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Dissecting myosin-5B mechanosensitivity and calcium regulation at the single molecule level
Authors: Gardini Lucia , Heissler Sarah M. , Arbore Claudia , Yang Yi , Sellers James R. , Pavone Francesco S. , Capitanio Marco 
Published: July 2018

AbstractMyosin-5B is one of three members of the myosin-5 family of actin-based molecular motors. Despite its fundamental role in recycling endosome trafficking and in collective actin network dynamics, the molecular mechanisms underlying its motility are inherently unknown. Here we combine single-molecule imaging and high-speed laser tweezers to dissect the mechanoenzymatic properties of myosin-5B. We show that a single myosin-5B moves processively in 36-nm steps, stalls at ~2 pN resistive forces, and reverses its directionality at forces >2 pN. Interestingly, myosin-5B mechanosensitivity differs from that of myosin-5A, while it is strikingly similar to kinesin-1. In particular, myosin-5B run length is markedly and asymmetrically sensitive to force, a property that might be central to motor ensemble coordination. Furthermore, we show that Ca2+ does not affect the enzymatic activity of the motor unit, but abolishes myosin-5B processivity through calmodulin dissociation, providing important insights into the regulation of postsynaptic cargoes trafficking in neuronal cells.
Highly fractionated chromium isotopes in Mesoproterozoic-aged shales and atmospheric oxygen
Authors: Canfield Donald E. , Zhang Shuichang , Frank Anja B. , Wang Xiaomei , Wang Huajian , Su Jin , Ye Yuntao , Frei Robert 
Published: July 2018

AbstractThe history of atmospheric oxygen through the Mesoproterozoic Era is uncertain, but may have played a role in the timing of major evolutionary developments among eukaryotes. Previous work using chromium isotopes in sedimentary rocks has suggested that Mesoproterozoic Era atmospheric oxygen levels were too low in concentration (<0.1% of present-day levels (PAL)) for the expansion of eukaryotic algae and for the evolution of crown-group animals that occurred later in the Neoproterozoic Era. In contrast, our new results on chromium isotopes from Mesoproterozoic-aged sedimentary rocks from the Shennongjia Group from South China is consistent with atmospheric oxygen concentrations of >1% PAL and thus the possibility that a permissive environment existed long before the expansion of various eukaryotic clades.
Accelerated microfluidic native chemical ligation at difficult amino acids toward cyclic peptides
Authors: Ollivier Nathalie , Toupy Thomas , Hartkoorn Ruben C. , Desmet Rémi , Monbaliu Jean-Christophe M. , Melnyk Oleg 
Published: July 2018

AbstractCyclic peptide-based therapeutics have a promising growth forecast that justifies the development of microfluidic systems dedicated to their production, in phase with the actual transitioning toward continuous flow and microfluidic technologies for pharmaceutical production. The application of the most popular method for peptide cyclization in water, i.e., native chemical ligation, under microfluidic conditions is still unexplored. Herein, we report a general strategy for fast and efficient peptide cyclization using native chemical ligation under homogeneous microfluidic conditions. The strategy relies on a multistep sequence that concatenates the formation of highly reactive S-(2-((2-sulfanylethyl)amino)ethyl) peptidyl thioesters from stable peptide amide precursors with an intramolecular ligation step. With very fast ligation rates (<5 min), even for the most difficult junctions (including threonine, valine, isoleucine, or proline), this technology opens the door toward the scale-independent, expedient preparation of bioactive macrocyclic peptides.
The Medusae Fossae Formation as the single largest source of dust on Mars
Authors: Ojha Lujendra , Lewis Kevin , Karunatillake Suniti , Schmidt Mariek 
Published: July 2018

