora während der Lebensmittelfermentierung in der heutigen Zeit unabdingbar. In der vorliegenden Forschungsarbeit wurden die 23S rRNA-Gensequenzen von neun Pediococcus-Typstämmen sequenziert, analysiert und phylogenetische Analysen durchgeführt. Zur Art-Identifizierung der Pediokokken wurden PCR-Primer generiert und ein Multiplex PCR System entwickelt, mit dem alle typischen Arten simultan in einer Reaktion nachgewiesen werden konnten. Die Ergebnisse der Multiplex PCR-Identifizierung von 62 Pediococcus-Stämmen aus Kulturensammlungen und 47 neu isolierten Stämmen aus Wein zeigten, dass einige Stämme unter falschen Artnamen hinterlegt waren, und dass P. parvulus im Weinanbaugebiet Rheinhessen weit verbreitet war. Die Fähigkeit der Pediococcus-Stämme zur Exopolysaccharid-Synthese wurde durch den Nachweis zweier Gene überprüft. Auf Basis der 23S rDNA-Sequenzen wurden rRNA-Sekundärstrukturen mit der neu entwickelten Software Structure Star generiert, die zum Auffinden von Zielbereichen für fluoreszenzmarkierte DNA-Sonden geeignet waren. Die Sequenzunterschiede zwischen den Pediococcus-Arten reichten aus, um zwei Gruppen durch Fluoreszenz in situ Hybridisierung differenzieren zu können. Die Verwendung unmarkierter Helfer-sonden verbesserte die Zugänglichkeit der Sonden an die rRNA, wodurch das Fluoreszenz-Signal verstärkt wurde. Um Milchsäurebakterien durch Denaturierende Gradienten Gel Elektrophorese differenzieren zu können, wurden Primer entwickelt, mit denen ein hochvariabler 23S rDNA-Bereich amplifiziert werden konnte. Die Nested Specifically Amplified Polymorphic DNA (nSAPD)-PCR wurde in der vorliegenden Arbeit zur Art- und Stamm-Differenzierung pro- und eukaryotischer Organismen angewandt. Es wurden vor allem weinrelevante Milchsäurebakterien der Gattungen Oenococcus, Lactobacillus, Pediococcus und Leuconostoc und Hefen der Gattungen Dekkera / Brettanomyces und Saccharomyces untersucht. Die Cluster-Analyse der Pediococcus-Typstämme führte zu einer unterschiedlichen Baum-Topologie im Vergleich zum phylogenetischen 23S rDNA-Stammbaum. Die Verwandtschaftsverhältnisse der untersuchten O. oeni-Stämme aus Starterkulturen konnten in Bezug auf eine frühere Cluster-Analyse reproduziert werden. Die Untersuchung von 40 B. bruxellensis-Stämmen aus rheinhessischen Weinproben zeigte eine Gruppierung der Stämme gemäß dem Ort der Probennahme. Beim Vergleich der Verwandtschaftsverhältnisse von Stämmen der Arten P. parvulus und B. bruxellensis, die aus denselben Weinproben isoliert wurden, konnte eine hohe Übereinstimmung der beiden Baum-Topologien beobachtet werden. Anhand der SAPD-PCR Untersuchung von Sekthefen aus Starterkulturen konnten alle Stämme der Art S. cerevisiae zugeordnet werden. Die nSAPD-PCR war darüber hinaus geeignet, um höhere Eukaryoten wie Weinreben zu differenzieren und es konnten die Verwandtschaftsverhältnisse von Mäusen und menschlichen Individuen durch Cluster-Analysen nachvollzogen werden. Mit Hilfe der Sequence Characterized Amplified Region (SCAR)-Technik wurden (n)SAPD-Marker in SCAR-Marker konvertiert. Die neu generierten SCAR-Primer konnten zur simultanen Art-Identifizierung von sieben weinschädlichen Milchsäurebakterien in einer Multiplex PCR erfolgreich eingesetzt werden. Die in dieser Arbeit entwickelten molekularbiologischen Identifizierungsmethoden können zum Beispiel in der mikrobiologischen Qualitätskontrolle Anwendung finden.

