OERlabs: Empathy first, solution later?

[EN] The project ‘OERlabs - jointly training student (teachers) for Open Eductional Resources (OER) use’ is funded by the Federal Ministry of Education and Research Germany (BMBF[SH1] ) and aims to sensitize and contextualize OER for all relevant university actors by strategically carrying out an open developmental process. This process includes organizing regular Multi-Stakeholder[SH2] Dialogues (MSD) over the course of the project. This paper briefly outlines the kick-off MSD event, its methodological approach in context of the entire process, i.e. building a base for working on solutions with implicit use of OER-principles and presents the participants feedback and provides results from the event. In contrast to committee work, our MSD-approach provides participants with more spacefor open discussions while still working towards a shared goal. In the context of OER, these events show the importance of focusing on the participants attitudes and mindset, rather than confronting them with general OER-related topics right away, such as licensing and creative commons. The project OERlabs will organize its final MSD in July of 2018, while also documenting additional experiences in an Open Book.http://ocs.editorial.upv.es/index.php/HEAD/HEAD18Andrasch, M.; Hofhues, S.; Lukács, B. (2018). OERlabs: Empathy first, solution later?. Editorial Universitat Politècnica de València. 1231-1238. https://doi.org/10.4995/HEAD18.2018.8182OCS1231123

Molekularbiologische und NMR-Spektroskopische Charakterisierung der Komplexbildung des Afadin 6 mit den kleinen GTPasen Rap1A und H-Ras, sowie mit dem Tight Junction Protein Zonula occludens 1

