Genetic diversity and microcystin production by Anabaena in the Gulf of Finland, Baltic Sea

Syanobakteerit (sinilevät) ovat olleet Itämeressä koko nykymuotoisen Itämeren ajan, sillä paleolimnologiset todisteet niiden olemassaolosta Itämeren alueella ovat noin 7000 vuoden takaa. Syanobakteerien massaesiintymät eli kukinnat ovat kuitenkin sekä levinneet laajemmille alueille että tulleet voimakkaimmiksi viimeisten vuosikymmenien aikana. Tähän on osasyynä ihmisten aiheuttama kuormitus, joka rehevöittää Itämerta. Suomenlahti, jota tämä tutkimus käsittelee, on kärsinyt tästä rehevöitymiskehityksestä muita Itämeren altaita enemmän. Syanobakteerit muodostavat jokakesäisiä kukintoja Suomenlahdella - niin sen avomerialueilla kuin rannoillakin. Yleisimmät kukintoja muodostavat syanobakteerisuvut ovat Nodularia, Anabaena ja Aphanizomenon. Kukinnat aiheuttavat paitsi esteettistä haittaa myös terveydellisen riskitekijän. Niiden myrkyllisyys liitetään usein Nodularia-suvun tuottamaan nodulariini-maksamyrkkyyn. Itämeren Aphanizomenon-suvun on todettu olevan myrkytön. Vaikka Itämeren kukintoja aiheuttavista Nodularia- ja Aphanizomenon-syanobakteereista tiedetään varsin paljon, on molekyylimenetelmiin pohjautuva syanobakteeritutkimus ohittanut Itämeren Anabaena-suvun monelta osin. Tämän työn tarkoituksena oli syventää käsitystämme Itämeren Anabaena-syanobakteerista, sen mahdollisesta myrkyllisyydestä, geneettisestä monimuotoisuudesta ja fylogeneettisista sukulaisuussuhteista. Tässä työssä eristettiin 49 planktista Anabaena-kantaa, joista viisi tuottivat mikrokystiinejä. Tämä oli ensimmäinen yksiselitteinen todiste, että Itämeren Anabaena tuottaa maksamyrkyllisiä mikrokystiini-yhdisteitä. Jokainen eristetty myrkyllinen Anabaena-kanta tuotti useita mikrokystiini-variantteja. Lisäksi mikrokystiinejä löydettiin kukintanäytteistä, joissa oli myrkkyä syntetisoivia geenejä sisältäneitä Anabaena-syanobakteereita. Myrkkyjä löydettiin molempina tutkimusvuosina 2003 ja 2004. Myrkkyjen esiintyminen ei siten ollut vain yksittäinen ilmiö. Tässä työssä saimme viitteitä siitä, että maksamyrkyllinen Anabaena-syanobakteeri esiintyisi vähäsuolaisissa vesissä. Tämä riippuvuussuhde jää kuitenkin tulevien tutkimuksien selvitettäväksi. Tässä työssä havaittiin mikrokystiinisyntetaasi-geenien inaktivoituminen Itämeren Anabaena-kannassa ja kukintanäytteissä. Kuvasimme Anabaena-kannan mikrokystiinisyntetaasigeenien sisältä insertioita, jotka hyvin todennäköisesti inaktivoivat myrkyntuoton. Insertion sisältäneeltä kannalta löysimme kuitenkin kaikki mikrokystiinisyntetaasigeenit osoittaen, että geenien olemassaolo ei välttämättä varmista kannan mikrokystiinintuottoa. Mielenkiintoista oli se, että inaktivaation aiheuttavia insertioita löytyi kukintanäytteistä molemmilta tutkimusvuosilta. Vastaavia insertioita ei kuitenkaan löydetty makean veden Anabaena-kannoista tai järvinäytteistä. On yleistä, että syanobakteerikukinnoista löytyy usean syanobakteerisuvun edustajia. Myrkyllisiä sukuja tai lajeja ei voida kuitenkaan erottaa mikroskooppisesti myrkyttömistä. Käsillä olevassa tutkimuksessa kehitettiin molekyylimenetelmä, jolla on mahdollista määrittää kukinnan mahdollisesti maksamyrkylliset syanobakteerisuvut. Tätä menetelmää sovellettiin Itämeren kukintojen tutkimiseen. Itämeren pintavesistä ja ranta-alueiden pohjasta eristetyt Anabaena-kannat osoittautuivat geneettisesti monimuotoisiksi. Tämä Anabaena-syanobakteerien geneettinen monimuotoisuus vahvistettiin monistamalla geenejä suoraan kukintanäytteistä ilman kantojen eristystä. Makeiden vesien ja Itämeren Anabaena-kannat ovat geneettisesti hyvin samankaltaisia. Geneettisissä vertailuissa kävi kuitenkin ilmi, että pohjassa elävien Anabaena-kantojen geneettinen monimuotoisuus oli suurempaa kuin pintavesistä eristettyjen kantojen. Itämeren Anabaena-kantojen sekvenssit muodostivat omia ryhmiä sukupuun sisällä, jolloin on mahdollista, että nämä edustavat Itämeren omia Anabaena-ekotyyppejä. Tämä tutkimus oli ensimmäinen, jossa uusin molekyylimenetelmin systemaattisesti selvitettiin Itämeren Anabaena-syanobakteerin geneettistä populaatiorakennetta, fylogeniaa ja myrkyntuottoa. Tulevaisuudessa monitorointitutkimuksissa on otettava huomioon myös Itämeren Anabaena-syanobakteerin mahdollinen maksamyrkyntuotto – erityisesti vähäsuolaisemmilla rannikkovesillä.

