Open data and interoperability standards : opportunities for animal welfare in extensive livestock systems

Extensive livestock farming constitutes a sizeable portion of agriculture, not only in relation to land use, but in contribution to feeding a growing human population. In addition to meat, it contributes other economically valuable commodities such as wool, hides and other products. The livestock industries are adopting technologies under the banner of Precision Livestock Farming (PLF) to help meet higher production and efficiency targets as well as help to manage the multiple challenges impacting the industries, such as climate change, environmental concerns, globalisation of markets, increasing rules of governance and societal scrutiny especially in relation to animal welfare. PLF is particularly dependent on the acquisition and management of data and metadata and on the interoperability standards that allow data discovery and federation. A review of interoperability standards and PLF adoption in extensive livestock farming systems identified a lack of domain specific standards and raised questions related to the amount and quality of public data which has potential to inform livestock farming. A systematic review of public datasets, which included an assessment based on the principles that data must be findable, accessible, interoperable and reusable (FAIR) was developed. Custom software scripts were used to conduct a dataset search to determine the quantity and quality of domain specific datasets yielded 419 unique Australian datasets directly related to extensive livestock farming. A FAIR assessment of these datasets using a set of non-domain specific, general metrics showed a moderate level of compliance. The results suggest that domain specific FAIR metrics may need to be developed to provide a more accurate data quality assessment, but also that the level of interoperability and reusability is not particularly high which has implications if public data is to be included in decision support tools. To test the usefulness of available public datasets in informing decision support in relation to livestock welfare, a case study was designed and farm animal welfare elements were extracted from Australian welfare standards to guide a dataset search. It was found that with few exceptions, these elements could be supported with public data, although there were gaps in temporal and spatial coverage. The development of a geospatial animal welfare portal including these datasets further explored and confirmed the potential for using public data to enhance livestock welfare.Doctor of Philosoph

Chapter 2 B Lymphocytes in Cancer Immunology

Abstract The role of B lymphocytes in the pathogenesis and treatment of cancer has not received as much attention as the role of T cells. However, most patients with solid tumors harbor circulating antitumor antibodies and most tumors contain a population of infiltrating B cells implying an association between oncogenic events and B-cell activation. B-cell immunity can be beneficial by providing antibody-mediated protection from oncogenic viruses or a source of recombinant tumor-specific antibodies that can be used in combination with chemotherapeutic regimens. However, activation of B cells may also be detrimental to an effective antitumor response. Tumor-reactive antibodies and B cells often recognize antigens that are generated during the unscheduled apoptotic and necrotic death processes, which accompany tumor progression and may be involved in wound-healing processes that promote tumor growth and impair protective T-cell responses. Therefore, methods to eliminate autoreactive B cells, or switch them to a B effector-1 (Be-1) phenotype that amplifies Th1/Tc1-type T-cell responses, which are typically associated with effective antitumor responses, may improve the clinical outcomes of T-cell-mediated immunotherapies. Possible strategies include the administration of B-celldepleting monoclonal antibodies, use of targeted B-cell stimulatory agents such as Toll-like Receptor agonists, and adoptive transfer of large numbers of ex vivo generated tumor-reactive Be-1 cells

Entwurf eines Møllerpolarimeters und Entwicklung einer aktiven Phasenstabilisierung für den Injektor des S-DALINAC

