Impact of Retro Rocket Plumes on Upper Stage Aerodynamics during Stage Separation

In this paper we report on an extensive investigation of the separation process of the first two stages of a carrier rocket corresponding to VEGA, which employs solid rocket motors. The effect of the plume of first stage retro rockets on upper stage aerodynamics and aerothermal loads is analysed mostly by means of windtunnel testing in the hypersonic windtunnel H2K of DLR Cologne. Aerodynamic coefficients are determined by force measurements. In addition pressure distributions on the upper stage surface and Schlieren images for flow visualization are recorded. Infrared thermography measurements are conducted to determine the effect on aerothermal loads. Different flow conditions are achieved by variation of Reynolds number, retro rocket injection pressure ratio and angle of attack

Origin of XMRV and its Demise as a Human Pathogen Associated with Chronic Fatigue Syndrome

Retroviruses are well known pathogens of mammals, birds and fish. Their potential to induce cancer in chickens was already described almost 100 years ago and murine retroviruses have been a subject of study for 50 years. The first human retroviruses, HTLV and HIV, were discovered more than 30 years ago, surprising researchers and physicians by the profound differences in the diseases they cause. HTLV-1 is able to induce, after decades of infection, lymphomas/leukemia or neuroimmune disorders whereas untreated HIV infection leads almost inevitably to AIDS. The recently described XMRV (xenotropic murine leukemia virus-related virus) appeared to possess many of the features known for HTLV and was regarded by some to be the third human retrovirus. However, recent publications by Knox et al. [1] and Paprotka et al. [2] have shed new light on this gammaretrovirus. Knox and colleagues clearly demonstrate that XMRV is absent in patients belonging to a chronic fatigue syndrome cohort who had previously been reported to be XMRV-positive [3]. This supports the growing suspicion that laboratory contamination was responsible for the postulated link between XMRV and the disease. Furthermore, Paprotka et al’s identification of XMRV’s origin and the phylogenetic analysis of known XMRV sequences are further nails in the coffin to the notion that XMRV is a clinically relevant infectious human retrovirus

HERV-K(HML-2), the best preserved family of HERVs: endogenization, expression, and implications in health and disease

Retroviruses that have the ability to infect germ line cells can become an integral and inherited part of the host genome. About 8% of the human chromosomal DNA consists of sequences derived from infections by retroviruses that presumably circulated 2–40 millions of years ago, and some elements are actually much older. Post-insertional recombinations, deletions, and mutations have rendered all known human endogenous retroviruses (HERVs) non-infectious. However some, particularly the most recently acquired proviruses of the HERV-K(HML-2) family, can expresses viral proteins and produce viral particles. In this review we will first discuss the major aspects of the endogenization process and peculiarities of the different HERV-K families. We will then focus on the genes and proteins encoded by HERV-K(HML-2) as well as inactivation of these proviruses by postinsertional mutations and their inhibition by antiretroviral factors. After describing the evolutionary interplay between host and endogenous retrovirus we will delve deeper into the currently limited understanding of HERV-K and its possible association with disease, particularly tumorigenesis

Hochdruckmikroentladungen mit hohem Gasfluss : eine Quelle zur Erzeugung von Ionen und spinpolarisierten metastabilen Atomen

