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Aspergillus oryzae is an industrially relevant organism for the secretory production of heterologous enzymes, especially amylases. The activities of potential heterologous amylases, however, cannot be quantified directly from the supernatant due to the high background activity of native α-amylase. This activity is caused by the gene products of amyA, amyB, and amyC. In this study, an in vitro CRISPR/Cas9 system was established in A. oryzae to delete these genes simultaneously. First, pyrG of A. oryzae NSAR1 was mutated by exploiting NHEJ to generate a counter-selection marker. Next, all amylase genes were deleted simultaneously by co-transforming a repair template carrying pyrG of Aspergillus nidulans and flanking sequences of amylase gene loci. The rate of obtained triple knock-outs was 47%. We showed that triple knockouts do not retain any amylase activity in the supernatant. The established in vitro CRISPR/Cas9 system was used to achieve sequence-specific knock-in of target genes. The system was intended to incorporate a single copy of the gene of interest into the desired host for the development of screening methods. Therefore, an integration cassette for the heterologous Fpi amylase was designed to specifically target the amyB locus. The site-specific integration rate of the plasmid was 78%, with exceptional additional integrations. Integration frequency was assessed via qPCR and directly correlated with heterologous amylase activity. Hence, we could compare the efficiency between two different signal peptides. In summary, we present a strategy to exploit CRISPR/Cas9 for gene mutation, multiplex knock-out, and the targeted knock-in of an expression cassette in A. oryzae. Our system provides straightforward strain engineering and paves the way for development of fungal screening systems.
Amino acid-based surfactants are valuable compounds for cosmetic formulations. The chemical synthesis of acyl-amino acids is conventionally performed by the Schotten-Baumann reaction using fatty acyl chlorides, but aminoacylases have also been investigated for use in biocatalytic synthesis with free fatty acids. Aminoacylases and their properties are diverse; they belong to different peptidase families and show differences in substrate specificity and biocatalytic potential. Bacterial aminoacylases capable of synthesis have been isolated from Burkholderia, Mycolicibacterium, and Streptomyces. Although several proteases and peptidases from S. griseus have been described, no aminoacylases from this species have been identified yet. In this study, we investigated two novel enzymes produced by S. griseus DSM 40236ᵀ . We identified and cloned the respective genes and recombinantly expressed an α-aminoacylase (EC 3.5.1.14), designated SgAA, and an ε-lysine acylase (EC 3.5.1.17), designated SgELA, in S. lividans TK23. The purified aminoacylase SgAA was biochemically characterized, focusing on its hydrolytic activity to determine temperature- and pH optima and stabilities. The aminoacylase could hydrolyze various acetyl-amino acids at the Nα -position with a broad specificity regarding the sidechain. Substrates with longer acyl chains, like lauroyl-amino acids, were hydrolyzed to a lesser extent. Purified aminoacylase SgELA specific for the hydrolysis of Nε -acetyl-L-lysine was unstable and lost its enzymatic activity upon storage for a longer period but could initially be characterized. The pH optimum of SgELA was pH 8.0. While synthesis of acyl-amino acids was not observed with SgELA, SgAA catalyzed the synthesis of lauroyl-methionine.
Background
Aminoacylases are highly promising enzymes for the green synthesis of acyl-amino acids, potentially replacing the environmentally harmful Schotten-Baumann reaction. Long-chain acyl-amino acids can serve as strong surfactants and emulsifiers, with application in cosmetic industries. Heterologous expression of these enzymes, however, is often hampered, limiting their use in industrial processes.
