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Brewing a sustainable future: a firm-level analysis of sustainability initiatives in the coffee sector
No full textThe coffee industry has long relied on third-party certification as their approach to sustainability, driven by customer demand and changing consumer behavior. Today, multiple forms of sustainability engagement have developed in the industry. This study uses a machine learning approach to analyze the engagement in sustainability initiatives of 100 firms active in the German market. Results reveal that company size and value chain position influence choice and engagement intensity in sustainability initiatives. A complementary literature analysis on policy recommendations to promote sustainability engagement in the coffee industry revealed a fragmented and insufficiently granular picture to address the diverse needs of stakeholders. While company characteristics significantly influence their choice of sustainability initiatives, policymakers often adopt generic approaches that do not reflect these nuances. Future research could extend this approach to deepen understanding or validate findings of policies for sustainable transformation in the coffee sector to other critical crops
Interactive effects of feed particle size, calcium, and exogenous phytase on gastrointestinal phytate degradation and related traits in broiler chickens
No full textPhosphorus (P) is an essential element in maintaining the physiological mechanisms of poultry, making an adequate dietary P supply crucial. In plant-based feed ingredients commonly used in poultry nutrition, the primary form of P is phytate, any salt of phytic acid (InsP6). Enzymes that hydrolyze InsP6, such as phytases and phosphatases, are needed to release P from InsP6 for digestion and absorption. The extent to which P is released depends on the limited and variable endogenous enzyme capacity of poultry. Consequently, diets are often supplemented with costly mineral P sources derived from finite global rock phosphates to meet P requirements. Any unabsorbed P is excreted and contributes to environmental impacts. Incorporating exogenous phytases into poultry diets enhances the P release from InsP6, thereby enabling reduced use of mineral P supplements. To further improve P utilization and completely replace supplemental mineral P, it is essential to understand the effects on phytase efficacy, both single and interactive. Therefore, three studies were conducted to gain deeper insight into the InsP6 degradation and related characteristics along the digestive tract of broiler chickens, as influenced by dietary ingredients and their physical properties. Using coarsely ground feed particles in broiler diets improves digestive tract development and nutrient utilization. Coarse particles may therefore be beneficial for InsP6 degradation. Moreover, dietary coarse particles might mitigate the inhibitory effects of high dietary calcium (Ca) concentrations by lowering the pH in the digestive tract. The first study aimed to investigate the single and interactive effects of feed particle size and Ca concentration in the absence and presence of exogenous phytase on InsP6 degradation, prececal digestibility of P, Ca, and amino acids (AA), and retention of P, Ca, and nitrogen (N). Ross 308 broiler chickens received experimental diets from day 7 to 22/23 of life. Experimental diets differed in feed particle size (fine and coarse; 222 and 309 μm), Ca concentration (low and high; 4.9 and 7.2 g/kg), and phytase supplementation (0 and 1,000 FTU/kg). Prececal InsP6 disappearance increased with coarse particle size without phytase supplementation. Supplemented phytase removed such differences. Coarse particles were associated with higher gizzard weights and lower gizzard content pH compared to fine particles, whereas high dietary Ca concentration increased the pH of the gizzard content. Thus, the antinutritive effects of the higher dietary Ca concentration were not mitigated by using coarse feed particles, resulting in a reduction in prececal InsP6 disappearance and digestibility of P and most of the AA. Prececal AA digestibility increased with dietary coarse particles compared to fine particles. In the presence of phytase, high dietary Ca enhanced InsP6 disappearance in the crop. The first study found that dietary coarsely ground feed particles without supplemented phytase increased prececal InsP6 disappearance, but phytase supplementation compensated for this particle size effect. Accordingly, the objective of the second study was to determine the single and interactive effects of feed particle size and phytase level. Effects on growth performance, prececal InsP6 disappearance, prececal digestibility of P and Ca, and tibia characteristics were examined. From day 10 to 38 of life, Ross 308 broilers were fed experimental diets containing fine and coarse feed particles (434 and 729 μm) and without and with phytase supplementation (300, 600, and 1,200 FTU/kg). Particle size and phytase did not interact significantly concerning any measured trait. Contrary to expectations, finely ground feed particles increased prececal InsP6 disappearance and P digestibility, suggesting coarse grinding of rapeseed meal may not benefit birds. Growth performance, prececal InsP6 disappearance and related P digestibility, as well as tibia ash and breaking strength, were increased by phytase supplementation. This indicated that diets met the bird’s P requirement at the given total P level and 1,200 FTU phytase/kg, allowing the renouncement of feed phosphate in the grower and finisher phases without adverse effects on performance and bones. Based on a previous study that found