Novel developments in SBGN-ED and applications

Systems Biology Graphical Notation (SBGN, http://sbgn.org) [1] is an emerging standard for graphical representations of biochemical and cellular processes studied in systems biology. Three different views (Process Description, Entity Relationship, and Activity Flow) cover several aspects of the represented processes in different levels of detail. SBGN helps to communicate biological knowledge more efficient and accurate between different research communities in the life sciences. However, to support SBGN, methods and tools for editing, validating, and translating of SBGN maps are necessary.
We present methods for these tasks and novel developments in SBGN-ED (www.sbgn-ed.org) [2], a tool which allows to create all three types of SBGN maps from scratch, to validate these maps for syntactical and semantical correctness, to translate maps from the KEGG database into SBGN, and to export SBGN maps into several file and image formats. SBGN-ED is based on VANTED (Visualization and Analysis of NeTworks containing Experimental Data, http://www.vanted.org) [3].
As applications of SBGN and SBGN-ED we present furthermore MetaCrop (http://metacrop.ipk-gatersleben.de) [4], a database that summarizes diverse information about metabolic pathways in crop plants, and RIMAS (Regulatory Interaction Maps of Arabidopsis Seed Development, http://rimas.ipk-gatersleben.de) [5], an information portal that provides a comprehensive overview of regulatory pathways and genetic interactions during Arabidopsis embryo and seed development. 

[1] Le Novère, N. et al. (2009) The Systems Biology Graphical Notation. Nature Biotechnology, 27, 735-741.
[2] Czauderna, T., Klukas, C., Schreiber, F. (2010) Editing, validating, and translating of SBGN maps. Bioinformatics, 26 (18), 2340-2341.
[3] Junker, B.H., Klukas, C., Schreiber, F. (2006) VANTED: A system for advanced data analysis and visualization in the context of biological networks. BMC Bioinformatics, 7, 109+.
[4] Grafahrend-Belau, E., Weise, S., Koschützki, D., Scholz, U., Junker, B.H., Schreiber, F. (2008) MetaCrop - A detailed database of crop plant metabolism. Nucleic Acids Research, 36, D954-D958.
[5] Junker, A., Hartmann, A., Schreiber, F., Bäumlein, H. (2010) An engineer's view on regulation of seed development. Trends in Plant Science, 15(6), 303-307.
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Prä- und postoperative neuropsychiatrische Befunde bei Patienten mit primärem Hyperparathyreoidismus

Fragestellung vorliegender Untersuchung ist die Häufigkeit und die Veränderung neuropsychiatrischer Symptome bei Patienten mit primärem Hyperparathyreoidismus vor und nach Parathyreoidektomie. Es wurden die folgenden zwei Hypothesen überprüft und bestätigt. Erstens: Patienten mit pHPT zeigen mehr und stärkere neuropsychiatrische Symptome als nicht-pHPT-Patienten, die ebenfalls operativen Stressoren ausgesetzt sind und zweitens: pHPT-Patienten zeigen bereits wenige Tage nach Parathyreoidektomie eine Reduktion neuropsychiatrischer Befunde in Häufigkeit und Schweregrad. Untersucht wurden 39 zufällig ausgewählte pHPT-Patienten im mittleren Alter von 63 Jahren (Mittelwert 62,7; SD 9,9) und eine Kontrollgruppe aus 22 Patienten mit euthyreoter Struma im mittleren Alter von 52 Jahren (Mittelwert 51,8; SD 14,6) der Klinik für Allgemeinchirurgie des Zentrums für Operative Medizin I im Klinikum der Phillipps-Universität Marburg. Alle Studienteilnehmer wurden am Tage vor und drei Tage nach ihrer Operation mit Selbst- und Fremdbeurteilungsverfahren der Depressivität (HAMD, MADRS, BDI), der psychischen Beeinträchtigung (SCL-90-R) und kognitiven Leistungstests (Benton-Test, d2, KAI) in einer standardisierten Testsituation untersucht. Patienten mit pHPT zeigen präoperativ insgesamt mehr depressive Symptome in der Fremdbeurteilung (MADRS, HAMD), eine höhere psychische Beeinträchtigung (SCL-90-R) und geringere kognitive Leistungsfähigkeit (d2, KAI, Benton-Test) als Patienten mit euthyreoter Struma. Obwohl die Patienten mit pHPT postoperativ eine signifikante Reduktion auffälliger Befunde zeigen, bestehen weiterhin signifikante Unterschiede zu den Struma-Patienten in der psychischen Beeinträchtigung (SCL-90-R) und der kognitiven Leistungsfähigkeit (d2, KAI, Benton-Test)

Herstellung von Vektoren zu Ko-Expression fluoreszierender Proteine und miRNAs in eukaryotischen Zellen