The effects of environmental factors on biomass and microcystin production by the freshwater cyanobacterial genera Microcystis and Anabaena

Several cyanobacterial genera produce the hepatotoxins, microcystins. Microcystins are produced only in cells that have microcystin synthetase gene (mcy) clusters, which encode enzyme complexes involved in microcystin biosynthesis. Microcystin-producing and nonmicrocystin-producing genotypes of single cyanobacterial genus may occur simultaneously in situ. Previously, the effects of environmental factors on the growth and microcystin production of cyanobacteria have mainly been studied by means of isolated cyanobacteria cultures in the laboratory. Studies in the field have been difficult, owing to the lack of methods to identify and quantify the different genotypes. In this study, genus-specific microcystin synthetase E (mcyE) gene primers were designed and a method to identify and quantify the mcyE copy numbers was developed and used in situ. Microcystis and Anabaena mcyE genes were observed in two Finnish lakes. Microcystis appeared to be the most abundant microcystin producer in Lake Tuusulanjärvi and in one basin of Lake Hiidenvesi. Because the most potent microcystin-producing genus of a lake can be identified, it will be possible in the future to design genus-targeted strategies for lake restoration. Effects of P and N concentrations on the biomass of microcystin-producing and nonmicrocystin-producing Microcystis strains and an Anabaena strain were studied in cultures. P and N concentrations and their combined effect increased cyanobacterial biomass of all Microcystis strains. The biomass of microcystin-producing Microcystis was higher than that of nonmicrocystin-producing strains at high nutrient concentrations. The P concentration increased Anabaena biomass, but the effect of N concentration was statistically insignificant for growth yield, probably due to the ability of the genus to fix molecular N2. P and N concentrations and combined nutrients caused an increase in cellular microcystin concentrations of the Microcystis strain cultivated in chemostat cultures. Cyanobacteria are able to hydrolyse nutrients from organic matter through extracellular enzyme activities. Leucine aminopeptidase (LAP) activity was observed in an axenic N2-fixing Anabaena strain grown in batch cultures. The P concentration caused a statistically significant increase in LAP activity, whereas the effect of N concentration was insignificant. The highest LAP activities were observed in the most eutrophic basins of Lake Hiidenvesi. LAP activity probably originated mostly from attached heterotrophic bacteria and less from cyanobacteria.