a linear relationship between the dietary InsP6 concentration and the prececal InsP6 disappearance caused by supplemented phytase, the third study aimed to verify this indication of a constant prececal InsP6 disappearance per unit of supplemented phytase. This suggested that the efficiency of supplemented phytase was not affected by dietary InsP6 concentration. The study investigated the effects of dietary InsP6 concentration and phytase supplementation on gastrointestinal InsP6 degradation, prececal digestibility of P, AA, and Ca, and N-corrected metabolizable energy (MEN) in broiler chickens. Ross 308 broilers were provided with diets from day 14 to 22/23 of life. Dietary InsP6 was increased by substituting corn starch with a mixture of 50 % soybean meal, 20 % rapeseed meal, 20 % sunflower meal, and 10 % rice bran (oilseed meal-rice bran levels (ORL)). Experimental diets included four dietary InsP6-P concentrations (ORL1, ORL2, ORL3, and ORL4) and three phytase levels (500, 1,500, and 3,000 FTU/kg). Feed ingredient exchange led to additional diet alterations beyond changes in InsP6 concentration, including variations in P, crude protein, Ca, and fiber concentrations. Increasing ORL decreased the InsP6 disappearance in the crop. Prececal InsP6 disappearance and P digestibility decreased linearly with increasing ORL at 500 FTU/kg, whereas ileal myo-inositol concentration was unaffected. This indicated that the supplemented phytase was the limiting factor for the complete dephosphorylation of InsP6 to myo-inositol. At 1,500 and 3,000 FTU/kg, prececal InsP6 disappearance and P digestibility differed hardly among ORL but decreased with increasing ORL. A non-linear relationship was found at 500 FTU/kg when prececal InsP6 disappearance or ileal myo-inositol concentration relative to FTU was regressed against dietary InsP6. Such relationships were linear at 1,500 and 3,000 FTU/kg, suggesting that the efficiency of supplemented phytase to fully hydrolyze InsP6 to myo-inositol at 1,500 FTU/kg or higher was impaired by phytase level but not ORL. The cecal InsP6 concentration increased with ORL and decreased with phytase. Increasing ORL decreased the prececal digestibility of all AA (except cysteine) and MEN. In conclusion, conflicting effects on InsP6 degradation concerning feed particle size and its effects on endogenous and supplemented enzymes were found. This suggests that using coarsely ground particles in the feed may not be equally effective for all ingredients. Rapeseed meal is potentially less suitable than wheat or corn in coarsely ground form. Regardless of phytase level, coarse feed particles increased prececal AA digestibility. Due to the inconsistent results and a lack of studies regarding feed particle size effects on InsP6 degradation and prececal AA digestibility, further research is needed. The antinutritive effects of dietary Ca on InsP6 degradation and prececal AA digestibility could not be compensated for by using coarse feed particles. To maximize nutrient utilization, feed particle size should be adapted to the respective raw material, and dietary Ca should be as low as possible without risking a deficit, combined with phytase. Supplemented phytase at 1,500 FTU/kg or higher does not impair InsP6 degradation and prececal AA digestibility in response to increasing ORL. Thus, adjusting the phytase level to increased dietary InsP6 concentrations was not necessary under the conditions of this study, and further research is necessary.Phosphor (P) ist ein essenzielles Element für die physiologischen Mechanismen des Geflügels, weshalb eine angemessene Versorgung mit P von entscheidender Bedeutung ist. In pflanzlichen Futtermitteln, die üblicherweise in der Geflügelernährung eingesetzt werden, ist die primäre Bindungsform von P das Phytat, ein Salz der Phytinsäure (InsP6). Um P aus InsP6 für die Absorption freisetzen zu können, werden InsP6 hydrolysierende Enzyme, wie Phytasen und Phosphatasen benötigt. Das Ausmaß der P-Freisetzung hängt von der limitierten und variablen endogenen Enzymkapazität des Geflügels ab, InsP6 abzubauen. Infolgedessen wird das Futter häufig mit teuren mineralische P-Quellen ergänzt, die aus den endlichen weltweiten Gesteinsphosphaten hergestellt werden, um den P-Bedarf zu decken. Nicht absorbierter P wird über die Exkremente ausgeschieden und trägt zur Umweltverschmutzung bei. Die Supplementierung von exogener Phytase zum Geflügelfutter erhöht die Freisetzung von P aus InsP6 und ermöglicht dadurch eine Reduzierung des Einsatzes von mineralischen P-Supplementen. Um die P-Verwertung weiter zu steigern und vollständig auf mineralische P-Supplemente verzichten zu können, ist es wichtig, sowohl die einzelnen als auch die
interaktiven Effekte auf die Effizienz von Phytasen zu verstehen. Daher wurden drei in-vivo Studien durchgeführt, um einen tieferen Einblick in den InsP6-Abbau und die damit verbundenen Merkmale im Verdauungstrakt von Broilern zu gewinnen, die durch Futterbestandteile und deren physikalische Eigenschaften beeinflusst werden. Die Verwendung von groben Futterpartikeln in den Rationen von Broilern verbessert die Entwicklung des Verdauungstrakts und die Nährstoffverwertung. Grobe Partikel können daher für den InsP6-Abbau von Vorteil sein. Darüber hinaus könnten diese die hemmenden Effekte einer hohen Calcium (Ca)-Konzentration im Futter auf den InsP6-Abbau abschwächen, indem sie den pH-Wert im Verdauungstrakt senken. In der ersten Studie wurden die einzelnen und interaktiven Effekte der Futterpartikelgröße sowie der Ca-Konzentration ohne und mit Phytase auf den InsP6-Abbau, die praecaecale Verdaulichkeit von P, Ca und Aminosäuren (AA) sowie die Retention von P, Ca und Stickstoff (N) untersucht. Ross 