Effects of dietary phosphorus and calcium-to-phosphorus ratio on calcium and bone metabolism in healthy 20- to 43-year-old Finnish women

Dietary habits have changed during the past decades towards an increasing consumption of processed foods, which has notably increased not only total dietary phosphorus (P) intake, but also intake of P from phosphate additives. While the intake of calcium (Ca) in many Western countries remains below recommended levels (800 mg/d), the usual daily P intake in a typical Western diet exceeds by 2- to 3-fold the dietary guidelines (600 mg/d). The effects of high P intake in healthy humans have been investigated seldom. In this thesis healthy 20- to 43-year-old women were studied. In the first controlled study (n = 14), we examined the effects of P doses, and in a cross-sectional study (n = 147) the associations of habitual P intakes with Ca and bone metabolism. In this same cross-sectional study, we also investigated whether differences exist between dietary P originating from natural P sources and phosphate additives. The second controlled study (n = 12) investigated whether by increasing the Ca intake, the effects of a high P intake could be reduced. The associations of habitual dietary calcium-to-phosphorus ratios (Ca:P ratio) with Ca and bone metabolism were determined in a cross-sectional study design (n = 147). In the controlled study, the oral intake of P doses (495, 745, 1245 and 1995 mg/d) with a low Ca intake (250 mg/d) increased serum parathyroid hormone (S-PTH) concentration in a dose-dependent manner. In addition, the highest P dose decreased serum ionized calcium (S-iCa) concentration and bone formation and increased bone resorption. In the second controlled study with a dietary P intake of 1850 mg/d, by increasing the Ca intake from 480 mg/d to 1080 mg/d and then to 1680 mg/d, the S-PTH concentration decreased, the S-iCa concentration increased and bone resorption decreased dose-dependently. However, not even the highest Ca intake could counteract the effect of high dietary P on bone formation, as indicated by unchanged bone formation activity. In the cross-sectional studies, a higher habitual dietary P intake (>1650 mg/d) was associated with lower S-iCa and higher S-PTH concentrations. The consumption of phosphate additive-containing foods was associated with a higher S-PTH concentration. Moreover, habitual low dietary Ca:P ratios (≤0.50, molar ratio) were associated with higher S-PTH concentrations and 24-h urinary Ca excretions, suggesting that low dietary Ca:P ratios may interfere with homeostasis of Ca metabolism and increase bone resorption. In summary, excessive dietary P intake in healthy Finnish women seems to be detrimental to Ca and bone metabolism, especially when dietary Ca intake is low. The results indicate that by increasing dietary Ca intake to the recommended level, the negative effects of high P intake could be diminished, but not totally prevented. These findings imply that phosphate additives may be more harmful than natural P. Thus, reduction of an excessively high dietary P intake is also beneficial for healthy individuals.

Weakening of the Gram-negative bacterial outer membrane - A tool for increasing microbiological safety

Gram-negative bacteria are harmful in various surroundings. In the food industy their metabolites are potential cause of spoilage and this group also includes many severe or potential pathogens, such as Salmonella. Due to their ability to produce biofilms Gram-negative bacteria also cause problems in many industrial processes as well as in clinical surroundings. Control of Gram-negative bacteria is hampered by the outer membrane (OM) in the outermost layer of the cells. This layer is an intrinsic barrier for many hydrophobic agents and macromolecules. Permeabilizers are compounds that weaken OM and can thus increase the activity of antimicrobials by facililating entry of hydrophobic compounds and macromolecules into the cell where they can reach their target sites and inhibit or destroy cellular functions. The work described in this thesis shows that lactic acid acts as a permeabilizer and destabilizes the OM of Gram-negative bacteria. In addition, organic acids present in berriers, i.e. malic, sorbic and benzoic acid, were shown to weaken the OM of Gram-negative bacteria. Organic acids can poteniate the antimicrobial activity of other compounds. Microbial colonic degradation products of plant-derived phenolic compounds (3,4-dihydroxyphenylacetic acid, 3-hydroxyphenylacetic acid, 3,4-dihydroxyphenylpropionic acid, 4-hydroxyphenylpropionic acid, 3-phenylpropionic acid and 3-hydroxyphenylpropionic acid) efficiently destabilized OM of Salmonella. The studies increase our understanding of the mechanism of action of the classical chelator, ethylenediaminetetra-acetic acid (EDTA). In addition, the results indicate that the biocidic activity of benzalkonium chloride against Pseudomonas can be increased by combined use with polyethylenimine (PEI). In addition to PEI, several other potential permeabilizers, such as succimer, were shown to destabilize the OM of Gram-negative bacteria. Furthermore, combination of the results obtained from various permeability assays (e.g. uptake of a hydrophobic probe, sensitization to hydrophobic antibiotics and detergents, release of lipopolysaccharide (LPS) and LPS-specific fatty acids) with atomic force microscopy (AFM) image results increases our knowledge of the action of permeabilizers.

