Sparse Proteomics Analysis - A compressed sensing-based approach for feature selection and classification of high-dimensional proteomics mass spectrometry data

Background: High-throughput proteomics techniques, such as mass spectrometry (MS)-based approaches, produce very high-dimensional data-sets. In a clinical setting one is often interested in how mass spectra differ between patients of different classes, for example spectra from healthy patients vs. spectra from patients having a particular disease. Machine learning algorithms are needed to (a) identify these discriminating features and (b) classify unknown spectra based on this feature set. Since the acquired data is usually noisy, the algorithms should be robust against noise and outliers, while the identified feature set should be as small as possible. Results: We present a new algorithm, Sparse Proteomics Analysis (SPA), based on the theory of compressed sensing that allows us to identify a minimal discriminating set of features from mass spectrometry data-sets. We show (1) how our method performs on artificial and real-world data-sets, (2) that its performance is competitive with standard (and widely used) algorithms for analyzing proteomics data, and (3) that it is robust against random and systematic noise. We further demonstrate the applicability of our algorithm to two previously published clinical data-sets

Communicated by Michael Meyer

In diesem Artikel wird ein mathematisches Modell entwickelt für die Ausbreitung des Wollschafs unter Hirten im Nahen Osten und in Südosteuropa zwischen 6200 und 4200 v. Chr. In unserem Modell werden Hirten als Agenten betrachtet, deren Bewegungen durch Zufallsprozesse gesteuert werden, sodass sich die Agenten mit größerer Wahrscheinlichkeit in Regionen aufhalten, die attraktiv für die Schafhaltung sind. Das Modell berücksichtigt außerdem soziale Interaktionen zwischen Agenten und erlaubt die Weitergabe der Innovation zwischen Agenten mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit. Die Parameter des agentenbasierten Modells werden an die verfügbaren archäologischen Daten angepasst. Ein Simulationsverfahren für die räumliche und zeitliche Entwicklung des Ausbreitungsprozesses soll es ermöglichen, qualitative Effekte von verschiedenen Aspekten zu studieren, die den Ausbreitungsprozess beeinflussen

A Hybrid Galerkin–Monte-Carlo Approach to Higher-Dimensional Population Balances in Polymerization Kinetics

Population balance models describing not only the chain-length distribution of a polymer but also additional properties like branching or composition are still difficult to solve numerically. For simulation of such systems two essentially different approaches are discussed in the literature: deterministic solvers based on rate equations and stochastic Monte-Carlo (MC) strategies based on chemical master equations. The paper presents a novel hybrid approach to polymer reaction kinetics that combines the best of these two worlds. We discuss the theoretical conditions of the algorithm, describe its numerical realization, and show that, if applicable, it is more efficient than full-scale MC approaches and leads to more detailed information in additional property indices than deterministic solvers

Memory-Based Reduced Modelling and Data-Based Estimation of Opinion Spreading

We investigate opinion dynamics based on an agent-based model and are interested in predicting the evolution of the percentages of the entire agent population that share an opinion. Since these opinion percentages can be seen as an aggregated observation of the full system state, the individual opinions of each agent, we view this in the framework of the Mori-Zwanzig projection formalism. More specifically, we show how to estimate a nonlinear autoregressive model (NAR) with memory from data given by a time series of opinion percentages, and discuss its prediction capacities for various specific topologies of the agent interaction network. We demonstrate that the inclusion of memory terms significantly improves the prediction quality on examples with different network topologies

Synthesis of fluorinated alkoxyamines and alkoxyamine-initiated nitroxide-mediated precipitation polymerizations of styrene in supercritical carbon dioxide

TIPNO (2,2,5-trimethyl-4-phenyl-3-azahexane-3-nitroxide)-alkoxyamine was found to give reasonably controlled/living nitroxide-mediated (NMP) precipitation polymerizations of styrene in supercritical carbon dioxide (scCO(2)). In contrast under the same conditions, the analogous SG1 (N-tert-butyl-N-(1-diethylphosphono-2,2-dimethylpropyl)nitroxide)-alkoxyamine gave higher rates of polymerization and inferior controlled/living character. The circumvention of the requirement for excess free (nitroxide](0) allowed the study of nitroxide partitioning effects in scCO(2) for three newly synthesized fluorinated alkoxyamines. Two alkoxyamines dissociated into scCO(2)-philic fluorinated TIPNO-nitroxide derivatives, while another contains a similar sized fluorinated "foot". Despite the increased steric bulk about the N-O bond for the novel fluorinated alkoxyamines, all polymerizations proceeded at a similar rate and level of control to the TIPNO system in solution (toluene). PREDICI simulations for the styrene/TIPNO system are used to support extensive partitioning effects observed in scCO(2) for the fluorinated alkoxyamines.Irish Research Council (formerly IRCSET) IUPAC Transnational Call in Polymer Chemistry to F.Aldabbagh. National Science Foundation (NSF CHE-1057927, USA) to R. Braslau.peer-reviewe