308 Broiler erhielten die Versuchsrationen vom 7. bis zum 22./23. Lebenstag. Die Versuchsrationen unterschieden sich in der Futterpartikelgröße (fein und grob; 222 und 309 μm), der Ca-Konzentration (niedrig und hoch; 4,9 und 7,2 g/kg) und der Phytase-Supplementierung (0 und 1000 FTU/kg). Das praecaecale InsP6-Verschwinden nahm mit groben Partikeln zu, wenn keine Phytase supplementiert wurde. Eine Phytase-Supplementierung glich diese Unterschiede aus. Im Vergleich zu feinen Partikeln waren grobe Partikel mit einem höheren Gewicht des Muskelmagens und einem niedrigeren pH-Wert des Muskelmageninhalts assoziiert. Eine hohe Ca-Konzentration erhöhte hingegen den pH-Wert des Muskelmageninhalts. Somit wurden die antinutritiven Effekte von Ca durch die Verwendung grober Futterpartikel nicht verringert. Dies führte zu einer Reduktion des praecaecalen InsP6-Verschwindens und der Verdaulichkeit von P und den meisten AA. Die praecaecale AA-Verdaulichkeit stieg mit groben Partikeln im Vergleich zu feinen Partikeln an. Eine hohe Ca-Konzentration in Kombination mit Phytase erhöhte das InsP6-Verschwinden im Kropf. In der ersten Studie wurde gezeigt, dass grobe Futterpartikel ohne Phytase-Supplementierung das praecaecale InsP6-Verschwinden erhöhten, während eine Phytase-Supplementierung diesen Partikeleffekt kompensierte. Das Ziel der zweiten Studie war es daher, die einzelnen und interaktiven Effekte der Futterpartikelgröße und Phytase-Dosierung zu ermitteln. Dabei wurden die Effekte auf die Wachstumsleistung, das praecaecale InsP6-Verschwinden, die praecaecale Verdaulichkeit von P und Ca sowie die Mineralisierungsmerkmale der Tibia untersucht. Broiler der Linie Ross 308 wurden vom 10. bis zum 38. Lebenstag mit Versuchsfutter gefüttert, das feine und grobe Futterpartikel (434 und 729 μm) ohne und mit Phytase-Supplementierung (300, 600 und 1200 FTU/kg) enthielt. Die Partikelgröße und die Phytase-Dosierung interagierten bei keinem der gemessenen Merkmale signifikant. Entgegen den Erwartungen führten die feinen Partikel zu einer Erhöhung des praecaecalen InsP6-Abbaus und der praecaecalen P-Verdaulichkeit. Dies deutet an, dass das grobe Mahlen von Rapsextraktionsschrot für das Geflügel möglicherweise nicht von Vorteil ist. Die Phytase-Supplementierung steigerte die Wachstumsleistung, das praecaecale InsP6-Verschwinden, die praecaecale P-Verdaulichkeit, die Tibia-Asche und die Tibia-Bruchfestigkeit. Dies lässt vermuten, dass der P-Bedarf der Broiler bei gegebenem Gesamt-P-Gehalt und 1200 FTU Phytase/kg gedeckt war, was den Verzicht auf Futterphosphat in der Aufzucht- und Endmastphase ohne Einbußen bei der Leistung und Knochenmineralisierung ermöglicht. Basierend auf den Ergebnissen einer früheren Studie, in der eine lineare Beziehung zwischen der InsP6-Konzentration in der Ration und dem durch Phytase-Supplementierung verursachten praecaecalen InsP6-Verschwinden festgestellt wurde, sollte in der dritten Studie dieser Hinweis auf ein konstantes praecaecales InsP6-Verschwinden pro Einheit supplementierter Phytase systematisch verifiziert werden. Das erste Ziel war, die Effekte der InsP6-Konzentration und der Phytase-Supplementierung auf den gastrointestinalen InsP6-Abbau, die praecaecale Verdaulichkeit von P, AA und Ca sowie die N-korrigierte Umsetzbare Energie (MEN) bei Broilern zu untersuchen. Das zweite Ziel war, zu evaluieren, ob die InsP6-Konzentration die Effizienz unterschiedlicher Phytase-Dosierungen beeinflusst. Den Ross 308 Broilern wurden vom 14. bis zum 22./23. Lebenstag Versuchsrationen gefüttert. Das InsP6 wurde durch den Austausch von Maisstärke gegen eine Mischung aus 50 % Sojaextraktionsschrot, 20 % Rapsextraktionsschrot, 20 % Sonnenblumenextraktionsschrot und 10 % Reiskleie erhöht (Ölsaatschrot-Reiskleie Mischungen (ORL)). Die Versuchsrationen enthielten vier InsP6-P-Konzentrationen (ORL1, ORL2, ORL3 und ORL4) und drei Phytase-Dosierungen (500, 1500 und 3000 FTU/kg). Der Austausch der Futterkomponenten führte zu Veränderungen in den Rationen, die über die InsP6-Konzentration hinausgingen, einschließlich P-, Rohprotein-, Ca- und Faser-Konzentrationen. Eine Erhöhung der ORL reduzierte das InsP6-Verschwinden im Kropf. Das praecaecale InsP6-Verschwinden und die praecaecale P-Verdaulichkeit nahmen bei 500 FTU/kg mit steigenden ORL linear ab, während die Myo-Inositol-Konzentration im Ileum unverändert war. Dies deutet an, dass die supplementierte Phytase der begrenzende Faktor für die vollständige Dephosphorylierung von InsP6 zu Myo-Inositol war. Bei 1500 und 3000 FTU/kg unterschieden sich das praecaecale InsP6-Verschwinden und die praecaecale P-Verdaulichkeit zwischen den ORL kaum, nahmen aber mit zunehmenden ORL ab. Eine nicht-lineare Beziehung wurde bei 500 FTU/kg festgestellt, wenn das praecaecale InsP6-Verschwinden oder die ileale Myo-Inositol-Konzentration relativ zu FTU gegen das InsP6 in der Ration abgetragen wurden. Bei 1500 und 3000 FTU/kg waren diese Beziehungen linear. Dies deutet an, dass die Effizienz der Phytase-Supplementierung ab 1500 FTU/kg durch die Phytase-Dosierung, aber nicht durch die ORL, beeinträchtigt wurde, um InsP6 vollständig zu Myo-Inositol zu hydrolysieren. Die caecale InsP6-Konzentration nahm mit den ORL zu und mit Phytase ab. Eine Erhöhung der ORL verringerte die praecaecale Verdaulichkeit aller AA (außer Cystein) und die MEN. Zusammenfassend wurden widersprüchliche Daten zum InsP6-Abbau in Abhängigkeit von der Futterpartikelgröße und deren Effekte auf die endogenen und supplementierten Enzyme gefunden. Dies deutet an, dass die Verwendung grober Futterpartikel möglicherweise nicht für alle Futterkomponenten gleichermaßen wirksam ist. Rapsextraktionsschrot ist in grob gemahlener Form für das Geflügel