Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Weiterentwicklung eines Prüfregelwerks für Flexitanksysteme hinsichtlich des durchzuführenden Bahnauflaufstoßes. Während eines solchen Versuchs wird das Flexitanksystem, bestehend aus einem herkömmlichen Seefrachtcontainer und beladen mit einem wassergefüllten Folientank sowie einiger Zusatzeinrichtungen, auf einem Tragwagen verankert und anschließend einer intensiven Stoßbelastung ausgesetzt. Der Nachweis der Dichtigkeit des Tanks und die Einhaltung diverser Verformungsgrenzwerte am Container entscheiden über den Ausgang des Versuchs. Während die Arbeit auch diese Punkte aufgreift, liegt der eigentliche Schwerpunkt in der Auseinandersetzung mit derjenigen Beurteilungsgröße, welche die Erfüllung der Prüfanforderungen bestimmt. Derzeit wird dieses Prüfkriterium über eine Beschleunigungsamplitude definiert, was allerdings eine gewisse Unschärfe mit sich bringt. Die Prüfmethodik und ihre Entwicklungsgeschichte, sowie die damit einhergehenden Nachteile werden im Detail erläutert und eine Möglichkeit der Erweiterung des Kriteriums mithilfe des Schockantwortspektrums geboten. Als Beurteilungsgröße für die dynamische Prüfung von Tankcontainern bereits fest etabliert, wird dieses mathematische Analysewerkzeug in allen Einzelheiten vorgestellt und dessen Eignung für die Anwendung im Bahnauflaufstoß für Flexitanksysteme untersucht. Zu diesem Zweck wird ein Simulationsmodell entwickelt, mit dessen Hilfe eine ausführliche Parameteranalyse durchgeführt und deren Ergebnisse Versuchsmessungen gegenübergestellt werden. Die Schlussfolgerungen münden in einem dem Flexitanksystem angepassten Prüfkriterium auf Basis des Schockantwort-spektrums, welches in Form eines Regelwerksentwurfs den entscheidungsberechtigten Gremien vorgeschlagen wird. Die Inhalte der drei Hauptkapitel der Dissertation können in folgenden Punkten zusammengefasst werden: Das Flexitanksystem wird vorgestellt, der Auflaufversuch erläutert und diskutiert sowie Versuchsergebnisse präsentiert und nach verschiedenen Gesichtspunkten analysiert. Das Schockantwortspektrum wird hergeleitet, dessen Charakteristika herausgestellt und deren Anwendung an praktischen Beispielen demonstriert. Die Eignung des Schockantwortspektrums zur Beurteilung von Auflaufstößen mit Flexitanksystem wird überprüft, die Einflussfaktoren in einer Parameteranalyse durchleuchtet und die Ergebnisse in die Definition eines neuen Prüfkriteriums eingeflochten. Die Dissertation entstand im Rahmen eines Fördermittelprojekts des Europäischen Sozialfonds und in Kooperation mit der Prüfanlage der TÜV SÜD Rail GmbH in Görlitz.

