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Surprisingly little is known about the organization and distribution of tRNAs and tRNA-related sequences on a genome-wide scale. While tRNA complements are usually reported in passing as part of genome annotation efforts, and peculiar features such as the tandem arrangements of tRNAs in Entamoeba histolytica have been described in some detail, comparative studies are rare. We therefore set out to systematically survey the genomic arrangement of tRNAs in a wide range of eukaryotes to identify common patterns and taxon-specific peculiarities. We found that tRNA complements evolve rapidly and that tRNA locations are subject to rapid turnover. At the phylum level, distributions of tRNA numbers are very broad, with standard deviations on the order of the mean. Even within fairly closely related species, we observe dramatic changes in local organization. Consistent with this variability, syntenic conservation of tRNAs is also poor in general, with turn-over rates comparable to those of unconstrained sequence elements. We conclude that the genomic organization of tRNAs shows complex, lineage-specific patterns characterized by extensive variability, and that this variability is in striking contrast to the extreme levels of sequence-conservation of the tRNA genes themselves. Our comprehensive analysis of eukaroyotic tRNA distributions provides a basis for further studies into the interplay between tRNA gene arrangements and genome organization in general. Secondly, we focused on the investigation of small non-coding RNAs (ncRNAs) from whole transcriptome data. Since ncRNAs constitute a significant part of the transcriptome, we explore this data to detect and classify patterns derived from transcriptome-associated loci. We selected three distinct ncRNA classes: microRNAs, snoRNAs and tRNAs, all of which undergo maturation processes that lead to the production of shorter RNAs. After mapping the sequences to the reference genome, specific patterns of short reads were observed. These read patterns appeared to reflect RNA processing and, if so, should specify the RNA transcripts from which they are derived. In order to investigate whether the short read patterns carry information on the particular ncRNA class from which they orginate, we performed a random forest classification on the three distinct ncRNA classes listed above. Then, after exploring the potential classification of general groups of ncRNAs, we focused on the identification of small RNA fragments derived from tRNAs. After mapping transcriptome sequence data to reference genomes, we searched for specific short read patterns reflecting tRNA processing. In this context, we devised a common tRNA coordinate system based on conservation and secondary structure information that allows vector representation of processing products and thus comparison of different tRNAs by anticodon and amino acid. We report patterns of tRNA processing that seem to be conserved across species. Though the mechanisms and functional implications underlying these patterns remain to be clarified, our analysis suggests that each type of tRNA exhibits a specific pattern and thus appears to undergo a characteristic maturation process.

<p>Human L-glutamine:D-fructose-6-phosphate amidotransferase 1 (hGFAT1) is the first and rate-limiting enzyme of the hexosamine biosynthesis pathway (HBP) and is a potential target to help prevent secondary complications of type II diabetes. GFAT catalyzes the irreversible reaction between L-glutamine and D-fructose-6-phosphate to produce L-glutamate and D-glucosamine-6-phosphate. hGFAT1 is not commercially available and is difficult to obtain from natural sources. Thus, a recombinant method to generate and purify the enzyme was developed and is discussed herein.</p> <p>There are only a handful of known inhibitors available to study the enzyme and the majority of these are toxic, non-specific, or substrate analogs. A high-throughput screening campaign was undertaken in pursuit of novel hGFAT1 inhibitors. The bioactive subset of the Canadian Compound Collection was assayed in duplicate for GFAT inhibitory activity using a modified version of the Morgan-Elson assay. Out of the 3950 bioactives, 9 were identified as lead compounds. All of the compounds identified from the bioactive collection are novel GFAT inhibitors.</p> <p>A structure-activity relationship (SAR) analysis was performed on the lead compounds. Derivatives of the leads were also purchased or synthesized for inhibitory testing. Four distinct classes of compounds were identified as GFAT inhibitors: isoquinolines, aminothiazoles, pyridinones and quinones. The most potent lead compound elucidated from the SAR was dehydroiso-β-lapachone (IC₅₀ 1.5±0.5 µM). The mode of inhibition of dehydroiso-β-lapachone was determined to be non-competitive for both binding domains of recombinant hGFAT1.</p> <p>To validate the lead compounds as inhibitors of native hGFAT1 and to determine their cell permeability, a cell based assay was developed. HepG2 cell cultures were treated with an inhibitor and HBP metabolism was determined by measuring the levels of the end-product uridine diphosphate <em>N</em>-acetylglucosamine (UDP-GlcNAc). UDP-GlcNAc was separated and detected by UPLC-ESI-TOF-MS and metabolite levels were normalized to cell concentration. The leads, alloxan, lapachol and amrinone all displayed hGFAT1 inhibition in cell culture.</p> / Doctor of Philosophy (PhD)