Glycoalkaloid Content and Starch Structure in Solanum Species and Interspecific Somatic Potato Hybrids

When genome sections of wild Solanum species are bred into the cultivated potato (S. tuberosum L.) to obtain improved potato cultivars, the new cultivars must be evaluated for their beneficial and undesirable traits. Glycoalkaloids present in Solanum species are known for their toxic as well as for beneficial effects on mammals. On the other hand, glycoalkaloids in potato leaves provide natural protection against pests. Due to breeding, glycoalkaloid profile of the plant is affected. In addition, the starch properties in potato tubers can be affected as a result of breeding, because the crystalline properties are determined by the botanical source of the starch. Starch content and composition affect the texture of cooked and processed potatoes. In order to determine glycoalkaloid contents in Solanum species, simultaneous separation of glycoalkaloids and aglycones using reversed-phase high-performance liquid chromatography (HPLC) was developed. Clean-up of foliage samples was improved using a silica-based strong cation exchanger instead of octadecyl phases in solid-phase extraction. Glycoalkaloids alpha-solanine and alpha-chaconine were detected in potato tubers of cvs. Satu and Sini. The total glycoalkaloid concentration of non-peeled and immature tubers was at an acceptable level (under 20 mg/100 g of FW) in the cv. Satu, whereas concentration in cv. Sini was 23 mg/100 g FW. Solanum species (S. tuberosum, S. brevidens, S. acaule, and S. commersonii) and interspecific somatic hybrids (brd + tbr, acl + tbr, cmm + tbr) were analyzed for their glycoalkaloid contents using liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectrometry (LC-ESI-MS). The concentrations in the tubers of the brd + tbr and acl + tbr hybrids remained under 20 mg/100 g FW. Glycoalkaloid concentration in the foliage of the Solanum species was between 110 mg and 890 mg/100 g FW. However, the concentration in the foliage of S. acaule was as low as 26 mg/100 g FW. The total concentrations of brd + tbr, acl + tbr, and cmm + tbr hybrid foliages were 88 mg, 180 mg, and 685 mg/100 g FW, respectively. Glycoalkaloids of both parental plants as well as new combinations of aglycones and saccharides were detected in somatic hybrids. The hybrids contained mainly spirosolanes, and glycoalkaloid structures having no 5,6-double bond in the aglycone. Based on these results, the glycoalkaloid profiles of the hybrids may represent a safer and more beneficial spectrum of glycoalkaloids than that found in currently cultivated varieties. Starch nanostructure of three different cultivars (Satu, Saturna, and Lady Rosetta), a wild species S. acaule, and interspecific somatic hybrids were examined by wide-angle and small-angle X-ray scattering (WAXS, SAXS). For the first time, the measurements were conducted on fresh potato tuber samples. Crystallinity of starch, average crystallite size, and lamellar distance were determined from the X-ray patterns. No differences in the starch nanostructure between the three different cultivars were detected. However, tuber immaturity was detected by X-ray scattering methods when large numbers of immature and mature samples were measured and the results were compared. The present study shows that no significant changes occurred in the nanostructures of starches resulting from hybridizations of potato cultivars.

Lignocellulose degradation and humus modification by the fungus Paecilomyces inflatus

Composting is the biological conversion of solid organic waste into usable end products such as fertilizers, substrates for mushroom production and biogas. Although composts are highly variable in their bulk composition, composting material is generally based on lignocellulose compounds derived from agricultural, forestry, fruit and vegetable processing, household and municipal wastes. Lignocellulose is very recalcitrant; however it is rich and abundant source of carbon and energy. Therefore lignocellulose degradation is essential for maintaining the global carbon cycle. In compost, the active component involved in the biodegradation and conversion processes is the resident microbial population, among which microfungi play a very important role. In composting pile the warm, humid, and aerobic environment provides the optimal conditions for their development. Microfungi use many carbon sources, including lignocellulosic polymers and can survive in extreme conditions. Typically microfungi are responsible for compost maturation. In order to improve the composting process, more information is needed about the microbial degradation process. Better knowledge on the lignocellulose degradation by microfungi could be used to optimize the composting process. Thus, this thesis focused on lignocellulose and humic compounds degradation by a microfungus Paecilomyces inflatus, which belongs to a flora of common microbial compost, soil and decaying plant remains. It is a very common species in Europe, North America and Asia. The lignocellulose and humic compounds degradation was studied using several methods including measurements of carbon release from 14C-labelled compounds, such as synthetic lignin (dehydrogenative polymer, DHP) and humic acids, as well as by determination of fibre composition using chemical detergents and sulphuric acid. Spectrophotometric enzyme assays were conducted to detect extracellular lignocellulose-degrading hydrolytic and oxidative enzymes. Paecilomyces inflatus secreted clearly extracellular laccase to the culture media. Laccase was involved in the degradation process of lignin and humic acids. In compost P. inflatus mineralised 6-10% of 14C-labelled DHP into carbon dioxide. About 15% of labelled DHP was converted into water-soluble compounds. Also humic acids were partly mineralised and converted into water-soluble material, such as low-molecular mass fulvic acid-like compounds. Although laccase activity in aromatics-rich compost media clearly is connected with the degradation process of lignin and lignin-like compounds, it may preferentially effect the polymerisation and/or detoxification of such aromatic compounds. P. inflatus can degrade lignin and carbohydrates also while growing in straw and in wood. The cellulolytic enzyme system includes endoglucanase and β-glucosidase. In P. inflatus the secretion of these enzymes was stimulated by low-molecular-weight aromatics, such as soil humic acid and veratric acid. When strains of P. inflatus from different ecophysiological origins were compared, indications were found that specific adaptation strategies needed for lignocellulosics degradation may operate in P. inflatus. The degradative features of these microfungi are on relevance for lignocellulose decomposition in nature, especially in soil and compost environments, where basidiomycetes are not established. The results of this study may help to understand, control and better design the process of plant polymer conversion in compost environment, with a special emphasis on the role of ubiquitous microfungi.