Masters of Science / The main objective of this study was to investigate promoter sequences of putative HSR genes for the presence of unique regulatory elements and modules that might be involved in the regulation of HSR. In order to achieve this objective, an in silico promoter analysis strategy was devised, which focused on the identification of promoter sequences and regulatory elements, and modelling of promoter modules by using Genomatix software tools such as MatInspector and ModelInspector. Results showed that two modules (EGRF_SP1F_01 and SP1F_CEBP_01) were conserved in the promoter sequences of three well-known Hsp-genes (Hsp90, Hsp105β and αβ-crystallin). Screening the 60 target gene promoters for the presence of the two modules revealed that 12 genes (20 %) contained both modules. These included Moesin, Proline-4 hydroxylase, Poly(A) binding protein and Formin-binding protein. None of these genes had been previously associated with heat shock response. / South Africa

Approved for public release, distribution is unlimited / Evaluations, otherwise known as ship shock trials, have been conducted in order to determine the seaworthiness of each new class of ship commissioned in the U.S. Fleet. While beneficial in determining the overall survivability of a ship and its mission essential equipment in a severe shock environment, these Navy-mandated tests pose serious danger to the crew, ship and environment. As an alternative to these labor intensive, costly and time consuming at-sea tests, the recent advances in computer processing power have made it possible to employ finite element methods involving complex geometries in the modeling and simulation of shock response for the ship and surrounding fluid. This thesis examines the accuracy of shock simulation predictions as compared to the ship shock trials conducted on USS WINSTON S. CHURCHILL (DDG-81). An investigation of the effects of sensor location, damping and shot geometry is presented as validation of the Naval Postgraduate School modeling and simulation methodology. / Lieutenant, United States Navy

The heat shock response (HSR) is a highly conserved mechanism that enables organisms to survive environmental and pathophysiological stress. In Drosophila, the HSR is regulated by a single transcription factor, heat shock factor (HSF). During stress, HSF trimerizes and binds to over 200 loci on Drosophila polytene chromosomes with only nine mapping to major heat shock (HS) inducible gene loci. The function of HSF binding to the other sites in the genome is currently unknown. Some of these sites may contain yet unidentified “minor” HS genes. Interestingly, the binding of HSF also coincides with puff regression at some sites. Two such sites contain the major developmentally regulated genes Eip74 and Eip75: key regulators in the response to 20-hydroxyecdysone (20E), the main hormone responsible for the temporal co-ordination of post-embryonic development in Drosophila. Previous work in our and other labs indicates that the regression of non-HS puffs during the HSR is dependent on the presence of functional HSF. Using chromatin immunoprecipitation (ChIP) followed by hybridization to genome tiling arrays (Chip), I have identified 434 regions in the Drosophila Kc cell genome that are bound by HSF during HS, and have determined that 57% of these sites are located within the transcribed regions of genes. By examining the transcriptional response to HS in Kc cells and third instar larvae using expression microarrays, I found that only about 10% of all genes within 1250 bp of an HSF binding site are transcriptionally regulated by HS and many genes whose transcript levels change during HS do not appear to be near an HSF binding site. Furthermore, genes with an HSF binding site within their introns are significantly enriched (modified Fisher Exact p-value between 2.0x10-3 and 1.5x10-6) in gene ontology terms related to developmental processes and reproduction. Using expression microarray technology, I characterized the transcriptional response to 20E and its structural analog ponasterone A. I have identified multiple HSF binding sites within Eip74 and Eip75, and show that induction of the HSR correlates with repression of these genes and all other 20E-inducible genes. Taken together, this work provides a basis for further investigation into the role of HSF binding to sites not associated with HS genes and its possible function as a repressor of gene transcription during conditions of stress and as a regulator of developmental genes under stress and non-stress conditions.

The heat shock response (HSR) is a highly conserved mechanism that enables organisms to survive environmental and pathophysiological stress. In Drosophila, the HSR is regulated by a single transcription factor, heat shock factor (HSF). During stress, HSF trimerizes and binds to over 200 loci on Drosophila polytene chromosomes with only nine mapping to major heat shock (HS) inducible gene loci. The function of HSF binding to the other sites in the genome is currently unknown. Some of these sites may contain yet unidentified “minor” HS genes. Interestingly, the binding of HSF also coincides with puff regression at some sites. Two such sites contain the major developmentally regulated genes Eip74 and Eip75: key regulators in the response to 20-hydroxyecdysone (20E), the main hormone responsible for the temporal co-ordination of post-embryonic development in Drosophila. Previous work in our and other labs indicates that the regression of non-HS puffs during the HSR is dependent on the presence of functional HSF. Using chromatin immunoprecipitation (ChIP) followed by hybridization to genome tiling arrays (Chip), I have identified 434 regions in the Drosophila Kc cell genome that are bound by HSF during HS, and have determined that 57% of these sites are located within the transcribed regions of genes. By examining the transcriptional response to HS in Kc cells and third instar larvae using expression microarrays, I found that only about 10% of all genes within 1250 bp of an HSF binding site are transcriptionally regulated by HS and many genes whose transcript levels change during HS do not appear to be near an HSF binding site. Furthermore, genes with an HSF binding site within their introns are significantly enriched (modified Fisher Exact p-value between 2.0x10-3 and 1.5x10-6) in gene ontology terms related to developmental processes and reproduction. Using expression microarray technology, I characterized the transcriptional response to 20E and its structural analog ponasterone A. I have identified multiple HSF binding sites within Eip74 and Eip75, and show that induction of the HSR correlates with repression of these genes and all other 20E-inducible genes. Taken together, this work provides a basis for further investigation into the role of HSF binding to sites not associated with HS genes and its possible function as a repressor of gene transcription during conditions of stress and as a regulator of developmental genes under stress and non-stress conditions.

