470 research outputs found
Recommended from our members
Emittance Control In Laser Wakefield Accelerator
No full textIn this paper we summarize our recent effort and results in theoretical study of the emittance issues of multistaged Laser Wakefield Accelerator (LWFA) in TeV energy range, In such an energy regime the luminosity and therefore the emittance requirements become very stringent and tantamount to the success or failure of such an accelerator. The system of such a machine is very sensitive to jitters due to misalignment between the beam and the wakefield. In particular, the effect of jitters in the presence of a strong focusing wakefield and initial longitudinal phase space spread of the beam leads to severe transverse emittance degradation of the beam. To improve the emittance we introduce several methods: a mitigated wakefield focusing by working with a plasma channel, an approximately synchronous acceleration in a superunit setup, the >horn> model based on exactly synchronous acceleration achieved through plasma density variation and lastly an algorithm based on minimization of the final beam emittance to actively control the stage displacement of such an accelerator.Physic
Metabolomic systems biology of trypanosomes
No full textMetabolomics analysis, which aims at the systematic identification and quantification of all metabolites in biological systems, is emerging as a powerful new tool to identify biomarkers of disease, report on cellular responses to environmental perturbation, and to identify the targets of drugs. Here we discuss recent developments in metabolomic analysis, from the perspective of trypanosome research, highlighting remaining challenges and the most promising areas for future research
Coronatine-insensitive 1 (COI1) mediates transcriptional responses of <i>Arabidopsis thaliana</i> to external potassium supply
No full textThe ability to adjust growth and development to the availability of mineral nutrients in the soil is an essential life skill of plants but the underlying signaling pathways are poorly understood. In <i>Arabidopsis thaliana</i>, shortage of potassium (K) induces a number of genes related to the phytohormone jasmonic acid (JA). Using comparative microarray analysis of wild-type and coi1-16 mutant plants, we classified transcriptional responses to K with respect to their dependence on COI1, a central component of oxylipin signaling. Expression profiles obtained in a short-term experiment clearly distinguished between COI1-dependent and COI1-independent K-responsive genes, and identified both known and novel targets of JA-COI1-signaling. During long-term K-deficiency, coi-16 mutants displayed de novo responses covering similar functions as COI1-targets except for defense. A putative role of JA for enhancing the defense potential of K-deficient plants was further supported by the observation that plants grown on low K were less damaged by thrips than plants grown with sufficient K
Development of an assay to detect proteolytic activity in peptide arrays
No full textA screening method in which a reporter surface gains fluorescence on detection of proteolytic activity was developed. The reporter surface is a two dimensional monolayer covered with a reporter peptide (contains a fluorophore at the C-terminal, quencher at the N-terminal and protease cleavage site in the middle of the sequence). Upon contact with a proteolytic moiety, the quencher is cleaved off the peptide and a gain in fluorescence can be observed
Entwicklung von Mikropartikeln für die kombinatorische Synthese hochdichter Peptidarrays durch laserbasierte Verfahren
No full textIm Rahmen dieser Arbeit wurden mit Aktivester beladene Mikropartikel hergestellt und charakterisiert. Die Partikelzusammensetzung und-größenverteilung wurde auf die Ansprüche des laserbasierten Verfahrens zur Peptidarraysynthese optimiert. Verschiedene analytische Verfahren dienten zur Charakterisierung der Partikeleigenschaften und -funktionalität
Surface functionalization of silicon nanocrystals via a microwave reactor
No full textSilizium-Nanokristalle (SiNCs) haben in den letzten Jahrzehnten aufgrund ihrer vielfältigen (potenziellen) Anwendungen in Forschung und Industrie großes Interesse geweckt. SiNCs könnten zum Beispiel für 1) In Licht-Energie-Umwandlungsprozesse wie photovoltaische Lichtabsorber, lumineszierende Solarkonzentratoren und SiNCs-Solarzellen, 2) in der Optoelektronik z. B. für Leuchtdioden und Laser mit Nahinfrarot-Emission, 3) in der Sensortechnik z. B. für kleine Temperatursensoren und 4) in der photodynamischen Therapie als chemische Sonden und als "Trojanisches Pferd" in der Theranostik und photodynamischen Therapie. Die kritischen Faktoren für solche Zwecke sind für SiNCs eine große Quantenausbeute, geringe Größenverteilung und hohe chemische Stabilität. Daher konzentriert sich diese Forschung auf die Herstellung von SiNCs mit großer Quantenausbeute und geringer Größenverteilung durch Optimierung der verschiedenen Schritte im Syntheseprozess: Glühen, Ätzen und Funktionalisierung.