Ziel dieser Arbeit war die Erhöhung der Temperaturtoleranz des Cyanobakteriums Synechocystis sp. PCC 6803 mittels ungerichteter Mutagenese und adaptiver Evolution. Trotz des erneuten Interesses an Cyanobakterien und Mikroalgen in den letzten Jahren, gibt es nur relativ wenige aktuelle Studien zum Einsatz dieser Methoden an Cyanobakterien. Zur Analyse eines mittels Mutagenese erzeugten Gemischs an Stämmen, ist es von großem Vorteil Hochdurchsatz-Methoden zur Kultivierung und zum Screening einsetzen zu können. Auf Basis eines Pipettierroboters wurde solch eine Plattform für phototrophe Mikroorganismen neu entwickelt und folgend stetig verbessert. Die Kultivierung erfolgt in 2,2ml Deepwell-Mikrotiterplatten innerhalb einer speziell angefertigten Kultivierungskammer. Schüttelbedingungen, Beleuchtung, Temperatur und CO2-Atmosphäre sind hierbei vollständig einstellbar.Die Plattform erlaubt semi-kontinuierliche Kultivierungen mit automatisierten Verdünnungen von hunderten Kulturen gleichzeitig. Automatisierte Messungen des Wachstums, des Absorptionsspektrums, der Chlorophyllkonzentration, MALDI-TOF-MS sowie eines neu entwickelten Vitalitätsassays wurden etabliert. Für die Mutagenese wurden die Letalität- und die nicht-letale Punktmutationsrate von ultravioletter Strahlung und Methylmethansulfonat für Synechocystis charakterisiert. Synechocystis wurde mit den so ermittelten optimalen Dosen mehrfach behandelt und anschließend einer in vivo Selektion unterzogen. Somit wurde dessen Temperaturtoleranz um bis zu 3°C erhöht. Über die Screeningplattform wurden die thermotolerantesten monoklonalen Stämme identifiziert. Nach einer Validierung wurde das vollständige Genom der Stämme sequenziert. Hierdurch wurden erstmals Mutationen in verschiedenen Genen mit der Langzeittemperaturtoleranz von Synechocystis in Verbindung gebracht. Bei einigen dieser Gene ist es sehr unwahrscheinlich, dass sie mittels anderer Verfahren hätten identifiziert werden können. / The goal of this work was the increase of the thermal tolerance of the cyanobacteria Synechocystis sp. PCC 6803 via random mutagenesis and adaptive evolution. Even with the renewed interest in cyanobacteria in the recent years, there is relatively limited current research available on the application of these methods on cyanobacteria. To analyse a mixture of various strains typically obtained through random mutagenesis, a method allowing high-throughput miniaturized cultivation and screening is of great advantage. Based on a pipetting robot a novel high-throughput screening system suitable for phototrophic microorganisms was developed and then constantly improved. The cultivation was performed in 2,2 ml deepwell microtiter plates within a cultivation chamber outfitted with programmable shaking conditions, variable illumination, variable temperature, and an adjustable CO2 atmosphere. The platform allows semi-continuous cultivation of hundreds of cultures in parallel. Automated measurements of growth, full absorption spectrum, chlorophyll concentration, MALDI-TOF-MS, as well as a novel vitality measurement protocol, have been established. Prior to the mutagenesis, the lethality and rate of non-lethal point mutations of ultraviolet radiation and methyl-methanesulphonate were characterized for Synechocystis. The thus determined optimal dosages were applied to Synechocystis followed by in vivo selection in four rounds of mutagenesis, thereby raising its temperature tolerance by 3°C. The screening platform was used to identify the most thermotolerant monoclonal strains. After validation, their whole genomes were sequenced. Thus mutations in various genes were identified which promote the strains'' thermal tolerance. For some of the genes it is very unlikely that their link to high thermal tolerance could have been identified by other approaches.

Tato práce se zabývá syntézou řeči z textu. V práci je podán základní teoretický úvod do syntézy řeči z textu. Práce je postavena na MARY TTS systému, který umožňuje využít existujících modulů k vytvoření vlastního systému pro syntézu řeči z textu, a syntéze řeči pomocí skrytých Markovových modelů natrénovaných na vytvořené řečové databázi. Bylo vytvořeno několik jednoduchých programů ulehčujících vytvoření databáze a přidání nového jazyka a hlasu pro MARY TTS systém bylo demonstrováno. Byl vytvořen a publikován modul a hlas pro Český jazyk. Byl popsán a implementován algoritmus pro přepis grafémů na fonémy.

