Physiology and biochemistry of reduction of azo compounds by Shewanella strains relevant to electron transport chain

Azo dyes are toxic, highly persistent, and ubiquitously distributed in the environments. The large-scale production and application of azo dyes result in serious environmental pollution of water and sediments. Bacterial azo reduction is an important process for removing this group of contaminants. Recent advances in this area of research reveal that azo reduction by Shewanella strains is coupled to the oxidation of electron donors and linked to the electron transport and energy conservation in the cell membrane. Up to date, several key molecular components involved in this reaction have been identified and the primary electron transportation system has been proposed. These new discoveries on the respiration pathways and electron transfer for bacterial azo reduction has potential biotechnological implications in cleaning up contaminated sites

Genome analysis and physiological comparison of Alicycliphilus denitrificans strains BC and K601T

The genomes of the Betaproteobacteria Alicycliphilus denitrificans strains BC and K601T have been sequenced to get insight into the physiology of the two strains. Strain BC degrades benzene with chlorate as electron acceptor. The cyclohexanol-degrading denitrifying strain K601T is not able to use chlorate as electron acceptor, while strain BC cannot degrade cyclohexanol. The 16S rRNA sequences of strains BC and K601T are identical and the fatty acid methyl ester patterns of the strains are similar. Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) analysis of predicted open reading frames of both strains showed most hits with Acidovorax sp. JS42, a bacterium that degrades nitro-aromatics. The genomes include strain-specific plasmids (pAlide201 in strain K601T and pAlide01 and pAlide02 in strain BC). Key genes of chlorate reduction in strain BC were located on a 120 kb megaplasmid (pAlide01), which was absent in strain K601T. Genes involved in cyclohexanol degradation were only found in strain K601T. Benzene and toluene are degraded via oxygenase-mediated pathways in both strains. Genes involved in the meta-cleavage pathway of catechol are present in the genomes of both strains. Strain BC also contains all genes of the ortho-cleavage pathway. The large number of mono- and dioxygenase genes in the genomes suggests that the two strains have a broader substrate range than known thus far.This research was supported by the Technology Foundation, the Applied Science Division (STW) of the Netherlands Organization for Scientific Research (NWO), project number 08053, the graduate school WIMEK (Wageningen Institute for Environment and Climate Research, which is part of SENSE Research School for Socio-Economic and Natural Sciences of the Environment, www.wimek-new.wur.nl and www.sense.nl), SKB (Dutch Centre for Soil Quality Management and Knowledge Transfer, www.skbodem.nl) and the Consolider project CSD-2007-00055. The research was incorporated in the TRIAS (TRIpartite Approaches 469 toward Soil systems processes) program (http://www.nwo.nl/en/research-and-results/programmes/alw/trias-tripartite-approach-to-soil-system-processes/index. html). Flávia Talarico Saia was supported by a FAPESP (the State of São Paulo Research Foundation) scholarship (2006-01997/5). The work conducted by the DOE JGI is supported by the Office of Science of the United States Department of Energy under contract number DE-AC02-05CH11231. Alfons Stams acknowledges support by an ERC (European Research Counsil) advanced grant (project 323009). The funders had no role in study design, data collection and analysis, decision to publish, or preparation of the manuscript

Systematic review of the evidence relating FEV1 decline to giving up smoking

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The rate of forced expiratory volume in 1 second (FEV₁) decline ("beta") is a marker of chronic obstructive pulmonary disease risk. The reduction in beta after quitting smoking is an upper limit for the reduction achievable from switching to novel nicotine delivery products. We review available evidence to estimate this reduction and quantify the relationship of smoking to beta.</p> <p>Methods</p> <p>Studies were identified, in healthy individuals or patients with respiratory disease, that provided data on beta over at least 2 years of follow-up, separately for those who gave up smoking and other smoking groups. Publications to June 2010 were considered. Independent beta estimates were derived for four main smoking groups: never smokers, ex-smokers (before baseline), quitters (during follow-up) and continuing smokers. Unweighted and inverse variance-weighted regression analyses compared betas in the smoking groups, and in continuing smokers by amount smoked, and estimated whether beta or beta differences between smoking groups varied by age, sex and other factors.</p> <p>Results</p> <p>Forty-seven studies had relevant data, 28 for both sexes and 19 for males. Sixteen studies started before 1970. Mean follow-up was 11 years. On the basis of weighted analysis of 303 betas for the four smoking groups, never smokers had a beta 10.8 mL/yr (95% confidence interval (CI), 8.9 to 12.8) less than continuing smokers. Betas for ex-smokers were 12.4 mL/yr (95% CI, 10.1 to 14.7) less than for continuing smokers, and for quitters, 8.5 mL/yr (95% CI, 5.6 to 11.4) less. These betas were similar to that for never smokers. In continuing smokers, beta increased 0.33 mL/yr per cigarette/day. Beta differences between continuing smokers and those who gave up were greater in patients with respiratory disease or with reduced baseline lung function, but were not clearly related to age or sex.</p> <p>Conclusion</p> <p>The available data have numerous limitations, but clearly show that continuing smokers have a beta that is dose-related and over 10 mL/yr greater than in never smokers, ex-smokers or quitters. The greater decline in those with respiratory disease or reduced lung function is consistent with some smokers having a more rapid rate of FEV₁decline. These results help in designing studies comparing continuing smokers of conventional cigarettes and switchers to novel products.</p

Optimierung Ga(NAsP)-basierender Heterostrukturen auf Si-Substrat für Laseranwendungen

Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war die Optimierung Ga(NAsP)-basierter Laserstrukturen auf Si-Substrat und der dafür erforderlichen Materialien. Die maximale Betriebstemperatur solcher Strukturen lag bisher bei 160 K, jedoch wird durch Steigerung der Effizienz ein Betrieb bei Raumtemperatur angestrebt. Die Betrachtung der Prozessierung zeigte ein Optimierungspotenzial auf, das eine größere Homogenität der elektrischen und optischen Kennlinien entlang eines Laserbarrens ermöglicht. Durch eine verbesserte Spaltprozedur mit Spalten über einer Glasfaser konnte die Qualität der Laserfacetten gesteigert werden. Aus Unter­suchungen des Kontaktwiederstandes konnte geschlossen werden, dass die Kontaktierung einer (BGa)P-Schicht mit dem n-Kontakt schlecht reproduzierbare Ergebnisse liefert. Durch Einführung einer verbesserten Ätzprozedur konnte die Homogenität der elektrischen Kennlinie entlang eines Laserbarrens erheblich verbessert werden. Da die Bestimmung von Komposition und Wachstumsrate der verwendeten Mischkristalle nicht trivial möglich ist, wurde eine Abschätzung der Genauigkeit unterschied­licher Charakterisierungsmethoden angestrebt. Der Schwerpunkt lag bei der Charakterisierung des aktiven Materials Ga(NAsP) mittels hochauflösender Röntgenbeugung (XRD) sowie Transmissionselektronen­mikroskopie (TEM). Da Materialkomposition und Schichtdicke einen Einfluss auf die Photolu­mineszenz (PL) ausüben, wurde mithilfe eines theoretischen Modells die zu erwartende Wellenlänge der PL errechnet. Der bei der Ermittlung der Materialkomposition zu erwartende Fehler konnte abgeschätzt werden. Die Bestimmung der Schichtdicke und somit der Wachstumsrate erfolgte erstmals sowohl mittels TEM als auch mittels XRD, sodass entsprechende Abweichungen quantifiziert werden konnten. Zur Optimierung der elektrischen Injektion wurde eine umfangreiche Charakteri­sierung aller stromführenden Schichten vorgenommen. Insbesondere für (BGa)(AsP):Te-Schichten konnte bei einer Messung nach der van-der-Pauw Methode eine unerwartet niedrige Leitfähigkeit gemessen werden. Es konnte ein deutlicher positiver Effekt von thermischem Ausheizen (Annealing) auf Leitfähigkeit und Ladungsträgerdichte an diesen Schichten nachgewiesen werden. Als alternative Methode zur Bestimmung von Schicht- und Kontaktwiderstand kam die Transferlängen-Methode (TLM) zum Einsatz. Der Gesamtwiderstand einer kompletten Laserstruktur konnte mit Hilfe der Beiträge der einzelnen Schichten erfolgreich abgeschätzt werden. Die Auswertung mehrerer Annealing-Prozeduren in einem eigens dafür konzipierten schnellen Ausheizofen (RTA) ermöglichte ein optimiertes Annealing. Mit Hilfe von TEM-Aufnahmen wurden erstmals durch die Annealing­-Prozedur induzierte Defekte im aktiven Material beobachtet. Zusammen mit den Ergebnisse weiterer Charakterisierungsmethoden muss eine Ausdiffusion von As aus den Ga(NAsP)-Schichten angenommen werden. Die zuvor entwickelten Ansätze zur Optimierung von Laserstrukturen wurden abschließend durch Messung der EL an kompletten Laserstrukturen geprüft. Es konnten keine Verlustprozesse gefunden werden, die speziell im Falle elektrischer Injektion die Leistungsfähigkeit einer Laserstruktur begrenzen. Verbesserte Annealing-Prozeduren ermöglichten die Steigerung der Elektrolumineszenz um den Faktor 2,6. Es konnte ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Spannung U0, ab der ein signifi­kanter Pumpstrom durch eine Laserstruktur fließt, und der Dicke sowie der Zusammen­setzung von Bor-haltigen Schichten in der Struktur hergestellt werden. Durch Variation von Dicke und Zusammensetzung von (BGa)(AsP) konnte die elektrische Kennlinie der Strukturen wesentlich verbessert werden, sodass die Spannung U0 um bis zu 7 V und der differentielle Widerstand Rdiff um bis zu 2,6 Ω gesenkt werden konnten. Gegenüber nicht optimierten Vergleichsstrukturen konnte die optische Effizienz um einen Faktor 1,6 gesteigert werden. Dieses Verhalten kann als Beleg dafür gewertet werden, dass der Einbau einer (BGa)(AsP)-Schicht in eine Laserstruktur zur Ausbildung einer Raumla­dungszone in Sperrrichtung führt. Um einen mangelhaften elektrischen Ladungsträgereinschluss als Ursache für eine geringe strahlende Effizienz unter elektrischer Injektion auszuschließen, wurden Strukturen mit modifizierten Hetero-Offsets konzipiert und untersucht. Die Interpretation von PL- bzw. EL-Spektren lieferte keine Hinweise auf einen schlechten elektrischen Einschluss für eine Ladungsträgerspezies. Insgesamt konnten die Elektrolumineszenz der betrachteten Laserstrukturen deutlich verbessert und Verlustprozesse minimiert werden. Darüber hinaus erlaubt die erhebliche Verbesserung der notwendigen Charakterisierungsmethoden nunmehr verlässlichere Aussagen über die Beschaffenheit der betrachteten Strukturen. Es konnten Vorschläge zur weiteren Verbesserung der elektrischen Kennlinie erarbeitet werden, insbesondere durch eine optimierte n-Dotierung von (BGa)(AsP)