Molecular analysis of volatile metabolites released specifically by staphylococcus aureus and pseudomonas aeruginosa

Abstract Background The routinely used microbiological diagnosis of ventilator associated pneumonia (VAP) is time consuming and often requires invasive methods for collection of human specimens (e.g. bronchoscopy). Therefore, it is of utmost interest to develop a non-invasive method for the early detection of bacterial infection in ventilated patients, preferably allowing the identification of the specific pathogens. The present work is an attempt to identify pathogen-derived volatile biomarkers in breath that can be used for early and non- invasive diagnosis of ventilator associated pneumonia (VAP). For this purpose, in vitro experiments with bacteria most frequently found in VAP patients, i.e. Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa, were performed to investigate the release or consumption of volatile organic compounds (VOCs). Results Headspace samples were collected and preconcentrated on multibed sorption tubes at different time points and subsequently analyzed with gas chromatography mass spectrometry (GC-MS). As many as 32 and 37 volatile metabolites were released by S. aureus and P. aeruginosa, respectively. Distinct differences in the bacteria-specific VOC profiles were found, especially with regard to aldehydes (e.g. acetaldehyde, 3-methylbutanal), which were taken up only by P. aeruginosa but released by S. aureus. Differences in concentration profiles were also found for acids (e.g. isovaleric acid), ketones (e.g. acetoin, 2-nonanone), hydrocarbons (e.g. 2-butene, 1,10-undecadiene), alcohols (e.g. 2-methyl-1-propanol, 2-butanol), esters (e.g. ethyl formate, methyl 2-methylbutyrate), volatile sulfur compounds (VSCs, e.g. dimethylsulfide) and volatile nitrogen compounds (VNCs, e.g. 3-methylpyrrole). Importantly, a significant VOC release was found already 1.5 hours after culture start, corresponding to cell numbers of ~8*106 [CFUs/ml]. Conclusions The results obtained provide strong evidence that the detection and perhaps even identification of bacteria could be achieved by determination of characteristic volatile metabolites, supporting the clinical use of breath-gas analysis as non-invasive method for early detection of bacterial lung infections. </jats:sec

Modellierung und Aufbau eines 3R-Roboters mit flexiblen Armsegmenten

In dieser Arbeit wurde ein Modell zur Beschreibung eines ebenen 3R-Roboters mit flexiblen Armsegmenten hergeleitet. Dafür wurden zunächst mehrere verschiedene Modellierungskonzepte untersucht, wobei sich die Assumed-Modes-Method als am geeignetsten herausstellte. Hierbei wurde jedes Armsegment des Roboters als Balken mit zwei Biegemoden approximiert. Auf eine möglichst präzise Auswahl der Randbedingungen dieser Balkenmodelle wurde dabei besonders Wert gelegt. Um die Komplexität des mathematischen Modells und damit den Berechnungsaufwand zu reduzieren, wurde die Verwendung von Pseudo-Biegemoden herangezogen. Das allgemeine mathematische Modell wurde um den Anteil der Gelenksdynamiken reduziert und für eine Ansteuerung mittels Schrittmotoren angepasst. Die dadurch gewonnene explizite Bewegungsgleichung wurde mithilfe von Simulationen analysiert und das System validiert. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde ein Versuchsaufbau des 3R-Roboters erstellt, dessen kinematische Eigenschaften möglichst mit jenen des kinematischen Modells übereinstimmen. Mit diesem Aufbau sollen die Erkenntnisse dieser und folgender Arbeiten in späteren Studien verifiziert werden.In this thesis, a model of a planar 3R-robot with flexible links was deduced. For this, several different modelling concepts were first investigated, whereby the Assumed-Modes-Method proved to be the most suitable. In this thesis, each flexible link of the robot was approximated as a beam with two modes of vibration. Emphasis was placed on selecting the boundary conditions of these beam models as precisely as possible. In order to reduce the complexity of the mathematical model and thus the computational cost, the use of pseudo-mode shapes was applied. The overall mathematical model was reduced by the share of joint dynamics and adapted for actuation by stepper motors. The resulting explicit equation of motion was analysed using simulations and the system was validated. In the second part of this thesis, an experimental setup of the 3R-robot was created, whose kinematic characteristics are as close as possible to those of the mathematical model. This setup will be used to verify the findings of this and subsequent work in later studies.Dominik Sponring, B.Sc.Masterarbeit Universität Innsbruck 2022Kurzfassung deutsch und englisc