Durch das Einbringen von Additiven, Füll- und Verstärkungsstoffen in eine polymere Matrix oder durch das Blenden unterschiedlicher Polymere ist es möglich, die Eigenschaften von Kunststoffen gezielt auf den Anwendungsfall hin zu optimieren. Gerade durch diese „Einstellbarkeit“ der Eigenschaften und infolge ihrer vergleichsweise geringen Dichte verdrängen Kunststoffe zunehmend klassische Werkstoffe und erobern so neue Anwendungsgebiete. Die Entwicklung solcher innovativer Kunststoffrezepturen (Compounds) ist jedoch zeitaufwendig und kostenintensiv. Um die gewünschten Gebrauchseigenschaften des Endproduktes zu erreichen, ist oft eine Vielzahl unterschiedlicher Zusatzstoffe erforderlich; somit werden entsprechende Rezepturen schnell sehr komplex. Bei der klassischen Materialentwicklung wird zumeist nicht erfasst/ermittelt, welche Synergien die einzelnen Bestandteile - positiver oder negativer Art - untereinander haben. Eine gezielte systematische Untersuchung dieser Synergien mit klassischen Methoden ist aus Kosten- und Zeitgründen kaum möglich. Für eine zeitgemäße Materialentwicklung sind daher neue Methoden gefragt, die eine schnelle Rezepturvariation, gepaart mit einem schnellen Eigenschaftsscreening, ermöglichen. Mit der Entwicklung des kombinatorischen Compoundier und High Throughput Screening Systems (CC/HTS-Systems) wurde im Rahmen dieser Arbeit eine, auch industriell einsetzbare, Basisanlage für die schnelle Entwicklung von neuen und innovativen Compoundrezepturen erstellt und hinsichtlich der Übertragbarkeit der Ergebnisse verifiziert. Das CC/HTS-System besteht aus: • einem Doppelschneckenextruder (ZSK 18 MegaLab) Eine entscheidende Besonderheit dieses System resultiert aus der Möglichkeit, die Materialzufuhr und damit die Zusammensetzung über rechnergesteuerte Dosierwaagen kontinuierlich zu verändern. Die im Vergleich zur klassischen Vorgehensweise somit vorhandene schnelle Rezepturänderung ermöglicht es in kürzester Zeit, eine große Rezepturvielfalt abzuarbeiten. • einer Flachfolienanlage Durch die direkte Kopplung der Flachfolienanlage mit der Folienextrusion wird der Rezepturgradient in einer Folie, im Sinne einer 1-dimensionalen Library „eingefroren“. • integrierten Prüfeinrichtungen Durch den Einsatz von in das System zu integrierenden unterschiedlichen HTS-Methoden ist eine schnelle und aussagefähige Charakterisierung der so hergestellten Rezepturen direkt online möglich. Erst diese im Rahmen dieser Arbeit entwickelten und validierten mechanischen Online-Prüfungen, als neue HTS-Methoden, ermöglichen durch deren Integration in das Gesamtsystem ein schnelles Materialscreening, indem die im Rahmen des CC hergestellten Folien (Library) online auf ihre mechanische Performance hin geprüft werden. Die mechanische Online-Prüfeinrichtung wurde so konzipiert, dass drei unterschiedliche Tests simultan in einer Vorrichtung durchgeführt werden. Hierbei handelt es sich um: • einen Durchstoßversuch, • einen Weiterreißversuch (wahlweise in oder travers zur Folienabzugsrichtung), • einen modifizierten Zugversuch (wahlweise in oder travers zur Folienabzugsrichtung). Anhand dieser drei zeitgleich online gemessenen Werkstoffkennwerte sind Aussagen über die wichtigsten mechanischen Eigenschaften - Steifigkeit, Zähigkeit und Festigkeit - abhängig von der Werkstoffzusammensetzung möglich. Die Prüfeinrichtungen für den Zug- und den Weiterreißversuch sind so konstruiert, dass sie sich je nach Entwicklungsaufgabe in der Prüfeinrichtung um 90° drehen lassen, um auch mechanische Eigenschaften in und/oder travers zur Folienabzugsrichtung zu ermitteln. Durch das Entfernen der Kerbmesser in der Prüfeinrichtung des Weiterreißversuchs