A flexible single-crystalline PMN-PT piezoelectric energy harvester is demonstrated to achieve a self-powered artificial cardiac pacemaker. The energy-harvesting device generates a short-circuit current of 0.223 mA and an open-circuit voltage of 8.2 V, which are enough not only to meet the standard for charging commercial batteries but also for stimulating the heart without an external power source. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Summary

 The DNA methylation levels of certain CpG sites are thought to reflect the pace of human aging. Here, we developed a robust predictor of mouse biological age based on 90 CpG sites derived from partial blood DNA methylation profiles. The resulting clock correctly determines the age of mouse cohorts, detects the longevity effects of calorie restriction and gene knockouts, and reports rejuvenation of fibroblast-derived iPSCs. The data show that mammalian DNA methylomes are characterized by CpG sites that may represent the organism's biological age. They are scattered across the genome, they are distinct in human and mouse, and their methylation gradually changes with age. The clock derived from these sites represents a biomarker of aging and can be used to determine the biological age of organisms and evaluate interventions that alter the rate of aging.

Bats account for one-fifth of mammalian species, are the only mammals with powered flight, and are among the few animals that echolocate. The insect-eating Brandt’s bat (Myotis brandtii) is the longest-lived bat species known to date (lifespan exceeds 40 years) and, at 4–8 g adult body weight, is the most extreme mammal with regard to disparity between body mass and longevity. Here we report sequencing and analysis of the Brandt’s bat genome and transcriptome, which suggest adaptations consistent with echolocation and hibernation, as well as altered metabolism, reproduction and visual function. Unique sequence changes in growth hormone and insulin-like growth factor 1 receptors are also observed. The data suggest that an altered growth hormone/insulin-like growth factor 1 axis, which may be common to other long-lived bat species, together with adaptations such as hibernation and low reproductive rate, contribute to the exceptional lifespan of the Brandt’s bat. Bats account for 20 per cent of all mammals, these are the only mammals with powered flight, and are among the few animals that echolocate. Here, Seim et al. sequence the genome of the long-lived (>40 years) Brandt’s bat, Myotis brandtiiand provide clues to its evolution, longevity and other traits.

Subterranean mammals spend their lives in dark, unventilated environments that are rich in carbon dioxide and ammonia and low in oxygen. Many of these animals are also long-lived and exhibit reduced aging-associated diseases, such as neurodegenerative disorders and cancer. We sequenced the genome of the Damaraland mole rat (DMR, Fukomys damarensis) and improved the genome assembly of the naked mole rat (NMR, Heterocephalus glaber). Comparative genome analyses, along with the transcriptomes of related subterranean rodents, revealed candidate molecular adaptations for subterranean life and longevity, including a divergent insulin peptide, expression of oxygen-carrying globins in the brain, prevention of high CO2-induced pain perception, and enhanced ammonia detoxification. Juxtaposition of the genomes of DMR and other more conventional animals with the genome of NMR revealed several truly exceptional NMR features: unusual thermogenesis, an aberrant melatonin system, pain insensitivity, and unique processing of 28S rRNA. Together, these genomes and transcriptomes extend our understanding of subterranean adaptations, stress resistance, and longevity.

Abstract The naked mole-rat (NMR) is an exceptionally long-lived rodent that shows no increase of mortality with age, defining it as a demographically non-aging mammal. Here, we perform bisulfite sequencing of the blood of > 100 NMRs, assessing > 3 million common CpG sites. Unsupervised clustering based on sites whose methylation correlates with age reveals an age-related methylome remodeling, and we also observe a methylome information loss, suggesting that NMRs age. We develop an epigenetic aging clock that accurately predicts the NMR age. We show that these animals age much slower than mice and much faster than humans, consistent with their known maximum lifespans. Interestingly, patterns of age-related changes of clock sites in Tert and Prpf19 differ between NMRs and mice, but there are also sites conserved between the two species. Together, the data indicate that NMRs, like other mammals, epigenetically age even in the absence of demographic aging of this species.

Maximum lifespan of a species is the oldest that individuals can survive, reflecting the genetic limit of longevity in an ideal environment. Here we report methylation-based models that accurately predict maximum lifespan (r=0.89), gestational time (r=0.96), and age at sexual maturity (r=0.87), using cytosine methylation patterns collected from over 12,000 samples derived from 192 mammalian species. Our epigenetic maximum lifespan predictor corroborated the extended lifespan in growth hormone receptor knockout mice and rapamycin treated mice. Across dog breeds, epigenetic maximum lifespan correlates positively with breed lifespan but negatively with breed size. Lifespan-related cytosines are located in transcriptional regulatory regions, such as bivalent chromatin promoters and polycomb-repressed regions, which were hypomethylated in long-lived species. The epigenetic estimators of maximum lifespan and other life history traits will be useful for characterizing understudied species and for identifying interventions that extend lifespan.