Im ersten Teil dieser Arbeit wird die Rolle der Alkylkettenlängen als Passivierungsmittel untersucht. Der Einfluss der Alkylkettenlänge auf die photophysikalischen Eigenschaften und die Stabilität wurde durch Funktionalisierungsreaktionen verschiedener Alkylkettenlängen mit SiNCs untersucht. Diese Arbeit stellte die Hypothese auf, dass eine Verringerung der Alkylkettenlänge zu einer Verringerung der sterischen Behinderung führt, was sich auf die Oberflächenbedeckung, die photophysikalischen Eigenschaften und die Oxidation auswirkt. Die Funktionalisierungsreaktion von langen Alkylketten wird durch Dodecyl (C12), Tetradecyl (C14) und Hexadecyl (C16) dargestellt, während für die mittelkettige Hexyl- (C6), Octyl- (C8) und Decylkette (C10) und für die kurze Kette Allyl, Methylether (C3) und Pentyl (C5) verwendet werden. Alle funktionalisierten Alkyl-SiNCs zeigen starke Emission in Rot bis Nah-Infrarot (600-1000 nm). Der höchste photolumineszente Quantenausbeutewert (PLQY) wurde von (C3)-SiNCs mit nahezu ~ 41% erreicht. Es besteht die Tendenz, dass die PLQY mit zunehmender Anzahl von Kohlenstoffen in der Alkylkette abnimmt. Das photolumineszente (PL)-Emissionsmaximum aller funktionalisierten SiNCs liegt zwischen ~850 nm für (C5)-SiNCs und ~905 nm für (C16)-SiNCs. Mittlerweile zeigt die PL-Lebensdauer ~157 s für (C5)-SiNCs bei 820 nm PL-Emission und ~120 s für (C16)-SiNCs bei gleicher PL-Emission. Die Haltbarkeit aller synthetisierten Materialien wurde systematisch untersucht, um die Charakterisierung der SiNCs abzuschließen. Nach sechsmonatiger Lagerung unter dunklen Umgebungsbedingungen (PLQY/PLQY0 > 0,9) wurden keine signifikanten Veränderungen der Photolumineszenz-Emissionen beobachtet. Daher besitzen Alkyl-SiNCs, die mittels mikrowellenunterstützter Hydrosilylierungsreaktion funktionalisiert wurden, eine ausgezeichnete photophysikalische Stabilität.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Funktionalisierung von SiNCs mit Farbstoffen zur Verbesserung der Lichtabsorption als Strategie zur Erhöhung der Helligkeit der SiNCs-Emission untersucht. Es wird erwartet, dass der konjugierte Farbstoff und SiNCs aufgrund der zusätzlichen Absorption durch die Farbstoffmoleküle höhere PL-Emissionen aufweisen. Perylen- und Dipyrromethenbordifluorid-Farbstoffe (BODIPY) werden verwendet, um die Lichtabsorption im sichtbaren Bereich der elektromagnetischen Strahlung zu erhöhen. Perylen und BODIPY absorbieren Photonen im Bereich von ~350-500 nm bzw. ~450-600 nm. Aufgrund der Farbstoffanhaftung zeigten Perylen-SiNCs bei ~350-500 nm eine ~10-fache Verbesserung der Lichtabsorption, während BODIPY-SiNCs bei ~450-600 nm eine ~3-fache Verbesserung der Lichtabsorption zeigten. Hier beobachten wir den effizienten Energietransfer von Farbstoffen zu SiNCs, der zu einer PL-Emissionsverstärkung von SiNCs führt. Die Ergebnisse zeitaufgelöster photolumineszenter Spektroskopiemessungen zeigten, dass die Abklingzeiten von gebundenen Perylen- und BODIPY-Farbstoffen ~100-mal kürzer waren als die der ungebundenen Farbstoffe, was zu einer berechneten Effizienz von > 95% für den Energietransfer führte. Die effiziente Energieübertragung der