Tidigt fullständigt svenskt språkbad i Esbo

Avhandlingen behandlar tidigt fullständigt svenskt språkbad i Esbo. Arbetet utreder vad tidigt fullständigt språkbad innebär samt vad språkbadsföräldrars och språkbadslärares åsikter om språkbadet i Esbo är. Undersökningen omfattar 60 familjer samt samtliga lärare (14 st) som arbetar med språkbad i Esbo. Undersökningen består av två enkäter; en till språkbadsföräldrar och en tillspråkbadslärare. Av de 60 enkäter som sändes ut till språkbadsföräldrarna besvarades 45, dvs. 75%. 12 lärare av 14, dvs. 86%, besvarade den andra enkäten. Det är viktigt att känna till centrala begrepp i anslutning till tvåspråkighet, då man talar om andraspråkstillägnandet i språkbad. I detta arbete presenteras en modell (Sahi, 1999) som åskådliggör centrala begrepp i anslutning till tvåspråkighet. Tidigtfullständigt språkbad är ett program som är planerat att omfatta hela grundskolan. Språkbad är ämnat för enspråkiga majoritetsbarn i ett tvåspråkigt land. Dessa barn tillägnar sig minoritetsspråket i skolan. Språkbadet är inte enbart ett program, utan även en metod. Skillnaden mellan språkbad och traditionell undervisning i språk är att man i språkbadet betonar kommunikation framom grammatik. Målet medspråkbadet är funktionell tvåspråkighet. Många faktorer inverkar på andraspråkstillägnandet i språkbadet. I detta arbete betonas attitydernas och motivationens betydelse. Språkbad kräver en medveten och aktiv insats av föräldrarna. Vidare betonar litteraturen som behandlar språkbad undervisningsmetodernas betydelse samt språkbadslärarens viktiga roll. Föräldrarna är nöjda med språkbadsprogrammet, eftersom det givit goda resultat och motsvarat förväntningarna. Enligt föräldrarna är språkbad ett mjukt, modernt och effektivt program. Föräldrarna anser att barnen lär sig badspråket på ett naturligt sätt och även får en öppnare inställning till språk och kulturer. Föräldrarna betonar lärarnas viktiga insatser samt kontinuitetens betydelse. Vidare tycker föräldrarna att språkbadet borde inledas i ett tidigare skede och att eleverna borde ha mera kontakt med badspråket utanför skolan. Målet med att barnen går i språkbad är, enligt föräldrarna, att barnen ska förstå och tala språket flytande samtkänna kulturen som hör ihop med språket. Både föräldrarna och lärarna tycker att språkbadsklasserna är för stora och att det är brist på material. Lärarna anser att man mer än tidigare borde informera allmänheten, beslutsfattare samt föräldrar om verksamheten. Därtill tycker lärarna att samarbetet mellan daghem och skola samt specialundervisningen borde utvecklas. Lärarna betonar att språkbad inte lämpar sig för alla barn. Lärarna anser sig främst behöva praktiska råd av andra som arbetar med språkbad samt teoretisk kunskap. Både föräldrarna och lärarna tycker att språkbadsverksamheten i Esbo borde koordineras och att språkbadselevernas prestationer noggrant borde följas upp. Nyckelord: Tvåspråkighet, Språkbad, Andraspråkstillägnande Keywords: Bilingualism, Immersion, Second Language Aquisition.

