Learning biophysically-motivated parameters for alpha helix prediction

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Our goal is to develop a state-of-the-art protein secondary structure predictor, with an intuitive and biophysically-motivated energy model. We treat structure prediction as an optimization problem, using parameterizable cost functions representing biological "pseudo-energies". Machine learning methods are applied to estimate the values of the parameters to correctly predict known protein structures.</p> <p>Results</p> <p>Focusing on the prediction of alpha helices in proteins, we show that a model with 302 parameters can achieve a Q_{<it>α </it>}value of 77.6% and an SOV_{<it>α </it>}value of 73.4%. Such performance numbers are among the best for techniques that do not rely on external databases (such as multiple sequence alignments). Further, it is easier to extract biological significance from a model with so few parameters.</p> <p>Conclusion</p> <p>The method presented shows promise for the prediction of protein secondary structure. Biophysically-motivated elementary free-energies can be learned using SVM techniques to construct an energy cost function whose predictive performance rivals state-of-the-art. This method is general and can be extended beyond the all-alpha case described here.</p

Mogelijkheden voor aanpassing jaarlijkse kokkelinventarisatie aan extreme zomersterfte

Achtergrond Ieder voorjaar schat WMR de omvang van het kokkelbestand in de Nederlandse kustwateren. De bestandsopname in het voorjaar wordt geëxtrapoleerd naar het geschatte bestand op 1 september, welke wordt gebruikt als basis voor het visserijquotum. Hierbij wordt gerekend met gemiddelde waarden voor groei en sterfte gedurende de zomer. In de hete zomers van 2018, 2019 en 2020 was de sterfte uitzonderlijk hoog waardoor het bestand op 1 september is overschat. Hierdoor is ook het visserijquotum te hoog ingeschat, waardoor de minimum benodigde hoeveelheid kokkelvlees om scholeksters de winter door te helpen in gevaar zou kunnen komen. Daarom is door de vergunningverlener op basis van herbemonsteringen het visserijquotum naar beneden bijgesteld. Dergelijke extreme zomers kunnen we vaker verwachten als gevolg van klimaatverandering. Kennisvraag Het Ministerie van LNV heeft aan Wageningen Marine Research gevraagd om een advies te geven over mogelijke aanpassingen in de survey methodiek. Dit project is uitgevoerd binnen het KB-WOT Visserijprogramma (BAS-code KB-36-002-012). Onderliggende kennisvragen zijn: 1. Welke sterfte kan gezien worden als uitzonderlijk? Wanneer is de gemiddelde sterfte van 28% tussen 1 mei en 1 september niet meer representatief voor de werkelijk opgetreden zomersterfte? 2. Kan de inventarisatie verschoven worden naar het najaar, of korter voor aanvang van de visserij op 1 september, zodat het visserijquotum niet gebaseerd hoeft te worden op een extrapolatie?3. Hoe kan de werkelijk opgetreden sterfte het beste bepaald worden als basis voor een herziene bestandsschatting en bijstelling van het visserij-quotum? 4. Welke aanpassingen aan de surveymethodiek worden geadviseerd, alles overwegende? Uitzonderlijke sterfte Op basis van het 99% betrouwbaarheidsinterval rond de gemiddelde kokkelsterfte berekend uit historische datasets kan gesteld worden dat een zomersterfte hoger dan 50% zeker als uitzonderlijkgezien kan worden. De sterftepercentages waargenomen in de Waddenzee en Oosterschelde in de periode 2018-2020 waren duidelijk hoger dan 50%, en hoger dan in de voorgaande periode. In de Westerschelde worden vaker sterftepercentages hoger dan 50% waargenomen. Verschuiven van de survey Het verschuiven van de inventarisatie van kokkels naar het najaar is alleen zinvol als verschoven wordt naar een periode waarin geen sterfte meer op kan treden als gevolg van een hittegolf, dus vanaf 1oktober. Dit houdt in dat ook de aanvang van de visserij verschuift. Wanneer de huidige termijnen voor de berekening van het bestand en de vergunningverlening worden gehanteerd, kan aangevangen worden met de visserij per 1 februari. Geadviseerd wordt om dit met een maand op te schuiven naar 1 maart, na de winterperiode waarin nog kans is op verhoogde sterfte als gevolg van vorst en/of stormen.Verschuiving van de survey naar het najaar heeft nadelige gevolgen voor de praktische uitvoering van de surveys, en voor de statistische zeggingskracht van de tijdreeks. Voor uitvoering van het gehele pakket aan schelpdiersurveys in de Waddenzee zal meer tijd nodig zijn, naar schatting 2-3 weken. Bemonsteren in het najaar heeft als consequentie dat er schelpdierbroed in de monsters aanwezig is. In jaren met een omvangrijke broedval zorgt dit voor aanzienlijk meer werk, en de statistische zeggingskracht van de tijdreeks wordt lager. Ook betekent verschuiving naar het najaar een onderbreking van de tijdreeks die inmiddels 33 jaar bestrijkt, waardoor eveneens het statistische onderscheidingsvermogen afneemt. Hierdoor kunnen effecten van veranderingen in visserij- en/of natuurbeleid, en van grootschalige menselijke ingrepen, minder goed tot niet aangetoond worden. Omdat de huidige tijdreeksen voor tal van lopende studies worden gebruikt, wordt geadviseerd om een besluit tot onderbreking er van niet lichtvaardig te nemen, en als het even kan de survey dus niet te verschuiven. Rapportnummer CVO 22.021 5 van 43 Methodiek sterfte metingen Als de survey niet verschoven wordt zal in jaren met extreme sterfte een schatting gemaakt moeten worden van de omvang van de sterfte. Een bemonstering om de zomersterfte te herijken leent zich daarhet beste voor. Deze kan adaptief ingezet worden in de gebieden waar visserij plaatsvindt, zodra een extreme sterfte in het veld geconstateerd wordt.Advies Geadviseerd wordt om de voorjaarssurvey te handhaven, en dus niet te verplaatsen naar het najaar. Bij het optreden van een extreme zomersterfte zou dan in het najaar een sterfte-herijkingsbemonstering uitgevoerd moeten worden. Om meer inzicht te krijgen in het optreden van extreme sterfte in relatie tot zomerse temperaturen wordt aanbevolen om de komende jaren standaard ieder najaar een dergelijke bemonstering uit te voeren in de Waddenzee en Oosterschelde, en in de Westerschelde alleen indien daar een visserij gepland is. Gebaseerd op een power analyse en de relatie tussen het aantal monsterpunten en het betrouwbaarheidsinterval wordt geadviseerd om in de Waddenzee in het najaar minstens 300 punten te bemonsteren en in de Oosterschelde 225 punten. In de Westerschelde zou het volledige grid van 250 punten bemonsterd moeten worden in het najaar

