Kvantitatív elektronmikroszkópia = Quantitative transmission electron microscopy

A projekt keretében kvantitatív transzmissziós elektronmikroszkópos módszereket fejlesztettünk, majd e módszerek használhatóságát anyagtudományi problémák megoldása során demonstráltuk. "Imaging plate (IP)" segítségével végzett nagy pontosságú (egy millió szürkeségi fokozatot megkülönböztető) méréseinket használtuk mind a valós térbeli (HRTEM) képi információ, mind pedig a reciprok térbeli diffrakciós információ kisérleti rögzítésére. Új módszert dolgoztunk ki az elektron diffrakciós (ED) ábrák, valamint HRTEM képek kvantitatív feldolgozására nanokristályos vékonyrétegek kvalitatív és kvantitatív fázisanalízise, valamint egyes kristály szemcsék indexelése céljából. A méréseket szerkezeti modellekből számolt mennyiségekkel (HRTEM szimuláció, kinematikus diffrakció) hasonlítottuk össze. Inhomogén, összetett szerkezeti modellek megalkotását (atomi koordináták számítását) is saját fejlesztésű programunk segíti. Módszereinket a következő problémák megoldásánál használtuk: grafén sík-darabokat tartalmazó CNx-szerkezetek kialakulása; félvezetők (Ge, Si) és fémek reakcióinak kezdeti szakaszai; légköri eredetű koromszemcsék és vulkanikus szilikátok felépítése; beágyazottan izolált Co-szemcsék előállítása és fázisszelekciója; SiC poláros tulajdonságainak hatása a növekedésre; Cu/Mg multirétegekben az intermetallikus nukleációjának aszimmetriája. Eredményeinket nemzetközi konferenciákon és iskolákon mutattuk be és 11 referált folyóiratcikkben közöltük (kumulatív impakt faktor 27,24). | We developed quantitative transmission electron microscopy methods within the framework of the project and demonstrated the utility of them in solving problems from materials science. With the help of imaging plates, experimental images from real space (HRTEM) and from reciprocal space (diffraction patterns) were recorded with high accuracy (with one million gray levels). We developed a new method to process both the electron diffraction (ED) patterns and the HRTEM images quantitatively to result in both qualitative and quantitative phase analysis and to index patterns from individual crystal grains. The measured quantities were compared to similar ones (simulated HRTEM images and calculated kinematic diffraction), calculated from structural models. Construction of a structural model for inhomogeneous, complex structures is helped by a computer program also developed in this project. These methods helped us in solving the following problems: development of CNx structures from curved gaphene-sheets; initial stages of reaction between semiconductors (Ge, Si) and metals; structure of airborne soot particles and of volcanic silicates; formation of embedded, isolated Co nanoparticles and the phase selection during their formation; effect of the polarity of SiC on the growth; asymmetry in the nucleation of the intermetallic in Cu/Mg multilayer systems. Or results were presented at international conferences and schools and published in 11 papers in referenced journals (with cumulative impact factor of 27.24)

Diszlokáció rendszerek statisztikus tulajdonságainak vizsgálata = Investigation of the statistical properties of dislocation ensembles

A pályázat célkitűzéseinek megfelelően diszlokációk kollektív tulajdonságait vizsgáltuk mint elméletileg mind kísérletileg. Analitikus számításokkal és numerikus szimulációval vizsgáltuk a diszlokációk következtében kialakuló belső feszültségeloszlás tulajdonságait. Megállapítottuk, hogy az eloszlás központi része Lorentz eloszlású, míg a lecsengő tartományban a feszültség köbével fordítottan arányos. Továbbá kimutattuk, hogy a külső feszültség hatására egy a feszültség 4. hatványával leeső aszimmetrikus tag jelenik meg. Megmutattuk, hogy egy 2D diszlokációrendszer relaxációja során a különböző fizikai mennyiségek az idő hatványfüggvényeként csengenek le. Kimutattuk, hogy a diszlokáció climb bekapcsolása jól definiált cellaszerkezet kialakulásához vezet.. A korábban mikroszkopikus meggondolásokkal kidolgozott diszlokáció kontinuum elméletet sikerült egy variációs elvből származtatni. Ez lehetővé tette az elmélet általánosítását többszörös csúszásra ill. oldott atomok hatásának beépítését is. Az elmélet segítségével részletesen megvizsgáltuk egy extra hozzáadott diszlokáció terének árnyékolását a többi diszlokáció átrendeződése következtében (Debye screening) . A kísérleti munka során nanoindentációval Cu egykristályokon meghatároztuk a mikrokeménység relatív fluktuációját. Az irodalomban először megállapítottuk, hogy a diszlokációsűrűséghez hasonlóan ez is az alkalmazott feszültség függvényében egy éles maximumot mutat. | According to the proposal the collective properties of dislocations were investigated both by theoretical and experimental methods. The properties of the internal stress distribution generated by dislocations were investigated by analytical calculations and computer simulations. It was found that the central part of the distribution is Loretzian while its tail decays with the invers cube of the stress. If external stress is applied the distribution becomes asymmetric. The antisymmetric part decaying with the invers fourth power of the stress. Numerical studies show that during the relaxation of the dislocation ensemble the different macroscopic quantities decay with some power of the time. Beside this, it is obtained that the dislocation climb leads to the the formation of cell structure. The continuum theory of dislocations derived earlier from microscopic considerations was reformulated into a phase field theory. This allowed us to extend the theory to multiple slip and study the influence of solute atoms. With this framework the Debye screening of the stress field of an extra dislocation was analysed in details . The relative fluctuation of microhardness (RFM) was determined by nanoindentation performed on deformed Cu single crystals. It was found that like the fluctuation of the dislocation density the RFM alo exhibits a sharp maximum as a function of applied stress