Nitrogen dynamics of organic farming in a crop rotation based on red clover (Trifolium pratense) leys

In agricultural systems which rely on organic sources of nitrogen (N), of which the primary source is biological N fixation (BNF), it is extremely important to use N as efficiently as possible with minimal losses to the environment. The amount of N through BNF should be maximised and the availability of the residual N after legumes should be synchronised to the subsequent plant needs in the crop rotation. Six field experiments in three locations in Finland were conducted in 1994-2006 to determine the productivity and amount of BNF in red clover-grass leys of different ages. The residual effects of the leys for subsequent cereals as well as the N leaching risk were studied by field measurements and by simulation using the CoupModel. N use efficiency (NUE) and N balances were also calculated. The yields of red clover-grass leys were highest in the two-year-old leys (6 700 kg ha-1) under study, but the differences between 2- and 3-year old leys were not high in most cases. BNF (90 kg ha-1 in harvested biomass) correlated strongly with red clover dry matter yield, as the proportion of red clover N derived from the atmosphere (> 85%) was high in our conditions of organically farmed field with low soil mineral N. A red clover content of over 40% in dry matter is targeted to avoid negative N-balances and to gain N for the subsequent crop. Surprisingly, the leys had no significant effect on the yields and N uptake of the two subsequent cereals (winter rye or spring wheat, followed by spring oats). On the other hand, yield and C:N of leys, as well as BNF-N and total-N incorporated into the soil influenced on subsequent cereal yields. NUE of cereals from incorporated ley crop residues was rather high, varying from 30% to 80% (mean 48%). The mineral N content of soil in the profile of 0-90 cm was low, mainly 15-30 kg ha-1. Simulation of N dynamics by CoupModel functioned satisfactorily and is considered a useful tool to estimate N flows in cropping systems relying on organic N sources. Understanding the long-term influence of cultivation history and soil properties on N dynamics remains to be a challenge to further research.

Associations of gene polymorphisms and nutrition with calcium homeostasis and bone mineral density : Studies on skeletal nutrigenetics

Heredity explains a major part of the variation in calcium homeostasis and bone strength, and the susceptibility to osteoporosis is polygenetically regulated. Bone phenotype results from the interplay between lifestyle and genes, and several nutritional factors modulate bone health throughout life. Thus, nutrigenetics examining the genetic variation in nutrient intake and homeostatic control is an important research area in the etiology of osteoporosis. Despite continuing progress in the search for candidate genes for osteoporosis, the results thus far have been inconclusive. The main objective of this thesis was to investigate the associations of lactase, vitamin D receptor (VDR), calcium sensing receptor (CaSR) and parathyroid hormone (PTH) gene polymorphisms and lifestyle factors and their interactions with bone health in Finns at varying stages of the skeletal life span. Markers of calcium homeostasis and bone remodelling were measured from blood and urine samples. Bone strength was measured at peripheral and central bone sites. Lifestyle factors were assessed with questionnaires and interviews. Genetic lactase non-persistence (the C/C-13910 genotype) was associated with lower consumption of milk from childhood, predisposing females in particular to inadequate calcium intake. Consumption of low-lactose milk and milk products was shown to decrease the risk for inadequate calcium intake. In young adulthood, bone loss was more common in males than in females. Males with the lactase C/C-13910 genotype may be more susceptible to bone loss than males with the other lactase genotypes, although calcium intake predicts changes in bone mass more than the lactase genotype. The BsmI and FokI polymorphisms of the VDR gene were associated with bone mass in growing adolescents, but the associations weakened with age. In young adults, the A986S polymorphism of the calcium sensing receptor gene was associated with serum ionized calcium concentrations, and the BstBI polymorphism of the parathyroid gene was related to bone strength. The FokI polymorphism and sodium intake showed an interaction effect on urinary calcium excretion. A novel gene-gene interaction between the VDR FokI and PTH BstBI gene polymorphisms was found in the regulation of PTH secretion and urinary calcium excretion. Further research should be carried out with more number of Finns at varying stages of the skeletal life span and more detailed measurements of bone strength. Research should concern mechanisms by which genetic variants affect calcium homeostasis and bone strength, and the role of diet-gene and gene-gene interactions in the pathogenesis of osteoporosis.

Streptococcus milleri -ryhmä : Tunnistus lajitasolle ja esiintyvyys tietyissä infektioissa

