Computer Simulations of Light-Triggered Processes of Chromophores in Complex Environments

Zur Erforschung von biologischen Prozessen und Entwicklungen von neuen Applikationen, ist das Verständniss von photophysikalischen und photochemischen Prozessen von Licht absorbierenden Molekülen (Chromophoren) in complexen Umgebungen essentiell. Das maßgebliche Ziel dieser Arbeit ist das tiefere Verständnis von Absorptions, Fluoreszenz und Isomerisierungs Prozessen in unterschiedlichen Umgebungen und den Umgebungseinfluss auf die strukturellen Eigenschaften des Chromophors aufzudecken. Dabei wird ein weites Spektrum an theoretischen Rechenmethoden eingesetzt. Aufwendige und genaue ab initio Methoden werden für die korrekte Beschreibung der elektronischen Struktur des angeregten Zustandes verwendet. Wohingegen rechnerisch weniger anspruchsvolle, semi-empirische Methoden ein dynamisches Bild des Chromophors bereitstellen und die Berechnung größerer System mit bis zu 150 Atomen ermöglichen. Kanalrhodopsin-2 mit Retinal als Chromophor ist das am meist genutzte optogenetische Werkzeug der neuronalen Forschung. Seine Funktion ermöglicht die Licht gesteuerte Depolarisation von neuronalen Membranen. Jedoch ist dieser Mechanismus bis heute nicht komplett aufgeklärt und die weitere Erforschung erfordert eine genaue und detaillierte Struktur des Dunkel-Zustandes. Deshalb wurden im Rahmen dieser Arbeit, der Einfluss der Bindungstasche und der Einfluss der strukturellen Konformation der Bindungstasche auf das Absorptionsverhalten untersucht. Es konnten mehrere spezifische strukturelle Merkmale und eine Temperaturabhängigkeit des Kanalrhodopsin-2 festgestellt werden. Im Gegensatz zu Kanalrhodopsin-2, ist das Histidin Kinase Rhodopsin-1 (HKR1) fähig zwei stabile Zustände innerhalb des Photozyklus auszubilden. Dies ermöglicht ein Umschalten zwischen diesen zwei stabilen Zuständen des Proteins, wodurch es ein vielversprechendes Protein für die Entwicklung weitere Applikationen für die Optogenetik ist. Auch hier sind die Proteinstruktur und der Funktionsmechanismus noch nicht aufgeklärt. Aus diesem Grund wurde ein Homologiemodell mit einer verlässlichen Retinalstruktur und Bindungstasche gebaut und durch den Vergleich der Anregungsenergie mit der Referenz Bakteriorhodopsin verifiziert. Somit konnte die all-trans zu 13-cis Isomerisierung des Retinals mit ab initio Methoden untersucht werden. Infolgedessen konnte eine 13-cis Struktur des Retinals erhalten werden, die eine weitere Untersuchung des einzigartigen zweiten stabilen Zustandes des Fotozyklus erst ermöglicht. Da ab initio Methoden zu rechenaufwendig für die Simulation des dynamischem Verhaltens von Systemen wie Retinal sind, wurde die semi-empirische OM2/MRCI Methode, die eine dynamische Beschreibung im angeregten Zustand ermöglicht, getestet. Sowie für die korrekte Bestimmung des Isomerisierungsmechanismus und der Lebenszeit im angeregten Zustand eines pronotierten Schiffbase Modells verifiziert. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde der solvatochrome Effekt des fluoreszenten Moleküls Flugi-2 analysiert. Die dynamische Beschreibung von Chromophoren im angeregten Zustand mit der gleichzeitigen eindeutigen Beschreibung des Lösungsmittel war bis jetzt nicht möglich und wurde erstmals in dieser Arbeit durchgeführt. Dazu wurden klassische Methoden verwendet um Geometrien im angeregten Zustand zu erhalten, wobei die elektronische Struktur mit semi-empirischen Methoden berechnet wurde. Dieses Konzept ermöglicht die Untersuchung des strukturellen Einflusses des Lösungsmittels auf den Chromophor Flugi-2. Ferner konnte gezeigt werden, dass implizite Solventmodelle die Wechselwirkung zwischen Lösungsmittel und Chromophore nicht korrekt beschreiben können. Bis zukünftige Methoden eine dynamische Beschreibung des Chromophors mit der expliziten Beschreibung der Umgebung ermöglichen, sind auf klassischen Methoden basierte Ansätze, wie in dieser Arbeit gezeigt, sinnvoll um die strukturellen Zusammenhänge zwischen Lösungsmittel und Chromophor zu beschreiben. In dieser Arbeit sind Absorptions-, Fluoreszenz- und Isomerisierungsprozesse in verschiedenen komplexen Umgebungen mit Hilfe unterschiedlicher theoretischer Methoden erfolgreich erforscht worden

Rebound-Effekte

REBOUND-EFFEKTE Rebound-Effekte / Wolff, Franziska (Rights reserved) ( -

Visual selective attention is equally functional for individuals with low and high working memory capacity: Evidence from accuracy and eye movements