Der erste Teil dieser Dissertation beschäftigt sich mit dem Entwurf eines (30–130) MeV-Møllerpolarimeters für den supraleitenden Elektronenlinearbeschleuniger S-DALINAC, an dem es bisher nicht möglich ist, die Elektronenpolarisation für kinetische Energien oberhalb von 10 MeV zu messen. Bei dem präsentierten Entwurf handelt es sich um ein Zwei-Arm-Polarimeter, das die an einer po- larisierten Vacofluxfolie über symmetrische Møllerstreuung wechselwirkenden Elektronen mit einem Separationsdipol vertikal vom Primärstrahl trennt und mithilfe von Cherenkovzählern koinzident de- tektiert. Die Targetfolie steht in einem Winkel von 20 ◦ zum einfallenden Elektronenstrahl und wird von einem Helmholtzspulenpaar in der Folienebene magnetisiert. Der Entwurf bietet die Möglichkeit, ge- kühlte Aperturblenden zu installieren und von außerhalb der Vakuumkammer zu manipulieren, um die Winkelakzeptanzen des Polarimeters zu definieren. Diverse numerische Simulationen demonstrieren, dass dieser Entwurf zur Polarisationsmessung genutzt werden kann. Selbst bei schlechten experimen- tellen Voraussetzungen beträgt die abgeschätzte Messzeit bei einem Strahlstrom von lediglich 100 nA nur wenige Minuten. Selbst für höhere Strahlströme bleibt die Temperatur der Targetfolie ausreichend gering, so dass kein signifikanter Einfluss auf die Polarisation der Folie genommen wird. Die Streuwin- kelakzeptanz beträgt im Schwerpunktsystem (90 ± 10) ◦ während die Azimutalwinkelakzeptanz bei 40 ◦ liegt. Der Einfluss des Levchukeffekts ist bei diesem Entwurf vernachlässigbar. Der effektive Analysierstär- kekoeffizient dieses Polarimeters liegt energieabhängig zwischen 0,66 und 0,74. Die Messunsicherheit der Polarisationsmessung wird durch die Unsicherheit der Targetpolarisation dominiert und auf maximal 4 % abgeschätzt. Zur präzisen Targetpolarisationsmessung wird ein auf die Foliengeometrie optimierter Messaufbau präsentiert. Sämtliche Komponenten des Polarimeters sind entweder kommerziell verfügbar oder können mit technischen Zeichnungen aus dieser Dissertation angefertigt werden. Der zweite Teil dieser Dissertation beschreibt den Entwurf und die Inbetriebnahme einer aktiven Strahl- phasenstabilisierung für den Injektorbeschleuniger des S-DALINAC. Für die Durchführung kernphysi- kalischer Elektronenstreuexperimente ist eine geringe Energieunschärfe des beschleunigten Elektronen- strahls über einen Zeitraum von mehreren Stunden notwendig. Im Injektorbereich auftretende Phasen- schwankungen reduzierten die Beschleunigungseffizienz und Energiestabilität des Elektronenstrahls und mussten durch den Operateur in der Vergangenheit manuell kompensiert werden. Um diese Korrektu- ren zu automatisieren und die Injektorphase aktiv stabilisieren zu können, wurde eine Phasenregelung implementiert und in Betrieb genommen. Sie nutzt die Messsignale eines vom Elektronenstrahl durch- querten, passiven, zylindrischen Hohlraumresonators, um die Strahlphase zu messen, und regelt diese Phase durch Flugzeitänderungen im Bereich der Elektronenquellen. Langfristige Drifteffekte der Strahl- phase konnten so vollständig kompensiert werden. Die Phasenvariationen im Bereich einiger Stunden konnte von dieser Regelung um 85 % reduziert werden

Using familial information for variant filtering in high-throughput sequencing studies

High-throughput sequencing studies (HTS) have been highly successful in identifying the genetic causes of human disease, particularly those following Mendelian inheritance. Many HTS studies to date have been performed without utilizing available family relationships between samples. Here, we discuss the many merits and occasional pitfalls of using identity by descent information in conjunction with HTS studies. These methods are not only applicable to family studies but are also useful in cohorts of apparently unrelated, 'sporadic' cases and small families underpowered for linkage and allow inference of relationships between individuals. Incorporating familial/pedigree information not only provides powerful filtering options for the extensive variant lists that are usually produced by HTS but also allows valuable quality control checks, insights into the genetic model and the genotypic status of individuals of interest. In particular, these methods are valuable for challenging discovery scenarios in HTS analysis, such as in the study of populations poorly represented in variant databases typically used for filtering, and in the case of poor-quality HTS data

Recent advances in the detection of repeat expansions with short-read next-generation sequencing

