Diversity, ultrastructure, and comparative genomics of “Methanoplasmatales”, the seventh order of methanogens

Methanogenic archaea are strict anaerobes that occur in diverse environments like marine and freshwater sediments, soils, hot springs, sewage sludge and the digestive tracts of animals and humans. Methanogens belong to the phylum Euryarchaeota, which comprises both methanogenic and non-methanogenic orders and many lineages of uncultivated archaea with unknown properties. By a comprehensive phylogenetic analysis, we connected the 16S rRNA gene sequences of one of these deep-branching lineages, distantly related to Thermoplasmatales, to a large clade of unknown mcrA gene sequences, a functional marker for methanogenesis. The analysis suggested that both genes stem from the same organism, indicating the methanogenic nature of this group. This was further confirmed by our two highly enriched cultures of methanogenic archaea, Candidatus Methanoplasma termitum strain MpT1 from a higher termite and strain MpM2 from the millipede gut, which had 16S rRNA genes that fell within in this lineage. Together with the recent isolation of Methanomassiliicoccus luminyensis from human feces, the results of our study supported that the entire lineage, distantly related to the Thermoplasmatales, represents the seventh order of methanogens, the “Methanoplasmatales” (now referred to as Methanomassiliicoccales). To gain deeper insight into this novel order of methanogens, we sequenced and analyzed the genome of Ca. Mp. termitum strain MpT1, and compared it to the three other genomes of the order Methanomassiliicoccales available to date. Our results confirmed that all members of the lineage are obligately hydrogen-dependent methylotrophs that perform methanogenesis by the hydrogen-dependent reduction of methanol or methylamines and lack the entire C1 pathway for reduction CO2 to CH4. However, this raises questions concerning the mechanism of energy conservation that had so far escaped attention. Our comparative analysis revealed that energy conversion in Methanomassiliicoccales differs from those of other obligately hydrogen-dependent methylotrophs. We identified a complex encoded by all four genomes that is related to the membrane-bound F420:methanophenazine oxidoreductase (Fpo) of Methanosarcinales, but lacks the F420-oxidzing module, as in the apparently ferredoxin-dependent Fpo-like homolog in Methanosaeta thermophila. We suggests that this Fpo-like complex of the Methanomassiliicoccales uses the present D subunit of the heterodisulfide reductase as an electron acceptor to form an energy-converting ferredoxin:heterodisulfide oxidoreductase. This suggests that in Methanomassiliicoccales, the heterodisulfide serves two functions: the production of reduced ferredoxin during electron bifurcation at the cytoplasmic MvhADG/HdrABC complex, and the generation of a membrane portential during the reoxidation of ferredoxin via a membrane-bound electron transport chain. This dual function of heterodisulfide may be a unique characteristic of the entire order. Furthermore, we identified an unusual two-membrane system in Ca. Mp. termitum and strain MpM2 by transmission electron micrographs that might be typical for the complete order. While methanogenesis in insect guts has been investigated by numerous authors, almost nothing is known about methanogenesis and the methanogenic community structure in millipedes, the only other group of arthropods that emit methane. Our analysis of the phylogenetic diversity of archaea associated with tropical millipedes documented that most methanogens in their guts fall into the orders Methanobacteriales, Methanosarcinales, Methanomicrobiales and Methano-massiliicoccales. Their close relatedness to methanogens from the guts of termites, cockroaches and scarab beetle larvae suggests that methanogenic community structure in methane-emitting arthropods is not necessarily shaped by cospeciation. Recently, it has been shown that bacterial communities mirror major events in the evolutionary history of the termites and cockroaches, which leads to the speculation if this is also case for the archaeal community. Here, we present a study that consists of both clone libraries and high-throughput sequencing which concludes that the archaeal community structure and phylogeny is shaped more by the major host groups than by coevolution and diet. This indicates that the host habitat is the major driving force for the selection of the archaeal community