MicroRNAs (miRNAs) sind kleine, nicht kodierende RNAs, welche die Proteintranslation posttranskriptionell regulieren. Ausgangspunkt der Arbeit war der Befund, dass die miR-142 in ca. 20% aller diffus großzelligen B-Zell Lymphome (DLBCL) durch Mutationen verändert vorliegt (Kwanhian et al., 2012). Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden fluoreszierende Proteine und miRNAs in eukaryotischen Zellen ko-exprimiert. Bei den miRNAs handelte es sich um die miR-142-wt, eine miR-142-3p und eine miR-142-5p Mutante sowie die miR-34a. Der Vektor pcDNA3.1/Hygro(-) wurde zur Klonierung der miR-142 und deren Mutanten verwendet. In einem ersten Schritt wurde eGFP in die MCS zwischen die Schnittstellen für XbaI und HindIII kloniert, sodass das Produkte pcDNA3.1/Hygro(-)GFP entstand. Dieser Klonierungsschritt wurde auch für mCherry durchgeführt, sodass auch der Vektor pcDNA3.1/Hygro(-)mCherry durch Klonierung gebildet wurde. Unter dem Fluoreszenzmikroskop ließ sich in transfizierten Zellen eine deutliche Überexpression der Fluoreszenzproteine nachweisen. Im Anschluss erfolgte die Sequenzierung. Die folgenden Experimente wurden nur für den Vektor pcDNA3.1/Hygro(-)GFP durchgeführt. In weiteren Schritten wurde die precursor-Sequenz der miR-142-wt, der miR-142-mut2 (3p-Mutante) und miR-142-mut3 (5p-Mutante) durch PCR amplifiziert und zwischen die Schnittstellen für BamHI und XhoI an das 3´ Ende der eGFP-Sequenz in den Vektor inseriert. Kontrollen mittels Fluoreszenzmikroskopie bestätigten, dass eGFP weiterhin überexprimiert wurde, was ebenfalls durch Western Blot bestätigt wurde. Im Northern Blot war sowohl die reife miR-142 als auch die pre-miR-142 sichtbar, sowohl der Mutante 2, 3 als auch der miR-142-wt. Zusätzlich wurde die miR-34a und miR-200c in den Vektor pSG5-GFP kloniert. Hierbei wurden die gleichen Methoden angewendet wie oben beschrieben. Zuletzt wurde eine deutliche Überexpression der miR-34a im Northern Blot bestätigt. Bei den Experimenten wurde mittels Western Blot die Expression von eGFP, mittels Northern Blot die Anwesenheit der miRNA und durch Sequenzierung die korrekte DNA-Sequenz ermittelt.MicroRNAs (miRNAs) are short, non-coding RNAs that post-transcriptionally regulate gene expression. The basis for this work was the finding that miR-142 is mutated in about 20% of diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) (Kwanhian et al., 2012). In this thesis, vectors were generated to achieve the co-expression of fluorescent proteins and miRNAs in eukaryotic cells. The miRNAs of interest were miR-142-wt, one miR-142-3p mutant and one miR-142-5p mutant as well as miR-34a. For the miR-142 experiments, the vector pcDNA3.1/Hygro(-) was used. First, the eGFP gene was cloned into the MCS of pcDNA3.1/Hygro(-) between the restriction sites XbaI and HindIII. The cloning resulted in the product pcDNA3.1/Hygro(-)GFP. Analogously mCherry was cloned building the vector pcDNA3.1/Hygro(-)mCherry. Using fluorescence microscopy, the expression of eGFP and mCherry in eukaryotic cells was shown. The following experiments were only done with the vector pcDNA3.1/Hygro(-)GFP. The precursor for miR-142-wt, miR-142-mut2 (3p-mutant) and miR-142-mut3 (5p-mutant) were amplified by PCR and inserted directly behind the 3´ end of the coding sequence of the gene eGFP between the BamHI and XhoI restriction sites. The expression of eGFP was verified by fluorescence microscopy and by Western blot. Expression of the miR-142-wt, miR-142-mut2, miR-142-mut3 as well as the corresponding precursor RNAs was shown by Northern blotting. Another series of experiments were done cloning the miR-34a and the miR-200c into the vector pSG5-GFP. The same methods were applied as described above. The expression of miR-34a was demonstrated by Northern blot. In addition, western blots were carried out to show the expression of the eGFP-Protein. The correct sequence of the inserted miRNA was determined by sequencing

Reduktion der Strahlenbelastung bei linksatrialen Ablationen und Deviceimplantationen

