Информация

17.9: Разширяване на ЕМ подхода - Биология

17.9: Разширяване на ЕМ подхода - Биология


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Модел ZOOPS

Подходът, представен по-горе (OOPS), се основава на предположението, че всяка последователност се характеризира само с един мотив (например, има точно едно появяване на мотив в дадена последователност). Моделът ZOOPS взема предвид възможността за последователности, които не съдържат мотиви.

В този случай нека i е последователност, която не съдържа мотив. Тази допълнителна информация се добавя към предишния ни модел, като се използва друг параметър λ, за да се обозначи предходната вероятност всяка позиция в последователност да е началото на мотив. След това вероятността цялата последователност да съдържа мотив е λ = (L − W + 1) ∗ λ

E-Step

E-стъпката на ZOOPS модела изчислява очакваната стойност на липсващата информация – вероятността появата на мотив да започне в позиция j от последователността Xi. Формулите, използвани за трите типа модели, са дадени по-долу.

където λT е вероятността последователност i да има мотив, PrTи|Qи = 0) е вероятността Xи се генерира от последователност i, която не съдържа мотив

М-стъпката

M-стъпката на EM в MEME преоценява стойностите за λ, използвайки предходните формули. Математиката остава същата като за OOPS, просто актуализираме стойностите за λ и γ

Моделът по-горе взема предвид последователности, които нямат никакви мотиви. Предизвикателството е също така да се вземе предвид ситуацията, в която има повече от един мотив на последователност. Това може да се постигне с по-общия модел TCM. TCM (модел на двукомпонентна смес) се основава на предположението, че може да има нула, едно или дори две поява на мотив на последователност.

Намиране на множество мотиви

Всички по-горе модели на последователност типове модели последователности, съдържащи един мотив (забележете, че TCM моделът може да опише последователности с множество поява на един и същи мотив). За да се намерят множество, неприпокриващи се, различни мотиви в един набор от данни, се включва информация за мотивите, които вече са открити в текущия модел, за да се избегне преоткриването на същия мотив. Трите типа модел на последователност предполагат, че появата на мотиви е еднакво вероятна във всяка позиция j в последователности xи. Това се изразява в еднакво предварително разпределение на вероятностите за липсващите променливи данни Zij. Нов предшественик за всеки Zij трябваше да се използва по време на E-стъпката, която взема предвид вероятността да се появи нов мотив с ширина W, започващ от позиция Xij може да се припокриват поява на мотивите, намерени преди това. За да помогнем при изчисляването на новия предшественик на Zij въвеждаме променливи Vij където Вij = 1, ако поява на мотив ширина-W може да започне от позиция j в последователността Xi, без да се припокрива поява на мотив, намерен при предишен проход. Иначе Вij = 0.


N-терминален трансмембранно-спирален епитопен етикет за рентгенова кристалография и електронна микроскопия на малки мембранни протеини

Структурните изследвания на мембранните протеини, особено малките мембранни протеини, са свързани с добре известни експериментални предизвикателства. Комплексирането с фрагменти на моноклонални антитела е често срещана стратегия за увеличаване на такива протеини, но генерирането на фрагменти от антитяло, които специфично свързват целевия протеин, не е тривиално. Тук идентифицираме спираловиден епитоп от мембранно-проксималната външна област (MPER) на gp41-трансмембранната субединица на протеина на обвивката на HIV, който се разпознава от няколко добре характеризирани антитела и който може да бъде слят като непрекъснато продължение на N -терминална трансмембранна спирала на широк спектър от мембранни протеини. За да анализираме дали този MPER-епитопен етикет може да помогне за структурни изследвания на малки мембранни протеини, ние определихме рентгенова кристална структура на мембранна протеинова мишена, която не кристализира без помощта на кристализационни шаперони, флуоридния канал Fluc, слят с MPER епитоп и в комплекс с антитяло. Ние също така демонстрираме полезността на този подход за електронна микроскопия с единични частици с Fluc и два допълнителни малки мембранни протеина, които представляват различни мембранни протеинови гънки, AdiC и GlpF. Тези проучвания показват, че MPER епитопът осигурява структурно дефинирано, твърдо място за докинг за фрагменти от антитяло, което може да се прехвърля между различни мембранни протеини и може да бъде конструирано без предварителна структурна информация. Антителата, които се свързват с епитопа на MPER, служат като ефективни шаперони за кристализация и фидуциални маркери за електронна микроскопия, позволяващи структурни изследвания на предизвикателни малки мембранни протеини.

Ключови думи: крио-ЕМ кристализация шаперон електронна микроскопия фидуциален маркер мембранен протеинов транспортер.

Copyright © 2021 Авторът(ите). Публикувано от Elsevier Ltd.. Всички права запазени.


17.9: Разширяване на ЕМ подхода – Биология

Всички статии, публикувани от MDPI, са незабавно достъпни по целия свят под лиценз за отворен достъп. Не се изисква специално разрешение за повторно използване на цялата или част от статията, публикувана от MDPI, включително фигури и таблици. За статии, публикувани под лиценз Creative Common CC BY с отворен достъп, всяка част от статията може да бъде използвана повторно без разрешение, при условие че оригиналната статия е ясно цитирана.

Характерни документи представляват най-напредналите изследвания със значителен потенциал за голямо въздействие в областта. Основните доклади се изпращат по индивидуална покана или препоръка от научните редактори и се подлагат на партньорска проверка преди публикуване.

Характеристиката може да бъде или оригинална изследователска статия, съществено ново изследователско изследване, което често включва няколко техники или подхода, или изчерпателен обзорен документ с кратки и точни актуализации на най-новия напредък в областта, който систематично прави преглед на най-вълнуващите постижения в областта на науката. литература. Този тип хартия предоставя перспектива за бъдещи посоки на изследване или възможни приложения.

Статиите по избор на редактора се основават на препоръки от научните редактори на списания MDPI от цял ​​свят. Редакторите избират малък брой статии, публикувани наскоро в списанието, които смятат, че ще бъдат особено интересни за авторите или важни в тази област. Целта е да се предостави моментна снимка на някои от най-вълнуващите работи, публикувани в различните изследователски области на списанието.


Съдържание

Всички предмети от група 4 (с изключение на компютърните науки и екологичните системи и общества, вижте по-долу) следват приблизително същия формат. Всеки предмет има своето специфично ядро ​​за предмет (SSC), т.е. материал, преподаван както на стандартно, така и на по-високо ниво. Студентите, полагащи изпит за по-високо ниво, изучават материала за допълнително по-високо ниво (AHL). И накрая, има списък с опции за всеки предмет, от който се избират две. Студентите от по-високо ниво понякога не могат да изберат определени опции, които са достъпни за студентите от стандартно ниво, тъй като AHL вече ги покрива. В идеалния случай учениците избират опциите въз основа на собствените си способности и предпочитания, но на практика опциите обикновено се избират от училището (въз основа на научните съоръжения на училището, както и преценката на инструктора). Студентите прекарват една четвърт от 150 часа обучение на SL (240 часа за HL обаче, и двете числа са само препоръки и не се прилагат) за практическа работа в лабораторията. Предметите от група 4 на стандартно ниво са пригодени за ученици, които не виждат себе си в по-нататъшно обучение по природни науки след напускане на програмата. [6]

Оценяването на предмет от група 4 включва следното:

  • Вътрешна оценка на практическата работа (24%)
  • Документ 1 – въпроси с множествен избор на SSC ​​(20%)
  • Документ 2 – въпроси за безплатни отговори на SSC ​​(32% в SL, 36% в HL)
  • Документ 3 – безплатни въпроси за отговор на опциите (24% в SL, 20% в HL)

На стандартно ниво изпитите са съответно 45 минути, 1 час и 15 минути и 1 час. На по-високо ниво те са с продължителност 1 час, 2 часа и 15 минути и 1 час и 15 минути. Калкулатори не са разрешени за книга 1, но те (както и предоставената книжка с формули и периодична таблица) са разрешени за документи 2 и 3.