lässt sich dieser zu einem zweiten Online-Zugversuch umrüsten, um z. B. gleichzeitig in und travers zur Folienabzugsrichtung die Zugfestigkeit zu erfassen. Hierdurch ist es möglich, in einem Prozessdurchlauf das anisotrope Werkstoffverhalten rezeptur- und prozessabhängig zu charakterisieren. Die Entwicklung der mechanischen Online-Prüfeinrichtung wurde durch stetige Validierung der Prüfergebnisse abgesichert. Als Ergebnis dieser Validierungsschritte ist festzuhalten, dass die online und offline ermittelten mechanischen Eigenschaften gut miteinander korrelieren. Eine entscheidende Frage beim CC war neben der Korrelierbarkeit der mechanischen Eigenschaften die Zuordnung der Rezepturzusammensetzung - welche sich kontinuierlich infolge der Gradientendosierung verändert - zu den online ermittelten Materialeigenschaften. Hierbei ist das Verweilzeitverhalten des Gesamtsystems, bestehend aus Extruder und Flachfolienanlage, zu berücksichtigen. Zur Beantwortung dieser Fragestellung wurden zunächst verschiedene theoretische Modelle auf ihre Anwendbarkeit hin untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass das Double Backflow Cell Model die gewählte Versuchsanordnung am besten beschreibt. Als Ergebnis dieser theoretischen Überlegungen ist festzuhalten, dass für eine gute Korrelation von Rezepturzusammensetzung und online ermittelten Materialeigenschaften nur die System-Totzeit bei hinreichend langer Gradientenzeit zu berücksichtigen ist. Diese Arbeitshypothese konnte durch einen Versuch mittels Gradientenzugabe von Glasfasern von 0 w% auf 30 w% in Polypropylen und anschließender Glührückstandsbestimmung experimentell bestätigt werden. Im Anschluss an die Entwicklung und Validierung des Gesamtsystems (Gradientendosierung und mechanische Online-Prüfung) wurden die Möglichkeiten des CC/HTS-Systems anhand eines praxisrelevanten Zweistoffsystems, bestehend aus Polypropylen und verschiedenen POEs, welche sich im Viskositätsverhältnis zum Polypropylen und dem α-Olefin-Anteil unterscheiden, aufgezeigt. Durch das Blenden von Polypropylen mit einem Polyolefinelastomer (POE) lässt sich Polypropylen schlagzäh modifizieren. Bei einem solchen Blend aus zwei in der Regel nicht mischbaren Polymeren ist die sich einstellende Phasenmorphologie für das mechanische Werkstoffverhalten von entscheidender Bedeutung. Die Phasenmorphologie, also die Form und Größe der POE-Partikel, in der Polypropylenmatrix ist stark von der ausgewählten POE-Type abhängig. Um Aussagen zur Blendmorphologie zu erhalten, wurde im Rahmen dieser Untersuchungen die mechanische Online-Prüfung erstmals mit einer Online-Kleinwinkellichtstreuung als HTS-Methoden gekoppelt. Durch die Online-Kleinwinkellichtstreuung ist es möglich, simultan zu den mechanischen Eigenschaften auch online Rückschlüsse auf die Blendmorphologie zu erhalten. Diese Untersuchungen zeigten, wie die Morphologie und die mechanischen Eigenschaften korrelieren und welche Bedeutung der Auswahl der Blendpartner - des POEs – für das mechanische Werkstoffverhalten zukommt. Interessant war, dass die untersuchten Prozessparameter von untergeordneter Bedeutung für die Performance eines solchen Blends sind. Abschließend wurde die CC/HTS Methode auf eine industrielle Fragestellung - Dreistoffsystem bestehend aus Polypropylen/Glasfasern/Koppler – angewandt. Die Anwendbarkeit des Systems auch auf komplexere Werkstoffzusammensetzungen wurde dabei bestätigt. Es konnte gezeigt werden, dass mit Hilfe dieser Methode / Versuchseinrichtung die Compoundentwicklung deutlich beschleunigt und ressourcenschonender durchgeführt werden kann und die Ergebnisse mit den klassisch erarbeiteten Werten korrelieren.