AbstractTransport of fine-grained dust is one of the most widespread sedimentary processes occurring on Mars today. In the present climate, eolian abrasion and deflation of rocks are likely the most pervasive and active dust-forming mechanism. Martian dust is globally enriched in S and Cl and has a distinct mean S:Cl ratio. Here we identify a potential source region for Martian dust based on analysis of elemental abundance data. We show that a large sedimentary unit called the Medusae Fossae Formation (MFF) has the highest abundance of S and Cl, and provides the best chemical match to surface measurements of Martian dust. Based on volume estimates of the eroded materials from the MFF, along with the enrichment of elemental S and Cl, and overall geochemical similarity, we propose that long-term deflation of the MFF has significantly contributed to the global Martian dust reservoir.
Attachment ability of the polyphagous bug Nezara viridula (Heteroptera: Pentatomidae) to different host plant surfaces
Authors: Salerno Gianandrea , Rebora Manuela , Gorb Elena , Gorb Stanislav 
Published: July 2018

AbstractThe present investigation tests through friction experiments the attachment ability of adults of the southern green stink bugNezara viridulaL. (Heteroptera: Pentatomidae), a polyphagous insect representing a cosmopolitan pest, on different host plant species characterized by smooth, hairy and waxy surfaces. Surfaces of different tested plants have been studied in Cryo-Scanning Electron Microscope (Cryo-SEM). The load cell force transducer was used to evaluate the potential damage to the insect attachment devices induced by walking on the different leaf surfaces. In case of the plantPhaseolus vulgaris, where insects showed a strong reduction in their adhesion ability during and after walking on the leaf, the damage to the insect by two cultivars with different morphological features and the insect ability to recover after 24 h has been evaluated. The ability to recover notwithstanding the damage to attachment devices, shown by Cryo-SEM investigations, together with the strong attachment forces produced on various plant leaves, characterized by different morphological features, is in agreement with the great adaptability and ecological plasticity of this widely-spread bug species. The present study, increasing our knowledge on the mechanical interaction of this species with different host plant species, can help to develop new strategies to control this insect pest.
Insight into the optoelectronic properties of designed solar cells efficient tetrahydroquinoline dye-sensitizers on TiO2(101) surface: first principles approach
Authors: Roy Juganta K. , Kar Supratik , Leszczynski Jerzy 
Published: July 2018

AbstractSeven ‘lead’ dye-sensitizers from Tetrahydroquinoline (THQ) family were proposed and designed based on the structural attributesviaquantitative-structure property relationship (QSPR) modeling. They were screened rationally through different computational approaches to explore their potential applications as photosensitizers for dye-sensitized solar cells (DSSCs). Compelling photophysical properties such as electron injection driving force, electron injection time, and dye regeneration were studied for the isolated dyes under the DFT and TD-DFT frameworks. Index of spatial extent (S, D, and ∆q), the strength of charge transfer and separation along with the charge transfer process is explored. First principle approach including van der Waals density functional calculation of dye@TiO2interface indicates that all of the designed dyes have optimal interfacial behavior. Bader charge analysis, partial density of state (PDOS), charge density and electrostatic potential difference calculation confirms that THQ7 and THQ9 are the most efficient dye-sensitizers. The other five designed dyes also possess the required properties to emerge as effective dye-sensitizers potentially better than those already utilized.
Fluorescence spectroscopy as an efficient tool for staging the degree of liver fibrosis: an in vivo comparison with MRI
Authors: Nazeer Shaiju S. , Saraswathy Ariya , Shenoy Sachin J. , Jayasree Ramapurath S. 
Published: July 2018

AbstractThe study utilizes autofluorescence spectroscopy (AFS) along with multivariate spectral analysis for differentiating various stages of hepatic fibrosis. AFS has recently emerged as an efficient tool for evaluating the variations in different endogenous flurophores. In this study, the potential of AFS for differentiating the stages of liver fibrosis is assessed and compared with the results of enzyme evaluation, histopathology and the most advanced diagnostic tool, MRI. Using a fiber optic probe, the emission profile of the flurophores such as flavin adenine dinucleotide (FAD), lipofuscin-like lipopigments (lipopigments), porphyrins and the variation in the total hemoglobin concentration are evaluatedin vivoon liver fibrosis induced animal models adopting a minimally invasive technique. Significant difference (p < 0.05) in the level of these biomarkers was observed between different stages of liver fibrosis. Normal hepatic tissue could be distinguished from mild and moderate hepatic fibrosis with a sensitivity of 95 to 100% and specificity of 90 to 100% using multivariate spectral analysis. The results are favourable to consider this technique as a potential tool for diagnosing liver fibrosis at an early stage, which is monumental as it otherwise can lead to cirrhosis and liver failure.
Phenological tracking associated with increased salmon consumption by brown bears
Authors: Deacy William W. , Erlenbach Joy A. , Leacock William B. , Stanford Jack A. , Robbins Charles T. , Armstrong Jonathan B. 
Published: July 2018

