The topology of metabolic isotope labeling networks

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Metabolic Flux Analysis (MFA) based on isotope labeling experiments (ILEs) is a widely established tool for determining fluxes in metabolic pathways. Isotope labeling networks (ILNs) contain all essential information required to describe the flow of labeled material in an ILE. Whereas recent experimental progress paves the way for high-throughput MFA, large network investigations and exact statistical methods, these developments are still limited by the poor performance of computational routines used for the evaluation and design of ILEs. In this context, the global analysis of ILN topology turns out to be a clue for realizing large speedup factors in all required computational procedures.</p> <p>Results</p> <p>With a strong focus on the speedup of algorithms the topology of ILNs is investigated using graph theoretic concepts and algorithms. A rigorous determination of all cyclic and isomorphic subnetworks, accompanied by the global analysis of ILN connectivity is performed. Particularly, it is proven that ILNs always brake up into a large number of small strongly connected components (SCCs) and, moreover, there are natural isomorphisms between many of these SCCs. All presented techniques are universal, i.e. they do not require special assumptions on the network structure, bidirectionality of fluxes, measurement configuration, or label input. The general results are exemplified with a practically relevant metabolic network which describes the central metabolism of <it>E. coli </it>comprising 10390 isotopomer pools.</p> <p>Conclusion</p> <p>Exploiting the topological features of ILNs leads to a significant speedup of all universal algorithms for ILE evaluation. It is proven in theory and exemplified with the <it>E. coli </it>example that a speedup factor of about 1000 compared to standard algorithms is achieved. This widely opens the door for new high performance algorithms suitable for high throughput applications and large ILNs. Moreover, for the first time the global topological analysis of ILNs allows to comprehensively describe and understand the general patterns of label flow in complex networks. This is an invaluable tool for the structural design of new experiments and the interpretation of measured data.</p

Variability in Ultrasound Education among Emergency Medicine Residencies

Objective: Education in emergency ultrasound (EUS) has become an essential part of emergency medicine (EM) resident training. In 2009, comprehensive residency training guidelines were published to ensure proficiency in ultrasound education. The American College of Emergency Physicians (ACEP) recommends that 150 ultrasound exams be performed for physician competency. Our goal is to evaluate the current ultrasound practices among EM residency programs and assess the need for further formalization of EUS training.Methods: We generated a survey using an online survey tool and administered via the internet. The survey consisted of 25 questions that included multiple choice and free text answers. These online survey links were sent via email to EM ultrasound directors at all 149 American College of Graduate Medical Education EM residency programs in April 2008. We surveyed programs regarding EUS curriculum and residency proficiency requirements and descriptive statistics were used to report the survey findings.Results: Sixty-five residency programs responded to the survey. The average number of ultrasound exams required by programs for EUS competency was 137 scans. However, the majority of programs 42/65 (64%) require their residents to obtain 150 scans or greater for competency. Fifty-one out of 64 (79%) programs reported having a structured ultrasound curriculum while 14/64 (21%) of programs reported that EUS training is primarily resident self-directed. In terms of faculty credentialing, 29/62 (47%) of residency programs have greater than 50% of faculty credentialed. Forty-four out of 61 (72%) programs make EUS a required rotation. Thirty-four out of 63 (54%) programs felt that they were meeting all their goals for resident EUS education.Conclusion: Currently discrepancies exist between EM residency programs in ultrasound curriculum and perceived needs for achieving proficiency in EUS. Although a majority of residency programs require 150 ultrasound exams or more to achieve resident competency, overall the average number of scans required by all programs is 137 exams. This number is less than that recommended by ACEP for physician competency. These data suggest that guidelines are needed to help standardize ultrasound training for all EM residency programs. [West J Emerg Med 2010; 11(4):314-318.

What drives risk perception? A global survey with financial professionals and laypeople

Contains fulltext : 209823.pdf (preprint version ) (Open Access)01 juli 202026 p

Kinetoplastid RNA editing involves a 3′ nucleotidyl phosphatase activity

Mitochondrial pre-messenger RNAs (pre-mRNAs) in African trypanosomes require RNA editing in order to mature into functional transcripts. The process involves the addition and/or removal of U nucleotides and is mediated by a high-molecular-mass complex, the editosome. Editosomes catalyze the reaction through an enzyme-driven pathway that includes endo/exoribonuclease, terminal uridylate transferase and RNA ligase activities. Here we show that editing involves an additional reaction step, a 3′ nucleotidyl phosphatase activity. The activity is associated with the editing complex and we demonstrate that the editosomal proteins TbMP99 and TbMP100 contribute to the activity. Both polypeptides contain endo-exonuclease-phosphatase domains and we show that gene ablation of either one of the two polypeptides is compensated by the other protein. However, simultaneous knockdown of both genes results in trypanosome cells with reduced 3′ nucleotidyl phosphatase and reduced editing activity. The data provide a rationale for the exoUase activity of the editosomal protein TbMP42, which generates nonligatable 3′ phosphate termini. Opposing phosphates at the two pre-mRNA cleavage fragments likely function as a roadblock to prevent premature ligation

EARL compliance measurements on the biograph vision Quadra PET/CT system with a long axial field of view.