S. milleri -ryhmän bakteerit ovat osa ihmisen suun, nielun, suoliston ja genitaalialueen normaaliflooran bakteeristoa. Kommensaalien lisäksi ryhmään kuuluu myös merkittäviä patogeenejä, jotka esiintyvät varsin runsaina löydöksinä monenlaisissa märkivissä infektioissa. Ryhmään kuuluu kolme lajia: S. anginosus, S. constellatus ja S. intermedius. Lajit ovat varsin samankaltaisia ja raportoidaankin usein vain ryhmänimellä. Lajit ovat kuitenkin erotettavissa, sillä ne eroavat toisistaan tuottamiensa entsyymien suhteen ja esiintyvyydessään kehon eri osissa. Työn tarkoituksena oli tunnistaa erityyppisistä kliinisistä infektioista otetuista näytteistä eristettyjä S. milleri -ryhmään luokiteltuja kantoja lajitasolle ja selvittää niiden esiintymisyleisyyttä näissä infektioissa. Näytteenottopaikat jaettiin viiteen ryhmään: naisten urogenitaalialue (15 kantaa), miesten urogenitaalialue (8 kantaa), oraaliset (28 kantaa), umpisuoli (34 kantaa) ja "muut" (12 kantaa). Lajitunnistuksen lisäksi selvitettiin kantojen hemolyyttisyys ja mahdollinen Lancefield-seroryhmä (A, C, F, G). Lajien erottelu perustuu eroihin bakteerien kyvyissä hajottaa tiettyjä substraatteja (entsyymiprofilointi), hemolyyttisyys määritettiin verimaljalla ja seroryhmitys tehtiin kaupallisella vasta-aine-sakkautumistestillä (Streptex latex Z1- 50). Työssä testattiin käytössä olevia ja kehiteltiin uusia, lähinnä ennalta muodostuneiden entsyymien tunnistamiseen perustuvia erottelumenetelmiä. Vertailtavina oli kolme entsyymiprofiliontimenetelmää, joista yksi on fluorogeeninen (4-Metyyli-umbelliferyyli-subtraatit) ja kaksi kromogeenistä (Weetabs ja RoscoDiagnostic tablets). Kannoilta määritettiin seuraavat aktiivisuudet: ?-fukosidaasi, (?-glukosidaasi, glukosidaasi, ?-galaktosidaaasi, ?-N-asetyyli-galaktosaminidaasi, ?-N-asetyyli-glukosaminidaasi, sialidaasi ja hyaluronidaasi. Työhön sisältyy myös erilaisten kasvatusalustojen sekä pH:n vaikutusten arviointia bakteerienentsyymiaktiivisuuksiin ja testituloksiin. Lisäksi työssä testattiin kromatografisensoluseinärasvahappoanalyysin soveltuvuutta lajien erotteluun. Menetelmiä tarkasteltiin herkkyyden sekäkäytännön suorittamisen ja aiheutuvien kustannusten kannalta. Asetetut tavoitteet saavutettiin. Kaikki käytetyt menetelmät osoittautuivat toimiviksi. Entsyymitestien tuloksetkorreloivat keskenään ja kirjallisuuden kanssa hyvin. Kannat karakterisoitiin, tunnistettiin lajitasolle ja lajiensiintyvyyttä kehon eri osissa voitiin vertailla. Mikään entsyymitesti ei osoittautunut ylivoimaisesti parhaaksi tai huonoimmaksi, vaikkakin yksittäistensubstraattien kohdalla eri testien herkkyydet vaihtelivatkin huomattavasti. Rasvahappoanalyysi ei erotellutkantoja toivotulla tavalla, joten sen käytöstä luovuttiin työn melko varhaisessa vaiheessa. Tutkituista 97 S. milleri -kannasta tunnistettiin 58 S. anginosus-kantaa, 29 S. constellatus-kantaa ja 10 S.ntermedius-kantaa. Eri lajit noudattivat entsyymiprofiiliaan muutamaa poikkeusta lukuunottamatta hyvinkinsäännöllisesti. Lajien sisäinen variaatio hemolyysiominaisuuksissa oli merkittävää ja S. inilleri -ryhmän erilajien sekä hemolyysisltään ja seroryhmältään erilaisten kantojen esiintyvyydessä kehon eri osissa havaittiinselkeitä eroja. Avainsanat: entsyymiprofilointi, fluorogeeniset ja kromogeeniset substraatit, seroryhmä, hemolyysi, esiintyvyys

L-rhamnose-1-dehydrogenase gene and L-rhamnose catabolism in the yeast Pichia stipitis

The purpose of this work was to identify some of the genes of the catabolic route of L-rhamnose in the yeast Pichia stipitis. There are at least two distinctly different pathways for L-rhamnose catabolism. The one described in bacteria has phosphorylated intermediates and the enzymes and the genes of this route have been described. The pathway described in yeast does not have phosphorylated intermediates. The intermediates and the enzymes of this pathway are known but none of the genes have been identified. The work was started by purifying the L-rhamnose dehydrogenase, which oxidates L-rhamnose to rhamnonic acid-gamma-lactone. NAD is used as a cofactor in this reaction. A DEAE ion exchange column was used for purification. The active fraction was further purified using a non-denaturing PAGE and the active protein identified by zymogram staining. In the last step the protein was separated in a SDS-PAGE, the protein band trypsinated and analysed by MALDI-TOF MS. This resulted in the identification of the corresponding gene, RHA1, which was then, after a codon change, expressed in Saccharomyces cerevisiae. Also C- or N-terminal histidine tags were added but as the activity of the enzyme was lost or strongly reduced these were not used. The kinetic properties of the protein were analysed in the cell extract. Substrate specifity was tested with different sugars; L-rhamnose, L-lyxose and L-mannose were oxidated by the enzyme. Vmax values were 180 nkat/mg, 160 nkat/mg and 72 nkat/mg, respectively. The highest affinity was towards L-rhamnose, the Km value being 0.9 mM. Lower affinities were obtained with L-lyxose, Km 4.3 mM, and L-mannose Km 25 mM. Northern analysis was done to study the transcription of RHA1 with different carbon sources. Transcription was observed only on L-rhamnose suggesting that RHA1 expression is L-rhamnose induced. A RHA1 deletion cassette for P. stipitis was constructed but the cassette had integrated randomly and not targeted to delete the RHA1 gene. Enzyme assays for L-lactaldehyde dehydrogenase were done similarly to L-rhamnose dehydrogenase assays. NAD is used as a cofactor also in this reaction where L-lactaldehyde is oxidised to L-lactate. The observed enzyme activities were very low and the activity was lost during the purification procedures.