Dispersal Principles of Sugar Beet from Seed to Sugar with Particular Relation to Genetically Modified Varieties1

Das Taxon Beta umfasst verschiedene Kulturrüben- und Wildrübenarten, die entsprechend ihrer Kreuzbarkeit drei Genpools zugeordnet werden. Die Verbreitung der Wildrübenarten ist in Europa auf wenige Gebirgs- und Küstenstandorte begrenzt. In Regionen mit Zucker­rübenanbau potentiell bedeutsam und in Deutschland ausschließlich existent ist die Wildrübe Beta vulgarisssp.maritima L. Arcang., deren Vorkommen lediglich auf der Insel Helgoland sowie an Küstenstreifen zwischen der Insel Fehmarn und Kiel dokumentiert ist. Die Zuckerrübe wurde 2010 in Mitteleuropa auf etwa 1,5 Mio. ha, in Deutschland auf 380.000 ha angebaut (WVZ 2010). Die Vermehrung- und Aufbereitung von Saatgut konzentriert sich auf wenige, klimatisch günstige Regionen in Norditalien und Südfrankreich, für die Produktion von Basis- und zertifiziertem Saatgut sowie für Vorstufen- und Zuchtmaterial auf die direkte Umgebung von wenigen Zuchtstationen in Mitteleuropa. Saatgutvermehrung und -aufbereitung erfolgen mit äußerst gezieltem Management aus­schließ­lich und in alleiniger Verantwortung der Züchtungsunternehmen. Die Vermehrung erfolgt über Stecklinge im Reihenanbau, um eine gezielte Pollenübertragung von der männlich fertilen Vaterlinie auf die männlich sterile Mutter­linie zur Erzeugung von Hybridsorten zu gewährleisten. Während der Blütezeit von etwa vier Wochen kann eine Pollenübertragung durch Wind über eine Distanz > 500 m erfolgen. Zur Vermeidung von Ein- und Auskreuzung erfolgt die Saatgutproduktion konzentriert auf wenigen Standorten, räumlich isoliert vom Zuckerrübenanbau sowie von Gebieten, in denen Wildrübenpopulationen wachsen. Nach der Ernte wird das Saatgut in Containern verlustfrei zu regionalen und zentralen Aufbereitungsstationen transportiert und technisch aufbereitet. Das Saatgut kommt ausschließlich in verschlossenen Ver­packungen in den Handel. Das pillierte Saatgut wird präzise in das vorbereitete Saatbett abgelegt und mit Boden bedeckt. Ein Saatgutaustrag ist auf wassererosionsgefährdeten Flächen durch Abschwemmung möglich, kann aber durch Mulchsaat weitestgehend verhindert werden. Von Mäusen geknackte Samen sind nicht regenerationsfähig, da deren Keimling gefressen wird. Etwa 90% der keimfähigen Samen (Labor­keimfähigkeit ca. 95%) laufen auf. Samen, die nicht auflaufen, sind im Feld unter den jeweiligen Umweltbedingungen nicht lebensfähig. Zuckerrüben sind zweijährige Pflanzen und entwickeln im ersten Vegetationsjahr als Ernteorgan die Rübe. Das generative Wachstum von Zuckerrüben würde nach entsprechender Vernalisation im zweiten Vegetationsjahr mit der Bildung blütenbildener Stängel (Schosser) erfolgen. Allerdings können sich auch (Wahrscheinlichkeit < 0,05%) bereits im ersten Vegetationsjahr bei kühler Witterung durch genetische Konstitution oder ungünstige Witterungsbedingung während der Samenreife Schosser bilden. Die Blüten von Schossern aus Hybridsorten sind semifertil/-steril, so dass der fertile Samenansatz im Gegensatz zu Schossern aus früheren angebauten, vollfertilen Sorten geringer ist. Aus-/Einkreuzung von Kulturrübenformen in Wildrübenpopulationen und vice versa setzt räumliche Nähe, gleichen Blühzeitpunkt sowie entsprechende Windstärke, -richtung und geringe Luftfeuchtigkeit voraus. Aufgrund des unterschiedlichen Blüh­zeitraums von Kulturrüben und Wildrübenarten behalten deren Populationen trotz räumlicher Nähe zum Zuckerrübenanbau überwiegend ihre genetische Divergenz. Ein wirksamer Schutz vor Einkreuzung von Kulturrüben in Wildrübenpopulationen kann durch räumliche Isolierung des Zuckerrübenanbaus erreicht werden. Durch Genfluss von Wildrüben und einjährig schossenden Kulturrüben in schossende Zuckerrüben entstehen durch Hybridisierung und anschließende Entwicklung und Verbreitung von Samen Bastardrüben, die wiederum einjährig sind. Durch die frühere Blüte sind diese kritischer bezüglich Aus-/Einkreuzung zu bewerten als später blühende Schosser aus Hybridsorten. Schossende Zucker­rüben sowie Bastardrüben sind agronomisch minder­wertig und werden daher aus Kulturrübenbeständen üblicherweise manuell, mechanisch oder teilweise mit nicht selektiven Herbiziden eliminiert. Ohne Regulierung können Schosser von Kultur- und Bastardrüben Samen bilden und eine dauerhaft keimende Samenbank für Unkrautrüben etablieren. Der Rübenkörper besteht aus der Rübe mit Wurzel, Hypo­kotyl und unterem