A soft-tetramer model for diblock copolymer melts: structure formation and geometric characterization

The ability of block copolymers to spontaneously self-assemble into a variety of ordered nano-structures not only makes them a scientifically interesting system for the investigation of order-disorder phase transitions, but also offers a wide range of nano-technological applications. The architecture of a diblock is the most simple among the block copolymer systems, hence it is often used as a model system in both experiment and theory. We introduce a new soft-tetramer model for efficient computer simulations of diblock copolymer melts. The instantaneous non-spherical shape of polymer chains in molten state is incorporated by modeling each of the two blocks as two soft spheres. The interactions between the spheres are modeled in a way that the diblock melt tends to microphase separate with decreasing temperature. Using Monte Carlo simulations, we determine the equilibrium structures at variable values of the two relevant control parameters, the diblock composition and the incompatibility of unlike components. The simplicity of the model allows us to scan the control parameter space in a completeness that has not been reached in previous molecular simulations.The resulting phase diagram shows clear similarities with the phase diagram found in experiments. Moreover, we show that structural details of block copolymer chains can be reproduced by our simple model.We develop a novel method for the identification of the observed diblock copolymer mesophases that formalizes the usual approach of direct visual observation,using the characteristic geometry of the structures. A cluster analysis algorithm is used to determine clusters of each component of the diblock, and the number and shape of the clusters can be used to determine the mesophase.We also employ methods from integral geometry for the identification of mesophases and compare their usefulness to the cluster analysis approach.To probe the properties of our model in confinement, we perform molecular dynamics simulations of atomistic polyethylene melts confined between graphite surfaces. The results from these simulations are used as an input for an iterative coarse-graining procedure that yields a surface interaction potential for the soft-tetramer model. Using the interaction potential derived in that way, we perform an initial study on the behavior of the soft-tetramer model in confinement. Comparing with experimental studies, we find that our model can reflect basic features of confined diblock copolymer melts.

The merging cluster Abell 1758 revisited: multi-wavelength observations and numerical simulations

Context. Cluster properties can be more distinctly studied in pairs of clusters, where we expect the effects of interactions to be strong. Aims. We here discuss the properties of the double cluster Abell 1758 at a redshift z similar to 0.279. These clusters show strong evidence for merging. Methods. We analyse the optical properties of the North and South cluster of Abell 1758 based on deep imaging obtained with the Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) archive Megaprime/Megacam camera in the g' and r' bands, covering a total region of about 1.05 x 1.16 deg(2), or 16.1 x 17.6 Mpc(2). Our X-ray analysis is based on archive XMM-Newton images. Numerical simulations were performed using an N-body algorithm to treat the dark-matter component, a semi-analytical galaxy-formation model for the evolution of the galaxies and a grid-based hydrodynamic code with a parts per million (PPM) scheme for the dynamics of the intra-cluster medium. We computed galaxy luminosity functions (GLFs) and 2D temperature and metallicity maps of the X-ray gas, which we then compared to the results of our numerical simulations. Results. The GLFs of Abell 1758 North are well fit by Schechter functions in the g' and r' bands, but with a small excess of bright galaxies, particularly in the r' band; their faint-end slopes are similar in both bands. In contrast, the GLFs of Abell 1758 South are not well fit by Schechter functions: excesses of bright galaxies are seen in both bands; the faint-end of the GLF is not very well defined in g'. The GLF computed from our numerical simulations assuming a halo mass-luminosity relation agrees with those derived from the observations. From the X-ray analysis, the most striking features are structures in the metal distribution. We found two elongated regions of high metallicity in Abell 1758 North with two peaks towards the centre. In contrast, Abell 1758 South shows a deficit of metals in its central regions. Comparing observational results to those derived from numerical simulations, we could mimic the most prominent features present in the metallicity map and propose an explanation for the dynamical history of the cluster. We found in particular that in the metal-rich elongated regions of the North cluster, winds had been more efficient than ram-pressure stripping in transporting metal-enriched gas to the outskirts. Conclusions. We confirm the merging structure of the North and South clusters, both at optical and X-ray wavelengths.

Contexte de genre, autonomie des femmes et utilisation des services de santé maternelle en milieu rural africain : analyse par modèles d’équations structurelles