Физика (2009–2015) Редакт

Стандартно ниво Редактиране

80 часа обучение по 8 теми

  • Физика и физическо измерване и вълни
  • Полета и сили
  • Атомна и ядрена физика
  • Енергия, мощност и изменение на климата

с 30 часа обучение по два незадължителни предмета:

и 40 часа практическа работа. [7]

Редактиране на по-високо ниво

80 часа по основни предмети по физика SL, с 55 часа по 6 допълнителни теми:

  • Движение в полета
  • Вълнови явления
  • Електромагнитна индукция и ядрена физика
  • Дигитална технология

и 45 часа обучение по два незадължителни предмета:

и 60 часа практическа работа. [8]

Физика (2016–2022) Редакт

Редактиране на теми

SL/HL ядро ​​Редактиране
  • Тема 1: Измервания и несигурности (5 часа)
  • Тема 2: Механика (22 часа)
  • Тема 3: Топлинна физика (11 часа)
  • Тема 4: Вълни (15 часа)
  • Тема 5: Електричество и магнетизъм (15 часа)
  • Тема 6: Кръгово движение и гравитация (5 часа)
  • Тема 7: Атомна, ядрена физика и физика на елементарните частици (14 часа)
  • Тема 8: Производство на енергия (8 часа)
HL разширение Редактиране
  • Тема 9: Вълнови феномени (17 часа)
  • Тема 10: Полета (11 часа)
  • Тема 11: Електромагнитна индукция (16 часа)
  • Тема 12: Квантова и ядрена физика (16 часа)
Опции Редактиране
  • Вариант А: Относителност (15/25 часа)
  • Вариант Б: Инженерна физика (15/25 часа)
  • Вариант C: Изобразяване (15/25 часа)
  • Вариант D: Астрофизика (15/25 часа)

Химия (2009–2015) Редакт

Стандартно ниво Редактиране

80 часа обучение по темите:

  • Количествена химия
  • Атомна структура
  • Периодичност
  • Свързване
  • Енергетика
  • Кинетика
  • Равновесие
  • Измерване и обработка на данни

и 30 часа по два варианта от темите:

  • Съвременна аналитична химия
  • Човешка биохимия
  • Химия в индустрията и технологиите
  • Лекарства и лекарства
  • Химия на околната среда
  • Хранителна химия
  • Допълнителна органична химия

заедно с 40 часа практическа работа. [10]

Редактиране на по-високо ниво

80 часа по основните предмети на курса на стандартно ниво с 55 часа обучение по следните теми:

и 45 часа по два от варианта в стандартния курс и 60 часа практическа работа. [11]

Химия (2016–2022) Редакт

Редактиране на теми

SL/HL ядро ​​и HL разширение Редактиране
  • Тема 1: Стехиометрични връзки (13,5 часа)
  • Тема 2 + 12: Атомна структура (6/8 часа)
  • Тема 3 + 13: Периодичност (6/10 часа)
  • Тема 4 + 14: Химическо свързване и структура (13,5/20,5 часа)
  • Тема 5 + 15: Енергетика/термохимия (9/16 часа)
  • Тема 6 + 16: Химическа кинетика (7/13 часа)
  • Тема 7 + 17: Равновесие (4,5/8,5 часа)
  • Тема 8 + 18: Киселини и основи (6,5/16,5 часа)
  • Тема 9 + 19: Редокс процеси (8/14 часа)
  • Тема 10 + 20: Органична химия (11/23 часа)
  • Тема 11 + 21: Измерване и обработка на данни (10/12 часа)
Опции Редактиране
  • Вариант А: Материали (15/25 часа)
  • Вариант Б: Биохимия (15/25 часа)
  • Вариант C: Енергия (15/25 часа)
  • Вариант D: Медицинска химия (15/25 часа)

Биология (2009–2015) Редакт

Биологията е наука за живота и живите организми. Освен инструкциите, свързани с това, на студентите се дава възможност да научат сложни лабораторни техники (например извличане на ДНК), както и да развият съзнателни мнения по спорни теми в биологията (например изследване на стволови клетки и генетична модификация). Учебната програма изброява тринадесет теми, които трябва да бъдат обхванати в различен ред от училище до училище:

Стандартно ниво Редактиране

80 часа обучение по 6 теми

с 30 часа обучение по две опции от:

    и здраве
  • Физиология на упражненията
  • Клетки и енергия и поведение
  • Микроби и биотехнология и опазване[13]

Редактиране на по-високо ниво

80 часа обучение по 6 теми в стандартния курс и 55 часа по още 5 теми:

с 45 часа обучение по допълнителни теми в курса SL плюс:

Биология (2016–2022) Редакт

Редактиране на теми

SL/HL ядро ​​Редактиране
  • Тема 1: Клетъчна биология (15 часа)
  • Тема 2: Молекулярна биология (21 часа)
  • Тема 3: Генетика (15 часа)
  • Тема 4: Екология (12 часа)
  • Тема 5: Еволюция и биоразнообразие (12 часа)
  • Тема 6: Човешка физиология (20 часа)
HL разширение Редактиране
  • Тема 7: Нуклеинови киселини (9 часа)
  • Тема 8: Метаболизъм, клетъчно дишане и фотосинтеза (14 часа)
  • Тема 9: Биология на растенията (13 часа)
  • Тема 10: Генетика и еволюция (8 часа)
  • Тема 11: Физиология на животните (16 часа)
Опции Редактиране
  • Вариант А: Неврология и поведение (15/25 часа)
  • Вариант Б: Биотехнология и биоинформатика (15/25 часа)
  • Вариант C: Екология и опазване (15/25 часа)
  • Вариант D: Човешка физиология (15/25 часа)

Технология на проектиране (2009–2015) Редакт

Темите, разглеждани в този курс, включват:

  • Процес на проектиране
  • Продуктова иновация
  • Зелен дизайн
  • Материали
  • Разработване на продукти
  • Дизайн на продукта
  • Оценка

с допълнителни теми в по-високо ниво:

  • Енергия
  • Структури
  • Механичен дизайн
  • Усъвършенствани производствени техники
  • Устойчиво развитие. [16]

Технология на проектиране (2016–2022) Редакт

Редактиране на теми

SL/HL ядро ​​Редактиране
  • Тема 1: Човешки фактор и ергономия (12 часа)
  • Тема 2: Управление на ресурсите и устойчиво производство (22 часа)
  • Тема 3: Моделиране (12 часа)
  • Тема 4: Суровина до краен продукт (23 часа)
  • Тема 5: Иновации и дизайн (13 часа)
  • Тема 6: Класически дизайн (8 часа)
HL разширение Редактиране
  • Тема 7: Дизайн, ориентиран към потребителя (UCD) (12 часа)
  • Тема 8: Устойчивост (14 часа)
  • Тема 9: Иновации и пазари (13 часа)
  • Тема 10: Търговско производство (15 часа)

Спорт, упражнения и наука за здравето (2014–2020) Редакт

Редактиране на теми

Основно редактиране

Всички кандидати изучават 6 основни теми (80 часа):

  • Тема 1: Анатомия (7 часа)
  • Тема 2: Физиология на упражненията (17 часа)
  • Тема 3: Енергийни системи (13 часа)
  • Тема 4: Анализ на движението (15 часа)
  • Тема 5: Умения в спорта (15 часа)
  • Тема 6: Измерване и оценка на човешката производителност (13 часа)
Опции Редактиране

В допълнение, те също изучават две от следните четири опции (30 часа):

  • Вариант А: Оптимизиране на физиологичните характеристики (15 часа)
  • Вариант Б: Психология на спорта (15 часа)
  • Вариант C: Физическа активност и здраве (15 часа)
  • Вариант D: Хранене за спорт, упражнения и здраве (15 часа)

Екологични системи и общества (2010–2016) Редакт

Редактиране на теми

Всички теми са задължителни (т.е. няма опции).

  • Тема 1: Системи и модели (5 часа)
  • Тема 2: Екосистемата (31 часа)
  • Тема 3: Човешко население, носещ капацитет и използване на ресурсите (39 часа)
  • Тема 4: Опазване и биоразнообразие (15 часа)
  • Тема 5: Управление на замърсяването (18 часа)
  • Тема 6: Въпросът за глобалното затопляне (6 часа)
  • Тема 7: Системи за ценности на околната среда (6 часа)

Останалите 30 часа са получени от вътрешното оценяване (практическа работа), което прави общо 150 учебни часа.

Редактиране на оценката

Има два компонента за външна оценка и един компонент за вътрешна оценка.

Външно оценяване Редакт

Калкулаторите са задължително за двата документа.