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Le virus de l’hépatite C (VHC) est un agent causateur de maladies du foie important responsable d’une pandémie affectant près de 180 millions d’individus mondialement. L’absence de symptômes dans les premières années d’infection entraîne des diagnostics tardifs qui empêchent la prise en charge rapide des patients avant l’apparition d’une fibrose et, dans près de 16 % des cas d’infection, d’une cirrhose. En exploitant les interactions protéine-protéine membranaires, des essais utilisant la technologie BRET, dans les cellules vivantes, ont été précédemment optimisés afin d’établir le réseau complet des interactions du VHC. En utilisant les fondements de cette étude, un essai à haut débit dans les cellules vivantes a été réalisé pour identifier de nouveaux composés anti-VHC ciblant une nouvelle interaction NS3/4A-NS3/4A. Approximativement 110,000 petites molécules ont été criblées pour leurs effets sur l’homodimérization de NS3/4A et ont été classées par rapport à leur spécificité et à leur puissance contre le VHC. Au terme de cette étude, UM42811 a été identifié comme un activateur potentiel de l’interaction NS3/4A-NS3/4A offrant une activité antivirale prometteuse dotant une excellente fenêtre thérapeutique. Par la suite, un séquençage exhaustif des virus, soumis à un traitement de UM42811, a permis d’établir le profil de résistance du VHC contre ce composé. Grâce à cette fine cartographie, il a été possible d’identifier un nouveau mécanisme d’inhibition de NS3/4A qui est indépendant de son activité protéase. En utilisant les données de notre groupe sur les interactions VHC-hôte, il a été possible de continuer la caractérisation fonctionnelle du composé UM42811 en étudiant son effet sur les interactions potentiellement bénéfiques à la persistance virale. Pour ce faire, les protéines associées au transport nucléaire et mitochondriale qui sont des interactants de choix de NS3/4A ont été priorisées. Parmi ces facteurs de l’hôte, l’étude de karyopherin subunit beta 1 (KPNB1) et de heat shock protein 60 (HSP60) a été priorisée. De façon intéressante, les expériences de co-immunoprécipitation ont démontré que UM42811 était capable de prévenir l’interaction KPNB1-NS3/4A ainsi que l’interaction HSP60-NS3/4A. De plus, les études ii fonctionnelles et les analyses d’immunobuvardage de type western ont démontré que l’interaction KPNB1-NS3/4A avait des effets délétères sur l’induction des gènes stimulés par l’interféron (ISG). Finalement, il a été démontré que KPNB1 est possiblement clivé par NS3/4A suggérant la présence potentielle d’un mécanisme de subversion ou d’échappement. En bref, cette étude démontre la puissance des stratégies impliquant les interactions protéine-protéine dans les cellules vivantes pour l’identification de nouveaux composés inhibiteurs, caractérise un nouveau mécanisme d’inhibition anti-VHC et révèle la possibilité d’un nouveau mécanisme d’évasion du système immunitaire. / Hepatitis C virus (HCV) is an important causative agent for liver diseases and is responsible for a worldwide pandemic affecting roughly 180 million individuals worldwide. Late diagnosis following the progression to fibrosis and to cirrhosis, in nearly 16% of chronic infections, is attributed to the absence of symptoms in the first years of infection. By exploiting membrane protein-protein interactions (PPI), live cell assays using bioluminescence resonance energy transfer (BRET) technology have previously been optimized to complete a comprehensive hepatitis C virus (HCV) protein interaction network. Using the groundwork laid by this network study, a high-throughput assay (HTS) cell-based assay was implemented to identify novel inhibitory compounds targeting an unreported NS3/4A-NS3/4A interaction. Approximately 110,000 compounds from a small-molecule collection were screened to monitor modulation of NS3/4A homodimerization and were discriminated based on specificity and potency. UM42811 was identified as a potential NS3/4A-NS3/4A interaction activator and found to have a promising antiviral activity boasting an excellent therapeutic window. Combined deep sequencing and mutation mapping have yielded a resistance profile based on statistical and functional probability pointing towards a novel inhibitory mechanism targeting the HCV NS3/4A independent from protease activity inhibition. Data from an HCV to host protein interaction network generated by our group was used to analyze alternative effects of UM42811 on interactions which potentially benefit viral persistence. NS3/4A-specific host interactors were heavily associated with nuclear and mitochondrial transport based on Gene Ontology (GO). Among these specific interactors, karyopherin subunit beta 1 (KPNB1) and heat shock protein 60 (HSP60) were selected for further study. Interestingly, co-immunoprecipitation experiments revealed that UM42811 was able to prevent both KPNB1-NS3/4A and HSP60-NS3/4A interactions. Moreover, functional and western analysis revealed the KPNB1-NS3/4A interaction to have deleterious effects on iv interferon stimulated gene (ISG) induction. Unexpectedly, analysis revealed a putative NS3/4A mediated cleavage of KPNB1. Overall, this study demonstrates the strength of cell-based PPI strategies in the identification of novel HCV antiviral compounds, characterizes a novel inhibitory mechanism for HCV and reveals a potentially novel viral immune evasion mechanism.