Abstract Thioredoxin/glutathione reductase (TGR, TXNRD3) is a thiol oxidoreductase of unknown function composed of thioredoxin reductase and glutaredoxin domains. This NADPH-dependent enzyme evolved by gene duplication within the Txnrd family, is expressed in the testes and can reduce both thioredoxin and glutathione in vitro . To characterize the function of TXNRD3 in vivo , we generated a strain of mice with the deletion of Txnrd3 gene. We show that Txnrd3 knockout mice are viable and without discernable gross phenotypes, but TXNRD3 deficiency leads to fertility impairment in male mice. Txnrd3 knockout animals exhibit a lower fertilization rate in vitro , a sperm movement phenotype and an altered redox status of thiols. Proteomic analyses revealed a broad range of substrates reduced by TXNRD3 during sperm maturation, presumably as a part of quality control. The results show that TXNRD3 plays a critical role in male reproduction via the thiol redox control of spermatogenesis.

The notion that germline cells do not age goes back to the 19 th century ideas of August Weismann. However, being in a metabolically active state, they accumulate damage and other age-related changes over time, i.e., they age. For new life to begin in the same young state, they must be rejuvenated in the offspring. Here, we developed a new multi-tissue epigenetic clock and applied it, together with other aging clocks, to track changes in biological age during mouse and human prenatal development. This analysis revealed a significant decrease in biological age, i.e. rejuvenation, during early stages of embryogenesis, followed by an increase in later stages. We further found that pluripotent stem cells do not age even after extensive passaging and that the examined epigenetic age dynamics is conserved across species. Overall, this study uncovers a natural rejuvenation event during embryogenesis and suggests that the minimal biological age (the ground zero) marks the beginning of organismal aging.

Ultrasonic transducers for NDE applications are commonly based on Lead Zirconate Titanate or PZT, an inorganic compound and ceramic perovskite material. Until now the advantages of PMN-PT are used in medical applications, but are not implemented in NDE. Lead Magnesium Niobate-Lead Titanate (PMN-PT) is well known for its high sensitivity and broad frequency spectrum. While conventional PZT materials have an electromechanical coupling factor K33 (a measure of the conversion between electrical and acoustic energy) of about 0.72, PMN-PT materials reach peak values of more than 0.93. For applications with low signal amplitudes, high electronic noise and small transducer elements, the performance of ultrasonic probes can be significantly enhanced by using Lead Magnesium Niobate-Lead Titanate (PMN-PT) instead of PZT. This single-crystal material offers significantly better piezo parameters and leads to a higher sensitivity and larger bandwidth. There is a better depth resolution possible with this transducers as practical tests have shown. Similar to PZT it can also be fabricated in 1-3 piezo- composite technology. In a cooperation between Fraunhofer IKTS, iBULe Photonics, and IFU Diagnostic Systems, PMN-PT ultrasonic transducers are developed and optimized. The performance of phased array probes and single element transducers was measured by a so called PCUS® pro electronic front end from Fraunhofer and compared with equivalent PZT-based probes. As a result various single element and phased array transducers with im-proved performances are available for NDT of typical aerospace materials and applications. These test setups were used to weigh up the advantages and disadvantages, such as achievable precision or costs, for the implementation of a PMN-PT-based UT matrix probe. Based on this, a wiring variant adapted to the PMN-PT was developed and optimised for the matrix setups by pre- assembling the matching layers. The most favourable setup turned out to be bonding the PMN- PT composites to the prefabricated matching layers together with a rigid-flexible PCB frame. This enabled direct wire bonding of 64 matrix elements to the matching PCB pads on the rigid frame.

ABSTRACT Aging is often perceived as a degenerative process resulting from random accrual of cellular damage over time. Despite this, age can be accurately estimated by epigenetic clocks based on DNA methylation profiles from almost any tissue of the body. Since such pan-tissue epigenetic clocks have been successfully developed for several different species, we hypothesized that one can build pan-mammalian clocks that measure age in all mammalian species. To address this, we generated data using 11,754 methylation arrays, each profiling up to 36 thousand cytosines in highly-conserved stretches of DNA, from 59 tissue-types derived from 185 mammalian species. From these methylation profiles, we constructed three age predictors, each with a single mathematical formula, termed universal pan-mammalian clocks that are accurate in estimating the age (r>0.96) of any mammalian tissue. Deviations between epigenetic age and chronological age relate to mortality risk in humans, mutations that affect the somatotropic axis in mice, and caloric restriction. We characterized specific cytosines, whose methylation levels change with age across most mammalian species. These cytosines are greatly enriched in polycomb repressive complex 2-binding sites, are located in regions that gradually lose chromatin accessibility with age and are proximal to genes that play a role in mammalian development, cancer, human obesity, and human longevity. Collectively, these results support the notion that aging is indeed evolutionarily conserved and coupled to developmental processes across all mammalian species - a notion that was long-debated without the benefit of this new compelling evidence. SUMMARY This study identifies and characterizes evolutionarily conserved cytosines implicated in the aging process across mammals and establishes pan mammalian epigenetic clocks.