AbstractThere is growing interest in the ecological significance of phenological diversity, particularly in how spatially variable resource phenologies (i.e. resource waves) prolong foraging opportunities for mobile consumers. While there is accumulating evidence of consumers moving across landscapes to surf resource waves, there is little data quantifying how phenological tracking influences resource consumption due to the challenge of documenting all the components of this ecological phenomenon (i.e., phenological variation, consumer movement, resource consumption, and consumer fitness). We examined the space use of GPS collared female brown bears to quantify the exploitation of a salmon resource wave by individual bears. We then estimated salmon consumption levels in the same individuals using stable isotope and mercury analyses of hair. We found strong positive relationships between time spent on salmon streams and percent salmon in assimilated diets (R2 = 0.70) and salmon mass consumed (R2 = 0.49). Salmon abundance varied 2.5-fold between study years, yet accounting for salmon abundance did not improve salmon consumption models. Resource abundance generally is viewed as the key variable controlling consumption levels and food web dynamics. However, our results suggest that in intact watersheds of coastal Alaska with abundant salmon runs, interannual variation in salmon abundance likely has less effect on salmon consumption than individual variation in bear foraging behavior. The results complement previous work to demonstrate the importance of phenological variation on bear foraging behavior and fitness.
A simple model of mechanical effects to estimate metabolic cost of human walking
Authors: Faraji Salman , Wu Amy R. , Ijspeert Auke J. 
Published: July 2018

AbstractSince the advent of energy measurement devices, gait experiments have shown that energetic economy has a large influence on human walking behavior. However, few cost models have attempted to capture the major energy components under comprehensive walking conditions. Here we present a simple but unified model that uses walking mechanics to estimate metabolic cost at different speeds and step lengths and for six other biomechanically-relevant gait experiments in literature. This includes at various gait postures (e.g. extra foot lift), anthropometric dimensions (e.g. added mass), and reduced gravity conditions, without the need for parameter tuning to design new gait trajectories. Our results suggest that the metabolic cost of walking can largely be explained by the linear combination of four costs—swing and torso dynamics, center of mass velocity redirection, ground clearance, and body weight support. The overall energetic cost is a tradeoff among these separable components, shaped by how they manifest under different walking conditions.
3D non-LTE corrections for Li abundance and6Li/7Li isotopic ratio in solar-type stars
Authors: Harutyunyan G. , Steffen M. , Mott A. , Caffau E. , Israelian G. , González Hernández J. I. , Strassmeier K. G. 
Published: July 2018