Ravinnon hiilihydraattien glykemiaindeksin vaikutus keskiglukoosipitoisuuteen ja glukoosikäyrän alaiseen pinta-alaan henkilöillä, joilla on heikentynyt glukoosinsieto

Johdanto Korkeat aterianjälkeiset veren glukoosipitoisuushuiput ovat haitallisia verisuonille jo ennen varsinaisten diabeteskriteerien täyttymistä. Valitsemalla alhaisen glykemiaindeksin (GI) hiilihydraatteja ruokavalioon, voidaan veren glukoosipitoisuutta alentaa diabeetikoilla. Tyypin 2 diabeteksen lisääntymisen takia on tarpeellista etsiä keinoja ehkäistä sairauden puhkeamista riskiryhmissä. Glukoosimonitorilla on mahdollista seurata aiempaa tarkemmin glykemiaindeksin vaikutusta veren glukoosipitoisuuteen. Tavoitteet Selvittää, miten korvaamalla ruokavalion tavanomaiset hiilihydraatit joko korkean tai alhaisen GI:n hiilihydraateilla voidaan vaikuttaa vuorokauden keskiglukoosipitoisuuteen. Lisäksi tavoitteena oli selvittää, voidaanko vain hiilihydraattien laatua muuttamalla, puuttumatta niiden määrään tai muuhun ruokavalioon, vaikuttaa glukoosiaineenvaihduntaan henkilöillä, joilla on heikentynyt glukoosin sieto. Tutkittavat ja menetelmät Tutkimus toteutettiin satunnaistettuna vaihtovuorokokeena, jossa tutkittavina oli 56 51-73-vuotiasta henkilöä, joista naisia oli 41 ja miehiä 15. Tutkittavilla oli heikentynyt glukoosinsieto tai ruokavaliohoitoinen tyypin 2 diabetes. Tutkittavat korvasivat ruokavalionsa päähiilihydraatit 7-10 vuorokauden ajaksi glykemiaindeksiltään joko alhaiseksi (GI = 38) tai korkeaksi (GI = 72) arvioiduilla tutkimushiilihydraateilla. Kolmen viimeisen vuorokauden ajaksi tutkittaville asennettiin glukoosimonitoriin kytketty ihonalainen sensori, joka mittasi kudosnesteen glukoosipitoisuutta ja tutkimusjaksojen lopuksi tutkittaville tehtiin oraalinen glukoosirasituskoe. Tulokset Alhaisen GI:n ruokavaliolla kahden vuorokauden glukoosikäyrien alainen pinta-ala oli pienempi kuin korkean GI:n ruokavaliolla (16487 vs. 17270 mmol/l*48h; p = 0,009, n = 47). Vastaavasti kahden vuorokauden keskiglukoosipitoisuudet olivat 5,7 mmol/l ja 6,0 mmol/l, p = 0,009, n = 47. Glykosyloitunut hemoglobiini oli alhaisen GI:n ruokavalion jälkeen pienempi (5,33% vs. 5,38 %, p = 0,017, n = 53). Tutkittavien paino pieneni kummallakin ruokavaliolla; alhaisen GI:n ruokavaliolla 1,02 kg ja korkean GI:n ruokavaliolla 0,31 kg (p alle 0,001, n = 56). Vaikutusta plasman paastoglukoosiin ja seerumin paastoinsuliiniin ei ollut. Johtopäätökset Korvaamalla ruokavalion päähiilihydraatit alhaisen GI:n hiilihydraateilla, voidaan pitkäaikaista glukoositasoa pienentää ja näin ollen mahdollisesti ehkäistä heikentyneen glukoosinsiedon kehittymistä tyypin 2 diabetekseksi. Koska paastoglukoosipitoisuus ja paastoinsuliinipitoisuus eivät muuttuneet, lienee erityisesti aterianjälkeisillä glukoosihuipuilla merkitystä elimistön pitkäaikaiselle glukoositasolle henkilöillä, joilla on heikentynyt glukoosinsieto.