Einleitung Der Einsatz von Fluoroskopie ist bei kathetergestützter Ablation von Vorhofflimmern und bei Deviceimplantation in den meisten Kliniken Mittel der Wahl zur Katheter- bzw. Sondenvisualisierung. Röntgenstrahlung kann zu deterministischen Strahlenschäden führen, von denen das Hauterythem und der posteriore Katarakt am häufigsten sind. Stochastische Strahlenschäden wie Neoplasien können auch durch geringste Dosen ausgelöst werden. Demnach sind auch im Niedrigdosisbereich Maßnahmen zur Reduktion der Strahlenbelastung von Patient und Personal von großer Bedeutung. Methodik Die vorliegende Arbeit besteht aus zwei retrospektiven Studien, für welche Patienten zwischen 2014 und 2017 konsekutiv eingeschlossen wurden. Sie umfassen 150 Patienten mit Indikation zur linksatrialen Ablation bei Vorhofflimmern bzw. 140 Patienten mit Indikation zur Deviceimplantation. Jeweils die Hälfte der Patienten wurde unter Einsatz eines Dosisreduktionsprogramms behandelt, was aus einer niedrigen Bildrate von 2 Frames Per Second (FPS) und der Entfernung des Streustrahlenrasters (SSR) bestand. In der jeweils anderen Hälfte, der Vergleichsgruppe, wurde ein Programm mit 4 FPS und Verwendung des SSR gewählt. In allen Gruppen wurden eine niedrige Detektoreingangsdosis, ein Kupferfilter, eine variable Fokusgröße und eine kurze Pulsdauer verwendet. Für alle Prozeduren wurde das gleiche biplane Röntgensystem benutzt (Siemens Axiom Artis dBc). Als Maß für die Strahlenbelastung der Patienten wurde das Flächendosisprodukt (DAP) mittels Ionisationskammer erhoben. Ergebnisse Das neue Dosisreduktionsprogramm führte zu einer Reduktion des DAP um 64,07% bei linksatrialen Ablationen (630,28 ± 550,96 vs. 226,44 ± 277,44 cGy*cm², p<0,001) und um 73,15% bei Deviceimplantationen (1205,54 + 2015,37 vs. 323,68 + 421,98 cGy*cm²; p<0,001). Die verringerte Bildqualität durch Entfernung des SSR und die geringe Bildrate führten in beiden Studien nicht zu prolongierter Fluoroskopie- oder Untersuchungsdauer. Auch waren die Rate des prozeduralen Erfolgs und der Komplikationen statistisch nichtsignifikant verändert. Das neue DRP wurde von allen Untersuchern bis auf bei vier (linksatriale Ablationen) bzw. fünf Fällen (Deviceimplantationen) beibehalten, bei denen das SSR wiedereingeführt wurde. Eine Subgruppenanalyse zeigte, dass die Reduktion des DAP bei adipösen Patienten sowohl bei linksatrialen Ablationen als auch bei Deviceimplantationen fast zweimal so hoch war wie bei nichtadipösen Patienten. Schlussfolgerung Die Verwendung einer niedrigen Bildrate von 2 FPS und die Entfernung des SSR sind einfach durchführbare Maßnahmen, die sowohl bei linksatrialen Ablationen als auch bei Deviceimplantationen zu einer signifikanten Reduktion des DAP führten. Diese Maßnahmen gingen zwar mit einer reduzierten Bildqualität einher, hatten jedoch keinen negativen Einfluss auf die Durchleuchtungs- und Untersuchungsdauer, die Rate des prozeduralen Erfolgs und die Rate der Komplikationen.Introduction In most centers, fluoroscopy is the method of choice for catheter and electrode visualization among catheter ablation of atrial fibrillation and device implantation. The use of X-rays can lead to deterministic radiation damages, with skin erythema and posterior cataract being the most frequent. Stochastic radiation damages such as neoplasia may also occur after low dose exposure. Therefore, measures to reduce the low-dose radiation burden of patient and staff are of major importance. Methods This work is based on two retrospective studies, for which patients were consecutively enrolled between 2014 and 2017. The studies consist of 150 patients undergoing catheter ablation of atrial fibrillation and 140 patients with device implantation, respectively. Half of them were treated with a new dose reduction protocol consisting of a low framerate of 2 Frames Per Second (FPS) and the removal of the anti-scatter grid. For each comparison group, the anti-scatter grid and a higher frame rate of 4 FPS were used. Among all groups, low detector entrance dose, copper filtration, variable focus sizes and short pulsewidth were selected. All procedures were performed with the same biplane X-ray system (Siemens Axiom Artis dBc). As a marker for patient radiation exposure, the dose area product (DAP) was measured via ionisation chamber. Results The new dose reduction protocol lead to a reduction of the DAP by 64.07% for left atrial ablations (630.28 ± 550.96 vs. 226.44 ± 277.44 cGy*cm², p<0.001) and by 73.15% for device implantations (1205.54 + 2015.37 vs. 323.68 + 421.98 cGy*cm²; p<0.001). The impaired image quality due to the removal of the anti-scatter grid and the low framerate did not lead to prolonged fluoroscopy time or procedural duration. Also, the rate of procedural success and complications were not changed significantly. The new DRP was maintained except for four (left atrial ablations) and five cases (device implantations). In those cases, the anti-scatter grid was reintroduced. A subgroup analysis showed that the reduction of the DAP for obese patients undergoing left atrial ablation or device implantation was almost twice the reduction as seen in obese patients. Conclusion The use of a low framerate of 2 FPS and the removal of the anti-scatter grid are easily applicable and were able to drastically reduce radiation exposure among patients undergoing catheter ablation for atrial fibrillation and device implantation. Despite impaired image quality, there was no prolonged fluoroscopy time and procedural duration or impaired rate of success and complications

