Untersuchungen zur generellen Stressantwort von Bacillus subtilis nach Einwirkung von Umweltstress und bei niedriger Temperatur

Zusammenfassung Der alternative Sigmafaktor SigB kontrolliert die Expression des generellen Stressregulons in Bacillus subtilis. Durch die Synthese von generellen Stressproteinen werden nicht-wachsende B. subtilis-Zellen mit einer unspezifischen, vielfältigen und vorsorgenden Resistenz gegen zukünftigen Stress ausgestattet. Um die Funktion der generellen Stressantwort im Adaptationsnetzwerk dieses Gram-positiven Modellorganismus besser zu verstehen, wurden die Veränderungen im Transkriptom nach Einwirkung von Hitze, Salz und Ethanolstress analysiert. Diese Studie wurde mit DNA-Makroarrays durchgeführt, auf die PCR-Produkte aller 4107 Gene gespottet waren. Insgesamt konnten 124 SigB-abhängige Gene identifiziert werden. Darunter wurden 62 Gene neu dem SigB-Regulon zugeordnet und 62 schon zuvor beschriebene SigB-abhängige Gene bestätigt. Die genomweite Betrachtung des Transkriptionsprofils nach Umweltstress erlaubte auch eine Analyse der spezifischen Stressantworten von B. subtilis auf Hitze-, Salz- und Ethanolstress. Neu war die Induktion des ECF-Sigmafaktors SigW und seines Regulons nach 4% Salzstress. In ?dot blot?-Experimenten konnte gezeigt werden, dass die Induktion des SigW-Regulons osmotisch bedingt war. Außerdem wurde die Induktion der generellen Stressantwort bei niedriger Temperatur untersucht. Mit SigB-abhängigen LacZ- und GFP-Reporterfusionen konnte der Induktionsverlauf des SigB-Regulons in der Kälte beobachtet werden. Bei 37 °C wird das SigB-Regulon nach Umweltstress sofort, aber transient induziert. In der Kälte war dagegen eine langanhaltende Induktion der ctc::lacZ-Reporterfusion in der exponentiellen Phase zu sehen. Nach einem Maximum in der exponentiellen Wachstumsphase fiel die Induktion bis zum Übergang in die stationäre Phase langsam wieder ab, um dann auf einem erhöhten Level zu stagnieren. Die Analyse verschiedener Regulatormutanten der SigB-Aktivität bestätigte den temperatursensitiven Phänotyp einer sigB-Mutante und dokumentierte die Wachstumsdefekte einer rsbP-Mutante und einer rsbUP-Mutante bei 15 °C, die vermutlich durch die schwache Induktion des SigB-Regulons in diesen Zellen verursacht waren. So stellte eine zusätzliche Deletion des Gens für den Anti-Antisigmafaktor RsbV in der rsbUP-Mutante die volle Induktion der Reporterfusion wieder her, wodurch ebenfalls der Wachstumsdefekt aufgehoben wurde. Die intensive, langanhaltende Induktion des generellen Stressregulons in der rsbUPV-Tripelmutante unterstützt die These eines neuen Signaltransduktionsweges zur Aktivierung von SigB in der Kälte. In weiteren Arbeiten wird zu klären sein, ob in die Aktivierung von SigB in der Kälte weitere Proteine einbezogen sind oder für die Aktivierung eine intrinsische Instabilität des RsbW/SigB-Komplexes verantwortlich ist

Schalten funktionalisierter, photochromer Oberflächen mittels Organischer Leuchtdioden