  • Доклад 1 (45 необработени точки, допринасящи за 30% от курса, 1 час) се състои от кратки отговори и въпроси, базирани на данни.
  • Документ 2 (65 необработени точки, допринасящи за 50% от курса, 2 часа) се състои от:
    • Раздел A: От кандидатите се изисква да анализират и да правят обосновани и балансирани преценки, свързани с набор от данни за конкретен невиждан казус.
    • Раздел Б: От кандидатите се изисква да отговорят на два структурирани въпроса за есе от избор от четири.
    Вътрешна оценка Редакт

    Кандидатите ще трябва да завършат 30 часа практическа работа по време на курса. Всеки от трите критерия - планиране (Pl), събиране и обработка на данни (DCP) и обсъждане, оценка и заключение (DEC) - се оценяват два пъти, докато четвъртият критерий - лични умения (PS) - се оценява сумарно по време на курса. Максималната необработена оценка е 42, което допринася за 20% от курса.

    Компютърни науки (2014–2020) Редакт

    [20] Курсът по компютърни науки наскоро беше актуализиран и преместен от група 5 (като избираем курс) в група 4, превръщайки се в пълен курс от първите изпити през 2014 г. Структурата и оценката на курса се промениха, за да се наблегне на решаването на проблеми. вместо изграждане на Java програма. [21] Моделът на учебната програма за курса все още се различава от другите предмети от група 4.

    Редактиране на теми

    Кандидатите за стандартно ниво изучават ядрото на SL/HL (80 часа) и ядрото на една опция (30 часа), докато кандидатите за по-високо ниво изучават ядрото на SL/HL (80 часа), разширението на HL (45 часа), издавана годишно казус (30 часа) и целият един вариант (30 + 15 часа). Останалите 40 часа както за стандартно, така и за по-високо ниво идват от компонента за вътрешна оценка, за общо 150 учебни часа в SL и 240 часа в HL.

    SL/HL ядро ​​Редактиране
    • Тема 1: Основи на системата (20 часа)
    • Тема 2: Компютърна организация (6 часа)
    • Тема 3: Мрежи (9 часа)
    • Тема 4: Изчислително мислене, решаване на проблеми и програмиране (45 часа)
    HL разширение Редактиране
    • Тема 5: Абстрактни структури от данни (23 часа)
    • Тема 6: Управление на ресурсите (8 часа)
    • Тема 7: Контрол (14 часа)
    Опции Редактиране
    • Вариант А: Бази данни (30/45 часа)
    • Вариант Б: Моделиране и симулация (30/45 часа)
    • Вариант C: Уеб наука (30/45 часа)
    • Вариант D: Обектно-ориентирано програмиране (30/45 часа)

    Редактиране на оценката

    Има три компонента за външна оценка и два компонента за вътрешна оценка.

    Външно оценяване Редакт

    За разлика от други предмети от група 4, калкулаторите са не е разрешено на всеки изпит по информатика.

    • Документ 1 (SL: 70 необработени точки, допринасящи за 45% от курса, 1 час 30 минути HL: 100 необработени точки, допринасящи за 40% от курса, 2 часа 10 минути) се състои от:
      • Раздел A (около 30 минути): Задължителни въпроси с кратки отговори за ядрото SL/HL и (за HL) разширението HL. Някои въпроси са общи за HL и SL. Максималната необработена оценка за този раздел е 25.
      • Раздел B (60 минути за SL, 100 минути за HL): 3 (SL) или 5 (HL) задължителни структурирани въпроса за SL/HL ядрото и разширението HL. Някои въпроси може да са общи за HL и SL. Максималните необработени оценки за този раздел са 45 (SL) или 75 (HL).
      Вътрешна оценка Редакт

      Кандидатите за SL и HL трябва да изпълнят следното:

      • Изчислително решение (30 часа, 34 необработени точки). Кандидатите ще трябва да разработят решение за клиент на проблем или въпрос без отговор. Това може да бъде под формата на изцяло нова система или добавяне на функционалност към съществуваща система. Кандидатите ще трябва да изберат, идентифицират и работят в тясно сътрудничество със съветник, трета страна, която може да помогне на кандидата по време на създаването на продукта. Кандидатите ще трябва да попълнят електронен HTML заглавен лист (не се оценява), продукта и документацията на продукта (максимум 2000 думи общо), включително 2 до 7-минутно видео, показващо функционалността на продукта. Цялото решение и документация са маркирани по 5 критерия и са цифрово компресирани в ZIP файл и изпратени за модериране.
      • Проект на група 4 (10 часа, 6 сурови оценки). Кандидатите ще трябва да завършат интердисциплинарен проект с други студенти по природни науки. Това се отбелязва спрямо критерия за лични умения.

      И двата компонента имат тежест от 30% (SL) или 20% (HL) от курса по компютърни науки.

      Всички студенти от Дипломната програма по който и да е от тези предмети, с изключение на екологичните системи и общества, задължително ще завършат интердисциплинарно и съвместно изследване, наречено група 4 проект. Оценката на проекта от група 4 е включена във вътрешните оценки. Студентите, които провеждат два или повече курса от група 4, ще получат една и съща оценка за всички курсове.


      Никотинови ацетилхолинови рецептори

      Кватернерна структура

      Цялостната форма на ACh рецептора е известна от криоелектронна микроскопия на двуизмерно подредени Торпедо рецептори в мембраната [16] и от рентгеновата структура на ACh свързващия протеин [14]. Рецепторът е цилиндър с тясна талия, с дължина приблизително 120 Å, от които 65 Å са извънклетъчни, 30 Å обхващат липидния бислой и 25 Å са вътреклетъчни. Извънклетъчният домен е с диаметър 80 Å. Петте субединици са подредени като дебели пръчки около аксиален канал. Луменът на канала е с диаметър около 30 Å в извънклетъчния домен и се стеснява до по-малко от 10 Å в мембранния домен. Възможно е достъпът до канала от цитоплазмената страна да е през пролуки между цитоплазмените домейни на съседни субединици [16].


      Учени от Геро откриха начин да прекъснат границата на човешкото дълголетие

      Изследователският екип на Gero, базирана в Сингапур биотехнологична компания в сътрудничество с Комплексния център за рак на Roswell Park в Бъфало, Ню Йорк, обявява публикация в Природни комуникации, списание Nature portfolio, представящо резултатите от изследването за връзките между стареенето и загубата на способност за възстановяване от стрес.

      Наскоро станахме свидетели на първите обещаващи примери за обръщане на биологичната възраст чрез експериментални интервенции. Всъщност много видове биологични часовници правилно предсказват повече години живот за тези, които избират здравословен начин на живот или се отказват от нездравословен начин на живот, като например тютюнопушенето. Това, което все още не е известно, е колко бързо се променя биологичната възраст с течение на времето за един и същи индивид. И особено как да се направи разлика между преходните флуктуации и истинската тенденция към промяна на биовъзрастта.

      Появата на големи биомедицински данни, включващи множество измервания от едни и същи субекти, води до цял набор от нови възможности и практически инструменти за разбиране и количествено определяне на процеса на стареене при хората. Екип от експерти по биология и биофизика представи резултати от подробен анализ на динамичните свойства на флуктуациите на физиологичните показатели по индивидуалните траектории на стареене.

      Здравите хора се оказаха много устойчиви, докато загубата на устойчивост се оказа свързана с хронични заболявания и повишен риск от смъртност от всички причини. Установено е, че скоростта на възстановяване до равновесното изходно ниво след стрес се влошава с възрастта. Съответно времето, необходимо за възстановяване, ставаше все по-дълго. На около 2 седмици за 40 г. здрави възрастни времето за възстановяване се удължава до 6 седмици за 80 г. средно в населението. Това откритие беше потвърдено в два различни набора от данни, базирани на два различни вида биологични измервания - параметри на кръвния тест от една страна и нива на физическа активност, записани от устройства за носене, от друга.

      „Изчисляването на устойчивостта въз основа на потоци от данни за физическа активност е внедрено в приложението GeroSense iPhone и е предоставено на изследователската общност чрез уеб-базиран API.“ - коментира първият автор на изследването Тим Пърков, ръководител на проекта mHealth в Gero.

      Ако тенденцията се запази и в по-късна възраст, екстраполацията показва пълна загуба на устойчивост на човешкото тяло, тоест способността за възстановяване, на някаква възраст около 120-150 г. Намалената устойчивост се наблюдава дори при лица, не страдащи от тежко хронично заболяване и води до увеличаване на диапазона на колебанията на физиологичните показатели. С напредването на възрастта е необходимо все повече време за възстановяване след смущение и средно прекарваме все по-малко време близо до оптималното физиологично състояние.