Autonomous Deployment of a Solar Panel Using an Elastic Origami and Distributed Shape Memory Polymer Actuators

Deployable mechanical systems such as space solar panels rely on the intricate stowage of passive modules, and sophisticated deployment using a network of motorized actuators. As a result, a significant portion of the stowed mass and volume are occupied by these support systems. An autonomous solar panel array deployed using the inherent material behavior remains elusive. In this work, we develop an autonomous self-deploying solar panel array that is programmed to activate in response to changes in the surrounding temperature. We study an elastic "flasher" origami sheet embedded in a circle of scissor mechanisms, both printed with shape memory polymers. The scissor mechanisms are optimized to provide the maximum expansion ratio while delivering the necessary force for deployment. The origami sheet is also optimized to carry the maximum number of solar panels given space constraints. We show how the folding of the "flasher" origami exhibits a bifurcation behavior resulting in either a cone or disk shape both numerically and in experiments. A folding strategy is devised to avoid the undesired cone shape. The resulting design is entirely 3D printed, achieves an expansion ratio of 1000% in under 40 seconds, and shows excellent agreement with simulation prediction both in the stowed and deployed configurations.Comment: 12 pages, 12 figure

Von der Reduzierung zur Mobilisierung des Arbeitskräftepotenzials: Ansätze zur Integration von inaktiven und arbeitslosen Sozialleistungsbeziehern im internationalen Vergleich

Ein Blick über die Grenzen auf die beschäftigungspolitisch erfolgreichen Länder Dänemark, Niederlande, Großbritannien und Schweden zeigt, dass dort nicht nur die Arbeitslosenquoten gering und die Beschäftigungsquoten hoch sind, sondern auch die Inaktivitätsquoten von Sozialleistungsempfängern erheblich über dem deutschen Niveau liegen. Berücksichtigt man in der Arbeitsmarktbilanz eines Landes neben Erwerbstätigen und Arbeitslosen auch die Inaktiven im erwerbsfähigen Alter, speziell die Empfänger von passiven Wohlfahrtsstaatsleistungen (Leistungen wegen Krankheit, Invalidität, Vorruhestand und Sozialhilfe), die weder beschäftigt noch arbeitslos gemeldet sind, dann relativiert sich diese Bilanz nicht selten. Seit Januar 2005 sind durch die Zusammenführung von Arbeitslosenhilfe und Sozialhilfe zusätzlich 700 000 Frauen und Männer in Deutschland als arbeitslos registriert und als erwerbsfähig eingestuft worden, die zum Teil noch nie erwerbstätig waren. Bereits vor Hartz IV war die Zahl der in den Arbeitslosenstatistiken sichtbaren Arbeitslosen hierzulande wesentlich höher und die der nicht sichtbaren Inaktiven geringer als in den beschäftigungspolitischen Erfolgsländern. Eine im Vergleich zum SGB II weniger eng gefasste Definition von Erwerbsfähigkeit, die großzügigere Ausgestaltung passiver Sozialleistungen wie Erwerbsunfähigkeit, Vorruhestand, Krankheit und der permissive Zugang zu diesen Leistungssystemen, haben dazu geführt, dass in den Nachbarländern in den 80er und 90er eine stärkere sozialstaatlich subventionierte Verknappung des Arbeitsangebotes über Erwerbsunfähigkeit und Krankheit als in Deutschland erfolgte. Je nach landesspezifischer Ausgestaltung wurden Erwerbsunfähigkeitsleistungen und Vorruhestandsregelungen zum Auffangbecken für ältere und gering qualifizierte Arbeitslose und solche Arbeitnehmer, die vom Strukturwandel betroffen waren. Steigende Unter- bzw. Nichtbeschäftigung in den Beschäftigungswunderländern ging einher mit sinkenden offiziellen Arbeitslosenzahlen. Da die offiziell ausgewiesene Arbeitslosensquote in der öffentlichen Diskussion aller Länder der entscheidende Indikator für die Beurteilung der Beschäftigungs- und Arbeitsmarktpolitik ist, wurde der Druck auf die Politik in den Nachbarländern dadurch erheblich verringert. Immer höhere Ausgaben für nichtaktive Sozialleistungsbezieher und eine teils bereits akute und - aufgrund des demographischen Wandels künftig größer werdende - Arbeitskräfteknappheit haben jüngst in allen vier Ländern zu einem Kurswechsel in Richtung Mobilisierung des latenten Erwerbspersonenpotentials geführt. Mit einem jeweils landesspezifischen Mix aus Kürzungen der Sozialleistungen, einer restriktiveren Definition von Erwerbsfähigkeit, einem stärker kontrollierten Zugang zu Sozialleistungen und organisatorischen Veränderungen hinsichtlich der administrativen Zuständigkeiten (Gatekeeping, One-stop-shops), versuchen die Vergleichsländer mehr Inaktive wieder in reguläre Beschäftigung zu bringen. Dabei wird die in der Vergangenheit primär auf die Arbeitslosengeldbezieher angewandte Aktivierungspolitik der Rechte und Pflichten nun auch auf die anderen Sozialleistungsbezieher ausgedehnt. Ein differenziertes Fallmanagement gepaart mit finanziellen Anreizen bei Beschäftigungsaufnahme bilden die Schwerpunkte der Aktivierungspolitik nicht nur in Großbritannien. In Dänemark, Schweden und den Niederlanden gibt es zusätzlich auch subventionierte Beschäftigung für bestimmte Problemgruppen (Behinderte, Langzeitarbeitslose), aber ein auf Dauer angelegter, sozialpolitisch motivierter dritter Arbeitsmarkt stellt dort derzeit keine Alternative zur Aktivierung in der Sozial- und Arbeitsmarktpolitik dar. Erfahrungen mit kommunalen Ansätzen sozialer Aktivierung in Dänemark und den Niederlanden zeigen aber, dass solche Programme, insbesondere wenn sie einen verpflichtenden Charakter haben, nicht nur eine Möglichkeit sozialer Teilhabe sondern auch eine Zwischenstufe auf dem Weg in reguläre Arbeit darstellen können.Da internationale Ansätze mit einer Art zweiten Aktivierung von inaktiven Leistungsbeziehern für einen so breiten Personenkreis, wie er durch das SGB II abgedeckt ist, erst am Anfang stehen, können nur begrenzt Aussagen über die Erfolgsaussichten der Integration von relativ arbeitsmarktfernen Problemgruppen des Arbeitsmarktes in anderen Ländern gemacht werden