womöglich weniger geeignet als Weizen oder Mais. Unabhängig von der Phytase-Dosierung erhöhten grobe Futterpartikel die praecaecale AA-Verdaulichkeit. Aufgrund der widersprüchlichen Ergebnisse und des Mangels an Studien zu den Effekten der Futterpartikelgröße auf den InsP6-Abbau und die praecaecale AA-Verdaulichkeit ist weitere Forschungsarbeit erforderlich. Die antinutritiven Effekte von Ca auf den InsP6-Abbau und die praecaecale AA-Verdaulichkeit konnten durch grobe Futterpartikel nicht ausgeglichen werden. Um die Nährstoffverwertung zu maximieren, sollte die Futterpartikelgröße an das jeweilige Rohmaterial angepasst werden. Zudem sollte die Ca-Konzentration so niedrig wie möglich sein, ohne ein Defizit zu riskieren, und eine Phytase-Supplementierung sollte erfolgen. Eine Phytase-Supplementierung ab 1500 FTU/kg beeinträchtigt den InsP6-Abbau und die praecaecale AA-Verdaulichkeit durch eine Erhöhung der ORL nicht. Unter den gegebenen Versuchsbedingungen ist eine Anpassung der Phytase-Dosierung an die zunehmenden InsP6-Konzentrationen in der Ration nicht erforderlich, jedoch sind weitere Untersuchungen sinnvoll
Tannic acid and ethacridine lactate attenuate markers of stress-induced intestinal barrier dysfunctions in murine small intestinal organoids
No full text(1) Background: Tannacomp® is a drug consisting of tannin albuminate, a complex of tannic acid (TA) and ethacridine lactate (Eta) used for treating acute and traveler’s diarrhea. TA is thought to modulate gastrointestinal barrier function, but the underlying mechanisms and whether Eta has similar effects remains unclear. (2) Methods: to investigate the effects of TA and Eta on the intestinal barrier, stress responses were induced in murine intestinal organoids by lipopolysaccharide (LPS) exposure or withdrawal of growth factors from cell culture medium (GFRed). Further, organoids were exposed to either TA (0.01 mg/mL) or Eta (0.002 mg/mL) and markers of inflammatory response and gut barrier function were assessed. (3) Results: TA and Eta reduced several inflammatory markers such as interleukin 6, interleukin 1β, tumor necrosis factor α, and myeloid differentiation primary response 88 in stressed organoids. In addition, TA and Eta attenuated LPS- and GFRed-mediated gut barrier dysfunctions, with normalization of tight junction, adherent junction and mucin gene expression and reduction of Nod2- and matrix metalloproteinase 7-dependent activation of antimicrobial peptides. (4) Conclusions: our data show that TA and Eta modulate markers of inflammation and the intestinal barrier and suggest novel mechanisms of action of this drug that could broaden its treatment indications.This research was funded by MEDICE Arzneimittel Pütter GmbH & Co KG.MEDICE Arzneimittel Pütter GmbH & Co K
Protein interactions between the bacteriophage T4 tail tip and the inner membrane of Escherichia coli
No full textThe infection process of bacteriophage T4 represents a fascinating series of orchestrated events, involving highly coordinated conformational changes and molecular interactions. While the initial stages, such as adsorption, host receptor recognition, and tail sheath contraction, are well-characterized (Islam et al., 2019; Leiman et al., 2004), the molecular mechanism underlying the translocation of the T4 genome across the inner host membrane remains poorly understood. The transport of the T4 DNA across bacterial membranes is particularly challenging due to its hydrophilic, polyanionic nature and the need to traverse the hydrophobic barriers of bacterial membranes. This step is critical for infection success, as it must occur without disrupting the host cell’s membrane potential or metabolic energy supply, which are essential for phage propagation. The central spike complex, comprising gp5Cβ and gp5.4, is the first component to enter the periplasm upon contraction of the T4 phage tail. This study aimed to investigate the interactions between the T4 phage tail tip proteins gp27, gp5, and gp5.4 and periplasm and inner membrane components of Escherichia coli.
The first part of this study examined the behavior of the T4 central spike complex, specifically the gp5Cβ-gp5.4 component, after penetrating the outer membrane of E. coli. The spike complex, composed of three gp5Cβ and one gp5.4 subunit, punctures the outer membrane during tail contraction and enters the periplasm. To explore potential interactions with periplasmic components, in vitro binding assays using purified gp5Cβ-gp5.4 complexes and E. coli spheroplasts were performed. Results indicated that the spike complex lacked significant affinity for membrane bilayers, consistent with its structural properties, which lack hydrophobic or amphipathic regions. Cross-linking experiments with spheroplasts revealed a transient interaction between the spike complex and the periplasmic chaperone PpiD. This interaction was confirmed using proteoliposomes reconstituted with purified PpiD, which showed enhanced binding of the spike complex compared to control liposomes. PpiD is a periplasmic chaperone anchored to the inner membrane and is known for its role in stabilizing unfolded proteins. It is hypothesized that PpiD transiently interacts with the spike complex, stabilizing it or facilitating its positioning near the inner membrane for subsequent stages of infection. The biological relevance of PpiD was assessed using an efficiency of plating (EOP) assay, which revealed a reduction in infection efficiency in PpiD deletion mutants, with plaque formation decreasing to approximately 80% of wild type levels. This suggests that while PpiD is not essential for infection, it provides a supportive role, potentially complemented by other periplasmic chaperones.