Ein Schwerpunkt dieser Arbeit war die Aufklärung der Interaktionsprozesse zwischen der Ras-Assoziations-Domäne 1 des Afadin 6 Proteins und den kleinen GTPasen Rap1A und H-Ras mit NMR-spektroskopischen Methoden. Afadin 6 ist eines der Hauptgerüstproteine der Adherens Junctions und an der Ausbildung und Aufrechterhaltung der Nectin-vermittelten Zell-Zell-Kontakte beteiligt. Die kleinen GTPasen H-Ras und Rap1A, die beide zur Unterfamilie der Ras-GTPasen gehören, fungieren in der Zelle durch alternierende Bindung der Nukleotide GDP und GTP als molekulare Schalter. Beide sind Teil diverser Signaltransduktionskaskaden, wie dem RTK- (Rezeptor-Tyrosin-Signalkaskade) oder dem JAK/STAT-Signalweg (Januskinase and signal transducers and activators of transcription), und haben durch ihre Schalterfunktion einen gravierenden Einfluss auf Differenzierungs- und Wachstumsprozesse der Zellen. Die Interaktion des Afadin 6 mit den kleinen GTPasen Rap1A und H-Ras war bereits bekannt, jedoch konnten die molekularen Interaktionsmechanismen dieser Komplexbildung bis dato nicht vollständig aufgeklärt werden. Im Zuge dieser Arbeit jedoch konnten diese Komplexbildungen von Seiten des 15N-Isotop markierten Afadin 6 während diverser HSQC-NMR-Titrationsreihen mit den unmarkierten GTPasen in verschiedenen Nukleotid-Beladungszuständen auf atomarer Ebene verfolgt werden. Hierbei stellte sich heraus, dass der kanonische Bindebereich der Afadin 6 Ras-Assoziations-Domäne 1 als gemeinsamer Interaktionsbereich beider GTPasen fungiert. Dieser umfasst die aktiv an der Bindung beteiligten Aminosäuren C59, T57, F55, N54, G53 und A52 des β2-Faltblattes[N54 bis V62], sowie die Aminosäuren E77, K78, F79, R80, M83 und R84 der α3-Helix[T67 bis F79] und der angrenzenden Loop-Region. Zusätzlich konnten die gravierenden Unterschiede beider Komplexe in Bezug auf ihre Effektor-Spezifität detailliert charakterisiert werden. Dabei zeigte sich, dass die GTPase H-Ras an Position 31 ein Glutamat (E) trägt, im Gegensatz zu Rap1A, welches an Position 31 über ein Lysin (K) verfügt. Dieser Unterschied führt dazu, dass H-Ras eine Salzbrücke zwischen dem E31 und dem K78 des Afadin 6 ausbildet, Rap1A allerdings in der Lage ist diese Salzbrücke über die Aminosäure K31 mit dem benachbarten E77 des Afadin 6 auszubilden. Infolgedessen kommt es bei der Komplexbildung des Afadin 6 mit Rap1A zu einer Drehung des Rap1As, was bei H-Ras nicht der Fall ist. Durch diese Drehung ist Rap1A zusätzlich durch die Aminosäuren seiner Switch II Region in die Bindung involviert. Diese interagieren mit den Aminosäuren H18, H19, W20 und D26 der α1-Helix, sowie deren an-grenzende Loop-Region, des Afadin 6. Diese Tatsache kann die höhere Affinität des Rap1A im Vergleich zu H-Ras an die RA1-Domäne des Afadin 6 erklären. Ebenso konnte ein interessanter Bindungseffekt im C-terminalen Bereich der Afadin 6 Ras-Assoziations-Domäne 1 festgestellt und näher charakterisiert werden. Dieser Bereich umfasst die Aminosäuren E131, N132, D133 und A134 des AF6-RA1-Konstruktes. Die Funktion dieser zusätzlichen Interaktion konnte jedoch noch nicht aufgeklärt werden. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es, die Interaktion des Afadin 6 mit dem Zonula occludens 1 Protein anhand biochemischer und NMR-spektroskopischer Methoden zu charakterisieren. Das Zonula occludens 1 Protein ist das Hauptgerüstprotein einer weiteren Klasse von Zell-Zell-Kontakten, den sogenannten Tight Junctions. Afadin 6 kommt in diesen Tight Junctions nicht vor, Zonula occludens 1 jedoch maßgeblich nur in den Tight Junctions. Beide Proteine scheinen während der Ausbildung neuer Zell-Zell-Kontakte colokalisiert vorzuliegen und scheinen im Verlauf dieser zellulären Prozesse, in einer noch ungeklärten wechselseitigen Beziehung zueinander zu stehen. Durch die Analyse dieser Komplexbildung von Seiten des 15N-markierten Afadin 6 aus mit der homodimeren PDZ2-Domäne und einer monomeren Mutante dieser Domäne konnte die Interaktion schließlich NMR-spektroskopisch auf die Wildtyp-PDZ2-Domäne des Zonula occludens 1 reduziert und daraufhin charakterisiert werden. Im Falle der Interaktion des Afadin 6 mit der PDZ2-Domäne des Zonula occludens 1 zeigten sich hierbei gravierende Übereinstimmungen mit den Interaktionsbereichen des Afadin 6-Rap1A-Komplexes. Hierbei scheint vor allem der Teilbereich E77 bis D82, der kanonischen Bindeposition, von großem Interesse zu sein. Dieser ist homolog zur bekannten Connexin43-Erkennungssequenz der PDZ2- Domäne des Zonula occludens 1 und kann so die Interaktion des Afadin 6 mit Zonula occludens 1 teilweise erklären. Zusätzlich konnten die NMR-HSQC-Signale von Seiten der Zonula occludens Konstrukte PDZ2 und PDZ2-MUT2, durch HNCO-, HNCA- und CBCACONH-NMR-Experimente sequentiell zugeordnet werden und stehen nun für eine reziproke Untersuchung der Interaktionsfläche zur Verfügung. Anhand der Analysen der Interaktionen des Zonula occludens 1, sowie der GTPasen H-Ras und Rap1A, konnten diese letztendlich über den Bindepartner Afadin 6 in einen gemeinsamen physiologischen Kontext gestellt werden

Optimizing the application of plasma functionalised water (PFW) for microbial safety in fresh-cut endive processing