Mikroentladungen bei hohem Druck und mit Gasfluss stellen eine vielseitig nutzbare Quelle für Ionen und kalte metastabile Atome dar. In dieser Arbeit werden grundlegende Untersuchungen an dieser neuen Hochdruckentladung zur Erzeugung von metastabilen Atomen und einfachgeladenen Ionen vorgestellt. Der innovative Ansatz ist die Nutzung mikrostrukturierter Elektroden (MSE) zur Erzeugung von nichtthermischen Entladungen mit Gleichspannung. Die spezielle porenförmige Geometrie erlaubt die Erzeugung von Entladungen bei einem Druck > 1000 hPa. Die Mikroentladung produziert metastabile Atome und Ionen in einem lokalisierten Volumen durch Stöße mit energiereichen Elektronen, wobei das Neutralgas in der Entladung im Vergleich zu den Elektronen kalt ist. Außerdem kann die Entladung mit erzwungenem Gasfluss durch die Pore betrieben werden, so dass die Plasmabestandteile (neutrale/angeregte Atome, Radikale, Ionen, etc.) extrahiert werden. Mit dieser neuen Methode kann bei der adiabatischen Expansion des Gases ins Vakuum ein gerichteter Gasstrahl, mit geringer interner Temperatur, im Bereich von einigen K erzeugt werden. Die Verweildauer des Gases in der Mikropore ist < 0,1 µs, so dass auch Zustände mit kurzer Lebensdauer extrahiert werden können. Die MSE lässt sich aufgrund der kleinen Abstände im µm Bereich als Mehrschichtsystem, aus zwei metallischen Elektroden, die durch einen Isolator getrennt sind, realisieren. Dieses Grundmaterial wird mit einzelnen oder einer Vielzahl von Poren mit typischerweise 100 µm Durchmesser versehen. Mit Hilfe dieser Mikrostrukturen lassen sich stabile, nicht filamentre, homogene Entladungen mit Gleichspannung in allen Gasen als auch Gasgemischen in einem weiten Druckbereich von 600 hPa bis 4000 hPa erzeugen. Die Druckverhältnisse in der Pore lassen sich durch den Gasfluss zwischen einigen ml/min bis l/min variieren. Die Verweildauer des Gases in der Pore kann durch den Gasfluss gesteuert werden. Zur Diagnose werden die Bestandteile des Plasmas mit dem Gasstrom extrahiert und expandieren adiabatisch ins Vakuum. Der Einfluss von Vordruck, Gasfluss, Entladestrom und Gaszusammensetzung auf die Eigenschaften des Plasma-Jets konnte auf diese Weise bestimmt werden. Durch die Kühlung der Mikroentladung konnte die interne Temperatur des Targets nochmals gesenkt und die Geschwindigkeit gezielt reduziert werden. Die Messung des Geschwindigkeitsprofils, die Zusammensetzung, etc. geben einen indirekten Einblick in die komplexen Prozesse der Mikroentladung, die mit konventionellen Analysemethoden nur schwer zugnglich sind. Die gemessenen Eigenschaften der MSE- unterstützten Hochdruckentladung sind vergleichbar mit klassischen Glimmentladungen, jedoch ist die Anregungs- und Ionisationswahrscheinlichkeit aufgrund der Geometrie größer. Unter definierten Rahmenbedingungen erlaubt diese neue Technik die Erzeugung eines gerichteten Plasma-Jets bestehend aus kalten metastabilen Atomen, Ionen, etc. Basierend auf diesem Prinzip wurde eine Quelle für metastabile Heliumatome aufgebaut und mit verschiedenen Methoden analysiert. Der 23S1- Zustand wird aufgrund seiner atomaren Struktur effektiv durch die energiereichen Elektronen in der Entladung angeregt. Die Gasströmung bestimmt den Druck und die Verweildauer im aktiven Volumen. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass mit diesem Aufbau kalte, metastabile Atomstrahlen mit einer Intensität von 6 mal 10 hoch 13 (s mal sr) hoch minus 1 und Geschwindigkeiten von 900-1800 m/s erzeugt werden können. Bei den gemessenen Dichten in der Pore von 6 mal 10 hoch 12 (cm) hoch minus 3 ist die Ausbeute durch das Quenching der metastabilen Atome beschränkt. Die Eigenschaften dieses exotischen Atomstrahls sind hinsichtlich der absoluten Geschwindigkeit und der Geschwindigkeitsverteilung identisch mit einem konventionellen Überschall-Gasstrahl. Die Qualität des Strahls, aufgrund seiner geringen internen Temperatur von einigen K, erlaubt die Trennung und Fokussierung des gewünschten Zustandes. In Kombination mit der Separationseinheit wurde die Mikroplasmaquelle zur Erzeugung eines metastabilen 2 3 S 1-Heliumtargets mit polarisiertem Elektronenspin verwendet. Bei der Separation wird durch den außermittigen Einschuss in den permanentmagnetischen Hexapol eine hervorragende räumliche Trennung der verschiedenen Zustände erreicht und die Ausdehnung des Targets im Fokus auf 1 mm hoch 2 reduziert. Die erreichte Targetdichte für den spinpolarisierten 2 3 S 1-Zustand liegt im Fokus bei 10 hoch 6 cm hoch -2. Die Charakterisierung des Strahlverlaufs als auch die Time-of-Flight-Messungen zeigen, dass es sich bei der MSE unterstützten Hochdruckentladung um eine nichtthermische Entladung mit vergleichbaren Eigenschaften wie Niederdruckglimmentladung handelt, d.h. neutrale/angeregte Atome und Elektronen sind nicht im Temperaturgleichgewicht. Die Gastemperatur wird somit in der Mikroentladung nicht erhöht. Die Messungen mit Düsentemperatur von 80 K haben dies ausnahmslos bestätigt. Mit dieser Quelle lassen sich auch feine Ionenstrahlen bei hohem Druck erzeugen. Bei erzwungener Gasströmung durch die Entladung werden die Ionen aus dem Bereich der Entladung extrahiert und können zur Diagnose der Hochdruckentladung ins Vakuum überführt werden. Die Ionenausbeute wurde für verschiedene Gase und Gasgemische in Abhängigkeit von Gasfluss, Entladestrom, Extraktionsspannung untersucht. Die Elektronenenergie reicht ausschließlich zur Produktion von einfachgeladenen Ionen bzw. Molekülen aus. Der Anteil an Metallionen zeigt deutlich, dass die Geometrie die Erzeugung von Sekundärelektronen an der Kathode unterstützt. Die Wechselwirkung der Ionen mit dem Überschall-Gasstrahl im Bereich zwischen Düse und Skimmer führt zu einer starken Energieverbreiterung. Dies kann jedoch durch eine modifizierte Extraktionsgeometrie reduziert werden, hierbei ist insbesondere auf die Raumladung im Bereich zwischen Düse und Skimmer zu achten. Die vorgestellten Messungen haben exemplarisch für Helium gezeigt, dass gerichtete, kalte, metastabile Atomstrahlen mit ausreichender Intensität für atomphysikalische Experimente erzeugt werden können. Auf Basis der grundlegenden Erkenntnisse lässt sich das spinpolarisierte Target im nächsten Schritt hinsichtlich der erreichten Ausbeute optimieren. Dazu ist es notwendig, die Bedingungen in der Expansionskammer zu verbessern, so dass die Plasmaquelle mit höherem Vordruck betrieben werden kann. In diesem Zusammenhang sollte auch der Abstand Düse Skimmer verringert und die Separationseinheit auf diese modifizierten Rahmenbedingungen angepasst werden. Durch diese Modifikation kann die Targetdichte für spinpolarisiertes, metastabiles Helium nochmals gesteigert werden. Mit der erreichten Targetdichte sind die grundlegenden Voraussetzungen für atomphysikalische Messungen an einem spinpolarisierten Target geschaffen. Durch Anpassung der Separationseinheit ist es prinzipiell auch möglich, andere exotische metastabile Targets mit polarisiertem Elektronenspin zu erzeugen