La vie des femmes du continent africain et de leurs enfants continue d’être mise en danger lors de chaque accouchement car les risques de décès maternels et infantiles sont encore très élevés. Il est estimé chaque année à environ le quart du million le nombre de décès maternel et de près de quatre millions celui des enfants de moins de cinq ans. La comparaison de la situation sanitaire avec d’autres contextes permet de mieux cerner l’ampleur du problème : en Afrique sub-Saharienne, le risque de décès lié à la grossesse est de l’ordre de 1 pour 31, alors qu’il n’est que de 1 pour 4300 dans les pays industrialisés. Cette situation est évitable et, le plus souvent, résulte de la sous ou non-utilisation des services de santé maternelle, du manque de structures adéquates de soins ou de personnel de santé qualifié. Notre thèse cherche à comprendre la manière dont les inégalités de genre au sein du ménage et dans la communauté renforcent les inégalités quant à l’utilisation des services de santé maternelle, ainsi qu’aux relations empiriques qui lient les différents recours aux soins. Concrètement, elle vise à 1) proposer une mesure des normes de genre favorables à la violence contre les femmes et à analyser son influence sur leur prise de décision au sein du ménage, 2) analyser simultanément l’influence de ces normes et de l’autonomie des femmes sur le recours aux soins prénatals et à l’accouchement assisté et finalement, 3) cerner l’influence des soins prénatals sur le recours à l’accouchement assisté. Chacun de ces objectifs se heurte à un problème méthodologique substantiel, soit de mesure ou de biais de sélection, auxquels l’approche par modèles d’équations structurelles que nous avons adoptée permet de remédier. Les résultats de nos analyses, présentés sous forme d’articles scientifiques, s’appuient sur les données issues des Enquêtes Démographiques et de Santé (EDS) du Ghana, du Kenya, de l’Ouganda et de la Tanzanie et concernent les femmes vivant en milieu rural. Notre premier article propose une mesure des normes de genre et, plus exactement, celles liées à la violence contre les femmes en recourant à l’approche des variables latentes. Les cinq questions des EDS relatives à l’attitude des femmes sur la légitimation de la violence ont permis de saisir cette mesure au niveau contextuel. Les résultats suggèrent d’une part que cette mesure a de bons critères de validité puisque l’Alpha de Cronbach varie de 0.85 pour le Kenya à 0.94 pour le Ghana; les chi-deux sont non significatifs partout; le RMSEA est en dessous de 0.05; le CFI supérieur à 0.96 et les saturations sont pour la plupart supérieures à 0.7 dans tous les pays. D’autre part, à l’aide du modèle d’équations structurelles multiniveaux, nous avons trouvé qu’au-delà de leur propre attitude envers la violence contre les femmes, celles qui vivent dans un milieu où les normes de genres sont plus favorables à la violence ont plus de chances d’être de faible autonomie ou sans autonomie (comparativement à forte autonomie) dans l’ensemble des pays étudiés. Le second article documente l’influence des inégalités de genre, cernées au niveau contextuel par les normes favorables à la violence contre les femmes et au niveau individuel par l’autonomie de prise de décision au sein du ménage, sur la survenue des soins prénatals au cours du premier trimestre et sur les recours à au moins 4 consultations prénatales et à l’accouchement assisté. En utilisant également les modèles d’équations structurelles multiniveaux sur les mêmes données du premier article, nous constatons que chacune de ces variables dépendantes est fortement influencée par la grappe dans laquelle la femme vit. En d’autres mots, son lieu de résidence détermine le comportement de santé maternelle que l’on adopte. De même, en contrôlant pour les autres variables explicatives, nos résultats montrent que les femmes qui vivent dans un milieu où les normes de genre liées à la violence contre les femmes sont élevées ont, en moyenne, une plus grande chance de ne pas accoucher auprès d’un personnel qualifié au Ghana et en Ouganda, de ne pas débuter leurs soins prénatals dans le premier trimestre dans les mêmes pays, et de ne pas recourir à au moins quatre consultations prénatales en Tanzanie. Par contre, cette variable contextuelle n’influence pas significativement le recours aux soins de santé maternelle au Kenya. Enfin, les résultats montrent que les normes de genre favorables à la violence contre les femmes sont plus déterminantes pour comprendre le recours aux soins de santé maternelle dans les pays étudiés que l’autonomie de prise de décision de la femme. Dans le cadre du troisième et dernier article empirique de la thèse, nous nous sommes intéressés à l’importance des soins prénatals dans le processus de recours à l’accouchement assisté et à la place du contenu des soins reçus avant l’accouchement dans cette relation. Cet article met en exergue l’existence de biais d’endogénéité au Kenya et en Tanzanie, où sans sa prise en compte, l’effet des soins prénatals sur le recours à l’accouchement auprès d’un personnel qualifié serait fortement biaisé. De plus, il ressort qu’à l’exception du Ghana et dans une moindre mesure de la Tanzanie, cet effet est totalement médiatisé par le contenu des soins prénatals que les femmes reçoivent. L’article met ainsi en relief le rôle des prestataires de soins qui pour atteindre plus efficacement les populations doivent agir en tant que leaders au sein de leur communauté.

