Roles of the second messenger cyclic di-GMP in environmental adaptation of Sinorhizobium meliloti

Bacteria have evolved various systems for the integration of environmental signals to rapidly coordinate cellular pathways and adapt to changes in their environment. In the quickly advancing field of nucleotide-based second messengers, cyclic dimeric guanosine monophosphate (c-di-GMP) has emerged as a key regulatory player whose underlying signaling networks control major adaptational and lifestyle changes. Enzymes that catalyze synthesis and degradation of c-di-GMP, named diguanylate cylases (DGCs) and phosphodiesterases (PDEs), respectively, are near-ubiquitous in the bacterial kingdom. Despite the numerous studies aiming to better understand the role of c-di-GMP in bacteria, knowledge on integration of c-di-GMP networks into other regulatory networks, the molecular inventory of c-di-GMP receptors and molecular mechanisms underlying c-di-GMP-dependent regulation is limited. This study investigated roles of c-di-GMP in environmental adaptation of soil-dwelling Sinorhizobium meliloti, a rod-shaped alphaproteobacterium from the order Rhizobiales that exists either in free-living states or in symbiosis with leguminous plant hosts. The S. meliloti genome encodes 22 proteins putatively involved in synthesis, degradation and binding of c-di-GMP. Single mutations in 21 of these genes did not cause evident changes in surface attachment, swimming motility or exopolysaccharide (EPS) production. Moreover, screening the different phenotypes of S. meliloti c-di-GMP0 mutants revealed no defects in cell viability and symbiotic potency. In contrast, artificially increasing c-di-GMP levels by overproduction of several DGCs promoted production of extracellular matrix components and surface attachment, whereas swimming motility and extracellular accumulation of N-Acyl-homoserine lactones (AHLs) was reduced. The identification of genetic determinants responsible for observed phenotypic changes at elevated c-di-GMP levels proved c-di-GMP-dependent regulation at both transcriptional and post-translational levels. The SMc01790-SMc01796 locus, homologous to the Agrobacterium tumefaciens uppABCDEF cluster governing biosynthesis of a unipolar polysaccharide (UPP), was required for c-di-GMP-stimulated surface attachment, while the stand-alone PilZ domain protein SMc00507 (renamed McrA) acted as c-di-GMP receptor protein involved in regulation of swimming motility. Transcriptome profiling of S. meliloti at elevated c-di-GMP levels revealed upregulation of the uxs1-SMb20463 gene cluster governing biosynthesis of an extracellular polysaccharide (referred to as CUP). Resulting from this finding, AraC-like transcriptional activator SMb20457 (renamed CuxR) was shown to bind c-di-GMP by a mechanism similar to that of PilZ domains, which provided an example of convergent evolution in two distinct protein families. This study demonstrates that the c-di-GMP network in S. meliloti is integrated into other cellular systems, particularly the well-characterized regulatory network for opposing control of EPS biosynthesis and motility. For instance, CuxR-mediated activation of CUP production was counteracted by the global repressor MucR, while both MucR and the AHL-sensitive master regulator ExpR reduced UPP-mediated surface attachment at elevated c-di-GMP levels. Moreover, a new cellular function was assigned to the essential PDE SMc00074 (renamed GdcP), which is linked to cell envelope biogenesis in alpha-rhizobial species. Overall, c-di-GMP-dependent regulation of multiple cellular functions indicated that high c-di-GMP levels favor a sedentary lifestyle of free-living S. meliloti. The switch of single motile bacteria from a planktonic state to a structured community of cells might contribute to environmental adaptation and long-term survival of S. meliloti in its natural soil habitat

Random effects panel data models with known heteroskedasticity

The paper introduces two estimators for the linear random effects panel data model with known heteroskedasticity. Examples where heteroskedasticity can be treated as given include panel regressions with averaged data, meta regressions and the linear probability model. While one estimator builds on the additive random effects assumption, the other, which is simpler to implement in standard software, assumes that the random effect is multiplied by the heteroskedastic standard deviation. Simulation results show that substantial efficiency gains can be realized with either of the two estimators, that they are robust against deviations from the assumed specification, and that the confidence interval coverage equals the nominal level if clustered standard errors are used. Efficiency gains are also evident in an illustrative meta-regression application estimating the effect of study design features on loss aversion coefficients