      Прогнозната загуба на устойчивост дори при най-здравите, най-успешно застаряващи индивиди, може да обясни защо не виждаме доказателствено увеличение на максималната продължителност на живота, докато средната продължителност на живота непрекъснато нараства през последните десетилетия. Различните флуктуации на физиологичните индекси може да означават, че никаква интервенция, която не засяга спада на устойчивостта, не може ефективно да увеличи максималната продължителност на живота и следователно може да доведе само до постепенно увеличаване на човешкото дълголетие.

      Стареенето при хората е сложен и многоетапен процес. Следователно би било трудно процесът на стареене да се компресира в едно число, като биологична възраст. Работата на Gero показва, че надлъжните изследвания отварят изцяло нов прозорец за процеса на стареене и произвеждат независими биомаркери на човешкото стареене, подходящи за приложения в героната наука и бъдещи клинични изпитания на интервенции против стареене.

      „Стареенето при хората проявява универсални характеристики, общи за сложните системи, работещи на ръба на разпадането. Тази работа е демонстрация как концепциите, заимствани от физическите науки, могат да бъдат използвани в биологията за изследване на различни аспекти на стареенето и слабостта, за да се произведат силни интервенции срещу стареенето. “, казва Петър Федичев, съосновател и главен изпълнителен директор на Gero.

      Съответно, не е възможно силно удължаване на живота чрез предотвратяване или лечение на заболявания без прекъсване на процеса на стареене, основната причина за основната загуба на устойчивост. Не предвиждаме никакви природни закони, забраняващи подобна намеса. Следователно моделът на стареене, представен в тази работа, може да ръководи разработването на терапии за удължаване на живота с възможно най-силни ефекти върху продължителността на здравето.

      „Тази работа на екипа на Gero показва, че надлъжните проучвания предоставят нови възможности за разбиране на процеса на стареене и систематично идентифициране на биомаркери на човешкото стареене в големи биомедицински данни. Изследването ще помогне да се разберат границите на дълголетието и бъдещите интервенции против стареене. Какво е още по-важно, проучването може да помогне за преодоляване на нарастващата разлика между здравето и продължителността на живота, която продължава да се увеличава в повечето развиващи се страни." - казва Брайън Кенеди, уважаван професор по биохимия и физиология в Националния университет в Сингапур.

      „Тази работа според мен е концептуален пробив, защото определя и разделя ролите на фундаменталните фактори в човешкото дълголетие – стареенето, дефинирано като прогресивна загуба на устойчивост, и свързаните с възрастта заболявания, като „изпълнители на смъртта“ след загуба на устойчивост. Това обяснява защо дори най-ефективната превенция и лечение на заболявания, свързани с възрастта, може да подобри само средната, но не и максималната продължителност на живота, освен ако не бъдат разработени истински терапии против стареене" - казва проф. Андрей Гудков, д-р, старши вицепрезидент и председател на отдела по биология на клетъчния стрес в Roswell Park Comprehensive Cancer Center, съавтор на тази работа и съосновател на Genome Protection, Inc., биотехнологична компания, фокусирана върху разработването на терапии против стареене/.

      "Разследването показва, че степента на възстановяване е важен признак на стареенето, който може да ръководи разработването на лекарства за забавяне на процеса и удължаване на здравето." - коментира Дейвид Синклер, професор по генетика в Медицинското училище в Харвард.

      „Изследването на Gero изненадващо стига до подобно количествено определяне на човешката устойчивост – предложен биомаркер за стареене – въз основа на два много различни вида данни: параметри на кръвния тест от една страна и нива на физическа активност, записани от устройства за носене, от друга. Много съм развълнуван да видя как генерираните от хора здравни данни, включително данни от търговски носими устройства, могат да помогнат за създаването на индивидуални, надлъжни профили на здравето, които ще бъдат инструментални за хвърляне на светлина върху здравните феномени през целия живот, като например стареенето. - коментира Лука Фоскини, съосновател и главен специалист по данни в Evidation Health.

      Авторите характеризират динамиката на физиологичните параметри във времеви скали на човешкия живот с минимален набор от два параметъра. Първата е моментна стойност, често наричана биологична възраст и е илюстрирана в тази работа от Индекса на състоянието на динамичния организъм (DOSI). Количеството е свързано със стрес, начин на живот и хронични заболявания и може да бъде изчислено от стандартен кръвен тест.

      Другият параметър - устойчивостта - е нов и отразява динамичните свойства на флуктуациите на състоянието на организма: той информира колко бързо стойността на DOSI се връща към нормата в отговор на стрес.

      Свързаните с възрастта промени във физиологичните параметри започват от раждането. Въпреки това, различни параметри се променят по различен начин на различни етапи от живота, вижте, например, предишна работа на същите автори, публикувана в Стареещи САЩ през 2018 г.).

      Данните от Природни комуникации работата показва, че има добра диференциация между фазата на растеж (най-вече завършена до 30-годишна възраст и следвайки универсалната теория за растежа на Джефри Уест и стареенето. На 40+ години стареенето се проявява като бавно (линейно, субекспоненциално) отклонение на физиологичните показатели от референтните им стойности.

      Колко често трябва да се измерва биологичната възраст?

      Физиологичните параметри естествено са подложени на колебания около някакво равновесно ниво. Нивата на глюкозата се повишават и намаляват след хранене, броят на часовете за сън е малко по-различен всеки ден. И все пак, човек може да събере надлъжни набор от данни, тоест поредица от такива измервания за едно и също лице, и да забележи, че средните нива са различни между отделните индивиди. Устойчивостта също изисква многократни измервания, тъй като човек трябва да знае точно кога е постигнато възстановяване, за да се изчисли устойчивостта.

      Важно е, че устойчивостта също така предоставя удобно ръководство за това колко често трябва да се правят повтарящи се измервания. Като правило, периодът на наблюдение, необходим за стабилното определяне на биовъзрастта, трябва да включва множество събития на стрес и възстановяване. За най-здравите индивиди такъв период на наблюдение би бил няколко месеца и трябва да се увеличава с възрастта. През това време стабилното определяне на биовъзрастта ще изисква няколко точки от данни за време за възстановяване, което в идеалния случай е едно измерване за няколко дни.

      Технологията за носене влиза в игра

      През 2021 г. единственият практичен начин за постигане на висока (веднъж на ден или по-добра) честота на вземане на проби е използването на данни от мобилни/носими сензори.

      В друга статия авторите са се фокусирали върху данните от сензорите за носене/мобилно устройство. Те са изградили "носим DOSI", който нарекоха GeroSense и докладват за неговите валидиращи тестове в Pyrkov et al. Стареене (Олбани, Ню Йорк) 13.6 (2021): 7900. GeroSense може да се използва за изчисляване на устойчивостта. Проучването на населението показва, че броят на индивидите, показващи признаци на загуба на устойчивост, нараства експоненциално с възрастта и се удвоява на всеки 8 години със скорост, съответстваща на тази на закона за смъртността на Gompertz (наблюдението на B. Gompertz от 1827 г., който наблюдава за първи път че смъртността от всички причини се удвоява на всеки 8 години).

      Gero е биотехнологична компания, управлявана от данни, която прилага съвременни инструменти за изкуствен интелект и машинно обучение към големи надлъжни биомедицински данни, за да разбере стареенето и основните заболявания.

      Gero AI/ML модели произлизат от физиката на сложните динамични системи. Представихме нашия уникален подход в Frontiers in Genetics (Fedichev 2018, Frontiers in genetics 9:483). Ние комбинираме потенциала на дълбоките невронни мрежи с физическите модели за изследване на човешкото здраве като динамичен процес. Във връзка с висококачествени генетични данни, ние произвеждаме количествени обяснителни модели на (известни още като теория на) стареене и сложни заболявания, както и хипотези за целеви лекарства за действие.

      Gero провежда висококачествени изследвания в сътрудничество с Harvard Medical School, Massachusetts Institute of Technology, University of Edinburgh, National University of Singapore, Moscow Institute of Physical and Technology, and Roswell Park Comprehensive Cancer Center. Компанията е редовен сътрудник в рецензирани списания.

      Gero разработи уникална рамка "GeroSense" за непрекъснато ежедневно наблюдение на биологичната възраст въз основа на потоци от данни от мобилни и носещи се сензори. „GeroSense“ осигурява наблюдение на биологичната възраст в нашето безплатно приложение за iPhone.