The second part of the study focused on the tail tip protein gp27 and its interactions with the inner membrane. Gp27, which forms a trimeric structure associated with gp5, is proposed to play a crucial role in forming a channel for DNA translocation. To investigate its potential binding to inner membrane proteins, T4 phage particles carrying His-tagged gp27 were constructed, and cross-linking experiments were performed in vivo. These studies identified several host proteins that interact with gp27, including DamX and PpiD. DamX, a cell division protein involved in peptidoglycan remodeling and septal ring stabilization, was identified as a key binding partner of gp27. Cross-linking and affinity purification confirmed this interaction, and subsequent infection assays demonstrated a significant reduction in T4 infection efficiency to 60% in DamX deletion mutants. These findings underscore the critical role of DamX in facilitating phage DNA translocation across the inner membrane. The study suggests that DamX may provide a structural or functional scaffold, stabilizing the phage-host interface during infection. PpiD, which was also identified in the first part of the study, was co-purified with gp27, highlighting its involvement in multiple stages of the infection process. Its role in stabilizing the phage at the inner membrane or facilitating structural rearrangements required for DNA translocation warrants further investigation. In addition to identifying these interactions, the study explored the functional implications of DamX and PpiD during infection. Complementary experiments demonstrated that both proteins are not only important for initial binding but may also be involved in facilitating the structural transitions required for successful DNA translocation.Der Infektionsprozess des Bakteriophagen T4 ist eine komplexe Abfolge präzise koordinierter molekularer Mechanismen, die durch Konformationsänderungen und spezifischen Interaktionen zwischen viralen und bakteriellen Komponenten gekennzeichnet ist. Während die frühen Stadien der Infektion, wie die Adsorption, die Erkennung von Wirtsrezeptoren und die Kontraktion der Schwanzhülle, umfassend untersucht wurden (Islam et al., 2019; Leiman et al., 2004), sind die Mechanismen, die die Translokation des T4-Genoms durch die innere Wirtsmembran vermitteln, bislang kaum verstanden. Die Herausforderung dieses Prozesses liegt in der hydrophilen, polyanionischen Beschaffenheit der DNA und der Notwendigkeit, hydrophobe bakterielle Membranen zu durchdringen, ohne dabei das Membranpotential oder die metabolische Energieversorgung der Wirtszelle zu beeinträchtigen, um eine Phagenvermehrung zu gewährleisten. Der zentrale Spike-Komplex ist die erste Struktur, die nach der Schwanzkontraktion in das Periplasma des Wirts eindringt. Ziel dieser Studie war es, die Interaktionen zwischen den Schwanzspitzenproteinen gp27, gp5 und gp5.4 sowie periplasmatischen und inneren Membrankomponenten von Escherichia coli zu charakterisieren.
Im ersten Teil der Studie wurde das Verhalten des zentralen Spike-Komplexes von T4, bestehend aus dem gp5Cβ-gp5.4 Teil, nach dessen Durchdringen der äußeren Membran von E. coli analysiert. Dieser Spike-Komplex, gebildet aus drei gp5Cβ- und einer gp5.4-Untereinheit, perforiert während der Schwanzkontraktion die äußere Membran und tritt in den periplasmatischen Raum ein. Um potenzielle Interaktionen mit periplasmatischen Komponenten zu untersuchen, wurden in vitro Bindungsstudien mit gereinigten gp5Cβ-gp5.4-Komplexen und E. coli-Spheroplasten durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass der Spike-Komplex keine signifikante Affinität zu Lipid-Doppelschichten aufweist, was mit seinen strukturellen Eigenschaften konsistent ist, da keine hydrophoben oder amphipathischen Regionen vorliegen. Cross-linking Experimente mit Spheroplasten identifizierten jedoch eine Interaktion des Spike-Komplexes mit dem periplasmatischen Chaperon PpiD. Diese Interaktion wurde durch Experimente mit Proteoliposomen, die mit gereinigtem PpiD rekonstituiert wurden, bestätigt. Dabei wurde eine erhöhte Bindung des Spike-Komplexes im Vergleich zu Liposomen festgestellt. PpiD ist an der inneren Membran verankert und für die Stabilisierung ungefalteter Proteine bekannt. Es könnte vorübergehend mit dem Spike-Komplex interagieren, um diesen zu stabilisieren oder in die Nähe der inneren Membran zu positionieren, wodurch die nachfolgenden Infektionsstadien erleichtert werden. Die funktionelle Bedeutung von PpiD wurde mithilfe von Plattierungseffizienz-Assays (efficiency of plating; EOP) untersucht. Es zeigte sich eine Reduktion der Infektionseffizienz bei PpiD-Deletionsmutanten, wobei die Plaquebildung auf etwa 80% des Wildtyps abnahm. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass PpiD eine unterstützende, jedoch nicht essentielle Rolle bei der Phageninfektion spielt, die möglicherweise durch andere periplasmatische Chaperone ergänzt wird.