In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode vorgestellt, mit welcher die Zuverlässigkeit mikroelektromechanischer Systeme (MEMS) bezüglich stoßinduzierter Fehlermechanismen bereits in der Entwurfsphase neuer Produkte abgeschätzt bzw. verbessert werden kann. Der Ansatz bezieht sich dabei auf bruch- sowie adhäsionsbedingte Ausfallmechanismen und erfordert zwei wesentliche Schritte. Zuerst werden Systemmodelle der jeweils zu untersuchenden mikromechanischen Systeme erstellt, welche die Berechnung der Stoßantwort wie auch der dabei auftretenden Belastungen in Sinne von Auslenkungen, Deformationen und Aufprallkräften ermöglichen. In einem zweiten Schritt wird die zur Fertigung vorgesehene Technologie bezüglich des Auftretens beider stoßbedingter Ausfallmechanismen sowie deren Abhängigkeit von verschiedenen Umgebungsbedingungen oder Betriebsparametern systematisch untersucht. Die aus der Prozesscharakterisierung resultierenden Daten dienen zur Ableitung prozessspezifischer Fehlerkriterien, welche die Einschätzung der zuvor berechneten Lasten ermöglichen. Auf diese Weise kann abgeschätzt werden, inwieweit die Zuverlässigkeit der betrachteten mikromechanischen Strukturen beeinflusst wird bzw. mit welchen Maßnahmen diese gesteigert werden kann.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Weiterentwicklung eines Prüfregelwerks für Flexitanksysteme hinsichtlich des durchzuführenden Bahnauflaufstoßes. Während eines solchen Versuchs wird das Flexitanksystem, bestehend aus einem herkömmlichen Seefrachtcontainer und beladen mit einem wassergefüllten Folientank sowie einiger Zusatzeinrichtungen, auf einem Tragwagen verankert und anschließend einer intensiven Stoßbelastung ausgesetzt. Der Nachweis der Dichtigkeit des Tanks und die Einhaltung diverser Verformungsgrenzwerte am Container entscheiden über den Ausgang des Versuchs. Während die Arbeit auch diese Punkte aufgreift, liegt der eigentliche Schwerpunkt in der Auseinandersetzung mit derjenigen Beurteilungsgröße, welche die Erfüllung der Prüfanforderungen bestimmt. Derzeit wird dieses Prüfkriterium über eine Beschleunigungsamplitude definiert, was allerdings eine gewisse Unschärfe mit sich bringt. Die Prüfmethodik und ihre Entwicklungsgeschichte, sowie die damit einhergehenden Nachteile werden im Detail erläutert und eine Möglichkeit der Erweiterung des Kriteriums mithilfe des Schockantwortspektrums geboten. Als Beurteilungsgröße für die dynamische Prüfung von Tankcontainern bereits fest etabliert, wird dieses mathematische Analysewerkzeug in allen Einzelheiten vorgestellt und dessen Eignung für die Anwendung im Bahnauflaufstoß für Flexitanksysteme untersucht. Zu diesem Zweck wird ein Simulationsmodell entwickelt, mit dessen Hilfe eine ausführliche Parameteranalyse durchgeführt und deren Ergebnisse Versuchsmessungen gegenübergestellt werden. Die Schlussfolgerungen münden in einem dem Flexitanksystem angepassten Prüfkriterium auf Basis des Schockantwort-spektrums, welches in Form eines Regelwerksentwurfs den entscheidungsberechtigten Gremien vorgeschlagen wird. Die Inhalte der drei Hauptkapitel der Dissertation können in folgenden Punkten zusammengefasst werden: Das Flexitanksystem wird vorgestellt, der Auflaufversuch erläutert und diskutiert sowie Versuchsergebnisse präsentiert und nach verschiedenen Gesichtspunkten analysiert. Das Schockantwortspektrum wird hergeleitet, dessen Charakteristika herausgestellt und deren Anwendung an praktischen Beispielen demonstriert. Die Eignung des Schockantwortspektrums zur Beurteilung von Auflaufstößen mit Flexitanksystem wird überprüft, die Einflussfaktoren in einer Parameteranalyse durchleuchtet und die Ergebnisse in die Definition eines neuen Prüfkriteriums eingeflochten. Die Dissertation entstand im Rahmen eines Fördermittelprojekts des Europäischen Sozialfonds und in Kooperation mit der Prüfanlage der TÜV SÜD Rail GmbH in Görlitz.