Context. Convective motions in solar-type stellar atmospheres induce Doppler shifts that affect the strengths and shapes of spectral absorption lines and create slightly asymmetric line profiles. One-dimensional (1D) local thermodynamic equilibrium (LTE) studies of elemental abundances are not able to reproduce this phenomenon, which becomes particularly important when modeling the impact of isotopic fine structure, like the subtle depression created by the6Li isotope on the red wing of the Li Iresonance doublet line.Aims. The purpose of this work is to provide corrections for the lithium abundance,A(Li), and the6Li/7Li isotopic ratio that can easily be applied to correct 1D LTE lithium abundances in G and F dwarf stars of approximately solar mass and metallicity for three-dimensional (3D) and non-LTE (NLTE) effects.Methods. The corrections forA(Li) and6Li/7Li are computed using grids of 3D NLTE and 1D LTE synthetic lithium line profiles, generated from 3D hydro-dynamicalCO5BOLDand 1D hydrostatic model atmospheres, respectively. For comparative purposes, all calculations are performed for three different line lists representing the Li Iλ670.8 nm spectral region. The 3D NLTE corrections are then approximated by analytical expressions as a function of the stellar parameters (Teff, logℊ, [Fe/H],νsini,A(Li),6Li/7Li). These are applied to adjust the 1D LTE isotopic lithium abundances in two solar-type stars,HD 207129andHD 95456, for which high-quality HARPS observations are available.Results. The derived 3D NLTE corrections range between −0.01 and +0.11 dex forA(Li), and between −4.9 and −0.4% for6Li/7Li, depending on the adopted stellar parameters. We confirm that the inferred6Li abundance depends critically on the strength of the Si I670.8025 nm line. Our findings show a general consistency with recent works on lithium abundance corrections. After the application of such corrections, we do not find a significant amount of6Li in any of the two target stars.Conclusions. In the case of6Li/7Li, our corrections are always negative, showing that 1D LTE analysis can significantly overestimate the presence of6Li (up to 4.9% points) in the atmospheres of solar-like dwarf stars. These results emphasize the importance of reliable 3D model atmospheres combined with NLTE line formation for deriving precise isotopic lithium abundances. Although 3D NLTE spectral synthesis implies an extensive computational effort, the results can be made accessible with parametric tools like the ones presented in this work.
Causticum: Neue Wege zu einer alten Wahrheit
Authors: Jansen Karl Heinz , Quak Dirk Thomas 
Published: July 2018

ZusammenfassungDas von Hahnemann beschriebene Arzneibild von Causticum ist, aufgrund der Vermischung der Symptome der „Tinctura acris sine kali“ mit denen des später in den chronischen Krankheiten beschriebenen Causticum-Destillats, bis heute mit Unsicherheiten belegt. Aber auch die Substanzen, die bei Hahnemanns Causticum-Synthesen entstanden, sind chemisch nicht eindeutig definiert. Wir wiederholten deshalb mehrfach in einem modernen Forschungslabor Hahnemanns Herstellungsprozedur von Causticum unter verschiedenen Bedingungen und analysierten die Destillationen mit aufwendigen chemischen Untersuchungen, deren Ergebnisse wesentliche und neue Aspekte in die Diskussion bringen.
Diskospondylitis an der Schwanzwirbelsäule beim Pferd
Authors: Litzke L.-F. , Stumpf G. 
Published: July 2018

Zusammenfassung:
Gegenstand: Erkrankung an der Schweifrübe des Pferdes. Material und Methoden: Bei einem adulten Pferd entwickelte sich eine Umfangsvermehrung und eine Fistel an der Schweifrübe. Die klinischen und röntgenologischen Untersuchungen führten zu der Diagnose Discospondylitis vertebrae coccygealis. Das Pferd wurde über 28 Tage einmal täglich per os antibiotisch mit 2,5 mg/kg KM Enrofloxacin (Baytril®, BayerVital GmbH, Leverkusen) behandelt. Der Therapieeffekt wurde durch Verlaufsuntersuchungen über einen Zeitraum von vier Monaten kontrolliert. Ergebnisse: Durch die konservative Behandlung konnte die Diskospondylitis zur Abheilung gebracht werden. Schlussfolgerungen: Die bei erwachsenen Pferden selten auftretende Diskospondylitis lässt sich konservativ behandeln. Bei ungünstigem Heilungsverlauf istdie Anwendung der alternativ diskutierten chirurgischen Therapie in der Behandlungskaskade sinnvoll. Klinische Relevanz: Die bisher nicht beschriebene Diskospondylitis an der Schwanzwirbelsäule beim adulten Pferd istbei Umfangsvermehrungen der Schweifrübe differenzialdiagnostisch zu berücksichtigen.
Veränderungen an Vulva und Vestibulum bei Mutterkühen und Färsen in den letzten sieben Tagen vor der Geburt
Authors: Hofmann E. , Failing K. , Wehrend A. 
Published: July 2018