Abschnitt der gestauchten Sprossachse mit abgestorbenen Blattansätzen sowie dem Kopf als oberem Abschnitt der gestauchten Sprossachse mit lebenden Blattansätzen, der potentiell regenerations­fähig ist. Während der Ernte wird der Kopf maschinell von der Rübe entfernt, wobei nicht bei jeder Rübe ein opti­maler Köpfschnitt zu realisieren ist. Verluste an kleinen Rüben oder nicht optimal, sondern zu tief geköpften regenerationsfähigen Köpfen können durch angepasste Fahrgeschwindigkeit und optimale Einstellung des Roders verringert werden. Trotzdem verbleibt ein gewisser Anteil mehr oder weniger regenerationsfähiger Köpfe oder kleiner Rüben im Feld, die bei anschließender Aussaat der Folgefrucht entweder durch Grubbern oder Pflügen vergraben werden oder bei Mulchsaat auf der Bodenoberfläche verbleiben und eine gute Futtergrundlage für Wildschweine, Wildgänse u.a. sind. Den Winter überstehende, kleine Rüben oder sonstige Rübenteile können durch agrono­mische Maßnahmen in der Folgefrucht aber sicher beseitigt werden. Auch während der Vegetationsperiode ist Fraß durch Wildtiere möglich, wobei jedoch in aller Regel die regenerationsfähige gestauchte obere Sprossachse bevorzugt gefressen wird. Die Rüben werden entweder sofort nach der Ernte oder nach Einlagerung in eine Miete am Feldrand verladen und in die Zuckerfabrik transportiert. Dabei kann durch sachgemäßes Verladen, eine Sicherung des Transportgutes und eine ordnungsgemäße Rückführung von verlorenen Rüben und Rübenteilen während der Verladung die Ausbreitung potentiell regenerations­fähigen Pflanzenmaterials wirksam verhindert werden. In der Zuckerfabrik werden die Rüben frisch oder nach Zwischenlager gewaschen und bei hohen Temperaturen extrahiert. Abgereinigte Blattreste und kleine Rübenteile sind nicht mehr regenerationsfähig und werden entweder mit Pressschnitzeln verkauft oder in Biogasanlagen der Zuckerfabrik fermentiert. Abgewaschene Rübenerde wird etwa drei Jahre gelagert und in den Stoffkreislauf zurückgeführt. Die Zuckerfabrik stellt somit ein „geschlossenes System‟ dar, in dem sämtliche regenerationsfähigen Pflanzenteile degeneriert, daraus gewonnene Produkte verkauft und Reststoffe in den Stoffkreislauf zurück­geführt werden. Neben der Zuckerproduktion dienen Zucker- und Futterrüben als Ausgangsstoffe zur Fermentation in Biogasanlagen landwirtschaftlicher Betriebe und werden dort rückstandslos umgesetzt.    The taxon Beta comprises different cultivated and wild beet species assigned to three genepools in relation to their crossability. In Europe, the distribution area of wild beet is limited to a few mountainous and coastal sites, and Beta vulgaris ssp. maritima L. Arcang. is the only wild beet species of importance in sugar beet cultivation/multi­plication areas. In Germany it can be found on Helgo­land Island and at coastal sites between Fehmarn Island and Kiel. In 2010, sugar beet was cultivated on roughly 1.5 million ha in Europe, 380,000 ha of which were in Germany (WVZ 2010). Basic and certified seed are solely produced and processed in the favourable climate of a few regions in northern Italy and southern France, whereas pre-basic seed is exclusively produced in the immediate vicinity of a few breeding stations in Europe. The seed companies are solely responsible for seed production and processing and place great emphasis on rele­vant management. Hybrid variety seed is produced via stecklings, which are planted in rows to ensure pollen transfer from the male fertile pollinator to the male sterile maternal line. For four weeks during flowering, pollen can be transported over a distance of > 500 m by wind. To prevent seed contamination by cross-pollination, seed production is spatially separated from sugar beet growing areas and wild beet habitats. After harvest, the seed is delivered without losses in sealed containers first to regionally and later centrally located seed processing stations. After processing, the seed is marketed in sealed packages. The pelleted seed is placed precisely into the prepared seed bed and covered with soil. Seed dispersal is rare, but can occur within areas susceptible to water erosion. Such erosion can be avoided by mulching. Seeds split open by mice are incapable of germination because the endosperm is eaten. About 90% of seeds capable of germination (germination capacity in the laboratory about 95%) emerge. Seeds that do not emerge are not viable under the respective environmental conditions in the