Bio-based ablative thermal protection materials for space application

In the context of a growing bioeconomy, green renewable resources are of interest for the space industry. Because of its relatively low density, low thermal conductivity, easy handling and good ablative behaviour bio- and wood-based materials are taken into consideration for the use as a thermal protection system (TPS) material on hot structures such as the leading edges of stabilising fins, fairings, nose cones and other TPS applications. As a mandatory and thus flight critical structure of launch vehicles, these parts need to be aerodynamically effective, lightweight, stiff and heat resistant on its foremost front end, where high temperatures may arise from gas kinetic effects. In order to gain a deeper understanding and assess the applicability of modern bio- and wood-based materials, a systematic literature and patent analysis of bio- and wood-based materials in spaceflight has been conducted as a starting point for the research. To set a framework for the application of a bio-based material in space, functionality and boundary conditions have been analysed and form requirements for the development of the bio-based TPS material. Further, prototype materials with varying ingredients of natural fibres, binders and additives have been developed and characterised by a thermogravimetric analysis (TGA) to determine their general suitability as a TPS material. The materials have been additionally screened in more detail via the analyses of bulk density, thermal conductivity and specific heat capacity. Measurements under real environmental conditions in a plasma channel were carried out for further investigation and form the core of this work. With the defined requirements and results from screening tests and plasma channel tests a selection of the best-performing prototype material could be made. First impacts on launch vehicle’s design and an outlook for future research on bio-based TPS conclude this contribution

Xenotropic Murine Leukemia Virus–related Gammaretrovirus in Respiratory Tract

Xenotropic murine leukemia virus–related gammaretrovirus (XMRV) has been recently associated with prostate cancer and chronic fatigue syndrome. To identify nucleic acid sequences, we examined respiratory secretions by using PCR. XMRV-specific sequences were detected in 2%–3% of samples from 168 immunocompetent carriers and ≈10% of samples from 161 immunocompromised patients

Identification of the protease cleavage sites in a reconstituted Gag polyprotein of an HERV-K(HML-2) element