L’identité chez les Iroquoiens du Saint-Laurent : analyse du mobilier céramique du site McDonald, Saint-Anicet

Ce mémoire porte sur la variabilité stylistique présente dans l’assemblage céramique du site McDonald, dans la région de Saint-Anicet, et a pour principal objectif de déterminer comment s’exprime cette variabilité à travers les différents niveaux identitaires auxquels appartiennent les Iroquoiens du Saint-Laurent, soit la famille linguistique iroquoienne, la sphère d’interaction des Iroquoiens du Saint-Laurent, les provinces culturelles, les villages, les clans et les maisonnées. Cette étude abordera également la distribution spatiale des vases retrouvés sur le site à l’aide d’un travail de remontage effectué à l’échelle du site. Cette méthode permettra également d’aborder le mode d’occupation du site McDonald, notamment par l’étude de la relation existant entre le contenu des habitations et celui présent dans chacun des dépotoirs. Une fois ce travail effectué, l’étude de la variabilité stylistique sera abordée par une étude comparative des unités décoratives observées sur les différents registres de décoration des vases à l’intérieur d’un site, c’est-à-dire entre les différentes maisons-longues qui le composent, mais également avec d’autres sites iroquoiens de la vallée du Saint-Laurent. Une étude simultanée des résultats de ces comparaisons intra et intersites aura pour objectif d’identifier la variabilité présente dans les différents niveaux identitaires auxquels appartiennent les habitants du site McDonald et plus précisément la maisonnée, le clan, le village et la province iroquoienne.

Les azasulfurylpeptides : synthèse, analyse conformationnelle et applications biologiques

Les azasulfurylpeptides sont des mimes peptidiques auxquels le carbone en position alpha et le carbonyle d’un acide aminé sont respectivement remplacés par un atome d’azote et un groupement sulfonyle (SO2). Le but premier de ce projet a été de développer une nouvelle méthode de synthèse de ces motifs, également appelés N-aminosulfamides. À cette fin, l’utilisation de sulfamidates de 4-nitrophénol s’est avérée importante dans la synthèse des azasulfuryltripeptides, permettant le couplage d’hydrazides avec l’aide d’irradiation aux micro-ondes (Chapitre 2). Par la suite, en quantité stoechiométrique d’une base et d’un halogénure d’alkyle, les azasulfurylglycines (AsG) formés peuvent être chimiosélectivement alkylés afin d’y insérer diverses chaînes latérales. Les propriétés conformationnelles des N-aminosulfamides à l’état solide ont été élucidées grâce à des études cristallographiques par rayons X : elles possèdent une structure tétraédrique autour de l’atome de soufre, des traits caractéristiques des azapeptides et des sulfonamides, ainsi que du potentiel à favoriser la formation de tours gamma (Chapitre 3). Après le développement d’une méthode de synthèse des N-aminosulfamides en solution, une approche combinatoire sur support solide a également été élaborée sur la résine amide de Rink afin de faciliter la génération d’une librairie d’azasulfurylpeptides. Cette étude a été réalisée en employant le growth hormone releasing peptide 6 (GHRP-6, His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2). Ce dernier est un hexapeptide possédant une affinité pour deux récepteurs, le growth hormone secretagogue receptor 1a (GHS-R1a) et le récepteur cluster of differenciation 36 (CD36). Une affinité sélective envers le récepteur CD36 confère des propriétés thérapeutiques dans le traitement de la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA). Six analogues d’azasulfurylpeptides de GHRP-6 utilisés comme ligands du CD36 ont été synthétisés sur support solide, mettant en évidence le remplacement du tryptophane à la position 4 de GHRP-6 (Chapitre 4). Les analogues de GHRP-6 ont été ensuite analysés pour leur capacité à moduler les effets de la fonction et de la cascade de signalisation des ligands spécifiques au Toll-like receptor 2 (TLR2), en collaboration avec le Professeur Huy Ong du département de Pharmacologie à la Faculté de Pharmacie de l’Université de Montréal. Le complexe TLR2-TLR6 est reconnu pour être co-exprimé et modulé par CD36. En se liant au CD36, certains ligands de GHRP-6 ont eu un effet sur la signalisation du TLR2. Par exemple, les azasulfurylpeptides [AsF(4-F)4]- et [AsF(4-MeO)4]-GHRP-6 ont démontré une capacité à empêcher la surproduction du monoxyde d’azote (NO), un sous-produit réactif formé suite à l’induction d’un signal dans les macrophages par des ligands spécifiques liés au TLR2, tel le fibroblast-stimulating lipopeptide 1 (R-FSL-1) et l’acide lipotéichoïque (LTA). En addition, la sécrétion du tumor necrosis factor alpha (TNFa) et du monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1), ainsi que l’activation du nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-kB), ont été réduites. Ces résultats démontrent le potentiel de ces azasulfurylpeptides à pouvoir réguler le rôle du TLR2 qui déclenche des réponses inflammatoires et immunitaires innées (Perspectives). Finalement, le potentiel des azasulfurylpeptides d’inhiber des métallo-bêta-lactamases, tels le New-Delhi Metallo-bêta-lactamase 1 (NDM-1), IMP-1 et le Verona Integron-encoded Metallo-bêta-lactamase 2 (VIM-2), a été étudié en collaboration avec le Professeur James Spencer de l’Université de Bristol (Royaumes-Unis). Certains analogues ont été des inhibiteurs micromolaires du IMP-1 (Perspectives). Ces nouvelles voies de synthèse des azasulfurylpeptides en solution et sur support solide devraient donc permettre leur utilisation dans des études de relations structure-activité avec différents peptides biologiquement actifs. En plus d'expandre l'application des azasulfurylpeptides comme inhibiteurs d'enzymes, cette thèse a révélé le potentiel de ces N-aminosulfamides à mimer les structures secondaires peptidiques, tels que les tours gamma. À cet égard, l’application des azasulfurylpeptides a été démontrée par la synthèse de ligands du CD36 présentant des effets modulateurs sur le TLR2. Compte tenu de leur synthèse efficace et de leur potentiel en tant qu’inhibiteurs, les azasulfurylpeptides devraient trouver une large utilisation dans les sciences de peptides pour des applications dans la médecine et de la chimie biologique.