BACKGROUND Our aim was to determine sets of reconstruction parameters for the Biograph Vision Quadra (Siemens Healthineers) PET/CT system that result in quantitative images compliant with the European Association of Nuclear Medicine Research Ltd. (EARL) criteria. Using the Biograph Vision 600 (Siemens Healthineers) PET/CT technology but extending the axial field of view to 106 cm, gives the Vision Quadra currently an around fivefold higher sensitivity over the Vision 600 with otherwise comparable spatial resolution. Therefore, we also investigated how the number of incident positron decays-i.e., exposure-affects EARL compliance. This will allow estimating a minimal acquisition time or a minimal applied dose in clinical scans while retaining data comparability. METHODS We measured activity recovery curves on a NEMA IEC body phantom filled with an aqueous 18F solution and a sphere to background ratio of 10-1 according to the latest EARL guidelines. Reconstructing 3570 image sets with varying OSEM PSF iterations, post-reconstruction Gaussian filter full width at half maximum (FWHM), and varying exposure from 59 kDecays/ml (= 3 s frame duration) to 59.2 MDecays/ml (= 1 h), allowed us to determine sets of parameters to achieve compliance with the current EARL 1 and EARL 2 standards. Recovery coefficients (RCs) were calculated for the metrics RCmax, RCmean, and RCpeak, and the respective recovery curves were analyzed for monotonicity. The background's coefficient of variation (COV) was also calculated. RESULTS Using 6 iterations, 5 subsets and 7.8 mm Gauss filtering resulted in optimal EARL1 compliance and recovery curve monotonicity in all analyzed frames, except in the 3 s frames. Most robust EARL2 compliance and monotonicity were achieved with 2 iterations, 5 subsets, and 3.6 mm Gauss FWHM in frames with durations between 30 s and 10 min. RCpeak only impeded EARL2 compliance in the 10 s and 3 s frames. CONCLUSIONS While EARL1 compliance was robust over most exposure ranges, EARL2 compliance required exposures between 1.2 MDecays/ml to 11.5 MDecays/ml. The Biograph Vision Quadra's high sensitivity makes frames as short as 10 s feasible for comparable quantitative images. Lowering EARL2 RCmax limits closer to unity would possibly even permit shorter frames

Non-Standard Errors

In statistics, samples are drawn from a population in a data generating process (DGP). Standard errors measure the uncertainty in sample estimates of population parameters. In science, evidence is generated to test hypotheses in an evidence generating process (EGP). We claim that EGP variation across researchers adds uncertainty: non-standard errors. To study them, we let 164 teams test six hypotheses on the same sample. We find that non-standard errors are sizeable, on par with standard errors. Their size (i) co-varies only weakly with team merits, reproducibility, or peer rating, (ii) declines significantly after peer-feedback, and (iii) is underestimated by participants.Online appendix available at https://bit.ly/3DIQKrB.Please note a full list of authors is available in the working paper

Metabolic pathway and distribution of superparamagnetic iron oxide nanoparticles: in vivo study

Experimental tissue fusion benefits from the selective heating of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) under high frequency irradiation. However, the metabolic pathways of SPIONs for tissue fusion remain unknown. Hence, the goal of this in vivo study was to analyze the distribution of SPIONs in different organs by means of magnetic resonance imaging (MRI) and histological analysis after a SPION-containing patch implantation

Über die Methode des Bombardement Induzierten Ionentransports (BIIT) und ihre Anwendung auf alkaliionenleitende Borat- und Calciumphosphatgläser