Evolution and detection of cyanobacterial hepatotoxin synthetase genes

Mass occurrences (blooms) of cyanobacteria are common in aquatic environments worldwide. These blooms are often toxic, due to the presence of hepatotoxins or neurotoxins. The most common cyanobacterial toxins are hepatotoxins: microcystins and nodularins. In freshwaters, the main producers of microcystins are Microcystis, Anabaena, and Planktothrix. Nodularins are produced by strains of Nodularia spumigena in brackish waters. Toxic and nontoxic strains of cyanobacteria co-occur and cannot be differentiated by conventional microscopy. Molecular biological methods based on microcystin and nodularin synthetase genes enable detection of potentially hepatotoxic cyanobacteria. In the present study, molecular detection methods for hepatotoxin-producing cyanobacteria were developed, based on microcystin synthetase gene E (mcyE) and the orthologous nodularin synthetase gene F (ndaF) sequences. General primers were designed to amplify the mcyE/ndaF gene region from microcystin-producing Anabaena, Microcystis, Planktothrix, and Nostoc, and nodularin-producing Nodularia strains. The sequences were used for phylogenetic analyses to study how cyanobacterial mcy genes have evolved. The results showed that mcy genes and microcystin are very old and were already present in the ancestor of many modern cyanobacterial genera. The results also suggested that the sporadic distribution of biosynthetic genes in modern cyanobacteria is caused by repeated gene losses in the more derived lineages of cyanobacteria and not by horizontal gene transfer. Phylogenetic analysis also proposed that nda genes evolved from mcy genes. The frequency and composition of the microcystin producers in 70 lakes in Finland were studied by conventional polymerase chain reaction (PCR). Potential microcystin producers were detected in 84% of the lakes, using general mcyE primers, and in 91% of the lakes with the three genus-specific mcyE primers. Potential microcystin-producing Microcystis were detected in 70%, Planktothrix in 63%, and Anabaena in 37% of the lakes. The presence and co-occurrence of potential microcystin producers were more frequent in eutrophic lakes, where the total phosphorus concentration was high. The PCR results could also be associated with various environmental factors by correlation and regression analyses. In these analyses, the total nitrogen concentration and pH were both associated with the presence of multiple microcystin-producing genera and partly explained the probability of occurrence of mcyE genes. In general, the results showed that higher nutrient concentrations increased the occurrence of potential microcystin producers and the risk for toxic bloom formation. Genus-specific probe pairs for microcystin-producing Anabaena, Microcystis, Planktothrix, and Nostoc, and nodularin-producing Nodularia were designed to be used in a DNA-chip assay. The DNA-chip can be used to simultaneously detect all these potential microcystin/nodularin producers in environmental water samples. The probe pairs detected the mcyE/ndaF genes specifically and sensitively when tested with cyanobacterial strains. In addition, potential microcystin/nodularin producers were identified in lake and Baltic Sea samples by the DNA-chip almost as sensitively as by quantitative real-time PCR (qPCR), which was used to validate the DNA-chip results. Further improvement of the DNA-chip assay was achieved by optimization of the PCR, the first step in the assay. Analysis of the mcy and nda gene clusters from various hepatotoxin-producing cyanobacteria was rewarding; it revealed that the genes were ancient. In addition, new methods detecting all the main producers of hepatotoxins could be developed. Interestingly, potential microcystin-producing cyanobacterial strains of Microcystis, Planktothrix, and Anabaena, co-occurred especially in eutrophic and hypertrophic lakes. Protecting waters from eutrophication and restoration of lakes may thus decrease the prevalence of toxic cyanobacteria and the frequency of toxic blooms.

Heterotrophic Bacteria Associated with Cyanobacteria in Recreational and Drinking Water