Der zweite Teil der Studie konzentrierte sich auf das Schwanzspitzenprotein gp27 und dessen Interaktion mit der inneren Membran. Gp27, ein trimeres Protein, das mit gp5 assoziiert ist, wird eine zentrale Rolle bei der Bildung eines Kanals für die DNA-Translokation zugeschrieben (Kanamaru et al., 2002). Um die Bindungspotenziale von gp27 an innere Membranproteine zu untersuchen, wurden T4-Phagenpartikel mit His-markiertem gp27 konstruiert und in vivo Cross-linking Experimente durchgeführt. Dabei wurden mehrere Wirtsproteine identifiziert, die mit gp27 interagieren, darunter DamX und PpiD. DamX, ein Protein, das an der Peptidoglykan-Umbildung und Stabilisierung des Zellteilungskomplexes beteiligt ist, wurde als zentraler Interaktionspartner von gp27 charakterisiert. Kreuzvernetzung und Affinitätsreinigung bestätigten diese Interaktion, und nachfolgende Infektionsassays zeigten eine Reduktion der Infektionseffizienz um bis zu 60% in DamX-Deletionsmutanten. Dies unterstreicht die essentielle Rolle von DamX bei der Erleichterung der Phagen-DNA-Translokation über die innere Membran. Es wird angenommen, dass DamX eine strukturelle oder funktionelle Plattform bereitstellt, die die Phagen-Wirts-Schnittstelle während der Infektion stabilisiert. Zusätzlich wurde PpiD erneut als Interaktionspartner identifiziert, was auf eine Beteiligung an mehreren Phasen des Infektionsprozesses hindeutet. Die Rolle von PpiD bei der Stabilisierung des Phagen an der inneren Membran oder bei der Vermittlung struktureller Übergänge, die für die DNA-Translokation erforderlich sind, bedarf weiterer Untersuchung. Insgesamt deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass DamX und PpiD nicht nur für die initiale Bindung des Phagen entscheidend sind, sondern auch eine Rolle bei der Vermittlung der strukturellen Übergänge spielen, die für die erfolgreiche Translokation der Phagen-DNA erforderlich sind
Governance of land rehabilitation and remediation: case studies of Ghana’s small-scale mining sector
Full text linkThe artisanal and small-scale mining (ASM) sector is a complex and evolving industry that presents unique challenges within the global resource landscape. Despite its traditional labeling as artisanal, ASM operations are increasingly becoming mechanized, utilizing heavy machinery and hazardous chemicals such as mercury and cyanide for mineral extraction. Concurrently, the informal nature of most ASM operations limits effective top-down regulatory enforcements due to governance challenges. These developments have led to wide spreads of degraded, contaminated and abandoned rural community lands which also serve as valuable agricultural and forest lands for inhabitants of affected mining communities. While the existing literature has extensively analyzed the impacts of these developments on local, national, and global economies, ecologies, health, and welfare, there remains a notable gap in understanding the governance of rehabilitating and remediating affected environments post-mineral extraction. Furthermore, phytoremediation – a biological innovation which can help remediate contaminated sites and address the problem of soil degradation and erosion, with reported economic and environmental benefits – has only seen very limited global commercial adoption. In regions where traditional remediation approaches are financially untenable, like in the Global South, however, phytoremediation is argued to be a suitable and viable solution towards a greener future for remediation and environmental restoration.
This thesis aims to address the knowledge gaps pertaining to the governance of rehabilitating and remediating affected environments affected by mineral extraction in the artisanal and small-scale mining (ASM) sector. Specifically, it focuses on systematically investigating the governance challenges in ASM, exploring community-based solutions for sustainable land restoration, and proposing a framework for the broader-based application of phytoremediation to address land contamination in the small-scale gold mining sector in Ghana. These research objectives are structured around three chapters, with the first two focusing on empirical case studies and the last chapter serving as a review of scientific and grey literature, as well as project reports on land rehabilitation and phytoremediation.
Chapter 2, which addresses the first objective, delves into the obstacles hindering the implementation of the legal framework for artisanal small-scale mining (ASM) in Ghana. The first part conducts an institutional analysis of the legal and political framework governing Ghana’s small scale mining sector, with a particular focus on its implications for post-mined land rehabilitation efforts. This is followed by an assessment of the practical application of the legal framework in the context of small-scale gold mining (ASGM) value chain, using the Process Net-Mapping tool along with stakeholder interviews. The study reveals outdated legislation, formal licensing bureaucracies, land tenure issues, and ineffective collaboration among stakeholders as major bottlenecks. Drawing on these insights, the chapter discusses the broader implications of the findings for the effective running of the ASGM value chain and recommends, among other things, the adoption of collaborative governance systems, like co-management, to ensure sustainability.
Chapter 3, which addresses the second objective, examines community-based solutions for sustainable mined land restoration through a case study of an NGO-initiated project in five active mining communities in Ghana's Amansie West district. The chapter utilizes a combination of qualitative methods including the participatory Net-Mapping tool to explore conditions under which local communities would engage in restoration efforts without financial incentives, revealing community support, using communal labor, dependent on factors like land tenure arrangements and local leadership influence. The study underscores the potential of community-led efforts for land rehabilitation, emphasizing the role of social networks, norms, and land tenure structures.
Chapter 4, which addresses the third objective, introduces a conceptual framework for the effective and sustainable application of phytoremediation to clean contaminated lands resulting from mining activities. This is the result of insights drawn from existing phytoremediation literature, including case studies where the field application or/and commercialization of phytoremediation has been successful, and lessons gleaned from other real-world applications of the technology. The framework encompasses technical considerations across the phytoremediation process and identifies the socio-cultural, economic, political, and institutional conditions necessary for successful large-scale implementation. The paper provides valuable guidance for regions seeking to leverage phytoremediation to benefit society and the environment.