Äidinmaito - terveysjuomaa ja normaalibakteereita

The chemical composition of breast milk has been studied in detail in the past decades. Hundreds of new antibacterial and antiviral components have been found. Several molecules have been found to promote the proper function of neonatal intestine. However, microbiological studies of breast milk have been, until recently, focused mainly on detecting harmful and pathogenic bacteria and viruses. Natural microbial diversity of human milk has not been widely studied before the work reported in this thesis. This is mainly because breast milk has traditionally been thought to be sterile - even if a certain amount of commensal bacteria have usually been detected in milk samples. The first part of this licentiate thesis contains a short literature review about the anatomy and physiology of breast feeding, human milk chemical and microbiological composition, mastitis, intestinal flora and bacteriocins. The second part reports on the experiments of the licentiate work, concentrating on the microbial diversity in the milk of healthy breast-feeding mothers, and the ability of these bacteria to produce antibacterial substances against pathogenic bacteria. The results indicate that human milk is a source of commensal bacteria for infant intestine. 509 random isolates from 40 breast milk samples were isolated and identified by 16S rRNA sequencing. Median bacterial count was about 600 colony forming units per milliliter. Over half of the isolates were staphylococci, and almost one third streptococci. The most common species were skin bacteria Staphylococcus epidermidis and oral bacteria Streptococcus salivarius and Streptococcus mitis. Lactic acid bacteria, identified as members of Lactobacillus-, Lactococcus- and Leuconostoc -genera, were found in five milk samples. Enterococci were found in three samples. A novel finding in this study is the capability of these commensal bacteria to inhibit the growth of pathogens. In 90 precent of the milk samples commensal bacteria inhibiting the growth of Staphylococcus aureus were found. In 40 precent of samples the colonies could block the growth completely. One fifth of the isolated Staph. epidermidis strains, half of Str. salivarius strains, and all lactic acid bacteria and enterococci could inhibit or block the growth of Staph. aureus. In further study also Listeria innocua- and Micrococcus luteus active isolates were found in 33 and 11 precent of milk samples (out of 140). Furthermore, two Lactococcus lactis isolates from the breast milk were shown to produce bacteriocin nisin, which is an antimicrobial molecule used as a food preservative. The importance of these human milk commensal bacteria in the development of newborn intestinal flora and immune system, as well as in preventing maternal breast infections, should be further explored.

Vegaaniäidit ja -lapset Suomessa Suosituksista käytäntöön

Suomalaisia vegaaniäitejä ja lapsia ei ole aiemmin tutkittu ravitsemustieteen näkökulmasta. Suomalaisilla suosituksissa (Valtion ravitsemusneuvottelukunta, Sosiaali- ja terveysministeriö) lasten ja äitien vegaaniruokavalioon suhtaudutaan varauksellisesti. Pohjois-Amerikassa mm. American Dietetic Association ja American Academy of Pediatrics sen sijaan pitävät vegaaniruokavaliota ravitsemuksellisesti riittävänä myös raskauden ja imetyksen aikana sekä pikkulapsilla. Suomalainen tutkimustieto on tarpeen mm. laadittaessa uusia suosituksia tulevaisuudessa. Tutkimukseen osallistui 14 perhettä. Vegaaniruokavaliota oli noudatettu 11 raskauden ja imetyksen ajan. Syntymästään saakka vegaanilapsia oli 13. Menetelmänä oli kolmeosainen kyselylomake, jonka tutkittavat palauttivat postitse. Raskaus- ja imetysaikaa tarkastellessani käytin vertailuaineistona niitä seitsemää raskautta, jotka eivät täyttäneet vegaaniruokavalion määritelmää, mutta joiden aikana oli syöty tavanomaista sekaruokavaliota kasvispainotteisemmin. Tutkimukseen osallistuneet olivat koulutettuja ja suurin osa asui kaupungissa. Lapset olivat iältään keskimäärin 1 ½-vuotiaita (vaihteluväli pariviikkoisesta 5-vuotiaaseen). Perheet olivat etsineet itse aktiivisesti tietoa ravitsemusasioista ja tietoa oli saatu myös Vegaaniliitosta. Virallinen terveydenhuolto ei ollut juurikaan pystynyt tarjoamaan tietoa: kahdeksan perhettä oli käynyt ravitsemusterapeutin vastaanotolla, mutta vain yksi ilmoitti saaneensa tietoa sitä kautta. Useimmiten perheen ruokavalio oli herättänyt hämmennystä ja epätietoisuutta terveydenhuollossa. Jotkut olivat kokeneet erittäin negatiivista suhtautumista, etenkin lääkärien taholta, mutta myös myönteisiä kokemuksia oli. Vegaaniäitien keskimääräinen painonnousu raskauden aikana oli normaali ja lapset olivat syntyneet normaalipainoisina. Lasten kasvu oli normaalia. Kaikki äidit olivat huolehtineet D- ja B12-saannista. Myös kaikki lapset saivat ko. vitamiinitäydennyksiä lukuun ottamatta yhtä epäselvää tapausta D-vitamiinin suhteen. Vegaaniäidit imettivät pitkään ja olivat lähempänä imetyssuosituksia kuin suomalaiset yleensä. Tämän tutkimuksen perusteella suomalaisissa vegaaniperheissä ollaan tietoisia D- ja B12-vitamiinien tärkeydestä ja ravitsemusasioista yleensä. Sellaisia ongelmia ei noussut esille, etteikö ruokavaliota voisi suositella

Metallien jalostuksen ja metallituoteteollisuuden investointien aluetaloudelliset vaikutukset