Mechanism and kinetics of the hydrolytic degradation of amorphous poly(3-hydroxybutyrate)

Amorphous poly(3-hydroxybutyrate) films prepared by compression molding and solvent casting were degraded in aqueous media at different pH values. The time dependence of degradation was monitored by the measurement of weight loss, the extraction of the degradation products from the degrading sample, as well as by UV-Vis spectrophotometry and HPLC analysis of the aqueous solution. The results proved that degradation takes place mainly in the bulk of the samples and not on their surface. The overall rate of degradation depends strongly on pH; it increases with increasing pH values. Metabolite extraction and chromatography proved that degradation does not occur randomly, but with larger frequency at the end of the chains. By assuming that the hydrolysis of PHB is a SN2 type nucleofil substitution reaction, a kinetic model was proposed which describes the formation of various degradation products. The diffusion of metabolites was also accommodated into the model thus the concentration in the aqueous solution could also be predicted well. The correlation between prediction and experimental results is excellent. The model can be extended also for the description of the hydrolytic degradation of other aliphatic polyesters

Discrimination between the Two Closely Related Species of the Operational Group B. amyloliquefaciens Based on Whole-Cell Fatty Acid Profiling

(1) Background: Bacillus velezensis and Bacillus amyloliquefaciens are closely related members of the “operational group B. amyloliquefaciens”, a taxonomical unit above species level within the ”Bacillus subtilis species complex”. They have similar morphological, physiological, biochemical, phenotypic, and phylogenetic characteristics. Thus, separating these two taxa from each another has proven to be difficult to implement and could not be pushed easily into the line of routine analyses. (2) Methods: The aim of this study was to determine whether whole FAME profiling could be used to distinguish between these two species, using both type strains and environmental isolates. Initially, the classification was determined by partial sequences of the gyrA and rpoB genes and the classified isolates and type strains were considered as samples to develop the identification method, based on FAME profiles. (3) Results: The dissimilarities in 16:0, 17:0 iso, and 17:0 FA components have drawn a distinction between the two species and minor differences in FA 14:0, 15:0 iso, and 16:0 iso were also visible. The statistical analysis of the FA profiles confirmed that the two taxa can be distinguished into two separate groups, where the isolates are identified without misreading. (4) Conclusions: Our study proposes that the developed easy and fast-automated identification tool based on cellular FA profiles can be routinely applied to distinguish B. velezensis and B. amyloliquefaciens

Human Fetuin-A Rs4918 Polymorphism and its Association with Obesity in Healthy Persons and in Patients with Myocardial Infarction in Two Hungarian Cohorts.

BACKGROUND Human fetuin A (AHSG) has been associated with the development of obesity, insulin resistance, type 2 diabetes mellitus, and atherosclerosis. Observations on the role of AHSG rs4918 single-nucleotide polymorphism are contradictory. We investigated the association between variants of rs4918 and parameters of obesity, lipid status, tumor necrosis factor-alpha (TNFalpha), adipokines (adiponectin, resistin, leptin), and insulin resistance in healthy persons and in patients with previous myocardial infarction. MATERIAL AND METHODS This was a cross-sectional study comprising cohort 1 (81 healthy individuals) and cohort 2 (157 patients with previous myocardial infarction). We used the allele-specific KASP genotyping assay to detect rs4918 polymorphism. RESULTS In cohort 1, G-nucleotide carriers had significantly lower serum TNFalpha, adiponectin, and higher leptin concentrations than in non-G carriers. These differences, however, were not observed in cohort 2. In cohort 2, G-carriers had lower BMI and waist circumferences than in non-G carriers. The G allele was more frequent among lean than obese patients (RR=1.067, 95%CI=1.053-2.651, p=0.015). An association between BMI and rs4918 polymorphism was observed among patients without diabetes (CC/CG/GG genotypes: p=0.003, G vs. non-G allele: p=0.008) but not in diabetics. In addition, a strong linearity between BMI and the CC/CG/GG genotypes (association value: 4.416, p=0.036) and the frequency of the G allele (7.420, p=0.006) could be identified. In cohort 2, non-obese, non-diabetic G-carriers still had lower BMI and waist circumferences than in non-G carriers. CONCLUSIONS The rs4918 minor variant is associated with lower TNFalpha and adiponectin, higher leptin levels in healthy persons, and more favorable anthropomorphic parameters of obesity in cohort 2