Configuration-based electrical properties tomography

Purpose: To introduce phase-based conductivity mapping from a configuration space analysis.Methods: The frequency response function of balanced SSFP (bSSFP) is used to perform a configuration space analysis. It is shown that the transceive phase for conductivity mapping can be directly obtained by a simple fast Fourier transform of a series of phase-cycled bSSFP scans. For validation, transceive phase and off-resonance mapping with fast Fourier transform is compared with phase estimation using a recently proposed method, termed PLANET. Experiments were performed in phantoms and for in vivo brain imaging at 3 T using a quadrature head coil.Results: For fast Fourier transform, aliasing can lead to systematic phase errors. This bias, however, decreases rapidly with increasing sampling points. Interestingly, Monte Carlo simulations revealed a lower uncertainty for the transceive phase and the off-resonance using fast Fourier transform as compared with PLANET. Both methods, however, essentially retrieve the same phase information from a set of phase-cycled bSSFP scans. As a result, configuration-based conductivity mapping was successfully performed using eight phase-cycled bSSFP scans in the phantoms and for brain tissues. Overall, the retrieved values were in good agreement with ex-pectations. Conductivity estimation and mapping of the field inhomogeneities can therefore be performed in conjunction with the estimation of other quantitative pa-rameters, such as relaxation, using configuration theory.Conclusions: Phase-based conductivity mapping can be estimated directly from a simple Fourier analysis, such as in conjunction with relaxometry, using a series of phase-cycled bSSFP scans

The Algebra of the Energy-Momentum Tensor and the Noether Currents in Classical Non-Linear Sigma Models

The recently derived current algebra of classical non-linear sigma models on arbitrary Riemannian manifolds is extended to include the energy-momentum tensor. It is found that in two dimensions the energy-momentum tensor $\theta_{\mu\nu}$, the Noether current $j_\mu$ associated with the global symmetry of the theory and the composite field $j$ appearing as the coefficient of the Schwinger term in the current algebra, together with the derivatives of $j_\mu$ and $j$, generate a closed algebra. The subalgebra generated by the light-cone components of the energy-momentum tensor consists of two commuting copies of the Virasoro algebra, with central charge $\, c\!=\!0$, reflecting the classical conformal invariance of the theory, but the current algebra part and the semidirect product structure are quite different from the usual Kac-Moody / Sugawara type construction.Comment: 10 pages, THEP 92/2

Снеготаяние на базе теплофикации при каскадном расположении установок по таянию снега

Для получения ряда данных, необходимых для проектирования установок по таянию снега, а также выявления недостатков в конструкции полупромышленной установки были проведены опыты и даны некоторые рекомендации

Toolkits for innovation: how digital technologies empower users in new product development

In recent decades, toolkits for innovation have been increasingly used to integrate users into new product development processes. They promise to empower users in these processes by providing design freedom and iterative learning for the transformation of ideas into products. Despite these potential benefits, little is known about how these often digital toolkits compare to traditional design methods, and what role previous experience of users in new product development plays. To compare the effectiveness of toolkits for innovation with physical product modeling, we conducted a two-stage laboratory experiment in the form of an innovation challenge. One hundred non-expert and 46 expert users created new product designs, which were subsequently evaluated by an independent jury. Our results show that users with no experience in digital or physical design tasks develop more innovative product ideas when using a digital toolkit for innovation than when they use physical product modeling, while expert users seem to be able to use both methods with equal success. We, thereby, show that toolkits for innovation are a powerful way to translate users' solution information into a prototype. Moreover, our results indicate that the usage of a digital toolkit for innovation decreases the quality gap between the designs of non-expert and expert users in new product development

Erfahrungen mit Vigilanzminderung in der Palliativmedizin - Konzepte zur Steigerung der Lebensqualität

Oberstes Ziel der Palliativmedizin ist es, die Lebensqualität der Patienten zu verbessern. Im Falle einer Vigilanzminderung sind Patienten nicht oder nur eingschränkt in der Lage ihr Befinden mitzuteilen. Ziel der Arbeit war es , mit Hilfe qualitativer Methoden zu untersuchen, wie Palliativmedizin gelingen kann, wenn eine Vigilanzminderung vorliegt.Dazu wurden unterschiedliche Sichtweisen auf den Einfluss therapeutischer Interventionen bei Patienten mit Vigilanzminderungen zusammengetragen. Es wurde ein Patient auf einer Palliativstation nach seinen Erfahrungen mit einem Zustand mit verminderter Vigilanz und Patienten einer Klinik für onkologische Anschlussrehabilitation nach ihren Erfahrungen mit Vigilanzminderungen befragt. Ebenso wurden Palliativmediziner nach ihrer Sicht auf therapeutische Interventionen bei bewusstseinsgestörten Patienten auf Palliativstationen befragt und Interviews mit Angehörigen verschiedener Berufsgruppen geführt, in denen Erfahrungen und Arbeitsmethoden mit Patienten mit quantitativen Bewusstseinsstörungen beleuchtet wurden. In Anlehnung an die Methodik der Grounded Theory wurden die Interviews ausgewertet, sodass Konzepte zur Verbesserung der Lebensqualität bei vigilanzgeminderten Patienten entwickelt wurden. Die einzelnen Konzepte lauten "Vertrautes", "soziales Umfeld", "Bedeutung für das Selbst und Andere", "Akustische Rückkopplung" und "Wiedererkennbarkeit".Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass durch Berücksichtigung der verschiedenen Konzepte über "Reduktion von Angst", "Förderung des Wohlbefindens", "Identitätsstärkung", "Ansprache positiver Emotionen" sowie "Förderung der Orientierung" Palliativmedizin gelingen kann