Protocol voor prioritering mosselvisserij in laatst gesloten gebieden : Uitwerking van de beoordelingscriteria zoals gesteld in notitie 2 van het addendum op het vernieuwde mosselconvenant

Aan Wageningen Marine Research is gevraagd om, in samenspraak met de projectgroep, een advies op te stellen voor een eenduidig protocol waarmee jaarlijks (gedurende de transitieperiode) een bevissingsvolgorde kan worden bepaald voor mosselbanken in de laatst gesloten gebieden. Dit protocol dient rekening te houden met, en invulling te geven aan, de criteria die zijn meegegeven in het addendum bij het ‘mosselconvenant’ [notitie 2 van het addendum bij de kamerbrief “toekomst mosselconvenant Waddenzee” (Schouten, 2020)]. Een belangrijk onderdeel hiervan is het in kaarten weergeven van potentiële visgebieden met de volgorde waarin deze kunnen worden opengesteld binnen de overeengekomen randvoorwaarden. Daarnaast dient het een plan van aanpak te bevatten voor de jaarlijkse uitwerking, inclusief specificatie en planning van de benodigde informatievoorziening. Dit is van belang omdat besluitvorming over de selectie plaats moet vinden in de beschikbare tijd tussen de bestandsschatting en opstellen van het visplan door de PO Mosselcultuur