Visualizing Modules and Dependencies of OSGi-based Applications

The architecture of software it not tangible; but in different situations it is preferable to have it tangible. For example, while reviewing it against the intended design, introducing the software to others, or starting to develop on a new part. Basic aspects of a software architecture are the modules the software is constructed of and the dependencies between them. To comprehend these aspects is important especially for software using a technology such as OSGi, which key concept is modularization. In this paper, we describe interactive visualization tools that we developed to comprehend OSGi-based applications with their modules and dependencies. We focus on concepts to treat large number of modules and dependencies: navigation, filtering, and selection. We applied our solution for OSGi-based applications with hundreds of modules containing multiple submodules each. With the resulting visualizations, we can explore the modularization of the software architecture

Temporally Resolved Intensity Contouring (TRIC) for characterization of the absolute spatio-temporal intensity distribution of a relativistic, femtosecond laser pulse

Today's high-power laser systems are capable of reaching photon intensities up to $10^{22}$ W/cm^2, generating plasmas when interacting with material. The high intensity and ultrashort laser pulse duration (fs) make direct observation of plasma dynamics a challenging task. In the field of laser-plasma physics and especially for the acceleration of ions, the spatio-temporal intensity distribution is one of the most critical aspects. We describe a novel method based on a single-shot (i.e. single laser pulse) chirped probing scheme, taking nine sequential frames at framerates up to THz. This technique, to which we refer as temporally resolved intensity contouring (TRIC) enables single-shot measurement of laser-plasma dynamics. Using TRIC, we demonstrate the reconstruction of the complete spatio-temporal intensity distribution of a high-power laser pulse in the focal plane at full pulse energy with sub picosecond resolution.Comment: Daniel Haffa, Jianhui Bin and Martin Speicher are corresponding author

Öko-Gerste in Mischkultur zur Stabilisierung der Brauqualität?

In einem Feldversuch wurden verschiedene Gemengepartner (Erbse, Öllein, Leindotter) geprüft, inwiefern sie geeignet sind um die Brauqualität von ökologisch produzierter Sommergerste zu beeinflussen

HTPheno: An image analysis pipeline for high-throughput plant phenotyping

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>In the last few years high-throughput analysis methods have become state-of-the-art in the life sciences. One of the latest developments is automated greenhouse systems for high-throughput plant phenotyping. Such systems allow the non-destructive screening of plants over a period of time by means of image acquisition techniques. During such screening different images of each plant are recorded and must be analysed by applying sophisticated image analysis algorithms.</p> <p>Results</p> <p>This paper presents an image analysis pipeline (HTPheno) for high-throughput plant phenotyping. HTPheno is implemented as a plugin for ImageJ, an open source image processing software. It provides the possibility to analyse colour images of plants which are taken in two different views (top view and side view) during a screening. Within the analysis different phenotypical parameters for each plant such as height, width and projected shoot area of the plants are calculated for the duration of the screening. HTPheno is applied to analyse two barley cultivars.</p> <p>Conclusions</p> <p>HTPheno, an open source image analysis pipeline, supplies a flexible and adaptable ImageJ plugin which can be used for automated image analysis in high-throughput plant phenotyping and therefore to derive new biological insights, such as determination of fitness.</p

Process Optimization for Recombinant Protein Expression in Insect Cells

Insect cells can be used for the efficient production of heterologous proteins. The baculovirus expression vector system (BEVS) in Spodoptera frugiperda cells and the stable transformation of Drosophila melanogaster S2 cells are widely used for this purpose. Whereas BEVS is a transient expression system for rapid protein production, stable D. melanogaster cell lines are compatible with more complex processes modes. This chapter describes the setup of both systems, including steps for the generation of expression vectors and comprehensive optimization approaches. The genetic elements available in each system are described, as well as the use of different cloning and transfection methods and advanced process monitoring to achieve robust protein expression in larger-scale bioreactors