Die Narbenbildung des Hautorgans stellt für die gegenwärtige Medizin weiterhin eine schwierige Aufgabe dar. Die frühzeitige Beeinflussung des Wundheilungspro- zesses hin zu einer verminderten oder narbenlosen Heilung scheint von entschei- dender Bedeutung. Ein vielversprechender Ansatz ist die präoperative Laserthe- rapie und dadurch erzeugte Hitzeschockantwort. Auf molekulare Ebene kommt es u.a. zur Expression von Hitzeschockproteine. Die vorliegende in-vitro Studie beschäftigte sich mit der laserinduzierten Hochregulation des Hitzeschockproteins 70 in den epidermalen Schichten. Hierfür wurden drei nicht ablative Lasersysteme mit insgesamt 12 verschiedenen Parametereinstellungen verwendet (1.540-nm Er:Glass- , 755-nm Alexandrit-, 1.064-nm Nd:YAG-Laser). Mithilfe eines humanen Hautexplantatmodells sollte unter gleichbleibenden Bedingungen Zeitpunkt und Konzentration der maximal induzierten Hsp70-Expression sowie epidermale Schä- digungen dargestellt werden. In der verfügbaren Literatur waren hierzu nur begrenzt Daten vorhanden. Alle drei Lasersysteme zeigten signifikante Hsp70-Expressionen. Der Zeitpunkt der maximalen Hsp70-Expression konnte zwischen Tag 1 und 3 festgehalten werden. Dabei zeigten die Lasersysteme unterschiedliche Hsp70- Maxima und unterschiedliche Epidermisschädigungen. Die Ergebnisse ließen schlussfolgern, dass eine potenzielle präoperative Narbenprävention tendeziell ein Tag vor dem chirurgischen Eingriff und mit den stärkeren Parametereinstellungen des 1.064-nm Nd:YAG Lasers durchgeführt werden sollte.