Dose-response relationship between shrimp trawl fishery and the macrobenthic fauna community in the coastal zone and Wadden Sea

The potential environmental effect of the brown shrimp fishery in the shallow shelf of the North Sea and Wadden Sea is debated because the fishery operates for a large part in designated Natura2000 sites. In this fishery a beam trawl is pulled along the seafloor, potentially affecting organisms living on and in the seabed. Because the effect by the trawl used in the shrimp fishery is unclear, has long been debated, and hardly studied to date, we carried out an experimental study to test short to medium term effects of the fishery on the benthic community in an area with a decadal long fishery. The study consisted of two complementing parts: one experiment focussed on the effect of a single fishing event in 15 different areas throughout the distribution area of shrimp fishery along the coast and in the Wadden Sea; in another experiment we measured the dose-response relationship between fishing intensity and the benthic community in one area in the Wadden Sea. Unfortunately, the first experiment was severely hampered by unplanned fishing by fishermen. Instead of the originally planned BACI design with 15 replicates, the first experiment was analysed by correlating actual fishing intensity and benthos community parameters. We found a negative relationship between fishing pressure and the change in number of species from pre- (T0) and post-fishing (T1, eight weeks later), but not in total density or Pielou's evenness. In the second experiment the change between T0 and T1, ten weeks later and T2, eight months later) in Pielou's evenness was negatively related to fishing pressure. The change in total density and the number of species were unrelated to fishing intensity. The pattern in evenness was primarily due to the positive relationship of the change of Ensis leei with fishing pressure. For eight of the ten most common individual macrofauna species, there was no relationship between their development and fishing pressure, while for two species the change in density showed a negative relationship with fishing pressure in the T0-T1 (Ascidia sp.) or T0-T2 comparison (Cerastoderma edule). We interpret the observed response in Ensis leei as their ability to relocate and quickly colonise space, that became vacant because the original inhabitants were disturbed, removed or died. Especially this last finding, that an apparently mobile opportunistic species is able to colonise vacant space is a fishery-related mechanism that adds to the understanding of the potential effect of shrimp fisheries.</p

Comparing grab and dredge sampling for shoreface benthos using ten years of monitoring data from the Sand Motor mega nourishment

Epifauna and infauna are often sampled by different types of sampling devices including grabs, and dredges, depending on various factors such as local environmental conditions, research questions and available budget. Because grabs and dredges have a different species-specific selectivity, both methods could be complementary but for some research questions they could give comparable results. In this study, a comparison is made between macrobenthos (epifauna and infauna) sampled simultaneously by a Van Veen grab and a quantitative benthic dredge, based on a large dataset that was collected from 2010 to 2019 as part of an extensive monitoring program to study the impact of the Sand Motor, a mega beach nourishment that was implemented in 2011 on the sandy North Sea coast in the Netherlands. Because of the larger mesh size of the sieve in the benthic dredge (5 mm) compared to the Van Veen (1 mm), only larger mollusks, echinoderms and crustaceans are identified in the dredge samples. This resulted in a lower number of taxa and average densities in the 676 benthic dredge samples (42 taxa and 98.7 ind. m−2, respectively) compared to the 636 Van Veen samples (228 taxa and 1380.9 ind. m−2, respectively). Due to the larger sampling area of the benthic dredge (10–15 m2) compared to the Van Veen (0.1 m2) the chance to encounter a species is higher in a benthic dredge than in a Van Veen grab sample. Although the benthic dredge only samples a subset of the benthic community that is sampled by the Van Veen grab, multivariate (nMDS) analysis of the data showed remarkable similarities between Van Veen and benthic dredge samples with major gradients correlated to water depth and temporal changes in environmental conditions due to the presence of the Sand Motor. This suggests that both techniques are indicative for the spatial variation and development of the macrobenthic community.Environmental Fluid Mechanic

Evaluatie Nieuwe Mosselpercelen - T0 benthos : Technische rapportage van de bemonstering van bodemdiergemeenschappen in de situatie voor aanleg van nieuwe percelen (2018 en 2019)