Results
We identified a novel mycobacterial aminoacylase gene from Mycolicibacterium smegmatis MKD 8, cloned and expressed it in Escherichia coli and Vibrio natriegens using the T7 overexpression system. The recombinant enzyme was prone to aggregate as inclusion bodies, and while V. natriegens Vmax™ could produce soluble aminoacylase upon induction with isopropyl β-d-1-thiogalactopyranoside (IPTG), E. coli BL21 (DE3) needed autoinduction with lactose to produce soluble recombinant protein. We successfully conducted a chaperone co-expression study in both organisms to further enhance aminoacylase production and found that overexpression of chaperones GroEL/S enhanced aminoacylase activity in the cell-free extract 1.8-fold in V. natriegens and E. coli. Eventually, E. coli ArcticExpress™ (DE3), which co-expresses cold-adapted chaperonins Cpn60/10 from Oleispira antarctica, cultivated at 12 °C, rendered the most suitable expression system for this aminoacylase and exhibited twice the aminoacylase activity in the cell-free extract compared to E. coli BL21 (DE3) with GroEL/S co-expression at 20 °C. The purified aminoacylase was characterized based on hydrolytic activities, being most stable and active at pH 7.0, with a maximum activity at 70 °C, and stability at 40 °C and pH 7.0 for 5 days. The aminoacylase strongly prefers short-chain acyl-amino acids with smaller, hydrophobic amino acid residues. Several long-chain amino acids were fairly accepted in hydrolysis as well, especially N-lauroyl-L-methionine. To initially evaluate the relevance of this aminoacylase for the synthesis of N-acyl-amino acids, we demonstrated that lauroyl-methionine can be synthesized from lauric acid and methionine in an aqueous system.
Conclusion
Our results suggest that the recombinant enzyme is well suited for synthesis reactions and will thus be further investigated.
New European Union (EU) regulations for UAS operations require an operational risk analysis, which includes an estimation of the potential danger of the UAS crashing. A key parameter for the potential ground risk is the kinetic impact energy of the UAS. The kinetic energy depends on the impact velocity of the UAS and, therefore, on the aerodynamic drag and the weight during free fall. Hence, estimating the impact energy of a UAS requires an accurate drag estimation of the UAS in that state. The paper at hand presents the aerodynamic drag estimation of small-scale multirotor UAS. Multirotor UAS of various sizes and configurations were analysed with a fully unsteady Reynolds-averaged Navier–Stokes approach. These simulations included different velocities and various fuselage pitch angles of the UAS. The results were compared against force measurements performed in a subsonic wind tunnel and provided good consistency. Furthermore, the influence of the UAS`s fuselage pitch angle as well as the influence of fixed and free spinning propellers on the aerodynamic drag was analysed. Free spinning propellers may increase the drag by up to 110%, depending on the fuselage pitch angle. Increasing the fuselage pitch angle of the UAS lowers the drag by 40% up to 85%, depending on the UAS. The data presented in this paper allow for increased accuracy of ground risk assessments.
Das „X Plore“ ist ein human hybrid angetriebenes Tauchboot, welches sowohl für den touristischen als auch privaten Gebrauch konzipiert ist. Das immersive Design des „X Plore" sorgt für ein eindrucksvolles Taucherlebnis. Das Konzept soll die Menschen über die aktuelle Not der Meere und ihrer Lebewesen aufklären und ihnen gleichzeitig die Möglichkeit geben, der Unterwasserwelt näher zukommen. Zudem soll es diese erhalten und ihre Bewohner:innen schützen. Des Weiteren thematisiert die Arbeit zukunftsorientierte Antriebs- und Batterietechniken und setzt sich mit der sinnvollen Integrierung dieser auseinander.