Vergleichende Reaktivitätsstudien an analog substituierten Zinkverbindungen in den Oxidationsstufen +I und +II

In den vorgestellten Reaktivitätsstudien an Cp*-substituierten Zinkverbindungen sollte vor allem der Einfluss der Oxidationsstufen der Zinkatome auf die Reaktivität in Substitutions-, Insertions- und Lewis-Säure-Base-Reaktionen untersucht werden. Um eine möglichst hohe Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten, sollten sich die untersuchten Verbindungen möglichst nur in diesem Punkt unterscheiden. Aus diesem Grund wurden der Komplex Decamethylzinkocen, in dem das Zink in der üblichen Oxidationsstufe +II vorkommt, sowie die analog substituierte niedervalente Verbindung Cp*2Zn2, in denen die beiden Zinkatome die formale Oxidationszahl +I tragen, als Ausgangsverbindungen für die Untersuchungen ausgewählt. Zusätzlich wurde die Reaktivität der niedervalenten Zinkverbindung Mesnacnac2Zn2 im Rahme einer Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Fässler gegenüber verschiedenen Zintl-Phasen untersucht. Die verschiedenen Reaktivitätsstudien haben gezeigt, dass die Oxidationsstufe der Zink-Atome in den verwendeten Ausgangsverbindungen einen sehr großen Einfluss auf den Reaktionsverlauf hat. Hierbei ist es jedoch weniger die grundsätzliche Reaktivität, die beeinflusst wird, sondern mehr die Stabilität der neuartigen Zink-Verbindungen, die im Verlauf der Reaktionen gebildet werden. So konnte Cp*2Zn mit unterschiedlichen Substraten (z.B. PhenylnacnacH, iso-Propyl-Isocyanat) im Rahmen verschiedener Substitutions- und Insertionsreaktionen in der Regel nach kurzen Reaktionszeiten und unter milden Bedingungen in neue Reaktionsprodukte überführt werden. Für die Umsetzungen von Cp*2Zn2 mit den entsprechenden Substraten gibt es eindeutige Hinweise auf einen analogen Reaktionsverlauf. Dennoch gelang es in den meisten Fällen nicht neuartige Zn(I)-Komplexe zu isolieren. Die deutlich erhöhte Labilität durch den Einschub des zweiten Zink-Atoms erfordert eine hohe kinetische Stabilisierung durch sterisch anspruchsvolle Liganden. So sorgt z.B. der Austausch von Mesityl- gegen die nur geringfügig kleineren Phenyl-Gruppen am nacnac-Grundgerüst bzw. die Verwendung von Substraten, die über gering-substituierte Heteroatome (z.B. O, S) im Grundgerüst verfügen zu einer stark verringerten Stabilität der (temporär) gebildeten Zn(I)-Komponenten, die sich in der Regel innerhalb kurzer Zeit unter Disproportionierung zersetzen.   Die Umsetzungen mit den binären Zintl-Phasen zeigen jedoch, dass die einsetzenden Disproportionierungsreaktionen, die zur Zersetzung der ZnI-Verbindung in Zn0 und eine ZnII-Verbindung führen, auch essentieller Bestandteil der Produktbildung sein können und zu interessanten neuen Verbindungen führen. So weisen verschiedene Beobachtungen und Ergebnisse, wie z.B. die 1H-NMR-spektroskopischen Untersuchungen der Reaktionslösungen, darauf hin, dass es zu Beginn der Reaktionen zu einer Protonierung der Liganden durch das Lösungsmittel kommt. Die hierdurch induzierte Abspaltung der Liganden in Form von MesnacnacH verursacht eine enorme Destabilisierung der niedervalenten [Zn2]2+-Einheit, die daraufhin unter Disproportionierung zerfällt und so die notwendigen reaktiven Teilchen für die Bildung der Komplexe 16 und 17 freisetzt. Eine Überprüfung dieses vorgeschlagenen Mechanismus und damit auch der Rolle der anfänglichen Disproportionierungsreaktion durch die analoge Reaktion mit der Zn(II)-Verbindung Mesnacnac2Zn Ausgangsverbindung steht noch aus