PINCER trial: a cluster randomised trial comparing the effectiveness and cost-effectiveness of a pharmacist-led IT-based intervention with simple feedback in reducing rates of clinically important errors in medicines management in general practices

Background: Medication errors in general practice are an important source of potentially preventable morbidity and mortality. Building on previous descriptive, qualitative and pilot work, we sought to investigate the effectiveness, cost-effectiveness and likely generalisability of a complex pharm acist-led IT-based intervention aiming to improve prescribing safety in general practice. Objectives: We sought to: • Test the hypothesis that a pharmacist-led IT-based complex intervention using educational outreach and practical support is more effective than simple feedback in reducing the proportion of patients at risk from errors in prescribing and medicines management in general practice. • Conduct an economic evaluation of the cost per error avoided, from the perspective of the National Health Service (NHS). • Analyse data recorded by pharmacists, summarising the proportions of patients judged to be at clinical risk, the actions recommended by pharmacists, and actions completed in the practices. • Explore the views and experiences of healthcare professionals and NHS managers concerning the intervention; investigate potential explanations for the observed effects, and inform decisions on the future roll-out of the pharmacist-led intervention • Examine secular trends in the outcome measures of interest allowing for informal comparison between trial practices and practices that did not participate in the trial contributing to the QRESEARCH database. Methods Two-arm cluster randomised controlled trial of 72 English general practices with embedded economic analysis and longitudinal descriptive and qualitative analysis. Informal comparison of the trial findings with a national descriptive study investigating secular trends undertaken using data from practices contributing to the QRESEARCH database. The main outcomes of interest were prescribing errors and medication monitoring errors at six- and 12-months following the intervention. Results: Participants in the pharmacist intervention arm practices were significantly less likely to have been prescribed a non-selective NSAID without a proton pump inhibitor (PPI) if they had a history of peptic ulcer (OR 0.58, 95%CI 0.38, 0.89), to have been prescribed a beta-blocker if they had asthma (OR 0.73, 95% CI 0.58, 0.91) or (in those aged 75 years and older) to have been prescribed an ACE inhibitor or diuretic without a measurement of urea and electrolytes in the last 15 months (OR 0.51, 95% CI 0.34, 0.78). The economic analysis suggests that the PINCER pharmacist intervention has 95% probability of being cost effective if the decision-maker’s ceiling willingness to pay reaches £75 (6 months) or £85 (12 months) per error avoided. The intervention addressed an issue that was important to professionals and their teams and was delivered in a way that was acceptable to practices with minimum disruption of normal work processes. Comparison of the trial findings with changes seen in QRESEARCH practices indicated that any reductions achieved in the simple feedback arm were likely, in the main, to have been related to secular trends rather than the intervention. Conclusions Compared with simple feedback, the pharmacist-led intervention resulted in reductions in proportions of patients at risk of prescribing and monitoring errors for the primary outcome measures and the composite secondary outcome measures at six-months and (with the exception of the NSAID/peptic ulcer outcome measure) 12-months post-intervention. The intervention is acceptable to pharmacists and practices, and is likely to be seen as costeffective by decision makers.