      Gero насърчава използването на „GeroSense“ чрез уеб API за наблюдение на ефектите срещу стареене и удължаване на живота от терапиите, както и избор на начин на живот, физически дейности, диети, хранителни добавки, препоръчани от приложения за здраве/фитнес и уелнес (вижте https:/ / techcrunch.com/ 2021/ 05/ 07/ дълголетие-стартиране-gero-ai-has-a-mobile-api-for-quantifying-health-changes/).

      Gero се финансира от шампиони на AI, включително основателите на AIMATTER (наскоро придобити от Google). През 2019 и 2021 г. Gero също беше обявена за една от водещите компании в областта на изкуствения интелект в удължаването на живота заедно с Google и IBM.

      За Комплексния онкологичен център Розуел Парк

      Комплексният онкологичен център в Розуел Парк е общност, обединена от стремежа да премахне хватката на рака върху човечеството, като отключи неговите тайни чрез персонализирани подходи и отприщи лечебната сила на надеждата. Основан от д-р Розуел Парк през 1898 г., той е единственият всеобхватен раков център в щата Ню Йорк, определен от Националния раков институт. Научете повече на http://www. розуелпарк. org, или се свържете с нас на 1-800-ROSWELL (1-800-767-9355) или [email protected]

      Опровержение: AAAS и EurekAlert! не носят отговорност за точността на съобщенията за новини, публикувани в EurekAlert! чрез допринасящи институции или за използване на каквато и да е информация чрез системата EurekAlert.


      Йоханес Леман

      Йоханес фокусира своите изследвания и преподаване в областта на биогеохимията на почвата и управлението на почвеното плодородие. Неговата специализация е в изследванията на органичната материя в почвата и хранителните вещества на управляваните и естествени екосистеми с фокус върху улавянето на въглерод в почвата, рециклирането на хранителни вещества от отпадъците, системите за биовъглен, кръговата икономика и устойчивото земеделие в тропиците (особено Африка). Неговите изследвания се простират от ултра-фина микроскопия, за да изследва стабилизирането на въглерода в почвите до глобални цикли на въглерод и хранителни вещества. Learn more about Johannes' work on the Lehmann Lab website.

      Interests

      Soil biogeochemistry, fertility management, organic matter, and carbon and nutrient cycling from wastes

      Soil carbon sequestration and biochar systems

      Sustainable agriculture in the tropics

      Recent Research

      I am interested to advance our general understanding of biogeochemical cycles of carbon and nutrient elements in soil, providing important insight into regional and global element cycles such as the carbon or sulfur cycle. This field of research has global and local relevance with implications for climate change and environmental pollution.
      The strong background in the chemistry, biology and physics of soils and its cycles provide the basis for the development of intelligent solutions for sustainable soil and land use management. The most exciting examples include the discovery of stabilization mechanisms of organic matter in soil nano-structures and the development of a biochar soil management technology that improves soil fertility, sequesters carbon and reduces off-site pollution. Recent efforts involve the conversion of wastes to valuable fertilizers and the discovery of novel reactions and pathways of nitrogen in soil organic matter and plant uptake.

      Избрани публикации

      Representative review publications for work on soil carbon, biochar, and nutrient cycle science

      • Lehmann J, Hansel CM, Kaiser C, Kleber M, Maher K, Manzoni S, Nunan N, Reichstein M, Schimel JP, Torn MS, Wieder WR and Kögel-Knabner I 2020 Persistence of soil organic carbon caused by functional complexity. Наука за природата, in press
      • Bradford MA, Carey CJ, Atwood L, Bossio D, Fenichel EP, Gennet S, Fargione J, Fisher JRB, Fuller E, Kane DA, Lehmann J, Oldfield EE, Ordway EM, Rudek J, Sanderman J and Wood SA 2019 Soil carbon science for policy and practice. Nature Sustainability 2, 1070–1072.
      • Kleber M and Lehmann J 2019 Humic substances extracted by alkali are invalid proxies for the dynamics and functions of organic matter in terrestrial and aquatic ecosystems. Journal of Environmental Quality 48, 207–216.
      • Lehmann J and Gaskins B 2019 Learning scientific creativity from the arts. Palgrave Communications 5, 96.
      • Liang C, Amelung W, Lehmann J and Kästner M 2019 Quantitative assessment of microbial necromass contribution to soil organic matter. Global Change Biology 25, 3578-3590.
      • Rillig M, Bonneval K and Lehmann J 2019 Sounds of soil: a new world of interactions under our feet? Soil Systems 3, 45.
      • Vermeulen S, Bossio D, Lehmann J, Luu P, Paustian K, Webb C, Augé F, Bacudo I, Baedeker T, Havemann T, Jones C, King R, Reddy M, Sunga I, Von Unger M and Warnken M 2019 A global agenda for collective action on soil carbon. Nature Sustainability 2, 2-4.
      • Chabbi A, Lehmann J, Ciais P, Loescher H, Cotrufo MF, Don A, SanClements M, Schipper L, Six J, Smith P, and Rumpel C 2017 Aligning agriculture and climate policy. Nature Climate Change 7, 307-309.
      • Paustian K, Lehmann J, Ogle S, Reay D, Robertson GP and Smith P 2016 Climate-smart soils. Nature 532, 49-57.
      • Lehmann J and Kleber M 2015 The contentious nature of soil organic matter. природата 528, 60-68.
      • Lehmann J and Rillig M 2014 Distinguishing variability from uncertainty. Nature Climate Change 4, 153.
      • Simons A, Solomon D, Chibssa W, Blalock G and Lehmann J 2014 Filling the phosphorus fertilizer gap in developing countries. Nature Geoscience 7, 3.
      • Lehmann J, Rillig M, Thies J, Masiello CA, Hockaday WC, Crowley D 2011 Biochar effects on soil biota – a review. Биология на почвата и биохимия 43, 1812–1836.
      • Schmidt MWI, Torn MS, Abiven S, Dittmar T, Guggenberger G, Janssens IA, Kleber M, Kögel-Knabner I, Lehmann J, Manning DAC, Nannipieri P, Rasse DP, Weiner S, and Trumbore SE 2011 Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature 478, 49-56.
      • Lehmann J 2007 A handful of carbon. природата 447: 143-144.
      • Lehmann J 2007 Bio-energy in the black. Frontiers in Ecology and the Environment 5: 381-387.
      • Lehmann J, Kinyangi J and Solomon D 2007 Organic matter stabilization in soil microaggregates: implications from spatial heterogeneity of organic carbon contents and carbon forms. Biogeochemistry 85: 45-57.
      • Glaser G, Lehmann J and Zech W 2002 Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal – a review. Biology and Fertility of Soils 35: 219-230.