All viruses encode for at least one viral interferon (IFN) antagonist, which is used to subvert the cellular IFN response, a powerful antiviral innate immune response. Numerous in vitro and in vivo studies have demonstrated that IFN antagonism is crucial for virus survival, suggesting that viral IFN antagonists could represent promising therapeutic targets. This study focuses on Respiratory Syncytial Virus (RSV), an important human pathogen for which there is no vaccine or virus-specific antiviral drug. RSV encodes two IFN antagonists NS1 and NS2, which play a critical role in RSV replication and pathogenicity. We developed a high-throughput screening (HTS) assay to target NS2 via our A549.pr(ISRE)GFP-RSV/NS2 cell-line, which contains a GFP gene under the control of an IFN-stimulated response element (ISRE) to monitor IFN- signalling pathway. NS2 inhibits the IFN-signalling pathway and hence GFP expression in the A549.pr(ISRE)GFP-RSV/NS2 cell-line by mediating STAT2 degradation. Using a HTS approach, we screened 16,000 compounds to identify small molecules that inhibit NS2 function and therefore relinquish the NS2 imposed block to IFN-signalling, leading to restoration of GFP expression. A total of twenty-eight hits were identified; elimination of false positives left eight hits, four of which (AV-14, -16, -18, -19) are the most promising. These four hit compounds have EC₅₀ values in the single μM range and three of them (AV-14, -16, -18) represent a chemically related series with an indole structure. We demonstrated that the hit compounds specifically inhibit the STAT2 degradation function of NS2, not the function of NS1 or unrelated viral IFN antagonists. At the current time, compounds do not restrict RSV replication in vitro, hence hit optimization is required to improve their potency. Nonetheless, these compounds could be used as chemical tools to determine the unknown mechanism by which NS2 mediates STAT2 degradation and tackle fundamental questions about RSV biology.

Cryocoolers are closed cycle devices which produce cooling below 120 K. Usually, one or two linear motors are used to drive one pulse tube cryocooler. Cryocoolers are used for various applications like, cooling of infra red detectors, cryo surgical knife, cryogen recondenser etc. In this thesis the design development and testing of Twin Pulse Tube Cryocooler (TPTC) are discussed. TPTC consists of two pulse tubes driven by dual piston head linear compressor. This dual piston linear compressor is operated using single linear motor. Using this configuration, cooling power is doubled with reduced cost of compressor. The design, fabrication and testing of Linear Moving Magnet Synchronous Motor (LMMSM) based dual piston head linear compressor are carried out indigenously. Finite Element Method (FEM) analysis is used for estimating eddy current loss and flux distribution pattern in various mover configurations of the linear motor. The developed fabrication and assembly procedure of linear motor are discussed in detail. The mover of linear motor is supported by using a pair of cross armed C – type flexures. These flexures are designed using FEM and are fabricated indigenously. The flexure pairs are tested for 108 cycles with ± 3 mm stroke length of linear motor before assembling compressor. Linear motor is usually required to be operated at different frequencies. Thus, a variable frequency and variable voltage Pulse Width Modulated (PWM) based power supply is designed using analog circuits like Op-Amps. This cost effective power supply is capable of delivering 27 A at 100 V with frequency range of 25 Hz to 80 Hz continuously. Sage software was used to carry out 1-D simulation and obtain dimensions of various Pulse Tube Cryocooler (PTC) components. Various pulse tube configurations like Joint Twin PTC, Twin PTC with buffer volume and single PTC with buffer volume were carried out. A Computational Fluid Dynamics (CFD) Fluent 2-D analysis was carried out for single PTC with buffer volume. The fabrication and assembly procedure of PTC is discussed in detail. A novel method of heat exchanger fabrication was developed and analyzed using FEM and its performance is tested experimentally. The twin PTC is operated at 34 bar and 48 Hz. A light weight High Temperature Superconductor (HTS) based level sensor is developed to monitor the cryogen level. The developed sensor was calibrated against discrete diode array and pre-calibrated continuous capacitance type level sensor. The calibrations were carried out in indigenously designed and fabricated 4-wall cryostat using Liquid Nitrogen (LN2) and LOX as cryogen. LabVIEW software based data acquisition was designed for testing, recording and monitoring the performance of twin PTC and level sensors during experiments.