Diagnostic tool to analyse colour-magnitude diagrams of poorly populated stellar concentrations

The dynamical processes that lead to open cluster disruption cause its mass to decrease. To investigate such processes from the observational point of view, it is important to identify open cluster remnants (OCRs), which are intrinsically poorly populated. Due to their nature, distinguishing them from field star fluctuations is still an unresolved issue. In this work, we developed a statistical diagnostic tool to distinguish poorly populated star concentrations from background field fluctuations. We use 2MASS photometry to explore one of the conditions required for a stellar group to be a physical group: to produce distinct sequences in a colour-magnitude diagram (CMD). We use automated tools to (i) derive the limiting radius; (ii) decontaminate the field and assign membership probabilities; (iii) fit isochrones; and (iv) compare object and field CMDs, considering the isochrone solution, in order to verify the similarity. If the object cannot be statistically considered as a field fluctuation, we derive its probable age, distance modulus, reddening and uncertainties in a self-consistent way. As a test, we apply the tool to open clusters and comparison fields. Finally, we study the OCR candidates DoDz 6, NGC 272, ESO 435 SC48 and ESO 325 SC15. The tool is optimized to treat these low-statistic objects and to separate the best OCR candidates for studies on kinematics and chemical composition. The study of the possible OCRs will certainly provide a deep understanding of OCR properties and constraints for theoretical models, including insights into the evolution of open clusters and dissolution rates.

Multiwavelenght study of cluster mergers and consequences for the radio emission properties of galaxy clusters

In the present thesis a thourough multiwavelength analysis of a number of galaxy clusters known to be experiencing a merger event is presented. The bulk of the thesis consists in the analysis of deep radio observations of six merging clusters, which host extended radio emission on the cluster scale. A composite optical and X–ray analysis is performed in order to obtain a detailed and comprehensive picture of the cluster dynamics and possibly derive hints about the properties of the ongoing merger, such as the involved mass ratio, geometry and time scale. The combination of the high quality radio, optical and X–ray data allows us to investigate the implications of the ongoing merger for the cluster radio properties, focusing on the phenomenon of cluster scale diffuse radio sources, known as radio halos and relics. A total number of six merging clusters was selected for the present study: A3562, A697, A209, A521, RXCJ 1314.4–2515 and RXCJ 2003.5–2323. All of them were known, or suspected, to possess extended radio emission on the cluster scale, in the form of a radio halo and/or a relic. High sensitivity radio observations were carried out for all clusters using the Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) at low frequency (i.e. ≤ 610 MHz), in order to test the presence of a diffuse radio source and/or analyse in detail the properties of the hosted extended radio emission. For three clusters, the GMRT information was combined with higher frequency data from Very Large Array (VLA) observations. A re–analysis of the optical and X–ray data available in the public archives was carried out for all sources. Propriety deep XMM–Newton and Chandra observations were used to investigate the merger dynamics in A3562. Thanks to our multiwavelength analysis, we were able to confirm the existence of a radio halo and/or a relic in all clusters, and to connect their properties and origin to the reconstructed merging scenario for most of the investigated cases. • The existence of a small size and low power radio halo in A3562 was successfully explained in the theoretical framework of the particle re–acceleration model for the origin of radio halos, which invokes the re–acceleration of pre–existing relativistic electrons in the intracluster medium by merger–driven turbulence. • A giant radio halo was found in the massive galaxy cluster A209, which has likely undergone a past major merger and is currently experiencing a new merging process in a direction roughly orthogonal to the old merger axis. A giant radio halo was also detected in A697, whose optical and X–ray properties may be suggestive of a strong merger event along the line of sight. Given the cluster mass and the kind of merger, the existence of a giant radio halo in both clusters is expected in the framework of the re–acceleration scenario. • A radio relic was detected at the outskirts of A521, a highly dynamically disturbed cluster which is accreting a number of small mass concentrations. A possible explanation for its origin requires the presence of a merger–driven shock front at the location of the source. The spectral properties of the relic may support such interpretation and require a Mach number M < ∼ 3 for the shock. • The galaxy cluster RXCJ 1314.4–2515 is exceptional and unique in hosting two peripheral relic sources, extending on the Mpc scale, and a central small size radio halo. The existence of these sources requires the presence of an ongoing energetic merger. Our combined optical and X–ray investigation suggests that a strong merging process between two or more massive subclumps may be ongoing in this cluster. Thanks to forthcoming optical and X–ray observations, we will reconstruct in detail the merger dynamics and derive its energetics, to be related to the energy necessary for the particle re–acceleration in this cluster. • Finally, RXCJ 2003.5–2323 was found to possess a giant radio halo. This source is among the largest, most powerful and most distant (z=0.317) halos imaged so far. Unlike other radio halos, it shows a very peculiar morphology with bright clumps and filaments of emission, whose origin might be related to the relatively high redshift of the hosting cluster. Although very little optical and X–ray information is available about the cluster dynamical stage, the results of our optical analysis suggest the presence of two massive substructures which may be interacting with the cluster. Forthcoming observations in the optical and X–ray bands will allow us to confirm the expected high merging activity in this cluster. Throughout the present thesis a cosmology with H0 = 70 km s−1 Mpc−1, m=0.3 and =0.7 is assumed.