Länderspezifische Ausgestaltung von Aktivierungspolitiken : Chronologie und gesetzliche Grundlagen

"Das Konzept der Aktivierung kennzeichnet die Arbeitsmarkt- und Sozialpolitik zahlreicher Länder seit den frühen 1990er Jahren und ist durch einschneidende Sozialversicherungsreformen geprägt. Trotz unterschiedlicher wohlfahrtsstaatlicher Ausprägungen sind in Großbritannien, den Niederlanden, Dänemark und Schweden mittlerweile ähnliche Strukturen bei der Aktivierung von Leistungsempfängern identifizierbar. In diesem Forschungsbericht werden die einzelnen Phasen von Aktivierung in diesen vier Ländern im Zeitablauf dokumentiert. Lag der Fokus in allen Ländern zunächst auf der Integration von Arbeitslosengeldempfängern, wurde ab Mitte der 1990er der Blick zunehmend auch auf Hilfeempfänger gerichtet. Aktuell werden in diesen Ländern so genannte inaktive Leistungsbezieher verstärkt in das 'Fördern und Fordern' einbezogen. Die Erwerbsintegration möglichst aller Leistungsempfänger stellt jedoch besonders hohe Anforderungen an die Eingliederungspolitik für besonders benachteiligte Gruppen auf dem Arbeitsmarkt." (Autorenreferat, IAB-Doku)aktivierende Arbeitsmarktpolitik - internationaler Vergleich, Aktivierung - historische Entwicklung, Leistungsempfänger, Zielgruppe, Wohlfahrtsstaat, aktivierende Sozialpolitik, Sozialhilfeempfänger, Großbritannien, Niederlande, Dänemark, Schweden