Ansätze der mathematischen Modellierung ermöglichen die Analyse der dynamischen Eigenschaften biologischer Systeme und den Einfluß spezifischer Funktionen. Das Ziel dieser Arbeit ist es verschiedene Aspekte der Interaktionen zwischen Wirt und Krankheitserregern zu analysieren. In Kapitel 3 diskutiere ich ein Modell der zellulären Antwort auf Hitzeschockstress im Pilz Candida albicans. Das Modell in Form von gewöhnlichen Differentialgleichungen erörtert mehrere Aspekte des Systems, wie z.B. die erworbene Thermotoleranz und eine perfekte Anpassung an die Beanspruchung durch die Temperaturwechsel. Im Rahmen der Interaktionen zwischen Wirt und Krankheitserreger ist die Studie relevant, da die Entwicklung von Fieber eine primäre Antwort des Organismus auf eine Pilzinvasion ist. Die Dynamik von C. albicans Virulenzfaktoren, wie z.B. der Übergang vom Hefe- zum Hyphenstadium, und die Abwehrmechanismen des Wirts bestimmen den Zustand des Pilzes, d.h. ob er als Kommensale oder Krankheitserreger vorkommt. Mit Hilfe einer agenten-basierten Modellierungstechnik, in Kapitel 4, untersuche ich die Auswirkungen potenzieller medikamentöser Behandlungen von Pilzpopulationen und ihre Effektivität. In Kapitel 5 analysiere ich die Dynamik der C. albicans Hefe- und Hyphenpopulationen unter der Annahme, das zwischen den Individuen beider Populationen paarweise Wechselwirkungen bestehen, die zusätzlich von Fresszellen und Ernährungsbedingungen beeinflusst werden. Das erste Modell basiert auf den Prinzipien der Spieltheorie. Aus dieser Studie lässt sich die Hypothese aufstellen, dass sich im Verlauf der Infektion die evolutionäre Spieldynamik von der Snowdrift Spieldynamik in Richtung Gefangendilemma verschiebt. Im zweiten Modell untersuche ich die Umschaltraten zwischen Hefen und Hyphen. Das Modell zeigt, dass in Pilzpopulationen die Ausprägung verschiedener Phänotypen der Grund für die erhöhte Überlebensfähigkeit der Population sein könnte. / Mathematical modeling approaches facilitate the analysis of dynamic properties of mechanisms triggering specific functions of biological systems. Through this work I aim to shed light on various aspects of host-pathogen interactions. In Chapter 3, I discuss a model of heat shock stress response activated in the fungus Candida albicans. The model in form of ordinary differential equations reveals several features of the system, such as acquired thermotolerance and a perfect molecular adaptation to the thermal insult. The study is relevant in the context of host-pathogen interactions since development of fever is a primary host response to fungal invasion. The dynamics of C. albicans virulence factors, e.g., yeast to hypha transition, and defense mechanisms of the host determine the state of the fungi, i.e. whether to act as a commensal or as a foe. Through application of an agent-based modeling technique, in Chapter 4, I investigate effects of potential drug treatments on fungal populations and their effectivity in the fungal clearance. In Chapter 5, I analyze the dynamics of candida yeast and hyphal populations assuming pairwise interactions influenced by phagocytic cells and nutritional conditions. The first model is based on game theory principles. From the study it can be hypothesized that during the course of infection the evolutionary game dynamics shift from Snowdrift game dynamics toward Prisoners’ dilemma. In the second model, I examine switching rates between yeast and hypha. The model reveals that phenotypic variations may occur in order to increase the fitness of the population.

Der Vortrag stellt Idee und Grundlagen der Berechnung von Schockantwortspektren dar. Er zeigt, wie man exemplarisch für einen Halbsinusstoß das Schockantwortspektrum in der PTC FEM-Software Creo Elements / Pro Mechanica berechnen kann. Die Schockantworten eines Ein- und Zweimassenschwingers werden sowohl zeitaufgelöst als auch über die dynamische Stoßanalyse berechnet. Die modalen Superpositionsmethoden "Absolute Summe" und "SRSS" (Square Root of the Sum of the Squares - geometrischer Mittelwert) werden vorgestellt. Als reales Beispiel werden Schockanalysen für verschiedene Halbsinusimpulse mit einem Wärmebildgerät der Firma Carl Zeiss Optronics GmbH durchgeführt und mit einer zeitaufgelösten Analyse verglichen. Abschließend wird auf die Erzeugung von Antwortspektren für die Substrukturauslegung eingegangen. / The presentation explains idea and fundamentals of shock response spectra analysis. With help of the PTC FEM-software Creo Elements / Pro Mechanica the shock response spectra (SRS) for an exemplary half sine shock is calculated. The shock response of a one-mass and a two-mass oscillator are analyzed per dynamic time as well as per dynamic shock analysis. The modal superposition methods "absolute sum" and "SRSS" (Square Root of the Sum of the Squares) are explained. The method is applied for different half sine shocks on a realistic example: A thermal imaging system of the company Carl Zeiss Optronics GmbH. Finally, the creation of response spectra for global-local analysis is explained.