      Representative publications of our experimental and modeling work

      • Possinger AR, Bailey SW, Inagaki TM, Kögel-Knabner I, Dynes JJ, Arthur ZA and Lehmann J 2020 Organo-mineral interactions and soil carbon mineralizability with variable saturation cycle frequency. Geoderma 375, 114483.
      • Torres-Rojas D, Hestrin R, Solomon D, Gillespie AW, Dynes JJ, Regier TZ and Lehmann J 2020 Nitrogen speciation and transformations in fire-derived organic matter. Geochimica et Cosmochimica Acta 276, 179-185.
      • Fungo B, Lehmann J, Kalbitz K, Thionģo M, Tenywa M, Okeyo I and Neufeldt H 2019 Ammonia and nitrous oxide emissions from a field Ultisol amended with tithonia green manure, urea, and biochar. Biology and Fertility of Soils 55, 135–148.
      • Hestrin R, Torres-Rojas D, Dynes JJ, Hook JM, Regier TM, Gillespie AW, Smernik RS and Lehmann J 2019 Fire-derived organic matter retains ammonia through covalent bond formation. Nature Communications 10, 664.
      • Krounbi L, Enders A, van Es H, Woolf D, van Herzen B and Lehmann J 2019 Biological and thermochemical conversion of human solid waste to soil amendments. Waste Management 89, 366–378.
      • Woolf D and Lehmann J 2019 Microbial models with minimal mineral protection can explain long-term soil organic carbon persistence. Scientific Reports 9, 6522.
      • DeCiucies S, Whitman T, Woolf D, Enders A and Lehmann A 2018 Priming mechanisms with additions of pyrogenic organic matter to soil. Geochimica et Cosmochimica Acta 238, 329-342.
      • Woolf D, Solomon D and Lehmann J 2018 Land restoration in food-security programmes: synergies with climate change mitigation. Climate Policy 18, 1260–1270.
      • Sun T, Levin BDA, Guzman JJL, Enders A, Muller DA, Angenent LT and Lehmann J 2017 Rapid electron transfer by the carbon matrix in natural pyrogenic carbon. Nature Communications 8, 14873.
      • Solomon D, Lehmann D, Fraser JA, Leach M, Amanor K, Frausin V, Kristiansen SM, Millimouno D and Fairhead J 2016 Indigenous African soil enrichment as a climate-smart sustainable agriculture alternative. Frontiers in Ecology and the Environment 14, 71–76.
      • Woolf D, Lehmann J and Lee D 2016 Optimal bioenergy power generation for climate change mitigation with or without carbon sequestration. Nature Communications 7, 13160.
      • Guerena D, Lehmann, Walter T, Enders A, Neufeldt H, Odiwour H, Biwott H, Recha J, Shepherd K, Barrios E and Wurster C 2015 Terrestrial pyrogenic carbon export to fluvial ecosystems: lessons learned from the White Nile watershed of East Africa. Global Biogeochemical Cycles 29, GB005095.
      • Whitman T and Lehmann J 2015 A dual-isotope approach to allow conclusive partitioning between three sources. Nature Communications 6, 8708.
      • Zwetsloot M, Lehmann J and Solomon D 2015 Recycling slaughterhouse waste into fertilizer: how do pyrolysis temperature and biomass additions affect phosphorus availability and chemistry? Journal of the Science of Food and Agriculture 95, 281-288.
      • Cayuela ML, Sánchez-Monedero MA, Roig A, Hanley K, Enders A and Lehmann J 2013 Biochar and denitrification in soils: when, how much and why does biochar reduce N2O emissions? Nature Scientific Reports 3, 1732.
      • Gatere L, Lehmann J, DeGloria S, Hobbs P, Delve R and Travis A 2013 One size does not fit all: conservation farming success in Africa more dependent on management than on location. Agriculture, Ecosystems and Environment 179, 200-207.
      • Recha JW, Lehmann J, Walter MT, Pell A, Verchot L, and Johnson M 2013 Stream water nutrient and organic carbon exports from tropical headwater catchments at a soil degradation gradient. Nutrient Cycling in Agroecosystems 95, 145-158.
      • Enders A, Hanley K, Whitman T, Joseph S, Lehmann J 2012 Characterization of biochars to evaluate recalcitrance and agronomic performance. Bioresource Technology 114, 644-653.
      • Hale SE, Lehmann J, Rutherford D, Zimmerman AR, Bachmann RT, Shitumbanuma V, O’Toole A, Sundqvist KL, Arp HPH and Cornelissen G 2012 Quantifying the total and bioavailable polycyclic aromatic hydrocarbons and dioxins in biochars. Environmental Science and Technology 46, 2830−2838.
      • Mao J-D, Johnson RL, Lehmann J, Olk DC, Neves EG, Thompson ML and Schmidt-Rohr K 2012 Abundant and stable char residues in soils: implications for soil fertility and carbon sequestration. Environmental Science and Technology 46, 9571-9576.
      • Rajkovich S, Enders A, Hanley K, Hyland C, Zimmerman AR, Lehmann J 2012 Corn growth and nitrogen nutrition after additions of biochars with varying properties to a temperate soil. Biology and Fertility of Soils 48, 271–284.
      • Solomon D, Lehmann J, Harden J, Wang J, Kinyangi J, Heymann K, Karunakaran C, Lu Y, Wirick S, and Jacobsen C 2012 Micro- and nano-environments of carbon sequestration: Multi-element STXM-NEXAFS spectromicroscopy assessment of microbial carbon and mineral associations. Chemical Geology 329, 53-73.
      • Roberts K, Gloy B, Joseph S, Scott N and Lehmann J 2010 Life cycle assessment of biochar systems: Estimating the energetic, economic and climate change potential. Наука и технологии за околната среда 44, 827–833.
      • Woolf D, Amonette JE, Street-Perrott FA , Lehmann J and Joseph S 2010 Sustainable biochar to mitigate global climate change. Природни комуникации 1:56.
      • Lehmann J, Skjemstad JO, Sohi S, Carter J, Barson M, Falloon P, Coleman K, Woodbury P and Krull E 2008 Australian climate-carbon cycle feedback reduced by soil black carbon. Наука за природата 1: 832–835.
      • Lehmann J, Solomon D, Kinyangi J, Dathe L, Wirick S, and Jacobsen C 2008 Spatial complexity of soil organic matter forms at nanometre scales. Nature Geoscience 1, 238-242.
      • Johnson MS, Weiler M, Couto EG, Riha S and Lehmann J 2007 Storm pulses of dissolved CO2 in a forested headwater Amazonian stream explored using hydrograph separation. Water Resources Research 43, WR11201.
      • Solomon D, Lehmann J, Kinyangi J, Amelung W, Lobe I, Ngoze S, Riha S, Pell A, Verchot L, Mbugua D, Skjemstad J and Schäfer T 2007 Long-term impacts of anthropogenic perturbations on the dynamics and molecular speciation of organic carbon in tropical forest and subtropical grassland ecosystems. Global Change Biology 13: 511-530.
      • Cheng CH, Lehmann J, Thies JE, Burton SD and Engelhard MH 2006 Oxidation of black carbon by biotic and abiotic processes. Organic Geochemistry 37: 1477-1488.
      • Kinyangi J, Solomon D, Liang B, Lerotic M, Wirick S and Lehmann J 2006 Nanoscale biogeocomplexity of the organo-mineral assemblage in soil: application of STXM microscopy and C 1s-NEXAFS spectroscopy. Soil Science Society of America Journal 70: 1708-1718.
      • Liang B, Lehmann J, Solomon D, Kinyangi J, Grossman J, O’Neill B, Skjemstad JO, Thies J, Luizão FJ, Petersen J and Neves EG 2006 Black carbon increases cation exchange capacity in soils. Soil Science Society of America Journal 70: 1719-1730.
      • Lehmann J, Liang B, Solomon D, Lerotic M, Luizão F, Kinyangi J, Schäfer T, Wirick S, and Jacobsen C 2005 Near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy for mapping nano-scale distribution of organic carbon forms in soil: application to black carbon particles. Global Biogeochemical Cycles 19: GB1013.
      • Solomon D, Lehmann J and Martinez CE 2003 Sulfur K-edge XANES spectroscopy as a tool for understanding sulfur dynamics in soil organic matter. Soil Science Society of America Journal, 67: 1721-1731.
      • Lehmann J, Peter I, Steglich C, Gebauer G, Huwe B and Zech W 1998 Below-ground interactions in dryland agroforestry. Forest Ecology and Management 111: 157-169.
      • Lehmann J, Schroth G and Zech W 1995 Decomposition and nutrient release from leaves, twigs and roots of three alley-cropped tree legumes in central Togo. Agroforestry Systems 29: 21-36.

      Awards & Honors

      • Hans Fischer Senior Award (2019) Institute for Advanced Studies
      • Fellow 2018 German National Academy of Sciences – Leopoldina
      • Highly Cited Researcher (2017) Thomson Reuter/Clarivate
      • Hans Fischer Senior Award 2016 Institute for Advanced Studies
      • Highly Cited Researcher, Clarivate Analytics
      • Sir Frederick McMaster Award (2007) CSIRO

      Courses Taught

      ENVS/CLASS 2000: Environment and Sustainability Colloquium
      PLSCS 3210: Soil and Crop Management for Sustainability
      PLSCS 4720/6720: Nutrient and Carbon Cycling and Management in Ecosystems

      Nutrient Management in Agroecosystems and Nutrient Cycling in Natural and Managed Ecosystems, Environmental Science Colloquium and support of introductory courses in Environmental Sciences, Traditional Agriculture in Developing Countries and Tropical Cropping Systems.