The microbiological profiles and responses of native microflora of endive were investigated using a model process line, to establish where a defined PFW should be optimally applied to retain or improve produce microbiological quality. The PFW processes were compared with tap water and ClO2. The antimicrobial efficacy of PFW was quantified by determining the reduction in microbial load, the microbial viability and vitality. Depending on the stage of application of PFW, up to 5 log10-cycles reduction was achieved, accompanied by a reduction of metabolic activity, but not necessarily with a decrease in metabolic vitality. Multiple application (3-step-PFW-application) was more effective than single application (1-step-PFW-application) and PFW showed stronger antimicrobial effect in pre-cleaned endive. High concentrations of nitrite (315 mg l−1) and nitrate (472 mg l−1) in PFW were the main factors for the antimicrobial efficacy of PFW against bacteria. Furthermore, H2O2 and an acidic pH supported the mechanism of action against the endive microflora. These results identify the pathway to scale up successful industrial application of PFW targeting microbiological quality and safety of fresh leafy products.Industrial relevance The safety, quality and shelf life of freshly cut vegetables, e.g. lettuce, are strongly influenced by the microbial load. In addition, the hygienic design of production line, and a good handling/ production practice are indispensable. This study shows that the application of PFW, as a promising non-thermal sanitation technology, enables the inactivation of native microbial contamination on fresh-cut endive depending on the process stage of application. It further describes the impact of PFW on the metabolic activity and metabolic vitality of the lettuce-associated microflora. For higher acceptance, the mechanism of action of PFW was assumed based on previous chemical analyses and compared to the industrial standard of ClO2. The results contribute to the understanding and product-specificity of PFW-induced effects on safety, quality and shelf life of fresh cut lettuce and could be a basis for a possible industrial implementation and complement of common technologies

Microbial Control of Raw and Cold-Smoked Atlantic Salmon (Salmo salar) through a Microwave Plasma Treatment

The control of the pathogenic load on foodstuffs is a key element in food safety. Particularly, seafood such as cold-smoked salmon is threatened by pathogens such as Salmonella sp. or Listeria monocytogenes. Despite strict existing hygiene procedures, the production industry constantly demands novel, reliable methods for microbial decontamination. Against that background, a microwave plasma-based decontamination technique via plasma-processed air (PPA) is presented. Thereby, the samples undergo two treatment steps, a pre-treatment step where PPA is produced when compressed air flows over a plasma torch, and a post-treatment step where the PPA acts on the samples. This publication embraces experiments that compare the total viable count (tvc) of bacteria found on PPA-treated raw (rs) and cold-smoked salmon (css) samples and their references. The tvc over the storage time is evaluated using a logistic growth model that reveals a PPA sensitivity for raw salmon (rs). A shelf-life prolongation of two days is determined. When cold-smoked salmon (css) is PPA-treated, the treatment reveals no further impact. When PPA-treated raw salmon (rs) is compared with PPA-untreated cold-smoked salmon (css), the PPA treatment appears as reliable as the cold-smoking process and retards the growth of cultivable bacteria in the same manner. The experiments are flanked by quality measurements such as color and texture measurements before and after the PPA treatment. Salmon samples, which undergo an overtreatment, solely show light changes such as a whitish surface flocculation. A relatively mild treatment as applied in the storage experiments has no further detected impact on the fish matrix

Untersuchungen der Plasmamikrowellenwechselwirkung einer spezifischen Plasmaquelle zur Optimierung deren Einsetzbarkeit