This work describes the development of photo-switchable surfaces based on the two most common photochromic molecules. Additionally, these surfaces are excited with thin organic LEDs (OLEDs). With this combination an intelligent and programmable surface is realizable. Here, a flexible PDMS copy of a lotus leaf covered with a single molecule layer of azobenzenes enables a 200 times higher relative transparency switching for a 355 nm laser beam compared to a flat glass substrate. Thereby a simple spatially resolved mapping of the azobenzene state on the surface becomes possible. A reversible contact angle switching between 138° and 95° is achieved with a non-covalently bound spiropyran layer on a candle soot surface. Then, a blue OLED is designed and fabricated that possesses a radiant flux of up to over 10 mW/cm2. It is used to switch both photochromic surfaces. With the aim to increase the switching speed, the light outcoupling from OLEDs is enhanced. Tetrapodal zinc oxide particles are used to couple out trapped substrate modes. In order to use many OLEDs efficiently next to each other for the switching of a photochromic layer, it is necessary to direct the light of their usually more Lambertian emitting profile. For this, optical gratings are integrated into OLEDs. Here, it is shown how the change of emitter position, refractive index contrast and absorption increase the resonances of these gratings. In addition, grating effects on a fully flexible PDMS substrate are investigated and the first goniometric electroluminescene measurement of an OLED with an integrated multi-periodic grating is presented.Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung von photoschaltbaren Beschichtungen auf Basis der beiden gängigsten photochromen Moleküle. Zusätzlich werden diese Schichten mit organischen LEDs (OLEDs) angeregt. Durch diesen Integrationsschritt lässt sich eine „intelligente“ und programmierbare Oberfläche erzeugen. Eine mit einer einfachen Azobenzol-Molekül-Schicht versehene Kopie eines Lotusblattes aus flexiblem PDMS erlaubt hier ein um den Faktor 200 verstärktes Schalten der relativen Transmission eines Laserstrahles mit 355 nm Wellenlänge gegenüber einem glatten Glassubstrat, welches ebenfalls funktionalisiert wurde. Dadurch wird eine einfache Kartierung der Azobenzolzustände auf der Oberfläche möglich. Eine reversible Kontaktwinkelschaltung zwischen 138° und 95° wird mit nicht-kovalent aufgebrachten Spiropyranen auf Kerzenrußoberflächen erzielt. Im Anschluss wird eine blaue OLED designt und hergestellt, die eine Strahlungsleistung von bis zu über 10 mW/cm2 aufweist. Beide Oberflächen werden mittels dieser OLED geschaltet. Mit dem Ziel einer Steigerung der Schaltgeschwindigkeit wird versucht, die Lichtauskopplung aus OLEDs zu erhöhen. Für die Auskopplung gefangener Substratmoden werden tetrapodale Zinkoxidpartikel verwendet. Um später möglichst viele OLEDs unter einer photochromen Schicht nebeneinander betreiben zu können, ist es zudem notwendig, deren eher Lambertsches Abstrahlprofil zu richten. Dafür eignen sich in OLEDs eingebrachte optische Gitter. Hier wird mittels verschiedener Experimente dargelegt, wie sich die Resonanzen der Gitter durch Veränderung von Emitterposition, Brechungsindexkontrast und Absorption verstärken lassen. Des Weiteren wird der Gittereffekt in OLEDs auf flexiblen PDMS untersucht und zum ersten Mal eine goniometrische Elektrolumineszenzmessung einer OLED mit einem integrierten multiperiodischen Gitter gezeigt

Neue Perspektiven bei der Unkrautbekämpfung im Winterraps durch die Einführung des Clearfield®-Systems

Winterraps ist eine der wichtigsten Ackerbaukulturen in Europa. Die Bedeutung dieser Ölfrucht nimmt seit Jahren zu. Um die Erträge zu sichern, ist eine verlässliche Unkrautkontrolle unabdingbar. Wirkstoffbedingt wird diese zumeist im Vorauflauf der Kultur oder im Keimblattstadium der Unkräuter durchgeführt, was oft auch mit dem Auflaufen des Rapses zusammen fällt. Unkrautdichten und damit Schadensschwellen können bei diesem frühen Einsatztermin nicht abgeschätzt werden. Breit wirksame, verträgliche und im Nachauflaufeinsatz verwendbare Herbizide mit stabiler Wirkung unter den verschiedensten Boden- und Witterungsbedingungen wären daher eine wünschenswerte Weiterentwicklung der Rapsanbausysteme. Mit der Einführung von Imidazolinon-tolerantem Winterraps in Europa sind diese Fortschritte mit einer zielgerichteten Unkrautkontrolle zu erreichen. Die während der Entwicklung des Clearfield®-Produktionssystems gesammelten Erfahrungen werden anhand mehrjähriger Zusammenfassungen sowie beispielhaft an verschiedenen Einzelergebnissen dargestellt. Insbesondere werden die Stetigkeit der Wirkung im Vergleich zu heutigen Standardherbiziden, sowie die Bekämpfungsmöglichkeit von Ausfallgetreide und Kruziferen im Nachauflauf aufgezeigt.Stichwörter: Clearfield®, Herbizidtoleranz, Imidazolinone, Stetigkeit, WinterrapsNew perspectives for weed control in winter oilseed rape due to the introduction of the Clearfield® systemWinter oilseed rape is an increasingly important field crop in Europe. To safeguard yield, reliable and sustainable weed control systems are required. Weed control in oilseed rape today is based primarily on pre-emergence herbicides. Weed densities or threshold principles cannot be considered at this application timing. Postemergence herbicides with a broad spectrum and reliable efficacy over different soil and environmental conditions would be a desirable development for oilseed rape cultivation systems. The introduction of imidazolinone tolerant winter oilseed rape in Europe brings genuine improvement in weed control for oilseed rape. Accumulated experience during the development of the Clearfield Production System is demonstrated with multi year and exemplary single experiments. Of particular note, the reliability and consistency of the efficacy as compared to standard herbicides is outlined. The possibility of post-emergence control of crucifier weeds and the cross spectrum activity on volunteer cereals is demonstrated. Keywords: Clearfield®, herbicide tolerance, imidazolinone, reliability, winter oilseed rap