Short tandem repeats (STRs), also known as microsatellites, are commonly defined as consisting of tandemly repeated nucleotide motifs of 2-6 base pairs in length. STRs appear throughout the human genome, and about 239,000 are documented in the Simple Repeats Track available from the UCSC (University of California, Santa Cruz) genome browser. STRs vary in size, producing highly polymorphic markers commonly used as genetic markers. A small fraction of STRs (about 30 loci) have been associated with human disease whereby one or both alleles exceed an STR-specific threshold in size, leading to disease. Detection of repeat expansions is currently performed with polymerase chain reaction-based assays or with Southern blots for large expansions. The tests are expensive and time-consuming and are not always conclusive, leading to lengthy diagnostic journeys for patients, potentially including missed diagnoses. The advent of whole exome and whole genome sequencing has identified the genetic cause of many genetic disorders; however, analysis pipelines are focused primarily on the detection of short nucleotide variations and short insertions and deletions (indels). Until recently, repeat expansions, with the exception of the smallest expansion (SCA6), were not detectable in next-generation short-read sequencing datasets and would have been ignored in most analyses. In the last two years, four analysis methods with accompanying software (ExpansionHunter, exSTRa, STRetch, and TREDPARSE) have been released. Although a comprehensive comparative analysis of the performance of these methods across all known repeat expansions is still lacking, it is clear that these methods are a valuable addition to any existing analysis pipeline. Here, we detail how to assess short-read data for evidence of expansions, reviewing all four methods and outlining their strengths and weaknesses. Implementation of these methods should lead to increased diagnostic yield of repeat expansion disorders for known STR loci and has the potential to detect novel repeat expansions

Spatial distribution of metabolites in the retina and its relevance to studies of metabolic retinal disorders

Introduction: The primate retina has evolved regional specialisations for specific visual functions. The macula is specialised towards high acuity vision and is an area that contains an increased density of cone photoreceptors and signal processing neurons. Different regions in the retina display unique susceptibility to pathology, with many retinal diseases primarily affecting the macula. Objectives: To better understand the properties of different retinal areas we studied the differential distribution of metabolites across the retina. Methods: We conducted an untargeted metabolomics analysis on full-thickness punches from three different regions (macula, temporal peri-macula and periphery) of healthy primate retina. Results: Nearly half of all metabolites identified showed differential abundance in at least one comparison between the three regions. Furthermore, mapping metabolomics results from macula-specific eye diseases onto our region-specific metabolite distributions revealed differential abundance defining systemic metabolic dysregulations that were region specific. Conclusions: The unique metabolic phenotype of different retinal regions is likely due to the differential distribution of different cell types in these regions reflecting the specific metabolic requirements of each cell type. Our results may help to better understand the pathobiology of retinal diseases with region specificity

Early neuroimaging markers of FOXP2 intragenic deletion

FOXP2 is the major gene associated with severe, persistent, developmental speech and language disorders. While studies in the original family in which a FOXP2 mutation was found showed volume reduction and reduced activation in core language and speech networks, there have been no imaging studies of different FOXP2 mutations. We conducted a multimodal MRI study in an eight-year-old boy (A-II) with a de novo FOXP2 intragenic deletion. A-II showed marked bilateral volume reductions in the hippocampus, thalamus, globus pallidus, and caudate nucleus compared with 26 control males (effect sizes from −1 to −3). He showed no detectable functional MRI activity when repeating nonsense words. The hippocampus is implicated for the first time in FOXP2 diseases. We conclude that FOXP2 anomaly is either directly or indirectly associated with atypical development of widespread subcortical networks early in life

Entwicklung eines biologischen Pflanzenschutzmittels aus Süßholz mit sicherer Wirkung im Freiland unter Nutzung effizienter Anwendungstechnik; Arbeitsschwerpunkt 1: Industrielle Forschung und Grundlagen