Die Forschung an mikrowelleninduzierten Atmosphärendruckplasmen am INP führte zu verschiedenen potentiellen Applikationen. Dabei besitzt die mikrobiologische Dekontamination sowohl von thermolabilen Medizinprodukten als auch von Lebensmitteln schon zum jetzigen Zeitpunkt ein hohes industrielles Anwendungspotential. Den aufgeführten Anwendungen gemeinsam ist, dass für eine erfolgreiche Weiterentwicklung der Prozesse, sowie der Plasmaquelle, ein grundlegendes Verständnis der vorliegenden dynamischen Mikrowellenplasmawechselwirkung notwendig ist. Durch den begrenzten diagnostischen Zugang der zu untersuchenden Plasmaquelle wird ein kombinierter Ansatz aus diagnostischen Methoden und Modellierung gewählt. Die Entladung wird in Argon bei reduziertem Druck (ab 10 mbar) zur Vereinfachung des Modells betrieben. Daher musste die Plasmaquelle für diesen Einsatz weiterentwickelt werden. Dieses beinhaltet die Neuauslegung der Prozesswärmeabfuhr, auf Grund der nicht oder nur teilweisen Anwendbarkeit von etablierten Verfahren im Atmosphärendruck (hohe Gasflüsse, Wasserkühlung). Die Plasmamikrowellenwechselwirkung dieser Quelle ist anschließend mit Methoden zur Charakterisierung des Plasmas und des Mikrowellenfeldes für unterschiedliche Arbeitspunkte in Druck und Leistung untersucht worden. Zur Bestimmung der Elektronendichte des Plasmas wurde ein frequenzvariables Mikrowelleninterferometer auf Basis eines Vektornetzwerkanalysators erstmalig etabliert. Dieses neue Messsystem wurde im Vorfeld detailliert untersucht, um das korrekte Zusammenspiel aller Komponenten zu überprüfen. In diesem Zusammenhang wurde ein frequenzaufgelöstes Mikrowelleninterferometer zur Messung der Elektronendichte in einer Fluoreszenzlampe aufgebaut. Durch diesen neuartigen Ansatz konnte der Einfluss der dielektrischen Umhüllung (Glasrohr der Lampe) auf die Mikrowelleninterferometrie untersucht werden. In einer weiteren Untersuchung an einem Induktiv Gekoppelten Plasma wurden die Resultate dieses Messsystems mit denen von Langmuir-Sondenmessungen. Auf Grund der konstruktiven Gegebenheiten des Reaktors ist das Plasma nur über ein Fenster für das Mikrowelleninterferometer zugänglich. Der Vergleich der ermittelten Elektronendichten ergab einen Unterschied von Faktor zwei zwischen Interferometer und Langmuir-Sonde. Die Untersuchungen an der Fluoreszenzlampe und dem Induktiv Gekoppelten Plasma zeigten zum einen die korrekte Funktion des neu etablierten frequenzvariablen Mikrowelleninterferometers mit erreichbaren Phasenauflösungen unterhalb von 0,1 mrad. Zum anderen wurde festgestellt, dass die dielektrische Umhüllung des Plasmas zu einem systematischen Fehler von bis 53 % bei der Elektronendichtebestimmung führen kann. Diese gewonnenen Erkenntnisse hatten bei der Konzipierung des Mikrowelleninterferometers zur Untersuchung der Plasmamikrowellenwechselwirkung einen entscheidenden Einfluss. Neben der Untersuchung des Plasmas ist ebenfalls eine Diagnostik des Mikrowellenfeldes nötig, um die Plasmamikrowellenwechselwirkung dieser Entladung experimentell zu charakterisieren. Auf Grundlage dieser Daten können die Resultate des Modells bewertet werden, die einen Einblick in die Plasmaquelle und ihrer dynamischen Vorgänge erlaubt, was für die Weiterentwicklung der Applikationen essentiell ist. Aus diesem Grund ist ein heterodynes Reflektometer entwickelt worden. Dieses Messsystem wurde umfangreich getestet und kann mit einer maximalen Zeitauflösung von 100 ns den komplexen Reflektionsfaktor mit einer Phasengenauigkeit von 10 mrad bestimmen. Das Reflektometer erlaubt einen experimentellen Zugang zur aktiven Zone schon in der Frühphase der Entladung. Mit Hilfe der Diagnostiken zur Untersuchung des Plasmas und des Mikrowellenfeldes wurde die Entladung von der Zündung bis zur stationären Phase charakterisiert und mit den Ergebnissen des Modells verglichen. Es zeigte sich eine gute Übereinstimmung im Millisekundenzeitbereich, sowie eine starke Dynamik im Reflektionsfaktor in der ersten Millisekunde, hervorgerufen durch die Plasmamikrowellenwechselwirkung. Durch die hohe Zeitauflösung des Reflektometers konnten diese Vorgänge im Mikrosekundenzeitbereich erstmalig experimentell aufgelöst werden, was die Interpretation mittels des Modells möglich macht. Es konnten die Vorgänge während der Zündung des Plasmas detailliert untersucht werden und damit die Richtigkeit von Annahmen, die bei der Entwicklung der Zündtechnologie getroffen wurden, überprüft werden. Dieses erworbene grundlegende Verständnis ermöglicht eine Weiterentwicklung dieser Technologie. Mit Hilfe der erzielten Ergebnisse wurde eine neue Optimierungsstrategie für die Abstimmung der Mikrowellenplasmaquelle entwickelt. Dies führte zu einer wesentlichen Verbesserung der Reproduzierbarkeit der mikrobiologischen Ergebnisse. Darüber hinaus bilden die erzielten Ergebnisse eine solide Grundlage für weitere experimentelle und theoretische Untersuchungen dieser Entladung in beispielsweise anderen Arbeitsgasen.The research on microwave induced atmospheric plasmas at the INP resulted in several potential applications. The microbiological decontamination of thermolabile medical devices and food has already a high industrial application potential. A fundamental understanding of the dynamic plasma microwave interaction is necessary for further development of the plasma source and the plasma processes. Due to a limited diagnostic access to the plasma source, a combined approach of diagnostics methods and modelling is used. To simplify the plasma modelling the discharge is operated in low pressure (10 mbar). Therefore the plasma source has to be adjusted to these working conditions. This involves the redesign of the heat transfer of the plasma source. The plasma microwave interaction of this source is then been analyzed by using methods for characterization of the plasma and the microwave field for different working points. For the determination of the electron density of the plasma, a frequency-variable microwave interferometer was established based on a vector network analyzer. All used components were tested in advance. In this context, a frequency resolved microwave interferometer has been set up to measure the electron density in a fluorescent lamp. By this novel approach, the influence of the dielectric surrounding (glass tube of the lamp) to microwave interferometer was investigated. In a further study on inductively coupled plasma, the results of the microwave interferometer were compared to the measurements of an electrostatic probe. Due to the used reactor, the plasma is only accessible through one window for the interferometer. The comparison of the results of both methods showed only a difference of factor two. The investigations of the different plasma sources showed a correct function of the newly established frequency-variable microwave interferometer with a phase resolution below 0.1 mrad. Furthermore, it was found that the dielectric surrounding of the plasma may cause a systematic error of up to 53 % in in the electron density determination. In addition to the diagnostic of the plasma is also a probing of the microwave field necessary to characterize the plasma microwave interaction. Based on these data, the results of the model can be evaluated, which allows an insight view into the plasma source and its dynamic processes, which is essential for the development of the applications. Therefore, a heterodyne reflectometer has been developed. This measurement system has been rigorously tested and can determine the reflection coefficient with a maximum time resolution of 100 ns. The reflectometer allows experimental access to the active plasma zone in the early stage of the discharge. Using these diagnostic methods the discharge has been characterized from the ignition to the stationary phase. There was a good agreement in the millisecond timescale and a strong dynamic of the reflection coefficient during the first millisecond, caused by the plasma microwave interaction. The high time resolution of the reflectometer allowed the examination of the processes in the microsecond time domain in combination with the results of the model. The processes during the ignition of the plasma were investigated in detail and verify the assumption of the ignition technology. The acquired basic understanding enables further development of this technology. Based on these results, a new optimization strategy for adjusting the microwave plasma source has been developed. This leads to a significant improvement of the reproducibility of the microbiological results. In addition, the results built a strong foundation for further experimental and theoretical investigations of this discharge