In het kader van het Mosselconvenant zijn afspraken gemaakt over de optimalisatie van de kweekpercelen in de westelijke Waddenzee. Dit houdt in dat er nieuwe kweekpercelen voor mosselen uitgegeven worden op locaties waarvan men verwacht dat goede rendementen gerealiseerd kunnen worden en er op andere locaties percelen, waar laag rendement gehaald wordt, worden opgegeven. Dit resulteert in de aanleg van 840 ha nieuw kweekareaal waar momenteel geen schelpdierbanken aanwezig zijn. Als gevolg van het introduceren van hard substraat (in de vorm van kweekpercelen) kunnen er mogelijk verschuivingen optreden in de bodemdiergemeenschap en andere aan de mossel geassocieerde soorten. Gezien de schaalgrootte van de maatregel is het relevant om hiernaar onderzoek te doen. In 2018 en 2019 zijn T0 bodemmonsters genomen om daaruit de bodemdiergemeenschappen voor aanleg van nieuwe percelen in kaart te brengen. Dit is van belang om in de toekomst vast te kunnen stellen of er mogelijk een verandering in de bodemdiergemeenschap opgetreden is door aanleg van percelen. De voorliggende technische rapportage beschrijft de methode en de voorlopige resultaten van de T0 bemonstering. Nadere analyse en discussie zullen plaatsvinden wanneer de bemonsteringen uitgevoerd zijn nadat percelen in gebruik genomen zijn. In Juni 2018 zijn er negen perceellocaties bemonsterd: Oosterom, Kabelgat, Wolfshoek (noord en zuid) en Gat van Pietje in de Vliestroom komberging, en Westkom (west en oost), Scheer en Texel in de Marsdiep komberging. In totaal betrof dit 356 ha van het areaal aan geplande nieuwe percelen. In Juni 2019 zijn de locaties Texel, Westkom oost en Gat van Pietje komen te vervallen. De bodemmonsters zijn genomen met een Boxcorer. De monsters zijn vervolgens gespoeld over een zeef van 1.0 mm en ten slotte gepreserveerd met formaline. In totaal zijn er respectievelijk 163 en 174 bodemmonsters verzameld in 2018 en 2019. Alleen de monsters uit 2018 zijn gedetermineerd en worden beschreven in de huidige rapportage. Hierbij zijn de drie locaties die zijn komen te vervallen ook nog niet geanalyseerd. In totaal resulteerde dat in 109 monsters verdeeld over zes locaties. Het aantal monsterpunten per locatie varieerde van 14 tot 21. Tijdens de T0 bemonstering in 2018 zijn er in totaal 136 soorten aangetroffen. De hoogste dichtheden (80766 indiv m-2) en biomassa (1478 g m-2) aan soorten wordt waargenomen op locatie Kabelgat. De soortensamenstelling wordt hier echter slechts door een beperkt aantal soorten (n=49) gedomineerd in vergelijking met de andere locaties. De laagste dichtheden (5703 indiv m-2) en biomassa (337 g m-2) van de bodemdiergemeenschap was waargenomen op het Oosterom, waar daarentegen de soortenrijkdom met 83 soorten hoog was. Het meeste aantal soorten (n=85) zijn waargenomen op locatie Scheer, en het meeste aantal soorten per monsterpunt was het hoogste in de Westkom. De bodemiergemeenschap op de locaties in het Marsdiep kombergingsgebied (Scheer, Westkom) konden op basis van indirecte gradiëntanalyse (DCA en RDA) duidelijk onderscheiden worden van de locaties in de Vliestroom komberging (Oosterom, Kabelgat, Wolfshoek). De soortensamenstelling op alle locaties werd gedomineerd door Annelida (wormen) en Mollusca (weekdieren). Op vrijwel alle locaties waren Ensis leei (mesheften) en/of Marenzelleria viridis (gewone groenworm) dominant. Deze soorten zijn beide exoten in de Waddenzee. In totaal zijn er in deze studie negen exoten aangetroffen, welke allen reeds bekend zijn voor de Waddenzee en Nederlandse kustwateren. Er zijn ook zeven typische H1110 soorten aangetroffen, welke slechts in beperkte mate de dichtheden en soorten aantallen op de locaties vertegenwoordigden