Cyanobacterial mass occurrences, also known as water blooms, have been associated with adverse health effects of both humans and animals. They can also be a burden to drinking water treatment facilities. Risk assessments of the blooms have generally focused on the cyanobacteria themselves and their toxins. However, heterotrophic bacteria thriving among cyanobacteria may also be responsible for many of the adverse health effects, but their role as the etiological agents of these health problems is poorly known. In addition, studies on the water purification efficiency of operating water treatment plants during cyanobacterial mass occurrences in their water sources are rare. In the present study, over 600 heterotrophic bacterial strains were isolated from natural freshwater, brackish water or from treated drinking water. The sampling sites were selected as having frequent cyanobacterial occurrences in the water bodies or in the water sources of the drinking water treatment plants. In addition, samples were taken from sites where cyanobacterial water blooms were surmised to have caused human health problems. The isolated strains represented bacteria from 57 different genera of the Gamma-, Alpha- or Betaproteobacteria, Actinobacteria, Flavobacteria, Sphingobacteria, Bacilli and Deinococci classes, based on their partial 16S rRNA sequences. Several isolates had no close relatives among previously isolated bacteria or cloned 16S rRNA genes of uncultivated bacteria. The results show that water blooms are associated with a diverse community of cultivable heterotrophic bacteria. Chosen subsets of the isolated strains were analysed for features such as their virulence gene content and possible effect on cyanobacterial growth. Of the putatively pathogenic haemolytic strains isolated in the study, the majority represented the genus Aeromonas. Therefore, the Aeromonas spp. strains isolated from water samples associated with adverse health effects were screened for the virulence gene types encoding for enterotoxins (ast, alt and act/aerA/hlyA), flagellin subunits (flaA/flaB), lipase (lip/pla/lipH3/alp-1) and elastase (ahyB) by PCR. The majority (90%) of the Aeromonas strains included one or more of the six screened Aeromonas virulence gene types. The most common gene type was act, which was present in 77% of the strains. The fla, ahyB and lip genes were present in 30 37% of the strains. The prevalence of the virulence genes implies that the Aeromonas may be a factor in some of the cyanobacterial associated health problems. Of the 183 isolated bacterial strains that were studied for possible effects on cyanobacterial growth, the majority (60%) either enhanced or inhibited growth of cyanobacteria. In most cases, they enhanced the growth, which implies mutualistic interactions. The results indicate that the heterotrophic bacteria have a role in the rise and fall of the cyanobacterial water blooms. The genetic and phenotypic characteristics and the ability to degrade cyanobacterial hepatotoxins of 13 previously isolated Betaproteobacteria strains, were also studied. The strains originated from Finnish lakes with frequent cyanobacterial occurrence. Tested strains degraded microcystins -LR and -YR and nodularin. The strains could not be assigned to any described bacterial genus or species based on their genetic or phenotypic features. On the basis of their characteristics a new genus and species Paucibacter toxinivorans was proposed for them. The water purification efficiency of the drinking water treatment processes during cyanobacterial water bloom in water source was assessed at an operating surface water treatment plant. Large phytoplankton, cyanobacterial hepatotoxins, endotoxins and cultivable heterotrophic bacteria were efficiently reduced to low concentrations, often below the detection limits. In contrast, small planktonic cells, including also possible bacterial cells, regularly passed though the water treatment. The passing cells may contribute to biofilm formation within the water distribution system, and therefore lower the obtained drinking water quality. The bacterial strains of this study offer a rich source of isolated strains for examining interactions between cyanobacteria and the heterotrophic bacteria associated with them. The degraders of cyanobacterial hepatotoxins could perhaps be utilized to assist the removal of the hepatotoxins during water treatment, whereas inhibitors of cyanobacterial growth might be useful in controlling cyanobacterial water blooms. The putative pathogenicity of the strains suggests that the health risk assessment of the cyanobacterial blooms should also cover the heterotrophic bacteria.