Fluid fibres in true 3D ferroelectric liquids

We demonstrate an exceptional ability of a high-polarisation 3D ferroelectric liquid to form freely-suspended fluid fibres at room temperature. Unlike fluid threads in modulated smectics and columnar phases, where translational order is a prerequisite for forming liquid fibres, recently discovered ferroelectric nematic forms fibres with solely orientational molecular order. Additional stabilisation mechanisms based on the polar nature of the mesophase are required for this. We propose a model for such a mechanism and show that these fibres demonstrate an exceptional non-linear optical response and exhibit electric field-driven instabilities

Bacterial adaptation through distributed sensing of metabolic fluxes

We present a large-scale differential equation model of E. coli's central metabolism and its enzymatic, transcriptional, and posttranslational regulation. This model reproduces E. coli's known physiological behavior.We found that the interplay of known interactions in E. coli's central metabolism can indirectly recognize the presence of extracellular carbon sources through measuring intracellular metabolic flux patterns.We found that E. coli's system-level adaptations between glycolytic and gluconeogenic carbon sources are realized on the molecular level by global feedback architectures that overarch the enzymatic and transcriptional regulatory layers.We found that the capability for closed-loop self-regulation can emerge within metabolism itself and therefore, metabolic operation may adapt itself autonomously to changing carbon sources (not requiring upstream sensing and signaling)

Synthesis of organic liquid crystal containing selectively fluorinated cyclopropanes

Authors thank the Chinese Scholarship Council for a studentship (ZF) and the EPSRC Mass Spectroscopy Service at Swansea for analysis.This paper describes the synthesis of a series of organic liquid crystals (LC) containing selectively fluorinated cyclopropanes at their termini. The syntheses used difluorocarbene additions to olefin precursors, an approach which proved straightforward such that these liquid crystal candidates could be efficiently prepared. Their physical and thermodynamic properties were evaluated and depending on individual structures, they either displayed positive or negative dielectric anisotropy. The study gives some guidance into effective structure property relationships for the design of LCs containing selectively fluorinated cyclopropane motifs.Publisher PDFPeer reviewe

3D-printed rotating spinnerets create membranes with a twist

Round hollow fiber membranes are long-established in applications such as gas separation, ultrafiltration and blood dialysis. Yet, it is well known that geometrical topologies can introduce secondary ow patterns counteracting mass transport limitations, stemming from diffusion resistances and fouling. We present a new systematic method- ology to fabricate novel membrane architectures. We use the freedom of design by 3D-printing spinnerets, having multiple bore channels of any geometry. First, such spinnerets are stationary to fabricate straight bore channels inside a monolithic membrane. Second, in an even more complex design, a new mechanical system enables rotating the spinneret. Such rotating multibore spinnerets enable (A) the preparation of twisted channels inside a porous monolithic membrane as well as (B) a helical twist of the outside geometry. The spun material systems comprise classical polymer solutions as well as metal-polymer slurries resulting in solid porous metallic monolithic membrane after thermal post-processing. It is known that twisted spiral-type bore channel geometries are potentially superior over straight channels with respect to mass and heat polarization phenomena, however their fabrication was cumber- some in the past. Now, the described methodology enables membrane fabrication to tailor the membrane geometry to the needs of the membrane process