It has been shown that muscle fascicle curvature increases with increasing contraction level and decreasing muscle–tendon complex length. The analyses were done with limited examination windows concerning contraction level, muscle–tendon complex length, and/or intramuscular position of ultrasound imaging. With this study we aimed to investigate the correlation between fascicle arching and contraction, muscle–tendon complex length and their associated architectural parameters in gastrocnemius muscles to develop hypotheses concerning the fundamental mechanism of fascicle curving. Twelve participants were tested in five different positions (90°/105°*, 90°/90°*, 135°/90°*, 170°/90°*, and 170°/75°*; *knee/ankle angle). They performed isometric contractions at four different contraction levels (5%, 25%, 50%, and 75% of maximum voluntary contraction) in each position. Panoramic ultrasound images of gastrocnemius muscles were collected at rest and during constant contraction. Aponeuroses and fascicles were tracked in all ultrasound images and the parameters fascicle curvature, muscle–tendon complex strain, contraction level, pennation angle, fascicle length, fascicle strain, intramuscular position, sex and age group were analyzed by linear mixed effect models. Mean fascicle curvature of the medial gastrocnemius increased with contraction level (+5 m−1 from 0% to 100%; p = 0.006). Muscle–tendon complex length had no significant impact on mean fascicle curvature. Mean pennation angle (2.2 m−1 per 10°; p < 0.001), inverse mean fascicle length (20 m−1 per cm−1; p = 0.003), and mean fascicle strain (−0.07 m−1 per +10%; p = 0.004) correlated with mean fascicle curvature. Evidence has also been found for intermuscular, intramuscular, and sex-specific intramuscular differences of fascicle curving. Pennation angle and the inverse fascicle length show the highest predictive capacities for fascicle curving. Due to the strong correlations between pennation angle and fascicle curvature and the intramuscular pattern of curving we suggest for future studies to examine correlations between fascicle curvature and intramuscular fluid pressure.
Fahrzeugstruktur
(2023)
Um sowohl Treibhausgas-Emissionen zu verringern als auch Kraftstoffressourcen zu schonen, wird zunehmend an einer Transformation konventionell angetriebener Kraftfahrzeuge hin zu elektrifizierten Antriebskonzepten gearbeitet. Basierend auf herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor wurde eine Vielzahl neuer Antriebssysteme mit verschiedenem Elektrifizierungsgrad entwickelt. Mitte der 1990er-Jahre kamen erste Fahrzeuge mit einem Hybridantrieb auf den Markt. Die Kombination aus Verbrennungs- und Elektromotor erlaubt eine Verbrauchsreduktion und Bremsenergierückgewinnung sowie lokal emissionsfreies Fahren.
Gestaltung und Programmierung dynamischer Motion-Design Plakate zwecks Kommunikation der Theaterstücke des Düsseldorfer Schauspielhauses. Der Fokus liegt dabei auf der Typografie und ihrer intrinsischen Bewegung. Der technische Fortschritt bietet viele neue Möglichkeiten im Umgang mit Schrift. Diese Arbeit dient dazu, mithilfe von aktuellen Techniken einen neuen Ansatz im Bereich Gestaltung mit Schrift, sowie Variable Fonts, in Kombination mit Motion-Design aufzuzeigen. Dies wird anhand von Eigenschaften der Schrift und der inhaltlichen Ebene, ohne die Buchstaben dabei zu dekonstruieren, umgesetzt. Die Bewegungen werden dann in das Format Plakat übertragen und dargestellt.
RƎURB (Reurbanization & Renewable Energy) ist ein Konzept zur Integration von erneuerbaren Energien in einen urbanen Begegnungsraum. Es beinhaltet das Design eines skulpturalen Kleinwindkraftwerks und eines Solar-Pavillons mit einer Sitzlandschaft für einen energieautarken, öffentlichen Platz. Durch die Integration eines W-LAN Hotspots und Lademöglichkeiten in der Sitzlandschaft bringt RƎURB nicht nur grünen Strom in die Stadt, sondern gewährleistet der Bevölkerung auch Zugang zur Digitalisierung und einen kostenlosen Arbeitsraum. Windturbine: Herkömmliche Windräder können in der Stadt nicht genutzt werden. Die RƎURB-Windsäule ist darauf spezialisiert, die urbanen Winde aus allen Richtungen aufzunehmen und funktioniert schon bei einem leichten Windstoß. Durch das elegante Design lassen sich die Technologien als ästhetischen Blickfang in das moderne Stadtbild integrieren.