Business Clusters in Eastern Europe: Policy Analysis and Cluster Performance

Clusters have increasingly become an essential part of policy discourses at all levels, EU, national, regional, dealing with regional development, competitiveness, innovation, entrepreneurship, SMEs. These impressive efforts in promoting the concept of clusters on the policy-making arena have been accompanied by much less academic and scientific research work investigating the actual economic performance of firms in clusters, the design and execution of cluster policies and going beyond singular case studies to a more methodologically integrated and comparative approach to the study of clusters and their real-world impact. The theoretical background is far from being consolidated and there is a variety of methodologies and approaches for studying and interpreting this phenomenon while at the same time little comparability among studies on actual cluster performances. The conceptual framework of clustering suggests that they affect performance but theory makes little prediction as to the ultimate distribution of the value being created by clusters. This thesis takes the case of Eastern European countries for two reasons. One is that clusters, as coopetitive environments, are a new phenomenon as the previous centrally-based system did not allow for such types of firm organizations. The other is that, as new EU member states, they have been subject to the increased popularization of the cluster policy approach by the European Commission, especially in the framework of the National Reform Programmes related to the Lisbon objectives. The originality of the work lays in the fact that starting from an overview of theoretical contributions on clustering, it offers a comparative empirical study of clusters in transition countries. There have been very few examples in the literature that attempt to examine cluster performance in a comparative cross-country perspective. It adds to this an analysis of cluster policies and their implementation or lack of such as a way to analyse the way the cluster concept has been introduced to transition economies. Our findings show that the implementation of cluster policies does vary across countries with some countries which have embraced it more than others. The specific modes of implementation, however, are very similar, based mostly on soft measures such as funding for cluster initiatives, usually directed towards the creation of cluster management structures or cluster facilitators. They are essentially founded on a common assumption that the added values of clusters is in the creation of linkages among firms, human capital, skills and knowledge at the local level, most often perceived as the regional level. Often times geographical proximity is not a necessary element in the application process and cluster application are very similar to network membership. Cluster mapping is rarely a factor in the selection of cluster initiatives for funding and the relative question about critical mass and expected outcomes is not considered. In fact, monitoring and evaluation are not elements of the cluster policy cycle which have received a lot of attention. Bulgaria and the Czech Republic are the countries which have implemented cluster policies most decisively, Hungary and Poland have made significant efforts, while Slovakia and Romania have only sporadically and not systematically used cluster initiatives. When examining whether, in fact, firms located within regional clusters perform better and are more efficient than similar firms outside clusters, we do find positive results across countries and across sectors. The only country with negative impact from being located in a cluster is the Czech Republic.

Analysis of the nuclear properties of Brightest Cluster Galaxies and comparison with "normal" radio galaxies.

The aim of this PhD thesis is the study of the nuclear properties of radio loud AGN. Multiple and/or recent mergers in the host galaxy and/or the presence of cool core in galaxy clusters can play a role in the formation and evolution of the radio source. Being a unique class of objects (Lin & Mohr 2004), we focus on Brightest Cluster Galaxies (BCGs). We investigate their parsec scale radio emission with VLBI (Very Long Baseline Interferometer) observations. From literature or new data , we collect and analyse VLBA (Very Long Baseline) observations at 5 GHz of a complete sample of BCGs and ``normal'' radio galaxies (Bologna Complete Sample , BCS). Results on nuclear properties of BCGs are coming from the comparison with the results for the Bologna COmplete Sample (BCS). Our analysis finds a possible dichotomy between BCGs in cool-core clusters and those in non-cool-core clusters. Only one-sided BCGs have similar kinematic properties with FRIs. Furthermore, the dominance of two-sided jet structures only in cooling clusters suggests sub-relativistic jet velocities. The different jet properties can be related to a different jet origin or to the interaction with a different ISM. We larger discuss on possible explanation of this.