Not again! Effect of previous test results, age group and reason for testing on (re-)infection with Chlamydia trachomatis in Germany

Background: Infection with Chlamydia trachomatis (Ct) is the most commonly reported sexually transmitted infection in Europe. In Germany, Ct screening is offered free of charge to pregnant women since 1995 and to women < 25 years of age since 2008. For symptomatic individuals, testing is covered by statutory health insurance. Study results have shown that repeat Ct infection occurs in 10–20% of previously infected women and men. Our aim was to describe persons tested for Ct and to investigate the determinants of (repeat) Ct infection in women and men in Germany. Methods: We analysed Ct test results from men and women tested between 2008 and 2014 in laboratories participating in the German Chlamydia trachomatis Laboratory Sentinel surveillance. Reinfection was defined as at least 2 positive laboratory tests within more than 30 days. We performed logistic regression stratified by sex and, for women, reason for testing to determine the effect of previous test results and age group on subsequent test results. Results: In total, 2,574,635 Ct tests could be attributed to 1,815,494 women and 123,033 men. 5% of women and 14% of men tested positive at least once. 15–19- and 20–24-year-old women tested positive at least once respectively in 6.8 and 6.0%, while men respectively in 16.6 and 21.2%. Altogether, 23.1% of tested women and 11.9% of tested men were tested repeatedly between 2008 and 2014. Among those who previously tested positive, reinfection occurred in 2.0% of women and 6.6% of men. Likelihood to be tested Ct positive was higher in women and men with a positive Ct test in the past compared to previously tested Ct negative, odds ratios 4.7 and 2.6 (p < 0.01) respectively. Odds ratios ranged by age group and test reason. Conclusion: A history of Ct infection increased the likelihood of infection with Ct in women and men taking into account the result of the previous test. Health education, safer sex and treatment of partners are necessary for women and men who have tested positive to prevent reinfection and complications and to interrupt the chain of transmission. To identify potential reinfection repeat testing after treatment should be performed.Peer Reviewe

The impact of regional socioeconomic deprivation on the timing of HIV diagnosis: a cross-sectional study in Germany

Background: HIV infections which are diagnosed at advanced stages are associated with significantly poorer health outcomes. In Germany, the proportion of persons living with HIV who are diagnosed at later stages has remained continuously high. This study examined the impact of regional socioeconomic deprivation on the timing of HIV diagnosis. Methods: We used data from the national statutory notification of newly diagnosed HIV infections between 2011 and 2018 with further information on the timing of diagnosis determined by the BED-Capture-ELISA test (BED-CEIA) and diagnosing physicians. Data on regional socioeconomic deprivation were derived from the German Index of Socioeconomic Deprivation (GISD). Outcome measures were a non-recent infection based on the BED-CEIA result or an infection at the stage of AIDS. The effect of socioeconomic deprivation on the timing of diagnosis was analysed using multivariable Poisson regression models with cluster-robust error variance. Results: Overall, 67.5% (n = 10,810) of the persons were diagnosed with a non-recent infection and 15.2% (n = 2746) with AIDS. The proportions were higher among persons with heterosexual contact compared to men who have sex with men (MSM) (76.8% non-recent and 14.9% AIDS vs. 61.7% non-recent and 11.4% AIDS). MSM living in highly deprived regions in the countryside (< 100 k residents) were more likely to have a non-recent infection (aPR: 1.16, 95% CI: 1.05–1.28) as well as AIDS (aPR: 1.41, 95% CI: 1.08–1.85) at the time of diagnosis compared to MSM in less deprived regions in the countryside. No differences were observed among MSM from towns (100 k ≤ 1 million residents) or major cities (≥ 1 million residents), and no differences overall in the heterosexual transmission group. Conclusions: An effect of socioeconomic deprivation on the timing of HIV diagnosis was found only in MSM from countryside regions. We suggest that efforts in promoting HIV awareness and regular HIV testing are increased for heterosexual persons irrespective of socioeconomic background, and for MSM with a focus on those living in deprived regions in the countryside.Peer Reviewe