      The goals of my teaching program is to create enthusiasm in students for the study of soil biogeochemistry, soil fertility and nutrient cycling, as they realize the importance of these topics not only for agricultural production but also for environmental protection. I am particularly interested in the intersection of artistic practice, sustainability and scientific pursuit in general. In the area of environmental sciences, we focus on the pollution of soils and aquifers with inorganic and organic fertilizers, on the effects of atmospheric emissions and on questions regarding soil processes and climate change. The students should get familiar with critical thinking about the impact of land use management on the environment such as soil degradation, climate change or pollution of waterways with agrochemicals. Apart from covering processes and dynamics in temperate agro-ecosystems, particular emphasis is placed on the understanding of constraints and options for nutrient management in tropical environments. The sustainable management of fragile ecosystems under low-input conditions is at the center of such discussions. These three constraints: limited input, environmental protection and sustainability of food production force creative thinking. In order to achieve scientifically sound solutions students need to acquire a profound and integrated understanding of the biological, physical and chemical processes in soil. The students are faced with the challenge to develop previously acquired disciplinary knowledge into more integrated and multidisciplinary thinking.


      Latest news

      AIUM CME Test Center

      The most popular articles on Altmetric in 2020 are FREE to read:

      Proposal for International Standardization of the Use of Lung Ultrasound for Patients With COVID‐19
      Gino Soldati MD, Andrea Smargiassi MD, PhD, Riccardo Inchingolo MD, Danilo Buonsenso MD, Tiziano Perrone MD, PhD, Domenica Federica Briganti MD, Stefano Perlini MD, PhD, Elena Torri MD, Alberto Mariani MD, Elisa Eleonora Mossolani MD, Francesco Tursi MD, Federico Mento MSc, Libertario Demi PhD

      Effect of Machine Settings on Ultrasound Assessment of B‐lines
      Isaac Matthias MD, Nova L. Panebianco MD MPH, Mitchell G. Maltenfort PhD, Anthony J. Dean MD, Cameron Baston MD MSCE

      Is There a Role for Lung Ultrasound During the COVID‐19 Pandemic?
      Gino Soldati MD, Andrea Smargiassi MD, Riccardo Inchingolo MD, Danilo Buonsenso MD, Tiziano Perrone MD, Domenica Federica Briganti MD, Stefano Perlini MD, PhD, Elena Torri MD, Alberto Mariani MD, Elisa Eleonora Mossolani MD, Francesco Tursi MD, Federico Mento MSc, Libertario Demi PhD

      Ultrasound Imaging Findings of Acute Testicular Infection in Patients With Coronavirus Disease 2019
      Liao Chen MD, Xin Huang MD, Zuohuizi Yi MD, Qing Deng MD, Nan Jiang MD, Chuangli Feng MD, Qing Zhou MD, Bin Sun MSc, Wenwei Chen MD, Ruiqiang Guo MD

      Canadian Internal Medicine Ultrasound (CIMUS) Expert Consensus Statement on the Use of Lung Ultrasound for the Assessment of Medical Inpatients With Known or Suspected Coronavirus Disease 2019
      Irene W. Y. Ma MD, PhD, RDMS, RDCS, Arif Hussain MD, FRCA, FCCP, Michael Wagner MD, Brandie Walker MD, PhD, Alex Chee MD, Shane Arishenkoff MD, Brian Buchanan MD, Rachel B. Liu MD, Gregory Mints MD, Tanping Wong MD, Vicki Noble MD, Ana Claudia Tonelli MD, PhD, Elaine Dumoulin MD, Daniel J. Miller MD, Christopher A. Hergott MD, Andrew S. Liteplo MD


      Съдържание

      History Edit

      The first steps towards an anthroposophic approach to medicine were made before 1920, when homeopathic physicians and pharmacists began working with Rudolf Steiner, who recommended new medicinal substances as well as specific methods for preparation along with an anthroposophic concept of man. In 1921, Ita Wegman opened the first anthroposophic medical clinic, now known as the Klinik Arlesheim, [16] in Arlesheim, Switzerland. Wegman was soon joined by a number of other doctors. They then began to train the first anthroposophic nurses for the clinic.

      At Wegman's request, Steiner regularly visited the clinic and suggested treatment regimes for particular patients. Between 1920 and 1925, he also gave several series of lectures on medicine. In 1925, Wegman and Steiner wrote the first book on the anthroposophic approach to medicine, Fundamentals of Therapy.

      Wegman later opened a separate clinic and curative home in Ascona. Wegman lectured widely, visiting the Netherlands and England particularly frequently, and an increasing number of doctors began to include the anthroposophic approach in their practices. A cancer clinic, the Lukas Clinic, opened in Arlesheim in 1963. [17]

      In 1976 anthroposophic medicine in Germany got regulated by law as a specific therapeutic system ("Besondere Therapierichtung") by the Medicines Act-Arzneimittelgesetz (AMG) and by the Code of Social Law (Sozialgesetzbuch V) [18]

      In the 1990s the Witten/Herdecke University in Germany established a chair in anthroposophical medicine. The press described the appointment as a "death sentence" and the perception that pseudoscience was being taught damaged the university's reputation, bringing it close to financial collapse. It was ultimately saved by a cash injection from Software AG, a technology corporation with a history of funding anthroposophic projects. [12]

      In 2006, anthroposophical medicine was practised in 80 countries. [19] [20] [ ненадежден източник? ]

      In 2012 the University of Aberdeen considered establishing a chair in holistic health jointly funded by Software AG, and by the Anthroposophic Health, Education, and Social Care Movement, each of which would provide £1.5 million of endowment. [12] Edzard Ernst commented "that any decent university should even consider an anthroposophical medicine unit seems incomprehensible. The fact that it would be backed by people who have a financial interest in this bogus approach makes it even worse." [12] The University's governance and nominations committee eventually decided not to proceed with the appointment. [11]

      Categorization and conceptual basis Edit

      The categorization of anthroposophical medicine is complex since in part it complements conventional medicine, and in part it substitutes for it. [1] In 2008, Ernst wrote that it was being promoted as an "extension to conventional medicine". [6]

      Ernst writes that Steiner used imagination and insight as a basis for his ideas, drawing mystical knowledge from the occult Akashic Records, a work which is supposedly situated on the astral plane, and which Steiner said was accessible to him via his intuitive powers. [3] On this basis, Steiner proposed "associations between four postulated dimensions of the human body (physical body, etheric body, astral body, and ego), plants, minerals, and the cosmos". [2] Steiner also proposed a connection betweens planets, metals and organs so that, for example, the planet Mercury, the element mercury and the lung were all somehow associated. These propositions form the basis of anthroposophical medicine. [3]

      Ernst has said that anthroposophical medicine "includes some of the least plausible theories one could possibly imagine", [21] categorized it as "pure quackery", [11] and said that it "has no basis in science". [12] According to Quackwatch, anthroposophical medicine practitioners regard illness as a "rite of passage" necessary to purge spiritual impurities carried over from past lives, according to the precepts of "karmic destiny". [8]

      In anthroposophic pharmacy, drugs are prepared according to ancient notions of alchemy and homeopathy which are not related to the science underlying modern pharmacology. [2] During the preparation process, patterns formed by crystallization are interpreted to see which "etheric force" they most closely resemble. [10] Most anthroposophic preparations are highly diluted, like homeopathic remedies. This means that, while they are completely harmless in themselves, using them in place of conventional medicine to treat serious illness carries a risk of severe adverse consequences. [3]

      As well as drug remedies, anthroposophical medicine also includes: [2]

      • Anthroposophic nursing
      • Counselling – claimed to have an effect on "inner life functions" leading to a "re-integration of body, soul, and spirit". [8][22]
      • External applications
      • Rhythmic massages

      Plant-derived treatments Edit

      To select an anthroposophic substance for a particular illness, practitioners consider the source of the substances used. The character of a mineral, plant or animal is hypothesised to have been formed by the substances that are most active within it, in the belief that this character may also influence what the substance will accomplish when given to treat another organism. This is related to Samuel Hahnemann's Doctrine of signatures. Willow, for example, is considered to have an unusual character:

      . plants that grow near water are usually heavy, with big, dark green leaves that wilt and break easily. An exception is . the white willow, a tree that always grows near water and loves light. However, unlike other "watery" plants, the willow has fine, almost dry leaves and looks very light . Its branches are unbelievably tough. They are elastic and cannot be broken. They bend easily and form "joints" rather than break. These few signatures can give us the clue to what salix can be used for therapeutically: arthritis, deformation of joints, swollen joints . [23]

      There is no scientific evidence that the shape of plants has ever caused a new medical property to be discovered. [24]