Self-aggregates Of Cationic Meso-tetratolylporphyrins In Aqueous Solutions

Aggregation properties of meso-tetratolylporphyrins bearing cationic substituents of a lipophilic nature such as ammonium, pyridinium, phosphonium, sulfonium, and isothiouronium were studied by UV/vis and resonance light scattering spectroscopy. The exciton point-dipole approximation was used to predict the structural alignment of the porphyrin units within the aggregate. The contribution of various types of aggregates depends on the porphyrin substitution, ionic strength, and temperature of aqueous solution of the porphyrin. In general, the preferred structure of an aggregate formed by temperature-induced aggregation is the J-aggregate exhibiting the characteristically narrow, red-shifted Soret band indicating a parallel side-by-side arrangement of the porphyrin units. The formation of aggregates of cationic tetratolylporphyrins is controlled by both electrostatic and hydrophobic interactions, Observed aggregation properties of porphyrin derivatives bearing trimethylammonium, trimethylphosphonium, pyridinium, dimethylphenylphosphonium, and triphenylphosphonium substituents are in very good agreement with a theoretical model based solely on electrostatic interactions

High-grade extracellular vesicles preparation by combined size-exclusion and affinity chromatography

Extracellular vesicles (EVs) have recently gained growing interest for their diagnostic and therapeutic potential. Despite this, few protocols have been reported for the isolation of EVs with preserved biological function. Most EV purification methods include a precipitation step that results in aggregation of vesicles and most available techniques do not efficiently separate the various types of EVs such as exosomes and ectosomes, which are involved in distinct biological processes. For this reason, we developed a new two-step fast performance liquid chromatography (FPLC) protocol for purification of large numbers of EVs. The method comprises size exclusion chromatography followed by immobilized metal affinity chromatography, which is enabled by expression of poly-histidine tagged folate receptor α in the parental cells. Characterisation and comparison of the EVs obtained by this method to EVs purified by differential centrifugation, currently the most common method to isolate EVs, demonstrated higher purity and more selective enrichment of exosomes in EV preparations using our FPLC method, as assessed by comparison of marker proteins and density distribution. Our studies reveal new possibilities for the isolation of defined subpopulations of EVs with preserved biological function that can easily be upscaled for production of larger amounts of EVs

Länderspezifische Ausgestaltung von Aktivierungspolitiken: Chronologie und gesetzliche Grundlagen

"Das Konzept der Aktivierung kennzeichnet die Arbeitsmarkt- und Sozialpolitik zahlreicher Länder seit den frühen 1990er Jahren und ist durch einschneidende Sozialversicherungsreformen geprägt. Trotz unterschiedlicher wohlfahrtsstaatlicher Ausprägungen sind in Großbritannien, den Niederlanden, Dänemark und Schweden mittlerweile ähnliche Strukturen bei der Aktivierung von Leistungsempfängern identifizierbar. In diesem Forschungsbericht werden die einzelnen Phasen von Aktivierung in diesen vier Ländern im Zeitablauf dokumentiert. Lag der Fokus in allen Ländern zunächst auf der Integration von Arbeitslosengeldempfängern, wurde ab Mitte der 1990er der Blick zunehmend auch auf Hilfeempfänger gerichtet. Aktuell werden in diesen Ländern so genannte inaktive Leistungsbezieher verstärkt in das 'Fördern und Fordern' einbezogen. Die Erwerbsintegration möglichst aller Leistungsempfänger stellt jedoch besonders hohe Anforderungen an die Eingliederungspolitik für besonders benachteiligte Gruppen auf dem Arbeitsmarkt." (Autorenreferat