Metabolic network modeling of redox balancing and biohydrogen production in purple nonsulfur bacteria

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Purple nonsulfur bacteria (PNSB) are facultative photosynthetic bacteria and exhibit an extremely versatile metabolism. A central focus of research on PNSB dealt with the elucidation of mechanisms by which they manage to balance cellular redox under diverse conditions, in particular under photoheterotrophic growth.</p> <p>Results</p> <p>Given the complexity of the central metabolism of PNSB, metabolic modeling becomes crucial for an integrated analysis of the accumulated biological knowledge. We reconstructed a stoichiometric model capturing the central metabolism of three important representatives of PNSB (<it>Rhodospirillum rubrum, Rhodobacter sphaeroides </it>and <it>Rhodopseudomonas palustris)</it>. Using flux variability analysis, the model reveals key metabolic constraints related to redox homeostasis in these bacteria. With the help of the model we can (i) give quantitative explanations for non-intuitive, partially species-specific phenomena of photoheterotrophic growth of PNSB, (ii) reproduce various quantitative experimental data, and (iii) formulate several new hypotheses. For example, model analysis of photoheterotrophic growth reveals that - despite a large number of utilizable catabolic pathways - substrate-specific biomass and CO₂yields are fixed constraints, irrespective of the assumption of optimal growth. Furthermore, our model explains quantitatively why a CO₂fixing pathway such as the Calvin cycle is required by PNSB for many substrates (even if CO₂is released). We also analyze the role of other pathways potentially involved in redox metabolism and how they affect quantitatively the required capacity of the Calvin cycle. Our model also enables us to discriminate between different acetate assimilation pathways that were proposed recently for <it>R. sphaeroides </it>and <it>R. rubrum</it>, both lacking the isocitrate lyase. Finally, we demonstrate the value of the metabolic model also for potential biotechnological applications: we examine the theoretical capabilities of PNSB for photoheterotrophic hydrogen production and identify suitable genetic interventions to increase the hydrogen yield.</p> <p>Conclusions</p> <p>Taken together, the metabolic model (i) explains various redox-related phenomena of the versatile metabolism of PNSB, (ii) delivers new hypotheses on the operation and relevance of several metabolic pathways, and (iii) holds significant potential as a tool for rational metabolic engineering of PNSB in biotechnological applications.</p

Staatliche massnahmen zur förderung der populationsgenetischen züchtungsarbeit

International audienc

Wissenschaftliche Begleitung des Modellprojekts OPENION – Demokratieförderung im Bildungsbereich. Abschlussbericht 2019. Programmevaluation „Demokratie leben!“

Im Zuge der Aufstockung des Bundesprogramms „Demokratie leben!“ im Jahre 2017 wurde dem Modellprojektbereich das Themenfeld „Demokratieförderung im Bildungsbereich“ hinzugefügt. Dieses nimmt speziell die institutionellen Lebensräume junger Menschen – Kindertageseinrichtung und Schule – in den Blick, mit dem Ziel „neue Modelle der Kooperation zur Stärkung nachhaltiger Präventionsarbeit von Akteuren der Kinder- und Jugendhilfe mit verschiedenen Partnern“ (BMFSFJ 2017) zu erproben. Im Teilbereich G2 „Demokratie und Vielfalt im schulnahen Sozialraum“ förderte das BMFSFJ das Projekt „OPENION – Bildung für eine starke Demokratie“ der Deutschen Kinder- und Jugendstiftung (DKJS). Innerhalb des Programmbereichs G2 wurde die DKJS als einziger Träger für diesen Modellprojektbereich gefördert und hatte somit innerhalb des Bundesprogramms einen besonderen Stellenwert. Die Steuerung des bundesweiten Vorhabens erfolgte zentral über ein Programmbüro und fünf regional verteilte Servicebüros, wobei die Servicebüros jeweils zwei bis vier Bundesländer betreuten. Auf der Adressatenebene wurden zum einen Kooperationsprozesse zwischen der DKJS und den Kultus- und/oder Sozialministerien der Bundesländer angestoßen und zum anderen Kooperationsprojekte zwischen Schulen und außerschulischen Partnern initiiert. Letztere sollten das Ziel verfolgen, „zeitgemäße Formen“ der Demokratiebildung für und vor allem mit Kindern und Jugendlichen zu entwickeln und zu erproben. Damit einher ging der Anspruch, innerhalb der Projektkontexte die Partizipation von Heranwachsenden zu stärken. Die Kinder und Jugendlichen waren als indirekte Zielgruppe eher über die Aktivitäten der erwachsenen Fachkräfte im Gesamtprojekt verortet. Vor dem Hintergrund dieses Zuschnittes von OPENION hat die wissenschaftliche Begleitung (wB) bei unterschiedlichen Akteuren Daten erhoben und bezogen auf unterschiedliche Fragestellungen hin ausgewertet. Die zentralen Ergebnisse des empirischen Schwerpunktes werden […] dargestellt. (DIPF/Orig.