The C-terminal HRET sequence of Kv1.3 regulates gating rather than targeting of Kv1.3 to the plasma membrane

L

Enzymatic degradation of poly-[(R)-3-hydroxybutyrate]: Mechanism, kinetics, consequences

Poly-[(R)-3-hydroxybutyrate] (PHB) films prepared by compression molding and solvent casting, respectively, were degraded with the intracellular depolymerase enzyme natively synthetized by the strain Bacillus megaterium. Quantitative analysis proved that practically only (R)-3-hydroxybutyric acid (3-HBA) forms in the enzyme catalyzed reaction, the amount of other metabolites or side products is negligible. The purity of the product was verified by several methods (UV–VIS spectroscopy, liquid chromatography, mass spectroscopy). Degradation was followed as a function of time to determine the rate of enzymatic degradation. Based on the Michaelis-Menten equation a completely new kinetic model has been derived which takes into consideration the heterogeneous nature of the enzymatic reaction. Degradation proceeds in two steps, the adsorption of the enzyme onto the surface of the PHB film and the subsequent degradation reaction. The rate of both steps depend on the preparation method of the samples, degradation proceed almost twice as fast in compression molded films than in solvent cast samples. The model can describe and predict the formation of the reaction product as a function of time. The approach can be used even for the commercial production of 3-HBA, the chemical synthesis of which is complicated and expensive

A Transzlációszabályozás Kutatócsoport munkája a Szegedi Tudományegyetemen

A Transzlációszabályozás Kutatócsoport két éve alakult a Biokémiai és Molekuláris Biológiai Tanszéken Dr. Villányi Zoltán egyetemi adjunktus vezetésével. Kutatásaink célkeresztjében egy újonnan felfedezett sejtalkotó, az asszembliszóma áll. Az asszembliszómák riboszómákat tartalmaznak, belőlük kilógó félkész fehérjékkel. Mivel ezek a fehérjék még nem nyerték el végső alakjukat, ezért funkciójukat sem, születőben lévő fehérjéknek, szaknyelven naszcens fehérjéknek hívjuk őket. Az asszembliszómák legfőbb funkciója, hogy a bennük lévő géntermékeket védjék a sejtek riboszóma-minőségellenőrzési rendszere elöl, mely a transzlációban elakadt riboszómák felszabadításáért felel. Az asszembliszómák jelentőségéről eddigi ismereteink, a proteaszóma, azaz a sejtek fehérjebontásért felelős komplexének két alegysége, az Rpt1 és Rpt2 (Regulatory particle triple A 1 és 2) fehérjéinek egymás közelében megvalósuló fehérjeszintézisére korlátozódtak. Az asszembliszómák a nevüket erről a folyamatról kapták, hogy bennük a proteaszóma szóban forgó két szomszédos fehérjéje képződésük közben szerelődik össze. A tanszékünkön elért eredmények igazolták, hogy az asszembliszómák jelentősége ezen a proteaszóma összeszerelési lépésen jócskán túlmutat. Olyan géntermékekre bukkantunk bennük, amik, ha kifejeződnek stresszhatás nélkül, károsak, mert akkor is a DNS javításába kezdenek, ha arra nincs szükség. Ugyanakkor félkész állapotban, az asszembliszómákban tárolva probléma nélkül képesek gyorsan reagálni, és javítani a DNS károsító hatások által okozott hibákat, hiszen, hogy funkciójukat elnyerve bevetésre kerülhessenek, csak megkezdett képződésüket kell befejezni a riboszómákon. Ez azért fontos, mert a DNS károsodás akár a hibajavításban szerepet játszó géneket is érintheti, ráadásul stresszhelyzetben a gének átírása és a fehérjeszintézis kezdeti lépései egyaránt általános gátlás alá kerülhetnek. Ez az írás kutatócsoportunk eddigi eredményeit és kutatási stratégiáit foglalja össze