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The human genome harbors several largely preserved HERV-K(HML-2) elements. Although this retroviral family comes closest of all known HERVs to producing replication competent virions, mutations acquired during their chromosomal residence have rendered them incapable of expressing infectious particles. This also holds true for the HERV-K113 element that has conserved open reading frames (ORFs) for all its proteins in addition to a functional LTR promoter. Uncertainty concerning the localization and impact of post-insertional mutations has greatly hampered the functional characterization of these ancient retroviruses and their proteins. However, analogous to other betaretroviruses, it is known that HERV-K(HML-2) virions undergo a maturation process during or shortly after release from the host cell. During this process, the subdomains of the Gag polyproteins are released by proteolytic cleavage, although the nature of the mature HERV-K(HML-2) Gag proteins and the exact position of the cleavage sites have until now remained unknown.</p> <p>Results</p> <p>By aligning the amino acid sequences encoded by the <it>gag-pro-pol </it>ORFs of HERV-K113 with the corresponding segments from 10 other well-preserved human specific elements we identified non-synonymous post-insertional mutations that have occurred in this region of the provirus. Reversion of these mutations and a partial codon optimization facilitated the large-scale production of maturation-competent HERV-K113 virus-like particles (VLPs). The Gag subdomains of purified mature VLPs were separated by reversed-phase high-pressure liquid chromatography and initially characterized using specific antibodies. Cleavage sites were identified by mass spectrometry and N-terminal sequencing and confirmed by mutagenesis. Our results indicate that the <it>gag </it>gene product Pr74^Gagof HERV-K(HML-2) is processed to yield p15-MA (matrix), SP1 (spacer peptide of 14 amino acids), p15, p27-CA (capsid), p10-NC (nucleocapsid) and two C-terminally encoded glutamine- and proline-rich peptides, QP1 and QP2, spanning 23 and 19 amino acids, respectively.</p> <p>Conclusions</p> <p>Expression of reconstituted sequences of original HERV elements is an important tool for studying fundamental aspects of the biology of these ancient viruses. The analysis of HERV-K(HML-2) Gag processing and the nature of the mature Gag proteins presented here will facilitate further studies of the discrete functions of these proteins and of their potential impact on the human host.</p

Lack of evidence for xenotropic murine leukemia virus-related virus(XMRV) in German prostate cancer patients

Background: A novel gammaretrovirus named xenotropic murine leukemia virus-related virus (XMRV) has been recently identified and found to have a prevalence of 40% in prostate tumor samples from American patients carrying a homozygous R462Q mutation in the RNaseL gene. This mutation impairs the function of the innate antiviral type I interferon pathway and is a known susceptibility factor for prostate cancer. Here, we attempt to measure the prevalence of XMRV in prostate cancer cases in Germany and determine whether an analogous association with the R462Q polymorphism exists. Results: 589 prostate tumor samples were genotyped by real-time PCR with regard to the RNaseL mutation. DNA and RNA samples from these patients were screened for the presence of XMRV-specific gag sequences using a highly sensitive nested PCR and RT-PCR approach. Furthermore, 146 sera samples from prostate tumor patients were tested for XMRV Gag and Env antibodies using a newly developed ELISA assay. In agreement with earlier data, 12.9% (76 samples) were shown to be of the QQ genotype. However, XMRV specific sequences were detected at neither the DNA nor the RNA level. Consistent with this result, none of the sera analyzed from prostate cancer patients contained XMRV-specific antibodies. Conclusion: Our results indicate a much lower prevalence (or even complete absence) of XMRV in prostate tumor patients in Germany. One possible reason for this could be a geographically restricted incidence of XMRV infections

No Detection of XMRV in Blood Samples and Tissue Sections from Prostate Cancer Patients in Northern Europe

BACKGROUND: We recently published the rare detection of xenotropic murine leukemia virus-related virus (XMRV) (1/105) in prostate cancer (PCA) tissue of patients in Northern Europe by PCR. The controversial discussion about the virus being detected in PCA tissue, blood samples from patients suffering from chronic fatigue syndrome (CFS), as well as from a significant number of healthy controls prompted us to deepen our studies about detection of XMRV infection applying different detection methods (PCR, cocultivation and immunohistochemistry [IHC]). METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: Peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from 92 PCA and 7 healthy controls were isolated, PHA activated and cocultivated with LNCaP cells for up to 8 weeks. Supernatant of these cells was applied to a reporter cell line, DERSE-iGFP. Furthermore, the PBMCs and cocultivated LNCaP cells were tested for the presence of XMRV by PCR as well as Western Blot analysis. While all PCR amplifications and Western Blot analyses were negative for signs of XMRV infection, DERSE-iGFP cells displayed isolated GFP positive cells in three cases. In all three cases XMRV presence could not be confirmed by PCR technology. In addition, we performed XMRV specific IHC on PCA tissue sections. Whole tissue sections (n = 20), as well as tissue microarrays (TMA) including 50 benign prostate hyperplasia (BPH), 50 low grade and 50 high grade PCA sections and TMAs including breast cancer, colon cancer and normal tissues were stained with two XMRV specific antisera. XMRV protein expression was not detected in any cancer sections included. One BPH tissue displayed XMRV specific protein expression in random isolated basal cells. CONCLUSION: We were unable to conclusively detect XMRV in the blood from PCA patients or from healthy controls and there is no conclusive evidence of XMRV protein expression in PCA, breast cancer and colon cancer tissue sections tested by IHC staining