2,9-Di-3-pentyl­anthra[1,9-def:6,5,10-d′e′f′]diisoquinoline-1,3,8,10-tetrone

The asymmetric unit of the title compound, C34H30N2O4, contains four independent half-mol­ecules, the complete mol­ecules being generated by inversion symmetry. The mol­ecules each have planar (within 4σ) perylene­tetra­carb­oxy­lic diimide fragments with bent side chains. In one of the independent mol­ecules, each 3-pentyl fragment is disordered over two conformations in a 7:3 ratio. In the crystal, π–π inter­actions link mol­ecules into stacks propagated in [010]. The crystal packing also exhibits weak inter­molecular C—H⋯O hydrogen bonds

Gauge covariant fermion propagator in quenched, chirally-symmetric quantum electrodynamics

We discuss the chirally symmetric solution of the massless, quenched, Dyson-Schwinger equation for the fermion propagator in three and four dimensions. The solutions are manifestly gauge covariant. We consider a gauge covariance constraint on the fermion--gauge-boson vertex, which motivates a vertex Ansatz that both satisfies the Ward identity when the fermion self-mass is zero and ensures gauge covariance of the fermion propagator.Comment: 11 pages. REVTEX 3.0. ANL-PHY-7711-TH-9

Humusmonitoring in NRW - Ergebnisse der ersten Jahre

Seit 2009 werden in NRW an 45 ackerbaulich genutzten Untersuchungsflächen jährlich Bodenproben entnommen. Jeweils 15 Flächen liegen in den drei unterschiedlichen Landschaftsräumen Westfälische Bucht, Niederrheinisches Tiefland, Rheinische Bucht. Beprobt wird der Ap-Horizont und der darunter liegende Boden bis 60cm Tiefe. Ziel ist die Erfassung und Charakterisierung des Kohlenstoffgehaltes und -vorrates sowie deren Veränderungen mit der Zeit. Die Ergebnisse zeigen, dass die Corg-Gehalte im Ap und Unterboden des  Niederrheinischen Tieflandes und der Rheinischen Bucht sehr ähnlich sind. Abweichend von den dortigen (Pseudogley)-(Para)Braunerden aus Löss zeigen die Gley-Podsole aus Flugsand in der Westfälischen Bucht meist deutlich höhere Corg-Gehalte. Als möglicher Grund für die höheren Corg-Gehalte sind sowohl Auswirkungen der Flächenbewirtschaftung, Podsol-typische Anreicherungen als auch der (ehemalige) Einfluss des Grundwassers wahrscheinlich. Nach einer Laufzeit von sieben Jahren (2009-2016) lassen sich aktuell keine statistisch abgesicherten flächenhaften Trends des Corg-Gehaltes, weder im Ap noch im Unterboden, erkennen