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää vuoden 2008 lopulla alkaneen laman näkymistä Suomen metalliteollisuudessa. Tehtävänä oli arvioida missä määrin toimialan tuotanto ja investoinnit ovat muuttuneen laman myötä. Lisäksi tuli tarkastella näiden muutosten aluetaloudellisia vaikutuksia. Tutkimus kohdennettiin yhdeksään seutukuntaan: Helsinki, Jyväskylä, Kemi-Tornio, Pori, Raahe, Rauma, Tampere, Turku ja Vaasa. Näillä alueilla toimii merkittäviä alan yrityksiä ja metalliteollisuudella on huomattava vaikutus. Lähtötiedot kerättiin eLomake-kyselyllä, haastatteluin ja hyödyntämällä ETLA:n maakunnallista tuotantoennustetta. Laskelmat tehtiin seutukuntatasoisina vuosille 2009–2013 käyttäen Ruralia-instituutissa kehitettyä yleisen tasapainon RegFinDyn-aluemallia. Tutkimuksen on rahoittanut Työ- ja elinkeinoministeriö. Kyselyyn vastanneiden ja ETLA:n ennusteen mukainen seutukuntien metalliteollisuuden lamanäkemys ovat lähellä toisiaan ja tuottavat saman johtopäätöksen. Alan tuotannon menetyksillä on huomattava negatiivinen vaikutus seutukuntien talouskasvuun ja työllisyyteen. Alueellisen BKT:n muutos on lamavuosina välillä -1,5% (Helsinki) ja -18,0% (Raahe) normaalikehitykseen verrattuna kun kerroinvaikutuksetkin huomioidaan. Vaikutukset ovat suhteellisesti suurimmat seutukunnissa, jotka ovat pieniä ja joissa toimiala on erittäin merkittävä. Tällaisia seutukuntia ovat Kemi-Tornio ja Raahe. Negatiivinen vaikutus kokonaistuotantoon on merkittävä myös Jyväskylän, Rauman, Tampereen ja Turun seutukunnissa. Kokonaistuotannon lasku on pienin Helsingin ja Porin seutukunnissa. Vaasan seutukunnan metalliteollisuuden kehitystä voi taloustilanteeseen nähden pitää hyvänä. Metalliteollisuuden lähiajan vaikutus alueen talouskasvuun ja työllisyyteen on neutraali. Tuotannon menetykset veisivät yhdeksän seutukunnan metalliteollisuudesta yhteensä 3500 henkilötyövuotta kun muun talouden kompensoiva vaikutuskin huomioidaan. Eniten henkilötyövuosia, yli 700 menettäisi Raahen seutukunta. Myös Helsingin, Tampereen ja Turun seutukuntien työpaikkojen menetykset olisivat tuntuvat, 400–600. Tulokset heijastelevat seutukunnan vahvimpien metalliteollisuuden alatoimialojen tilannetta. Raahen ja Kemi-Tornion vahvin metalliteollisuuden toimiala on perusmetallien valmistus, jonka vientiä lama on tiputtanut erityisen rajusti. Vaasan seutukunnan muista parempaa tilannetta selittää ainakin osaksi seudun voimakas energiaklusteri. Kyselyn ja ETLA:n ennusteiden mukaiset tuotannon muutokset eivät tutkimuksen mukaan pitäisi johtaa niin suureen toimialan investointien laskuun kuin mitä kyselyn vastaukset ennakoivat. Kemi-Tornion ja Tampereen seutukunnissa investointien ennakoitiin laskevan 70%:lla lamavuosien aikana. Syynä äkkijarrutukseen lienee maailmantalouden suuri epävarmuus, rahoituksen saamisen kiristyminen sekä yritysten pyrkimys investointeja leikkaamalla vähentää riskejään ja parantaa taseitaan. Tulosten mukaan tehokas yritys olisi leikannut investointejaan paljon vähemmän, 5–10%:lla. Tulosten mukaan hintojen lasku eli deflaatio on seutukuntatasolla selvästi suurempaa kuin koko kansantalouden tasolla on laman aikana tähän mennessä koettu. Metalliteollisuudesta riippuvaisissa seutukunnissa kuluttajahinnat laskivat välillä 1,1% (Helsinki) ja 5,8% (Raahe). Deflaatio on tulosten mukaan kuitenkin vain tilapäinen ilmiö, mutta auttaa laman aikana ylläpitämään yksityistä kulutusta. Teknologiateollisuus ry:n äskettäin esitetty lamanäkemys on synkkä, metalliteollisuus toipuisi vain hitaasti lamasta. Kyselyyn vastanneet suurten yritysten edustajat olivat sitä vastoin suhteellisen toiveikkaita. Heidän arvionsa oli, että lama voisi taittua jo vuoden 2010 keväästä lähtien.