Selective attention and working memory capacity (WMC) are related constructs, but debate about the manner in which they are related remains active. One elegant explanation of variance in WMC is that the efficiency of filtering irrelevant information is the crucial determining factor, rather than differences in capacity per se. We examined this hypothesis by relating WMC (as measured by complex span tasks) to accuracy and eye movements during visual change detection tasks with different degrees of attentional filtering and allocation requirements. Our results did not indicate strong filtering differences between high- and low-WMC groups, and where differences were observed, they were counter to those predicted by the strongest attentional filtering hypothesis. Bayes factors indicated evidence favoring positive or null relationships between WMC and correct responses to unemphasized information, as well as between WMC and the time spent looking at unemphasized information. These findings are consistent with the hypothesis that individual differences in storage capacity, not only filtering efficiency, underlie individual differences in working memory

A new simplified clarification approach for lentiviral vectors using diatomaceous earth improves throughput and safe handling

Lentiviral vectors have proven their great potential to serve as a DNA delivery tool for gene modified cell therapy and gene therapy applications. The downstream processing of these vectors is however still a great challenge, particularly because of the low stability of the virus. Harvesting and clarification are critical and until now insufficiently characterized steps for lentivirus processing. To address this bottleneck, we analyzed whether lentiviral vectors produced by transient transfection of HEK293 T/17 SF suspension cells can be efficiently clarified with a lab-scale method with the filter aid diatomaceous earth (DE) and bioburden reducing membrane filters achieving high lentivirus recoveries. Using a design of experiment approach we found that higher DE concentrations are advantageous for a higher turbidity reduction and shorter filtration times, but at the same time LV titer decreases with increasing DE concentration. A DE concentration of 9 g/L was identified with a DoE as a robust set-point. Clarification with DE was compared with for lab-scale traditionally employed centrifugation and subsequent bioburden reduction filtration of viral vectors. The use of DE allows to perform a harvest and clarification process, which does not only facilitate faster and safer virus handling, but enables a lower material consumption due to the extremely increased filter capacity, thus representing an efficient and robust lab-scale clarification process

Stories that Change Our World? Narratives of the Sustainable Economy

Narratives are shaping our understanding of the world. They convey values and norms and point to desirable future developments. In this way, they justify and legitimize political actions and social practices. Once a narrative has emerged and this world view is supported by broad societal groups, narratives can provide powerful momentum to trigger innovation and changes in the course of action. Narratives, however, are not necessarily based on evidence and precise categories, but can instead be vague and ambiguous in order to be acceptable and attractive to different actors. However, the more open and inclusive a narrative is, the less impact can be expected. We investigate whether there is a shared narrative in research for the sustainable economy and how this can be evaluated in terms of its potential societal impact. The paper carves out the visions for the future that have been underlying the research projects conducted within the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) funding programme “The Sustainable Economy”. It then analyzes whether these visions are compatible with narratives dominating societal discourse on the sustainable economy, and concludes how the use of visions and narratives in research can contribute to fostering societal transformations

A non-land policy for global sustainable land use?

What are new ways and future options for the international governance of sustainable land use? Effective policies towards more sustainable land use should not only deal with land and soil. These policies need to address various drivers and different contexts in an integrated manner

CSR between Rhetoric and Reality

Bisher lag der Fokus von Forschungen zu Corporate Social Responsibility (CSR) vor allem auf der Ausgestaltung von CSR in Unternehmen und den Auswirkungen von CSR auf das Unternehmen selbst. Untersuchungen zu den Auswirkungen auf Gesellschaft und Umwelt fehlen fast völlig. Das RARE Projekt will diese Lücke schließen

Flächeninanspruchnahme in bundesrelevanten Strategien – am Beispiel von Freiraumverbünden und Erneuerbaren Energien

Raum- und flächenbezogene Umweltziele bedürfen der Umsetzung durch die räumliche Gesamtplanung. In bundesrelevanten Umweltstrategien finden sich zahlreiche Leitbilder, Konzepte und Handlungsansätze zur Raumentwicklung und -ordnung, die sich mit Instrumenten der Raumplanung verwirklichen lassen. Am Beispiel der Umweltziele zum Erhalt und Schutz von Freiraumverbünden und der Flächenvorsorge für Erneuerbare Energien wird aufgezeigt, wie sich sektorale Ziele raumordnerisch sichern und umsetzen lassen, sofern sie räumliche überörtliche Wirkung haben. Um den hochwertigen Freiraum in seiner Bedeutung für Land- und Forstwirtschaft, für Biodiversität und Biotopverbund, die Ökologie, Siedlungsgliederung und Erholung zu erhalten, können durch eine landes- und regionalplanerische Sicherung – auch über Landesgrenzen hinweg – großräumige Freiraumverbünde geschaffen werden. Die räumliche Steuerung für den Ausbau Erneuerbarer Energien ordnet und sichert u. a. die Inanspruchnahme von Flächen für Übertragungs- und Verteilnetzinfrastruktur. Dabei müssen zusätzliche Flächen in Anspruch genommen werden. Die Rolle der Raumordnung hat hier zunehmend an Bedeutung gewonnen, da Anlagen der Energieerzeugung ab einer gewissen Größe und Anzahl raumbedeutsam sind. Die dargebrachten Erkenntnisse basieren auf einem F&E-Vorhaben des Umweltbundesamtes über „Die Bedeutung bundesrelevanter Strategien zur Raumentwicklung für die Umweltpolitik – Analysen, Umsetzungsbeispiele und Handlungsansätze“ (2017-2018)