Modellierung und Aufbau eines 3R-Roboters mit flexiblen Armsegmenten

In dieser Arbeit wurde ein Modell zur Beschreibung eines ebenen 3R-Roboters mit flexiblen Armsegmenten hergeleitet. Daf\ufcr wurden zun\ue4chst mehrere verschiedene Modellierungskonzepte untersucht, wobei sich die Assumed-Modes-Method als am geeignetsten herausstellte. Hierbei wurde jedes Armsegment des Roboters als Balken mit zwei Biegemoden approximiert. Auf eine m\uf6glichst pr\ue4zise Auswahl der Randbedingungen dieser Balkenmodelle wurde dabei besonders Wert gelegt. Um die Komplexit\ue4t des mathematischen Modells und damit den Berechnungsaufwand zu reduzieren, wurde die Verwendung von Pseudo-Biegemoden herangezogen. Das allgemeine mathematische Modell wurde um den Anteil der Gelenksdynamiken reduziert und f\ufcr eine Ansteuerung mittels Schrittmotoren angepasst. Die dadurch gewonnene explizite Bewegungsgleichung wurde mithilfe von Simulationen analysiert und das System validiert. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde ein Versuchsaufbau des 3R-Roboters erstellt, dessen kinematische Eigenschaften m\uf6glichst mit jenen des kinematischen Modells \ufcbereinstimmen. Mit diesem Aufbau sollen die Erkenntnisse dieser und folgender Arbeiten in sp\ue4teren Studien verifiziert werden.In this thesis, a model of a planar 3R-robot with flexible links was deduced. For this, several different modelling concepts were first investigated, whereby the Assumed-Modes-Method proved to be the most suitable. In this thesis, each flexible link of the robot was approximated as a beam with two modes of vibration. Emphasis was placed on selecting the boundary conditions of these beam models as precisely as possible. In order to reduce the complexity of the mathematical model and thus the computational cost, the use of pseudo-mode shapes was applied. The overall mathematical model was reduced by the share of joint dynamics and adapted for actuation by stepper motors. The resulting explicit equation of motion was analysed using simulations and the system was validated. In the second part of this thesis, an experimental setup of the 3R-robot was created, whose kinematic characteristics are as close as possible to those of the mathematical model. This setup will be used to verify the findings of this and subsequent work in later studies.Dominik Sponring, B.Sc.Masterarbeit Universit\ue4t Innsbruck 2022Kurzfassung deutsch und englisc

ich seh was du nicht siehst : eine architektonische Ann\ue4herung an die OP Art im Dreidimensionalen Raum

Anna SponringMasterarbeit Universtit\ue4t Innsbruck 202

ich seh was du nicht siehst : eine architektonische Annäherung an die OP Art im Dreidimensionalen Raum

Anna SponringMasterarbeit Universtität Innsbruck 202

Modellierung und Aufbau eines 3R-Roboters mit flexiblen Armsegmenten

In dieser Arbeit wurde ein Modell zur Beschreibung eines ebenen 3R-Roboters mit flexiblen Armsegmenten hergeleitet. Dafür wurden zunächst mehrere verschiedene Modellierungskonzepte untersucht, wobei sich die Assumed-Modes-Method als am geeignetsten herausstellte. Hierbei wurde jedes Armsegment des Roboters als Balken mit zwei Biegemoden approximiert. Auf eine möglichst präzise Auswahl der Randbedingungen dieser Balkenmodelle wurde dabei besonders Wert gelegt. Um die Komplexität des mathematischen Modells und damit den Berechnungsaufwand zu reduzieren, wurde die Verwendung von Pseudo-Biegemoden herangezogen. Das allgemeine mathematische Modell wurde um den Anteil der Gelenksdynamiken reduziert und für eine Ansteuerung mittels Schrittmotoren angepasst. Die dadurch gewonnene explizite Bewegungsgleichung wurde mithilfe von Simulationen analysiert und das System validiert. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde ein Versuchsaufbau des 3R-Roboters erstellt, dessen kinematische Eigenschaften möglichst mit jenen des kinematischen Modells übereinstimmen. Mit diesem Aufbau sollen die Erkenntnisse dieser und folgender Arbeiten in späteren Studien verifiziert werden.In this thesis, a model of a planar 3R-robot with flexible links was deduced. For this, several different modelling concepts were first investigated, whereby the Assumed-Modes-Method proved to be the most suitable. In this thesis, each flexible link of the robot was approximated as a beam with two modes of vibration. Emphasis was placed on selecting the boundary conditions of these beam models as precisely as possible. In order to reduce the complexity of the mathematical model and thus the computational cost, the use of pseudo-mode shapes was applied. The overall mathematical model was reduced by the share of joint dynamics and adapted for actuation by stepper motors. The resulting explicit equation of motion was analysed using simulations and the system was validated. In the second part of this thesis, an experimental setup of the 3R-robot was created, whose kinematic characteristics are as close as possible to those of the mathematical model. This setup will be used to verify the findings of this and subsequent work in later studies.Dominik Sponring, B.Sc.Masterarbeit Universität Innsbruck 2022Kurzfassung deutsch und englisc