field. Sugar beet are biennial plants forming a beet in their first season. If the beets are not harvested, flowering shoots appear in the second year after vernalisation. However, the formation of flowering shoots (bolters) in the first year is possible (probability < 0.05%) owing to the genetic constitution of the plants and/or certain weather conditions. The flowers of bolters from hybrid varieties are semi-fertile, that is the seed set is lower than that of bolters from formerly grown, fully fertile varieties. Cross-pollination from cultivated beet to wild beet populations and vice versa requires spatially overlapping popu­lations, synchronous flowering periods as well as adequate wind strength, wind direction and low air humidity. Because of the different flowering periods of cultivated and wild beet, their populations maintain their genetic divergence. A gene flow from cultivated beet to wild beet populations can be prevented through spatial separation of sugar beet cultivation. Annual bastards result from crosses between wild beets, annual bolting cultivated beets and flowering seed beets. Because they flower earlier, they are more crucial in terms of gene flow than bolters from hybrid varieties that flower later. Bolting sugar beets as well as bastards are of minor agronomic value and, therefore, usually eliminated by hand, mechanically or partly by selective herbicides. If such bolters are not removed, they develop seeds and establish a seed bank, becoming a permanent reservoir for germinating weed beets. The sugar beet root consists of two parts: the beet comprising the root, hypocotyl and lower compressed stem with dead petioles; and the crown, which is the upper compressed stem with living petioles. The upper part of the stem is potentially capable of regeneration. During harvesting, the beets are topped mechanically, but not in an optimal way for each beet. Losses of small beets and crowns of low topped beets that are capable of regeneration can be reduced by the adjustment of working speeds and lifters to the harvesting conditions. However, a certain proportion of crowns and small beets that are more or less capable of regeneration remain in the field, which are either buried through grubbing or ploughing during the sowing of the following crop or remain on the surface through mulching. Such remains are a good feed for wild boars, wild geese and others. Small beets or beet parts that survive over winter can completely be controlled by agronomic measures in the following crop. Damage caused by game animals can also occur during the vegetation period but, in general, the upper compressed stem with living petioles that is capable of regeneration is eaten preferentially. Immediately after the harvest, the beets are delivered to the sugar factory or stored temporarily in clamps at the field margin. Proper loading and locking of the goods to be conveyed as well as the correct return of lost beets and beet parts during loading effectively prevent the dispersal of plant material potentially capable of regeneration. In the sugar factory, the beets are cleaned in the beet washing house – either immediately or after temporary storage – and subsequently extracted at high temperatures. Cleaned leaf remains or small beet parts are incapable of regeneration and are either sold as animal feed together with pressed pulp or fermented in biogas plants in the sugar factory. Washed soil tare is stored for about three years and returned to the field or used for other purposes. Therefore, the sugar factory is a „closed system‟, in which all plant parts capable of regeneration are degenerated, products are sold and residual material is recycled. Besides sugar production, sugar and fodder beets are used as a substrate for biogas plants.   &nbsp

Разработка автоматизированной системы нижней загрузки доменной печи №1 для АО "АрселорМиттал Темиртау"

Целью работы является разработка системы автоматизации нижней загрузки доменной №1 AO «АрселорМиттал» Темиртау для повышения эффективности функционирования доменной печи. Объектом исследования является система нижней загрузки доменной печи №1 AO «АрселорМиттал» Темиртау.The purpose of the work is the development of the automation system for the lower loading of blast-furnace No. 1 AO "ArcelorMittal" Temirtau to improve the efficiency of the blast furnace operation. The object of the study is the bottom load system of Blast Furnace No.1 AO "ArcelorMittal" Temirtau