Diese Doktorarbeit konzentriert sich auf die neuartige Methode namens Bombardement Induzierten Ionentransports (BIIT). Die Methode wurde technisch weiterentwickelt und ihr Potential und ihre Fehlergrenzen diskutiert. Die Methode nutzt einen thermionischen Emitter, um einen Alkaliionenstrahl mit definierter, niedriger kinetischer Energie zu erzeugen. Dieser Strahl lädt die Oberfläche eines Festkörperelektrolyten (z.B. ein ionenleitendes Glas) im Hochvakuum auf. Es fließt ein Neutralisationsstrom abhängig von der Beschleunigungsspannung. Dies führt zu einer linearen Strom-Spannungs-Kennlinie, aus der die temperaturabhängige Gleichstromleitfähigkeit des Materials gewonnen werden kann. Typischerweise schneidet die Kennlinie die Spannungsachse nicht bei 0 V, sondern im Bereich von +1 V bis +4 V. Dieses Phänomen wird als Spannungsoffset bezeichnet. Diese Arbeit behandelt drei Schwerpunkte von BIIT: Zunächst wurde die Messung von Leitfähigkeiten optimiert. Ein Hochtemperatur-Probenhalter wurde entwickelt, welcher das zugängliche Messfenster für BIIT auf Temperaturen bis zu 260 °C (533 K) erweitert. Indem der Potentialunterschied zwischen Probenvorderseite und -rückseite auf Werte bis 100 mV reduziert wurde, wurden Leitfähigkeiten bis maximal 2·10^-10 S/cm messbar. Die Reproduzierbarkeit der Leitfähigkeitsmessung wurde überprüft und die experimentellen Abweichungen zwischen BIIT und Impedanzspektroskopie diskutiert. Um den Aufladeprozess bei BIIT zu untersuchen, wurde ein experimentelles Modellsystem entwickelt, welches aus einer Metallelektrode in Reihe mit einem ohmschen Widerstand besteht. Als zweiter Schwerpunkt wurde der Spannungsoffset genauer untersucht. Hierzu wurden Metallelektroden (Pt, Au, Cu, Ag) mit K+, Rb+ und Cs+ beschossen. Der Spannungsoffset wurde abhängig von Elektrodenmaterial und Beschusszeit bzw. abgeschiedener Ladung analysiert. Unabhängig vom Elektrodenmaterial stieg der Offset zügig mit der Zeit an und wurde nach einer Verschiebung von etwa 1.7V konstant. Durch Verwendung einer Referenzelektrode konnte gezeigt werden, dass die Verschiebung mit dem Beschuss der Elektrode zusammenhängt. Die Beobachtungen zum Spannungsoffset am Experimentbeginn waren nicht eindeutig: Entweder hängt dieser nicht vom Elektrodenmaterial ab, oder er sinkt wenn die elektronische Austrittsarbeit des Materials steigt. Basierend auf der Elektronenemission wurde ein theoretisches Modell für BIIT entwickelt, um hiermit Phänomene wie den Spannungsoffset zu erklären. Bei dem Offset könnte es sich um die Volta-Spannung (bzw. Kontaktpotential) oder eine elektromotorische Kraft handeln. Als dritter Schwerpunkt wurde die BIIT-Methode genutzt, um Konzentrationsprofile in Gläsern zu erzeugen. Wenn das Glas mit einem fremden Alkaliion beschossen wird, so ersetzt dieses das native Alkaliion, welches zu Beginn des Experiments im Glas vorlag. Dies führt zu einer typischerweise 150nm tiefen Verdrängungszone, in welcher bsi zu 80% des nativen Ions ersetzt wurden. Die erzeugten Profile werden mittels Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (ToF-SIMS) gemessen und anschließend auf Basis der Nernst-Planck- und Poisson-Gleichung (NPP) nummerisch modelliert. Der erhaltene NPP-Diffusionskoeffizient eines der beiden Alkaliionen erscheint hierbei systematisch als konstant, während der andere stark von der lokalen Zusammensetzung abhängt. Es wurden die Calciumphoshatgläser Ca30-K und Ca30-Rb (0.25 M2O · 0.30 CaO · 0.45 P2O5 mit M = K, Rb) und das Mischalkali-Boratglas 16Na04Rb80B (0.16 Na2O · 0.04 Rb2O · 0.8B2O3) untersucht. Durch ein Vergleichsexperiment Rb@Ca30-K vs. K@Ca30-Rb konnte gezeigt werden, dass in beiden Fällen der Diffusionskoeffizient von Rubidium konstant erscheint. Die Konstanz ist somit nicht eine Eigenschaft des Bombarder-Ions. Daher wurde die physikalische Natur des NPP-Diffusionskoeffizienten untersucht und diskutiert. Durch Analyse des NPP-Modells wurde klar, dass das Modell sehr empfindlich auf das Verhältnis der Diffusionskoeffizienten reagiert, aber unempfindlich auf deren absolute Höhe. Prinzipiell wäre es somit möglich, dass die Konzentrationsabhängigkeit des zweiten Diffusionskoeffizienten übersehen wird. Die Alkaliboratgläser wurden mit Rb+ beschossen und so erstmals temperaturabhängige NPP-Diffusionskoeffizienten gewonnen. Diese wurden mit Literaturwerten aus Impedanzspektroskopie und Radiotracer-Diffusion (RTD) verglichen, welche aus Studien zum Mischalkalieffekt in diesem Glassystem bekannt sind. Die Unsicherheit, die sich aus der Umrechnung der SIMS-Daten in Konzentrationsprofile ergibt, wird quantitativ bestimmt. Außerdem werden die Ergebnisse der BIIT-NPPMethode ausführlich auf ihre Selbstkonsistenz überprüft, z.B. ob die Diffusionskoeffizienten Arrhenius-Verhalten zeigen oder ob die laut Neutralisationsstrom eingebrachte Ladungsmenge mit der im Konzentrationsprofil gefundenen Ladungsmenge übereinstimmt