      Beliefs about human biology Edit

      Steiner described the heart not as a pump, but as a regulator of flow, such that the heartbeat itself can be distinguished from the circulation of blood. [7] [25] Anthroposophic medicine claims the flow in the blood of the circulatory system is, as Marinelli put it, "propelled with its own biological momentum, as can be seen in the embryo, and boosts itself with индуцирана momenta from the heart". [7] [26]

      This view of the heart is not based on any scientific theory and has been characterized as "crank science". [25]

      Steiner believed that the sex of a baby was determined at the moment of conception by the alignment of the stars. [27]

      Steiner's model of anatomy was based on a three-part notion, whereby the head is the thinking part, the abdomen and limbs the "metabolic" part, and the chest and heart a "rhythmic center". [27]

      Reaction to COVID-19 Edit

      During the 2020 COVID-19 pandemic Steiner hospitals in Germany became notorious amongst legitimate medics for forcing quack remedies on sedated hospital patients, some of whom were critically ill. Remedies used included ginger poultices and homeopathic pellets claimed to contain the dust of shooting stars. Stefan Kluge, director of intensive care medicine at Hamburg's University Medical Centre said the claims of anthroposophic doctors during the pandemic were "highly unprofessional" and that they "risk[ed] causing uncertainty among patients". [28]

      Mistletoe treatment for cancer Edit

      Rudolf Steiner hypothesised that mistletoe could cure cancer, on the basis of the observation that the plant was a parasite which eventually killed its host, a process which he claimed paralleled the progression of cancer. [2] Steiner believed the plant's medical potential was influenced by the position of the sun, moon and planets and that it therefore was important to harvest the plant at the right time. [29] Some mistletoe preparations are ultra-diluted others are made from fermented mistletoe. [2] The most commonly used trade names for mistletoe drugs are Iscador and Helixor. [4]

      Although laboratory experiments have suggested that mistletoe extract may affect the immune system and be able to kill some kinds of cancer cells, there is little evidence of its benefit to people with cancer. [5] [30] Most of the clinical research claiming that mistletoe therapy is effective is published in Germany, and it is generally considered unreliable because of major lapses in quality. [30] [31] Edzard Ernst wrote that research by anthroposophic doctors often reached positive conclusions on mistletoe therapy because it drew on unreliable material independent researchers tended instead to find no evidence of benefit. [2] The American Cancer Society says that "available evidence from well-designed clinical trials does not support claims that mistletoe can improve length or quality of life". [4]

      Mistletoe-based cancer drugs are widely used in Europe, especially in German-speaking countries. [31] In 2002 nearly half a million prescriptions were paid for by German health insurance and in 2006 there were reportedly around 30 types of mistletoe extract on the market. [2] [31] Mistletoe extracts have been used as an unconventional treatment for cancer patients in the Netherlands, and in Germany the treatment has been approved as palliative therapy to treat the symptoms of patients with malignant tumors. [4] In Sweden, controversially, mistletoe therapy has been approved for use in the treatment of cancer symptoms. [32]

      In other countries mistletoe therapy is virtually unknown. [31] The United States Food and Drug Administration has not approved mistletoe-based drugs for any purpose mistletoe extracts may not be distributed in or imported into the US except for research purposes. [30] As of 2015 [update] no mistletoe-based drugs are licensed for use in the United Kingdom. [33]

      A 2013 article on mistletoe in Lancet Oncology invoked Ben Goldacre's observation that a geographical preference for certain therapies was a hallmark of quackery, and proposed that the continuing use of this "apparently ineffectual therapy" in a small cluster of countries was based on sociological rather than medical reasons, indicating a need for a more informed consent from patients. [31]

      The risks arising from using anthroposophical medicine as a substitute for evidence-based medicine are exemplified by several cases of low vaccination levels in Waldorf schools, [3] since some anthroposophical doctors oppose immunization. [6] A 1999 study of children in Sweden showed that in Waldorf schools, only 18% had received MMR vaccination, compared to a level of 93% in other schools nationally. [3]

      A 2003 report of a widespread measles outbreak around Coburg, Germany, identified a Waldorf school as the origin. [3] At the time the town's mayor had condemned homeopathic doctors who had discouraged vaccination, saying "Their stronghold is the Waldorf School, which actively encourages people not to have their children vaccinated. Now we have an epidemic." [34]

      Paul Offit wrote that Steiner believed vaccination "interferes with karmic development and the cycles of reincarnation", and that adherence to this belief led to a 2008 pertussis outbreak in a Californian Waldorf school, causing its temporary closure. [9]


      Biophysical and Computational Methods ● Cryo EM

      Rafael Tenga , Ohad Medalia , in Current Opinion in Structural Biology , 2020

      Architecture of lamins at the nuclear lamina

      Cryo-electron tomography (cryo-ET) is a powerful technique to acquire structural insight into single non-repeating structures [ 47–49 ] and therefore became pivotal in cell biology [ 34 , 50 , 51 ]. This method enables structure determination of macromolecular complexes within a cell [ 52–55 ]. Recent technological developments allow to acquire a high-resolution snapshot of molecular processes at a specific point of time [ 56 , 57 ]. Therefore, cryo-ET is the method of choice to decipher the structure of lamin assemblies at close-to-native state.

      Recently, we showed that lamin filaments assemble into 3.5 nm thick filaments ( Figure 1 f) within a ∼14 nm thick meshwork layer beneath the nuclear membrane [ 58 • ]. The filaments are both highly variable in length and exhibit a short persistence length of <200 nm which hints at a large flexibility. This persistence length means that lamin filaments are more bendable than any other components of the cytoskeleton, including other IF proteins. This physical characteristics of lamins represent their unique mechanical properties that are observed when lamin filaments are subjected to external forces [ 59 , 60 • ].

      In the nuclear lamina, the Ig-fold of lamins were seen as globular domains decorating the filaments every 20 nm. The different lamin isoforms could be partially identified using immunogold-labeling. It showed that A-type and B-type lamins form two separate meshworks, confirming previous observations obtained by structural illumination microscopy (3D-SIM) that lamin A, C, B1 and B2 form individual meshworks within the nuclear lamina [ 61 ]. An additional study using stochastic optical reconstruction microscopy (STORM) showed that the lamin meshworks are also spatially distinguished, with the lamin B1 meshwork lying closer to the membrane and the highest concentration of lamin A/C is found further towards the nucleoplasm [ 62 • ].

      The nuclear lamina contains an additional set of proteins and has been shown to tightly bind chromatin [ 63 , 64 ]. Therefore, the nuclear lamina plays a major role in the nuclear architecture and gene expression [ 63 , 65 ]. The heterochromatin domains, which bind to the lamina are referred to as lamina-associated domains (LADs) and are kept in a transcriptionally repressed state to maintain genome stability [ 66 ]. It was recently shown that the interaction of lamin B1 with chromatin is synchronized with the circadian clock [ 67 ]. The interactions between heterochromatin and lamin can be observed by means of cryo-ET ( Figure 2 ). This image reveals that the chromatin is intertwined between nuclear lamins to form a direct interaction which can resist nuclease treatments. However, studying more native and intact nuclear samples is needed to decipher the complicated interactions between chromatin and lamins.

      Фигура 2 . Visualizing lamin-chromatin interactions. (а) Applying nuclease treatment to lysed cells, as described in [ 58 • ], retains heterochromatin and lamins, as revealed by visualizing HP1α and LaminA/C. (б) и (° С) Segmented cryo-tomogram shows tight interactions between lamin filaments (yellow) and heterochromatin (blue).

      The use of cryo-FIB (focused ion-beam) milling as a sample preparation procedure for cryo-ET allows to study any cellular structures inside the native environment of vitrified cells and multicellular samples [ 68 , 69 ]. By applying recent advances in cryo-FIB milling, in combination with cryo-ET [ 49 , 70 , 71 •• ], it is possible to study structures in the nucleus [ 72–74 ]. FIB milling is used to create thin lamellas of cells or other structures which are too thick (>1 μm) and therefore unsuitable for native cryo-ET. Even subtomogram averaging approaches of nuclear structures like the NPC and nucleosome are feasible [ 73 , 75 ]. Therfore, not only lamins but all lamin-associated proteins, for example, the NPCs, the chromatin and the nuclear membranes can be studied. Thereby, combining cryo-FIB and cryo-ET allows us to study the structural interactions of the nuclear lamina with these cellular structures at high resolution. A typical view into the nuclear lamina as revealed by applying FIB-milling in conjunction with cryo-ET is shown in Figure 1 e.