The concept of energy conversion into platform chemicals using bioelectrochemical systems (BES) has gained increasing attention in recent years, as the technology simultaneously provides an opportunity for sustainable chemical production and tackles the challenge of Power-to-X technologies. There are many approaches to realize the industrial scale of BES. One concept is to equip standard bioreactors with static electrodes. However, large installations resulted in a negative influence on various reactor parameters. In this study, we present a new single-chamber BES based on a stirred tank reactor in which the stirrer was replaced by a carbon fiber brush, performing the functions of the working electrode and the stirrer. The reactor is characterized in abiotic studies and electro-fermentations with Clostridium acetobutylicum. Compared to standard reactors an increase in butanol production of 20.14±3.66 % shows that the new BES can be efficiently used for bioelectrochemical processes.
Blind Shopping
(2023)
Das Einkaufen in Einkaufszentren oder Ladenstraßen ist für Menschen ohne Sehbehinderung eine selbstverständliche Tätigkeit. Für Menschen mit Sehbehinderung gibt es bis heute keine Möglichkeit, sich ohne Hilfe von Familienmitgliedern, Freund:innen oder Pflegepersonal in einem Einkaufszentrum zurechtzufinden. Genau dieses Problem löst "NAVON.". Er ist ein intelligenter und smarter Blindenstock, welcher durch Ultraschalldistanzsensoren frühzeitig Hindernisse erkennt und die Möglichkeit bietet, den Betroffenen durch das Einkaufszentrum zu lotsen. Die Logik des Systems liegt innerhalb des Handgriffs, welcher die wichtigsten Einstellungen bzgl. Sprache und haptischer Bedienelemente steuert. Ebenfalls gibt er dem Betroffenen auch ein haptisches Feedback, um Hindernisse frühzeitig umgehen zu können. "NAVON." ist ein wichtiger Ansatz für eine neue Kategorie von Produkten und Blindenstöcken. Darüber hinaus birgt das Konzept auch weitere Potenziale für öffentliche Gebäude (Ämter, Krankenhäuser, etc..).
Breathe
(2023)
Ein nachhaltiges, autonomes Fahrzeug, das in einer extrem schnellen und hektischen Welt, geprägt durch Digitalisierung und Urbanisierung, einen Moment der Ruhe bieten soll; eine Pause von der ständigen Flut von Eindrücken und Informationen. Ein immersives Design, das meditative und kreative Prozesse unterstützt und Mensch-Mensch sowie Mensch-Natur Begegnungen fördert.
Dieses Lehr- und Fachbuch vermittelt anschaulich die Grundlagen der HF-Technik, gibt konkrete Beschreibungen für den Entwurf von linearen Komponenten aus Bauteilen wie auch Leitungen für High-Speed- und HF-Schaltungen. Dem Leser wird vermittelt, wie Bauteile modelliert und Schaltungen synthetisiert und optimiert werden. Mit Hilfe frei verfügbarer Simulationssoftware können GHz-Schaltungen selbst entwickelt werden. Viele Übungsbeispiele ermöglichen die Eigenkontrolle des Wissensstandes. Weiterhin werden komplexe nichtlineare Komponenten wie Hochfrequenzmischer, Oszillatoren und Synthesegeneratoren in ihrer Funktionalität dargestellt. Die neuen Mixed-Mode-Streuparameter sowie deren Leitungs- und Schaltungstechnik für Anwendungen der schnellen Digital- und der modernen HF-Technik sind ausführlich beschrieben. Es wird auf Systeme für folgende Bereiche eingegangen: Streuparametermesstechnik, verschiedene Funktechniken, UHF-RFID und Lokalisierung- und Ortung. Dem Leser wird somit ermöglicht, komplexe GHz-Schaltungen insbesondere mit Halbleiter-, SMD- und LTCC-Schaltungen zu entwickeln.
This paper presents an approach to predicting the sound exposure on the ground caused by a landing aircraft with recuperating propellers. The noise source along the trajectory of a flight specified for a steeper approach is simulated based on measurements of sound power levels and additional parameters of a single propeller placed in a wind tunnel. To validate the measured data/measurement results, these simulations are also supported by overflight measurements of a test aircraft. It is shown that the simple source models of propellers do not provide fully satisfactory results since the sound levels are estimated too low. Nevertheless, with a further reference comparison, margins for an acceptable increase in the sound power level of the aircraft on its now steeper approach path could be estimated. Thus, in this case, a +7 dB increase in SWL would not increase the SEL compared to the conventional approach within only 2 km ahead of the airfield.