Zusammenfassung:
Gegenstand und Ziel: Ziel dieser Untersuchung war zu überprüfen, inwiefern die Ödematisierung der Vulva, Austritt von Sekret aus der Rima vulvae unddie Veränderung der Schleimhautfarbe im Vestibulum dazu geeignet sind, bei Mutterkühen den genauen Geburtszeitpunktzu bestimmen. Weiterhin sollte die Frage beantwortetwerden,ob ein Rasse- und ein Paritätseinfluss auf diese Parameter bestehen. Material und Methoden: An 105 Tieren (10 Färsen; 95 Kühe, davon 68 Fleckvieh-Kühe und 27 Kreuzungstiere Fleckvieh x Limousin) wurden während der letzten 168 Stunden ante partum alle acht Stunden folgende Merkmale untersucht: Grad der Vulvaödematisierung, Schleimaustritt aus der Rima vulvae und Farbe der Vestibu- larschleimhaut. Ergebnisse: Alle Tiere zeigten eine ÖdematisierteVulva. DerAnteilvon Tieren mit hochgradiger Ödematisierung nahm mit nahender Geburt zu (p <0,001). Zwischen Kühen und Färsen sowie den Rassen ließ sich kein Unterschied nachweisen. Mit zeitlicher Annäherung an den Partus erhöhte sich derAn- teil der Tiere mit Schleimaustritt aus der Rima vulvae nicht (p >0,05). Die Intensitätdes Schleimaustritts war bei Kühen stärker alsbei Färsen (p < 0,05). Rasseunterschiede bestanden nicht. Statistisch signifikante Veränderungen der Schleimhautfarbe des Vestibulums konnten nicht festgestellt werden. Zwischen Kühen und Färsen und zwischen den Rassen fanden sich keine Unterschiede. Schlussfolgerung und klinische Relevanz: Der Grad der Vulvaödematisierung zeigt eine starke zeitliche Bindung zum Abkalbetermin. Sie ist jedoch nicht dazu geeignet,den Zeitpunktdes Partus genauer zu terminieren. Keine zeitliche Bindung besteht zwischen der Veränderung der Vestibularschleimhautfarbe sowie dem Austritt vonSchleimaus der Rima vulvae in der letzten Woche ante partum und dem Geburtszeitpunkt.
Ausbruch der Koi-Herpesvirusinfektion in einer großen Karpfenteichwirtschaft in Nordthüringen
Authors: Landsiedel U. , Dresenkamp B. , Bocklisch H. 
Published: July 2018

Zusammenfassung
Gegenstand: Bericht über eine Koi-Herpesvirusinfektion. Material und Methoden: Eine bedeutende Koi-Herpesvirusinfektion, die erstmalig in Thüringen auftrat, wird in ihrem Verlauf beschrieben. Der Nachweis des Virus erfolgte mittels PCR-Untersuchung. Ergebnisse: Die Infektion führte zu schwersten Krankheitsverläufen mit Massenverlusten bei Karpfen aller Altersklassen, wobei es in den K1-Beständen zu Totalverlusten kam. Die Krankheit war ausschließlich auf Karpfen beschränkt. Die erkrankten Bestände wurden tierschutzgerecht getötet und entsorgt. Dem schlossen sich fischereiliche sowie teichhygienische Maßnahmen an. Die direkten Schäden durch Fischverluste und Entsorgungskosten beliefen sich auf 310 000 €. Die Desinfektionskosten betrugen 19 000 €. Die epidemiologischen Erhebungen ergaben, dass die Erkrankung durch den Zukauf latent verseuchter Satzfische eingeschleppt wurde. Die Untersuchungsergebnisse im Jahr 2005 geben Anlass zu der Annahme, dass die Sanierung der Teichwirtschaft von der Krankheit erfolgreich verlief. Klinische Relevanz: Da keine Behandlungen bzw. Immunisierungen möglich sind, bleibt als wichtigste präventive Maßnahme der Zukauf von Satzfischen aus klinisch unverdächtigen, virologisch kontrollierten Betrieben bestehen.
Kongenitaler disproportionaler Zwergwuchs bei Deutschen Holsteins
Authors: Starke A. , Schmidbauer S. , Wohlsein P. , Drögemüller C. 
Published: July 2018