In conclusion, this thesis contributes to understanding the challenges facing the ASM sector and proposes innovative solutions to address governance issues, promote community-based land restoration, and facilitate the scaling of phytoremediation initiatives for sustainable development in the mining sector, particularly in developing regions. The holistic approach advocated in this thesis underscores the importance of legal reforms tailored to the constantly evolving ASM sector, stakeholder collaboration, adaptive governance systems, and community engagement to effectively navigate the intricate ASM landscape and maximize its beneficial effects on local livelihoods and development worldwide.Der handwerkliche und kleine Bergbausektor (ASM) ist ein komplexer und sich entwickelnder Wirtschaftszweig, der in der globalen Ressourcenlandschaft einzigartige Herausforderungen darstellt. Obwohl er traditionell als handwerklich bezeichnet wird, wird der ASM-Betrieb zunehmend mechanisiert, wobei schwere Maschinen und gefährliche Chemikalien wie Quecksilber und Zyanid zur Mineralgewinnung eingesetzt werden. Gleichzeitig schränkt der informelle Charakter der meisten ASM-Tätigkeiten eine wirksame Durchsetzung der Vorschriften von oben nach unten ein, was auf die Probleme der Regierungsführung zurückzuführen ist. Diese Entwicklungen haben zu einer weiten Verbreitung von degradiertem, kontaminiertem und verlassenem Land in ländlichen Gemeinden geführt, das auch als wertvolles Landwirtschafts- und Waldland für die Bewohner der betroffenen Bergbaugemeinden dient. Während die Auswirkungen dieser Entwicklungen auf die lokale, nationale und globale Wirtschaft, die Ökologie, die Gesundheit und das Wohlergehen in der Fachliteratur ausführlich analysiert wurden, gibt es nach wie vor eine erhebliche Lücke im Verständnis der Governance bei der Sanierung und Wiederherstellung der betroffenen Umwelt nach dem Abbau von Mineralien. Darüber hinaus wird die Phytosanierung - eine biologische Innovation, die dazu beitragen kann, kontaminierte Standorte zu sanieren und das Problem der Bodendegradation und -erosion anzugehen, und die Berichten zufolge wirtschaftliche und ökologische Vorteile bietet - weltweit nur in sehr begrenztem Umfang kommerziell genutzt, insbesondere im globalen Süden. In Regionen, in denen herkömmliche Sanierungskonzepte finanziell nicht tragbar sind, könnte die Phytosanierung jedoch eine geeignete und praktikable Lösung für eine grünere Zukunft der Sanierung und Umweltsanierung sein.
Ziel dieser Arbeit ist es, diese Wissenslücken zu schließen, indem sie systematisch die Governance-Herausforderungen im ASM untersucht, gemeinschaftsbasierte Lösungen für eine nachhaltige Bodensanierung erforscht und einen Rahmen für die Anwendung der Phytosanierung auf breiterer Basis vorschlägt, um die Bodenkontamination im kleinen Goldbergbausektor in Ghana anzugehen. Der Hauptteil dieser Arbeit gliedert sich in drei Kapitel, die sich jeweils mit spezifischen Forschungszielen befassen. Die ersten beiden Kapitel basieren auf empirischen Fallstudien, während das letzte Kapitel einen Überblick über die wissenschaftliche und graue Literatur sowie über Projektberichte zur Bodensanierung und Phytosanierung gibt.
Kapitel 2, das sich mit dem ersten Ziel befasst, befasst sich mit den Hindernissen, die der Umsetzung des rechtlichen Rahmens für den handwerklichen Kleinbergbau in Ghana entgegenstehen. Im ersten Teil wird eine institutionelle Analyse des rechtlichen und politischen Rahmens für den ghanaischen Kleinbergbausektor durchgeführt, mit besonderem Augenmerk auf dessen Auswirkungen auf die Bemühungen um die Sanierung von Bergbauflächen nach dem Abbau. Anschließend wird die praktische Anwendung des rechtlichen Rahmens im Kontext der Wertschöpfungskette des Goldbergbaus in kleinem Maßstab (ASGM) bewertet, wobei das Instrument des Process Net-Mapping zusammen mit Interviews mit Interessenvertretern eingesetzt wird. Die Studie zeigt, dass veraltete Gesetze, formale Genehmigungsverfahren, Fragen des Landbesitzes und eine ineffektive Zusammenarbeit zwischen den Beteiligten die größten Engpässe darstellen. Ausgehend von diesen Erkenntnissen werden in diesem Kapitel die weiteren Auswirkungen der Ergebnisse auf den effektiven Betrieb der ASGM-Wertschöpfungskette erörtert und unter anderem die Einführung kooperativer Governance-Systeme wie Co-Management empfohlen, um Nachhaltigkeit zu gewährleisten.
In Kapitel 3, das sich mit dem zweiten Ziel befasst, werden gemeinschaftsbasierte Lösungen für die nachhaltige Wiederherstellung von vermintem Land anhand einer Fallstudie eines von einer NRO initiierten Projekts in fünf aktiven Bergbaugemeinden im ghanaischen Distrikt Amansie West untersucht. Das Kapitel nutzt eine Kombination qualitativer Methoden, einschließlich des partizipativen Net-Mapping-Instruments, um die Bedingungen zu untersuchen, unter denen sich lokale Gemeinschaften ohne finanzielle Anreize an Sanierungsmaßnahmen beteiligen würden, wobei die Unterstützung durch die Gemeinschaft und der Einsatz gemeinschaftlicher Arbeitskräfte deutlich wird, abhängig von Faktoren wie Landbesitzregelungen und dem Einfluss der lokalen Führung. Die Studie unterstreicht das Potenzial von gemeinschaftsgeführten Bemühungen zur Landrehabilitierung, wobei die Rolle sozialer Netzwerke, Normen und Landbesitzstrukturen hervorgehoben wird.