Modulare Plasmaquellen zur Keimreduzierung : im Verbundprojekt: Plasmagestützte Oberflächenmodifizierung mittels modularer selektiver Plasmaquelle (PLASMOSE) ; Abschlußbericht zum Teilvorhaben

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A Plasma-Based Decontamination Process Reveals Potential for an in-Process Surface-Sanitation Method

Methods, which use an indirect plasma treatment for the inactivation of microorganisms in foods, claim a vastly growing field of research. This paper presents a method that uses plasma-processed air (PPA) as a sanitizer. In addition to a sanitation concept for the decontamination of produce in the value chain, the presented method offers a possible application as an “in-process” surface sanitation. PPA provides antimicrobial-potent species, which are predominantly reactive nitrogen species (RNS); this has an outstanding groove penetration property. In an experimental approach, surfaces, made from materials, which are frequently used for the construction of food-processing plants, were inoculated with different microorganisms. Listeria monocytogenes (ATCC 15313), Staphylococcus aureus (ATCC 6538), Escherichia coli (ATCC 10538), Salmonella enterica subsp. enterica serovar Typhimurium (ATCC 43971), and Salmonella enterica subsp. enterica serovar Enteritidis (ATCC 13076) are all microorganisms that frequently appear in foods and possess the risk for cross-contamination from the plant to the produce or vice versa. The contaminated samples were treated for various treatment times (1–5 min) with PPA of different antimicrobial potencies. Subsequently, the microbial load on the specimens was determined and compared with the load of untreated samples. As a result, reduction factors (RF) up to several log10-steps were obtained. Although surface and the bacterial strain showed an influence on the RF, the major influence was seen by a prolongation of the treatment time and an increase in the potency of the PPA