Farbstoffmoleküle auf SiNCs führt zu einer Erhöhung der Emissionen von Perylen-SiNCs und BODIPY-SiNCs im nahen Infrarot (NIR) um ~ 270% bzw. ~ 140% bei Anregung bei 440 nm bzw. 515 nm. Trotz der Zunahme der absoluten Helligkeit der Emission (aufgrund der Absorptionsverstärkung) bewirkt die Rückenergieübertragung von den SiNCs auf den Farbstoff eine Abnahme der PLQY von perylenmodifizierten SiNCs im Vergleich zu unmodifizierten SiNCs. Wir gehen davon aus, dass eine effiziente Rückenergieübertragung von SiNCs auf Perylen über einen Perylen-Triplett-Zustand erfolgen muss. Der Perylen-Triplett-Zustand liegt im Bereich von ~800-850 nm und fällt mit der PL-Emission von SiNCs zusammen (~800-860 nm). Die Koinzidenz der Energiezustände könnte genutzt werden, um den Perylen-Triplett-Zustand zu bevölkern, und über Triplett-Triplett-Energieübertragung zur Bildung von Singulett-Sauerstoff (1O2) führen.
Im letzten Teil dieser Arbeit wurden die kovalent verankerten Perylen-SiNCs, die über eine mikrowellenunterstützte Hydrosilylierungsreaktion synthetisiert wurden, auf ihre Fähigkeit zur Erzeugung von 1O2 untersucht. Obwohl Alkyl-SiNCs keine intrinsische Fähigkeit besitzen, 1O2 zu erzeugen, zeigt diese Arbeit, dass Perylen-SiNCs 1O2 mit einer moderaten Quantenausbeute ( ) von bis zu 27% in Cyclohexan erzeugen. Diese Ergebnisse wurden durch Messung der Singulett-Sauerstoff-Phosphoreszenz bei 1270 nm erzielt. SiNCs spielen eine wichtige Rolle bei der Erzeugung von 1O2 mit Perylen-SiNCs-Konjugaten, da SiNCs UV- und blaue Strahlung ernten und die absorbierte Energie in einen Triplett-Zustand der angelagerten Farbstoffe übertragen können. Die Triplett-Zustandspopulation nimmt zu und führt zu einer Zunahme der 1O2-Erzeugung. Gleichzeitig zeigten die SiNC-Farbstoffkonjugate NIR-Lumineszenz mit einer PLQY von bis zu 22%. Das Lumineszenzverhalten und die photosensibilisierenden Eigenschaften des SiNC-Farbstoffkonjugats könnten daher als neue multifunktionale Plattform im Bereich der Bioanwendungen von Interesse sein
Synthese von Peptiden, Peptoiden und Protein-ähnlichen Strukturen im µ Arrayformat
No full textFür das Verständnis von biologischen Prozessen ist die Erforschung von Protein Protein Wechselwirkungen unabdingbar. Diagnostische Marker oder neue Impfstoffe können dadurch zugänglich gemacht werden. Arrays, die unterschiedliche, voneinander räumlich getrennte Peptide oder Proteine tragen, erlauben ein Hochdurchsatz-Screening um Bindungsstellen zu untersuchen, die für biologisch relevante Interaktionen verantwortlich sind. Peptidarrays werden für die Untersuchung linearer und zyklischer Bindungsstellen verwendet. Für konformationelle- oder diskontinuierliche-Bindemotive werden Protein-Arrays benötigt, die bisher nur mittels biologischer Methoden hergestellt werden können. Allerdings ist die Herstellung von hochdichten Protein Arrays teuer, die Faltung der biologisch synthetisierten Proteine ist meistens unbekannt, spezifische Epitope verbergen sich gegenseitig und nur eine begrenzte Anzahl verschiedener Proteine ist verfügbar. Daher haben Peptid basierte Arrays, die Protein-ähnliche Strukturen nachahmen können, ein enormes Potenzial.
Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit einer Methode zur Herstellung solcher Strukturen im Array-Format als mögliche Alternative zu Protein-Arrays. Dazu wurden Trifunktionale Linker, als Anker für zwei oder drei verschiedene Peptide, an der festen Phase synthetisiert. Aufgrund der räumlichen Nähe können die Peptide miteinander interagieren und eine Protein ähnliche Struktur bilden. Proteinartige Strukturen wurden erfolgreich an der festen Phase synthetisiert. Durch die Verwendung einer Transfermethode, die eine in situ Aufreinigung der erzeugten Peptidarrays ermöglicht, konnten gereinigte Arrays mit Protein-ähnlichen Strukturen generiert werden. Der Nachweis erfolgte massenspektrometrisch und mittels Immunfärbung.
Im zweiten Teil dieser Arbeit geht es um die Synthese von Peptidarrays mit Sonderbausteinen unter der Verwendung einer Laser-basierten Methode. Mit dieser Methode sind Peptidarrays mit einer Dichte von mehr als 17 000 Peptiden/cm2 möglich. Hierfür werden die benötigten Chemikalien in ein festes Lösungsmittel (Polymermatrix) eingebettet. Diese Mischung wird in einem gewünschten Spotmuster mit Hilfe eines Lasers auf eine Oberfläche (Akzeptor) transferiert. In einem separaten Hitze-Schritt erfolgen dann die Diffusion und die Kupplung der transferierten Chemikalien an die vorhandenen funktionellen Gruppen der Oberfläche. Zahlreiche Sonderbausteine wie posttranslational modifizierte Aminosäuren oder Fluorophore konnten in einen Peptidarray eingebaut werden. Zudem konnten Peptidarrays via Click Chemie erfolgreich mit der Laser-basierten Methode modifiziert werden.
Der dritte Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Synthese von hochdichten Peptoidarrays. In Bindungsstudien erwies sich die große Vielfalt der Peptoide als gute Alternative zu Peptiden. Sie können Peptide auf Grund ihrer Strukturähnlichkeit nachahmen, bieten jedoch den Vorteil einer Resistenz gegenüber enzymatischem Abbau, eine längere in vivo Halbwertszeit, eine bessere Löslichkeit und bessere Membrandurchlässigkeit.
Peptoidarrays mit mehr als 1600 Peptoiden/cm2 können mit Hilfe der Submonomer Methode von Zuckermann und der Monomer-Methode mittels des Laser basierten Verfahren generiert werden und die synthetisierten Peptoide konnten massenspektrometrisch nachgewiesen werden. Zudem konnten Peptoide via ortsaufgelöster Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionisation (MALDI) Massenspektrometrie (MS) nachgewiesen werden. Hierbei wurde die Laser-basierte Methode eingesetzt, um die benötigte MALDI-Matrix zu transferieren
Surface structuring in xy- and z-direction on the examples of peptide array synthesis and molecular layer deposition
No full textIn this thesis, the structuring of different surfaces in xy- and in z-direction is described. Structuring in xy-direction was investigated on the example of peptide arrays, using a newly developed matrix material for the \u27solid\u27 solvent peptide array synthesis. Additionally, the Ugi four component reaction was investigated as a tool for peptide array functionalization. Structuring in z-direction was performed by molecular layer deposition of bifunctional molecules via Thiol-Ene chemistry
Predicting protein function by machine learning on amino acid sequences – a critical evaluation
No full textCopyright @ 2007 Al-Shahib et al; licensee BioMed Central Ltd. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.Background: Predicting the function of newly discovered proteins by simply inspecting their amino acid sequence is one of the major challenges of post-genomic computational biology, especially when done without recourse to experimentation or homology information. Machine learning classifiers are able to discriminate between proteins belonging to different functional classes. Until now, however, it has been unclear if this ability would be transferable to proteins of unknown function, which may show distinct biases compared to experimentally more tractable proteins. Results: Here we show that proteins with known and unknown function do indeed differ significantly. We then show that proteins from different bacterial species also differ to an even larger and very surprising extent, but that functional classifiers nonetheless generalize successfully across species boundaries. We also show that in the case of highly specialized proteomes classifiers from a different, but more conventional, species may in fact outperform the endogenous species-specific classifier. Conclusion: We conclude that there is very good prospect of successfully predicting the function of yet uncharacterized proteins using machine learning classifiers trained on proteins of known function
- …