In Kapitel 4, das sich mit dem dritten Ziel befasst, wird ein konzeptioneller Rahmen für die wirksame und nachhaltige Anwendung der Phytosanierung zur Sanierung kontaminierter Böden infolge von Bergbauaktivitäten vorgestellt. Dies ist das Ergebnis von Erkenntnissen aus der vorhandenen Literatur zur Phytosanierung, einschließlich Fallstudien, in denen die Anwendung und/oder Kommerzialisierung der Phytosanierung vor Ort erfolgreich war, sowie von Lehren, die aus anderen realen Anwendungen der Technologie gezogen wurden. Der Rahmen umfasst technische Überlegungen zum gesamten Prozess der Phytosanierung und zeigt die soziokulturellen, wirtschaftlichen, politischen und institutionellen Bedingungen auf, die für eine erfolgreiche Umsetzung in großem Maßstab erforderlich sind. Das Papier liefert wertvolle Hinweise für Regionen, die die Phytosanierung zum Nutzen von Gesellschaft und Umwelt einsetzen wollen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Arbeit dazu beiträgt, die Herausforderungen im ASM-Sektor zu verstehen, und innovative Lösungen vorschlägt, um Governance-Probleme anzugehen, die gemeinschaftsbasierte Landrestaurierung zu fördern und die Skalierung von Phytosanierungsinitiativen für eine nachhaltige Entwicklung im Bergbausektor, insbesondere in Entwicklungsregionen, zu erleichtern. Der ganzheitliche Ansatz, der in dieser Arbeit befürwortet wird, legt den Schwerpunkt auf Rechtsreformen, die dem sich ständig weiterentwickelnden ASM-Sektor gerecht werden, auf die Zusammenarbeit mit den Interessengruppen, auf adaptive Governance-Systeme und auf das Engagement der Gemeinschaften, um die komplizierte ASM-Landschaft effektiv zu steuern und ihre positiven Auswirkungen auf die lokalen Lebensgrundlagen und die Entwicklung weltweit zu maximieren
A sensitive bioassay to measure NOD1/2 ligands in human serum reveals differential postprandial NOD2 activation
No full textFood intake is associated with the occurrence of components and metabolites from the gut microbiota in the bloodstream. Using a widely utilised cell-based assay to measure bacterial peptidoglycan via pattern-recognition receptor activation, we found that the performance of this assay is significantly influenced by the presence of other serum components. To address this challenge, an alternative luciferase-based reporter assay protocol was established to accurately measure NOD1 and NOD2 activation by serum samples with high sensitivity. Utilising postprandial human serum samples, we tested this assay and showed that the concentration of NOD2-activating ligands differed in the postprandial phase. Together, we provide a protocol to measure NOD1/2 activation by human serum samples and highlight a role for NOD2 in the postprandial response
DIY insect flushing bar 2.0
No full textQuick guide to building the insect flushing bar from the InsectMow project. Second, updated and extended versio
Classifying early-stage soybean fungal diseases on hyperspectral images using convolutional neural networks
No full textUsing convolutional neural networks (CNNs) to detect plant diseases has proven to reach high accuracy in the classification of infected and non-infected plant images. However, most of the existing researches are based on RGB images due to the availability and the comparably low cost of image collection. The limited spectral information restricts the detectability of plant diseases, especially in the early stage where often symptoms of pathogen infection have not yet become visible. To this end, in this study, hyperspectral imaging (HSI) data are combined with deep learning models to test the classification ability of two soybean fungal diseases: Asian soybean rust (Phakopsora pachyhizi) and soybean stem rust (Sclerotinia scleroriorum). Different CNNs employing 2D, 3D convolution, and hybrid approaches are compared. The influences of the depth of the convolutional layer and the regularization techniques are also discussed. Besides, image augmentation methods are investigated to overcome the problem of data scarcity. The results indicate the 6-convolutional-layer depth hybrid model to have the best capacity in classifying Asian soybean rust in the early-mid to mid-late stage when there are over 2 % visible symptoms but a limited detectability in the early stages when there are below 2 % visible symptoms on leaves. On the other hand, the optimized CNN model shows a limited capability to detect both diseases when there are no visible symptoms observable. Overall, this study suggests a hybrid 2D-3D convolutional model with augmentation and regularization methods has a high potential in the early detection of fungal diseases. This research is expected to contribute to a new cropping system that vastly reduces the chemical-synthesis plant protection products, where a continuous pathogen disease monitoring plays a key to manage the crop stands
Chloride application enhances photosynthesis and facilitates nitrate translocation while driving chloride translocation into roots
No full textChloride and nitrate are essential mineral elements for crop growth. Due to their similar physical and electrochemical properties, their uptake and translocation interact antagonistically. This suggests that applying chloride to the leaf canopy during the late grain‐filling stage of cereals might enhance nitrate use efficiency. Hence, it remains uncertain whether foliar‐applied chloride at the late growth stage stimulates nitrate translocation from mature to younger leaves. To explore this possibility, two contrasting faba bean varieties were grown in a climate‐controlled chamber. Nitrate concentrations of approximately 50 and 93 μg mg FW −1 , respectively, were established in leaves by depleting nitrogen in the rooting medium. Based on these two nitrate concentrations in mature leaves, chloride was applied to the leaf canopy. Measurements of biomass, photosynthesis, and nitrate and chloride concentrations in both young and mature leaves revealed that chloride foliar application raised nitrate levels in younger leaves from 7.1 to 9.5 μmol g FW −1 and boosted photosynthesis by approximately 35%. However, one of the two faba bean varieties did not respond significantly to the chloride foliar application. These findings indicate that chloride application facilitates nitrate translocation from mature to younger leaves, potentially improving grain nitrogen supply. As a result, nitrate use efficiency might be increased by chloride application during late growth stages, although this effect is genotype‐dependent.China Scholarship Council 10.13039/50110000454