Schlüter Projekt X
(2023)
Schlüter Projekt X ist die fiktive Reanimation des Traktorenherstellers Schlüter. Dabei geht es darum, auf Basis der originalen Traktoren eine moderne Maschine zu entwerfen, welche die bewährte und beliebte Formsprache mit moderner Technologie und aktuellen Funktionen verbindet, um den Anforderungen der modernen Landwirtschaft gerecht zu werden. Dazu wurde Projekt X stark modular aufgebaut. Die Fahrzeugkabine lässt sich um 180° drehen und gegebenenfalls durch ein vollkommen autonomes Modul austauschen. Die Reifen lassen sich bei Bedarf durch Ketten ersetzen. Projekt X wird elektronisch angetrieben, zur Vermeidung langer Ladezeiten lässt sich der gesamte Akkublock in der Motorhaube austauschen.
Spine Sans – Erkundung des generativen Potenzials modularer Typografie. „Spine Sans“ ist eine dekorative Schriftfamilie, die mit modularen Limitationen gestaltet wurde. Kleinbuchstaben sind in eine obere und untere Hälfte unterteilt, zwischen denen Raum für spannende generative Effekte entsteht. Schriftzeichen und Effekte wurden unabhängig voneinander, aber auf dem gleichen Spaltenraster gestaltet und passen daher nahtlos zusammen. Beispielhafte Varianten der „Spines“ können in einem speziell programmierten Web-Interface an selbst geschriebenen Text erkundet werden. Die Galerie an Optionen präsentiert mögliche Resultate für die spielerische Kombination. Die zwei Schriftschnitte „Spine Sans Bold“ und „Spine Sans Double“ können auch gemischt werden. Weiter ergänzbar um maßgeschneiderte Varianten, kann „Spine Sans“ besonders in interaktiven oder animierten Medien effektiv verschiedenste Eindrücke vermitteln.
The increasing share of renewable electricity in the grid drives the need for sufficient storage capacity. Especially for seasonal storage, power-to-gas can be a promising approach. Biologically produced methane from hydrogen produced from surplus electricity can be used to substitute natural gas in the existing infrastructure. Current reactor types are not or are poorly optimized for flexible methanation. Therefore, this work proposes a new reactor type with a plug flow reactor (PFR) design. Simulations in COMSOL Multiphysics ® showed promising properties for operation in laminar flow. An experiment was conducted to support the simulation results and to determine the gas fraction of the novel reactor, which was measured to be 29%. Based on these simulations and experimental results, the reactor was constructed as a 14 m long, 50 mm diameter tube with a meandering orientation. Data processing was established, and a step experiment was performed. In addition, a kLa of 1 h−1 was determined. The results revealed that the experimental outcomes of the type of flow and gas fractions are in line with the theoretical simulation. The new design shows promising properties for flexible methanation and will be tested.
Dieses multimediale Projekt thematisiert Zensur aus verschiedenen Dimensionen in totalitären, religiös-patriarchalischen Ländern, insbesondere im Iran. Dadurch wird versucht, mit einem denunzierenden Ansatz zu zeigen, wie Bilder zensiert werden und welche Auswirkungen diese zensierten Bilder auf Betrachter:innen haben. Dabei ist es auch wichtig, wie das Unsichtbare analysiert und verstanden wird. Die Opposition zwischen dem Akt des Visualisierens/Sichtbarmachens und Verbergens/Unsichtbarmachens in den meisten Bildern impliziert die Dialektik von Verhüllung und Enthüllung.
Das Projekt »Velum« ermöglicht es den Betrachter:innen, die Zensurpraktiken in totalitär-religiösen Ländern kennenzulernen und zu erfahren, inwieweit die Zensur das tägliche Leben durchdrungen und beeinflusst hat –in der Kunst, der Literatur, den Medien usw. Ein Phänomen, das sogar die Privatsphäre des Individuums beeinträchtigt.