Zusammenfassung:
Gegenstand und Ziel: Aus dem Einsatz eines gekörten Deckbullen der Rasse Deutsche Holsteins, Farbrichtung Schwarzbunt, in einem Zuchtbestand wurde innerhalb eines Jahres bei 60 Abkalbungen in 15 Fällen das Auftreten von lebend geborenen Kälbern mit disproportionalem Zwergwuchs in Verbindung mit Verkrümmungen der Gliedmaßen beobachtet. Material und Methoden: Zur Abklärung der Diagnose erfolgte die klinische und röntgenologische Untersuchung eines betroffenen Kalbes. Insgesamt wurden fünf erkrankte Kälber einer pathomorphologischen Untersuchung unterzogen. Ergebnisse: Neben einer deutlichen Verkürzung der langen Röhrenknochen wurde bei den Kälbern eine geringgradige Brachygnathia superior sowie in einem Fall ein Foramen ovale persistens festgestellt. Die histopathologische Untersuchung der langen Röhrenknochen ergab eine deutliche Rarefizierung der primären Spongiosa. Hinweise auf irregulär arrangierte Chondrozyten innerhalb der Wachstumszonen fanden sich im Vergleich zu anderen Formen von Zwergwuchs bzw. Chondrodysplasie beim Rind nicht. Molekulargenetisch konntebei dem Bullen das Vorliegen der Mutation für Bulldogkälber der Dexter-Rinder sowie der CVM-Mutation der Holstein-Rinder ausgeschlossen werden. Schlussfolgerungen: Die Pedigreeanalyse weist auf eine Keimbahnmutation des Deckbullen hin. Insgesamt stellt der beschriebene Phänotyp somit eine bislang unbekannte Form des hereditären disproportionalen Zwergwuchses beim Rind dar. Klinische Relevanz: Die Studie weistauf das erhöhte Risiko erblicher Erkrankungen beim alleinigen Einsatz eines ungetesteten Deckbullen in einer Zuchtherde hin.
Vitamin-D-Intoxikation bei Sauen
Authors: Ritzmann M. , Hafner A. , Heinritzi K. , Palzer A. 
Published: July 2018

Zusammenfassung:
Gegenstand und Ziel: Beschreibung und Diskussion einerHypervitaminose D3 beim Schwein unter Berücksichtigung der Differenzialdiagnosen. Material und Methoden: Fallbericht eines Ferkelerzeugerbetriebes mit 190 Sauen. Ergebnisse: Nach der Lieferung einer neuen Futtercharge abortierten innerhalb von zwei Wochen 28% der tragenden Sauen in unterschiedlichen Stadien der Trächtigkeit. Gleichzeitig traten Symptome wie Inappetenz, Apathie, Untertemperatur und Erbrechen auf. Vier Sauen wurden klinisch und pathologisch-anatomisch untersucht. Eine der beiden Sauen, die nicht abortierten, gebar zum physiologischen Zeitpunkt 13 Mumien bzw. tote Ferkel. Bei der pathologischen Untersuchung konnten umfangreiche Verkalkungen unterschiedlichen Schweregrades festgestellt werden. Die Untersuchung einer Futterprobe ergab einen Vitamin-D-Gehaltvon 2.350.000 IE/kg. Dies entspricht einer 200fachen überdosierung dieses Futterzusatzstoffes. Schlussfolgerungen: Die aufgetretenen klinischen Symptome und die pathologischen Befunde entsprechen denen einer Vitamin-D-Intoxikation. In der Literatur finden sich keine Quellen, die solche Fruchtbarkeitsstörungen im Zusammenhang mit einer Vitamin-D-Intoxikation beim Schwein beschreiben. In Verdachtsfällen einer Futtermittelintoxikation ist eine gezielte Probenentnahme durch einen vereidigten Probennehmer von großer Bedeutung. Futterproben sollten asserviert werden, um im Fall einer forensischen Untersuchung weiterführende Analysen durchführen zu können. Klinische Relevanz: Intoxikationen kommt beim Schwein eine große Bedeutung zu, da meist ganze Bestände oder eine große Anzahl von Tieren betroffen sind.