Zusammenfassung Teilprojekt1: Formulierung, Standardisierung und Extraktionsoptimierung In dem Verbundvorhaben sollte ein praxistaugliches Süßholzpräparat entwickelt und damit Anwendungsstrategien gegen Falschen Mehltau und P. infestans im Freiland an Gurke, Tomate bzw. Kartoffel entworfen werden. Diese sollten eine wirksame Regulierung dieser Schlüssel Pathogene ermöglichen und somit die praxisübliche Anwendung von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln reduzieren oder sogar ersetzen. In dem zu bearbeitenden Teilprojekt von Trifolio-M lag der Schwerpunkt auf der technischen Optimierung des Extraktionsverfahrens und auf der Entwicklung einer wirkungssicheren Formulierung, die in verschiedenen Test Systemen unter Glas, Semi-Freiland und Freilandbedingungen getestet wird. Die bisher entwickelten Formulierungen wiesen trotz vieler Optimierungen keine ausreichende UV- und Regenstabilität für den Einsatz im Freiland auf, folgende Teilziele wurden jedoch erreicht: - Die Wirksamkeit der drei Hauptinhaltsstoffe, die maßgeblich für die befallshemmende Wirkung des Süßholzextraktes verantwortlich sind, wurde bestätigt. - In vitro und in vivo UV-Tests zur Erfassung der UV-Stabilität der optimierten Formulierungen wurden etabliert. - Ausgewählte Formulierungen demonstrierten einen ausreichend stabilen Wirkstoffgehalt während einer simulierten 2-jährigen Lagerung. - Ein im Hinblick auf Energie-, Zeit- und Lösungsmittelbedarf optimiertes Extraktionsverfahren konnte weitestgehend in eine großtechnische Aufbereitung übertragen werden. - Optimierte Formulierungen lassen sich gut mit praxisüblichen Düsen ausbringen. - Der Wirkstoffbedarf konnte in den Formulierungen um 60% gegenüber dem im Rohextrakt gesenkt werden bei gleicher Wirksamkeit im GWH. - Durch die Kontaktwirkung des Süßholzextraktes muss ein hoher Bedeckungsgrad auf den zu schützenden Pflanzenteilen erreicht werden. Die Forschungsarbeiten zur Entwicklung eines Fungizides aus Süßholz werden mit den während des Projektes gewonnenen Erfahrungen z.T. in weiteren nationalen und internationalen Projekten fortgesetzt. -------------------------------------------------------- Zusammenfassung Teilprojekt 2: Wirkungsmechanismen und Vorprüfungen für Freilandanwendungen Im Projekt "Entwicklung eines biologischen Pflanzenschutzmittels aus Süßholz mit sicherer Wirkung im Freiland unter Nutzung effizienter Anwendungstechnik, Arbeitsschwerpunkt 1: Industrielle Forschung und Grundlagen; Teilprojekt 2: Wirkungsmechanismen und Vorprüfungen für Freilandanwendungen“ wurden die UV Beständigkeit formulierter Süßholzextrakte für die weitere Testung im Freiland geprüft (Arbeitsschwerpunkt 2), sowie Untersuchungen zu wirksamen Fraktionen und zum Wirkmechanismus durchgeführt. Formulierungen mit verbesserter Wirkung wurden identifiziert. Bislang konnte jedoch noch keine ausreichend UV-beständige, direkt für die Praxis nutzbare Formulierung gefunden werden. Ergebnisse, die für die weitere Entwicklung des Extraktes bedeutend sind, waren wie folgt: Formulierungen aus Glycyrrhiza glabra-Extrakt (Suspendierbares Konzentrat, 2 % w/v) sollten in Tomaten/Phytophthora infestans mit ca. 800 L/ha ausgebracht werden, um hohe Anfangswirkungen zu erreichen. In Untersuchungen zu wirksamen Fraktionen erreichte Fraktion 4 (Sterole/ Terpenoide) in Gurke/Pseudoperonspora cubensis bei 2,55 % w/v 50 % Wirkungsgrad. Fraktion 6 (Flavonoide) und der Rohextrakt hatten in Tomate eine EC50 von 0,19 % w/v. Für Fraktion 4 wurde in vitro keine sporozide Wirkung gegen P. infestans gezeigt. Fraktion 6 und der Rohextrakt unterdrückten bei 0,1 % w/v (Fraktion 6) bzw. 0,04 % w/v (P1) die Zoosporenentlassung von P. infestans und hatten auch sporozide Wirkung. Welcher Anteil der indirekten Wirkung von Süßholz gegen Oomyceten an der Gesamtwirkung zukommt, ist noch abschließend zu klären. Allerdings scheint die Hauptwirkung ad planta eine direkte zu sein. Rohextrakt, Fraktion 6 und Fraktion 4 hatten eine positive Wirkung auf die physiologische Leistungsfähigkeit der Pflanzen (Chlophyllfluoreszenz-Messungen). Dies zeigte sich in einer Erhöhung der Stresstoleranz gegen biotischen (P. cubensis) bzw. abiotischen Stress (Seneszenz). Letzterer wurde nur für Fraktion 6 und den Rohextrakt geprüft. Insgesamt lag ein pflanzenstärkender Einfluss nach Süßholzbehandlung in Gurke neben der fungistatisch/fungiziden Wirkung des Extraktes vor. Dies erweitert das Anwendungspotential von G. glabra-Extrakt, nicht nur im Pflanzenschutz gegen Oomyceten, sondern auch für die Pflanzenstärkung

Analysis of genome-wide association study data using the protein knowledge base

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