Untersuchungen zur genetischen Differenzierung von Vitis Genotypen und Unterlagsrebsorten sowie deren Klone mit Hilfe der RAPD-, AFLP- und SAMPL-Analyse

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Routinemethode zur Differenzierung und Identifizierung von Unterlagssorten in jedem Verarbeitungsstadium, wie Holz, Pfropfrebe, bereits im Weinberg gepflanzte Rebe, entwickelt. Hierfür wurde eine Methode erarbeitet, die es ermöglicht, DNA aus Blättern, Holz und Wurzeln gleichermaßen zu extrahieren. Vermischungen von Unterlagssorten in einem Unterlagenholzbündel konnten bis zu 10% Fremd-Unterlagenholz durch eine RAPD-PCR nachgewiesen werden. Mit den 12mer Primer #722b und #722c wurden sortenspezifische Banden für die Unterlagssorten Börner, 8B, 3309C und 5BB festgestellt. Der Primers # 751 war in der Lage von 151 Unterlagssorten und Wildarten 144 Genotypen zu unterschieden. Mit Hilfe der Optimierung von RAMP-Zeiten konnten die Bandenmuster der sieben in Deutschland am häufigsten verwendeten Unterlagssorten auf zwei unterschiedlichen Thermocyclern reproduziert werden. Aufgrund der Optimierung der RAPD-PCR war es möglich, die zur Unterscheidung notwendigen Banden durch eine lineare Transformation anhand einer ermittelten Referenzbande mathematisch und graphisch darzustellen. Klone der Unterlagssorten SO4, 125AA und 5C, sowie die Unterlagssorte Binova, wurden auf die Unterscheidungsmöglichkeit hin mit RAPD, AFLP und SAMPL untersucht. Innerhalb der AFLP-/SAMPL-Methode bildeten die zu einer Sorte gehörenden Unterlagenklone ein Cluster, wobei Binova innerhalb der SO4 Klone zu finden war. Es wurden ‚unterlagssortenspezifische Banden’, ‚wiederholende Banden’ und ‚Einzelbanden’ gefunden.

Coupled-Cluster-Berechnungen von Parametern der Kernspin-Resonanz-Spektroskopie

Coupled-Cluster-Berechnungen von Parametern derKernspin-Resonanz-Spektroskopie Dissertationsschrift von Alexander A.Auer, Mainz 2002 Im Rahmen einer Studie der Berechnung von 13C-Verschiebungenwerdendie Einfluesse von Elektronenkorrelation, Basissatz,Gleichgewichtsgeometrie sowie Schwingungs- und Rotationseffekten separat betrachtet.Dabei zeigt sich, dass dieCoupled-Cluster-Singles-Doubles-Methode mitstoerungstheoretischer Behandlung der Dreifachanregungen(CCSD(T)) mit entsprechend grossen Basissaetzen bei Beruecksichtigung derNullpunktsschwingungseffekte Ergebnisse mit ca. 1 ppm Abweichung zum Experiment liefert. Eine Analyse der Elektronenkorrelationseffekte beiCoupled-Cluster- (CC-) Berechnungen von indirekten Spin-Spin-Kopplungskonstanten zeigt, dassCC-Methoden mit Hartree-Fock-Orbitalrelaxation zur Berechnung derKopplungskonstanten ungeeignet sind. Eine Loesung ist die Verwendung unrelaxierter CC-Methoden,in denendie HF-Orbitalrelaxation aus der Berechnung der gestoertenWellenfunktion ausgeschlossen wird. Full-Configuration-Interaction-Berechnungen fuer Borhydridzeigen,dass auf CC-Singles-Doubles-Niveau (CCSD) 94% und aufCC-Singles-Doubles-Triples-Niveau (CCSDT) 99% der Korrelationseffekte beschrieben werden. Weiterhin istdie Beruecksichtigung der Nullpunktsschwingung sowie die Wahl eines ausreichend grossen Basissatzes wichtig. Auf Grundlage der vorangegangenen Studien werden im letztenTeil zwei Beispiele zur Anwendung hochgenauer Berechnungen vonNMR-Parametern vorgestellt.Im Rahmen einer Studie der Spin-Spin-Kopplungskonstanten vonCyclopentan wird eine Karplus-Beziehungzwischen den Kopplungskonstanten und der Konformation desMolekuels aufgestellt, desweiteren werden die NMR-Parameter von Methylidinphosphanuntersucht.