Lounais-Suomen pohjavesien toimenpideohjelma vuoteen 2015

Kaikissa EU-maissa on laadittu ensimmäiset vesienhoitosuunnitelmat, joiden avulla tavoitellaan pinta- ja pohjavesien hyvää tilaa vuonna 2015. Pohjavesin osalta tavoitteena on pohjavesien hyvä kemiallinen ja määrällinen tila. Vesienhoito on osa koko Euroopan laajuista, vesipolitiikan puitedirektiiviin pohjautuvaa työtä. Kokemäenjoen-Saaristomeren-Selkämeren vesienhoitoalueelle laaditussa vesienhoitosuunnitelmassa asetettujen tavoitteiden saavuttamiseksi on Lounais-Suomen alueen pohjavesille laadittu toimenpideohjelma. Lisäksi alueelle on laadittu kaksi pintavesien hoidon toimenpideohjelmaa, joista toinen Varsinais-Suomeen ja toinen Satakuntaan. Lounais-Suomen pohjavesien toimenpideohjelmaan vuoteen 2015 on koottu tiedot pohjavettä heikentävistä toiminnoista, riskipohjavesialueista ja selvityskohteista sekä pohjavesien määrällisestä ja kemiallisesta tilasta. Toimenpideohjelmassa esitetään myös tärkeimmät toimenpiteet, joiden avulla pohjavesien määrällinen ja kemiallinen hyvä tila pyritään saavuttamaan ja ylläpitämään vuoteen 2015 mennessä. Pohjavesien osalta tarkastelu kohdistuu vedenhankinnan kannalta tärkeisiin pohjavesialueisiin (luokka I) ja vedenhankintaan soveltuviin pohjavesialueisiin (luokka II). Lounais-Suomessa pohjavesialueita on yhteensä 295, joista I-luokan alueita on 219 kappaletta ja II-luokan alueita 76 kappaletta. Toimenpideohjelmassa tarkastellaan tarkemmin pohjavesialueita, joilla pohjaveden tila on heikentynyt tai hyvä tila on uhattuna ihmistoiminnasta johtuen. Lounais-Suomen alueella merkittävimmät pohjavettä vaarantavat ja muuttavat toiminnot ovat teollisuus ja yritystoiminta, pilaantuneet maa-alueet, liikenne ja tienpito sekä asutus ja maankäyttö. Myös maa-ainesten otolla, maa- ja metsätaloudella sekä vedenotolla ja tekopohjaveden muodostamisella voi olla pohjaveden laatua heikentäviä vaikutuksia. Riskialueiksi nimettiin 34 pohjavesialuetta, selvityskohteiksi 48 ja seurantakohteiksi 5 pohjavesialuetta. Huonoon tilaan on kemiallisen tilan arvioinnin kautta luokiteltu 9 pohjavesialuetta, joiden ongelmat johtuvat mm. torjunta-aineista, kloridista, liuottimista, polttonesteiden lisäaineista ja raskasmetalleista. Pohjavesien määrällinen tila on kaikilla Lounais-Suomen pohjavesialueilla hyvä. Kemiallisen hyvän tilan saavuttaminen ja sen ylläpitäminen vaativat toimenpiteitä, joista tärkeimpiä ovat riskitoimintojen ohjaaminen pohjavesialueiden ulkopuolelle, pohjavesien suojelusuunnitelmat, pilaantuneiden maa-alueiden tutkimukset ja kunnostukset sekä tiealueiden pohjavesisuojausten rakentaminen. Pohjavesien hyvää kemiallista tilaa ei saavuteta kaikilla pohjavesialueilla vuoteen 2015 mennessä, vaikka esitetyt toimenpiteet toteutettaisiin. Toimenpideohjelma tarkistetaan kuuden vuoden välein, jolloin arvioidaan uudestaan pohjavesien tila ja toimet pohjavesien hyvän tilan saavuttamiseksi.

Developments in the quality of treated greywater supplies for buildings, and associated user perception and acceptance

A manufactured aeration and nanofiltration MBR greywater system was tested during continuous operation at the University of Reading, to demonstrate reliability in delivery of high quality treated greywater. Its treatment performance was evaluated against British Standard criteria [BSI (Greywater Systems—Part 1 Code of Practice: BS8525-1:2010. BS Press, 2010); (Greywater Systems—Part 2 Domestic Greywater Treatment, Requirements and Methods: BS 8525-2:2011. BS Press, 2011)]. The low carbon greywater recycling technology produced excellent analytical results as well as consistency in performance. User acceptance of such reliably treated greywater was then evaluated through user perception studies. The results inform the potential supply of treated greywater to student accommodation. Out of 135 questionnaire replies, 95% demonstrated a lack of aversion in one or more attributes, to using treated, recycled greywater.

Arbete med naturvetenskap i förskolan : En intervjustudie med pedagoger i förskolan och skolchefer i kommunen

Studiens syfte är att ta del av skolchefernas och pedagogernas syn på naturvetenskap i förskolan och hur pedagogerna beskriver att de arbetar med naturvetenskap i verksamheten. De frågeställningar vi vill ha svar på är: Hur ser skolcheferna och pedagogerna på naturvetenskap i förskolan? Vad har pedagogerna för intresse och kunskaper i naturvetenskap, och hur beskriver pedagogerna att det visar det sig i verksamheten? På vilket sätt är skolcheferna och pedagogerna medvetna om de reviderade strävansmålen för naturvetenskap i Lpfö-98, rev. 2010?För att söka svar på frågeställningarna har vi använt oss av kvalitativa intervjuer med åtta pedagoger fördelade på fyra förskolor uppdelat i två kommuner med varsin skolchef.I studien kom det fram att skolcheferna och pedagogerna tyckte det var viktigt med naturvetenskap i förskolan, de vill ta tillvara barnens nyfikenhet och intresse för naturvetenskap. Pedagogernas tankar om naturvetenskap handlar mest om arbetsområdet biologi, medan arbetsområdena kemi och fysik anses vara svårare och synliggörs inte lika mycket i verksamheten enligt pedagogerna. Skolcheferna och pedagogerna ansåg också att metoder såsom utforskande och experimenterande passar bra för barnen i förskolan. Både skolchefer och pedagoger är medvetna om de nya strävansmålen i Lpfö-98, rev. 2010 och tycker att det är bra med ett tydligt ansvar för förskollärarna.Resultatet av studien visar att pedagogernas intresse och kunskaper inom naturvetenskap är den naturvetenskap, alltså biologi som de förmedlar till barnen i sin verksamhet på förskolan. Hälften av de intervjuade pedagogerna ansåg sig ha ett behov av utbildning inom det naturvetenskapliga ämnet, för att själva kunna bli säkrare och använda flera naturvetenskapliga begrepp i sitt rätta sammanhang.