Pr\ue4paration und Funktionsanalyse von Peptidbausteinen der Neurofibromin-GAP-Dom\ue4ne zur Definition einer minimalen Bindungsstelle von Spred1

Neurofibromatose Typ I ist ein autosomal dominant vererbbares Syndrom, welches durch Mutationen im NF1 Gen verursacht wird. Legius Syndrom weist teilweise \ue4hnliche Symptome wie Neurofibromatose Typ I auf und wird durch Mutationen im SPRED1 Gen verursacht. Beide Syndrome geh\uf6ren zur Gruppe der RASopathien, welche durch Keimbahnmutationen verursacht werden und Proteine betreffen, die an der Ras-Regulation beteiligt sind. Neurofibromin dient dabei als Ras GTPase aktivierendes Protein (Ras-GAP) und Spred1 lokalisiert Neurofibromin \ufcber seine C-terminale sprouty verwandte Dom\ue4ne an die Membran. In k\ufcrzlich ver\uf6ffentlichten Studien konnte gezeigt werden, dass die GAPex-Dom\ue4ne von Neurofibromin GAP (NF1-GAP) essentiell f\ufcr die Bindung an die EVH1-Dom\ue4ne von Spred1 sind. Die detaillierte Bindungsstelle von NF1-GAP f\ufcr die genannte Interaktion zu Spred1 (EVH1) ist jedoch noch nicht gekl\ue4rt. Das Ziel dieser Arbeit ist eine detaillierte Charakterisierung und Pr\ue4peration von NF1-GAP Peptiden mit Bindungsaffinit\ue4t f\ufcr Spred1 (EVH1). Dies wurde durch eine limitierte Proteolyse erreicht und die Aminos\ue4urereste, welche f\ufcr die Bindung zust\ue4ndig sind, wurden mittels biochemischer und massenspektrometischer Methoden bestimmt. In dieser Arbeit konnten NF1-GAP Peptide, welche f\ufcr die Interaktion zu EVH1 zust\ue4ndig sind, gefunden werden. Es zeigt sich, dass die Kombination der GAPmin Dom\ue4ne mit dem N- terminalen Bereich von NF1-GAP essentiell f\ufcr die Bindung an Spred1 (EVH1) ist. Hingegen bindet der C-Terminus von NF1-GAP auch ohne die GAPmin Dom\ue4ne an Spred1 (EVH1).Neurofibromatosis type I is a common autosomal dominant heritable disease caused by mutations in the NF1 gene. Legius syndrome has similar symptoms to neurofibromatosis type I and is caused by mutations in SPRED1. Both syndromes belong to the group of RASopathies that are caused by germline mutations in genes encoding proteins involved in the Ras/MAPK pathway. Neurofibromin serves as a Ras GTPase activating protein (Ras-GAP) and Spred1 localizes neurofibromin with its C-terminal sprouty related domain to the membrane. Recent studies have shown that the extra domain of neurofibromins GAP-domain (NF1-GAP) is essential for binding to the EVH1 domain of Spred1. However, the specific binding site of NF1-GAP for the interaction with Spred1 (EVH1) has not yet been clarified. The aim of this work is a detailed characterization and preparation of NF1-GAP peptides, which bind to Spred1 (EVH1). These peptides were produced by limited proteolysis. Biochemical and mass spectrometric methods were used to characterize the peptides and their binding to EVH1. In this work NF1-GAP peptides were detected, which are responsible for the interaction with EVH1. It was discovered that the C-terminus of NF1-GAP (Cex) and the combination of the minimal part of NF1-GAP (GAPmin) with the external N-terminus of NF1-GAP (Nex) combined for binding to Spred1 (EVH1).submitted by: Sophia Sponring, B.Sc.Abweichender Titel laut cbersetzung der Verfasserin/des VerfassersZusammenfassung in deutscher SpracheMasterarbeit University of Innsbruck 201