Inference on Cointegration in Vector Autoregressive Models (summary section only)

In the thesis we consider inference for cointegration in vector autoregressive (VAR) models. The thesis consists of an introduction and four papers. The first paper proposes a new test for cointegration in VAR models that is directly based on the eigenvalues of the least squares (LS) estimate of the autoregressive matrix. In the second paper we compare a small sample correction for the likelihood ratio (LR) test of cointegrating rank and the bootstrap. The simulation experiments show that the bootstrap works very well in practice and dominates the correction factor. The tests are applied to international stock prices data, and the .nite sample performance of the tests are investigated by simulating the data. The third paper studies the demand for money in Sweden 1970—2000 using the I(2) model. In the fourth paper we re-examine the evidence of cointegration between international stock prices. The paper shows that some of the previous empirical results can be explained by the small-sample bias and size distortion of Johansen’s LR tests for cointegration. In all papers we work with two data sets. The first data set is a Swedish money demand data set with observations on the money stock, the consumer price index, gross domestic product (GDP), the short-term interest rate and the long-term interest rate. The data are quarterly and the sample period is 1970(1)—2000(1). The second data set consists of month-end stock market index observations for Finland, France, Germany, Sweden, the United Kingdom and the United States from 1980(1) to 1997(2). Both data sets are typical of the sample sizes encountered in economic data, and the applications illustrate the usefulness of the models and tests discussed in the thesis.

Hur uppkommer värde för kunden?

Värdeforskningen inom marknadsföringen har traditionellt fokuserat på utbyten och det upplevda värdet av företagets produkter. Den gängse synen på värde har därför också utmärkts av en produktions- och transaktionsorienterad syn där värde anses produceras i företagets processer och sedan överlåts till kunden i samband med ett utbyte. I den här studien betraktas värde i stället ur ett kund- och relationsbaserat perspektiv. Utgångspunkten är att värde för kunden är något som företaget vare sig kan producera eller leverera. Kunden betraktas i den här studien därför som subjekt i sin egen värdeskapande process, medan varor, tjänster och kundens relationer till olika företag betraktas som resurser eller objekt i kundens egna värdeskapande aktiviteter. Tyngdpunkten flyttas från företaget som värdeskapare till kunden som värdeskapare vilket innebär en omarbetad logik för värdeskapande. Det relationsbaserade perspektivet på värde vidgar ytterligare synen på hur värde uppkommer för kunden. Studien visar att kundens värdeskapande kontext omfattar mer än enbart produkten och den värdebedömning som görs i en köpsituation. Detta påtalar behovet av att man analyserar hur värde uppkommer för kunden över tiden och ur ett helhetsperspektiv. Studiens syfte är att analysera hur värde uppkommer för kunden – i vilka aktiviteter och med vilka resurser. Målet är att finna en balans i synen på relationen mellan kund och företag och att lära om hur företagets marknadsföringsprocesser kan utvecklas genom att kundens egna värdeskapande aktiviteter analyseras. Studien är inriktad på konsumentmarknaden och den empiriska miljön utgörs av bilägare som intervjuats med en longitudinell ansats. Avhandlingen utmynnar i en teoretisk referensram om hur värde uppkommer för kunden. Olika dimensioner av värdebegreppet identifieras och analyseras och en kund- och relationsbaserad värdeterminologi utvecklas. I stället för att analysera det upplevda värdet av företagets produkt uppmanas marknadsföraren här att analysera hur värde uppkommer för kunden som individ över tiden. Detta uppnås genom att företaget lär känna kundens värdeskapande kontext i syfte att förstå var (i vilka aktiviteter) och hur (under vilka premisser) värde uppkommer för kunden. På basis av denna information kan företaget ta ställning till sin roll i kundens värdeskapande process och även visionera om vilken roll företaget kunde ha.

Tests for Cointegration Rank and the Initial Condition

Many economic events involve initial observations that substantially deviate from long-run steady state. Initial conditions of this type have been found to impact diversely on the power of univariate unit root tests, whereas the impact on multivariate tests is largely unknown. This paper investigates the impact of the initial condition on tests for cointegration rank. We compare the local power of the widely used likelihood ratio (LR) test with the local power of a test based on the eigenvalues of the companion matrix. We find that the power of the LR test is increasing in the magnitude of the initial condition, whereas the power of the other test is decreasing. The behaviour of the tests is investigated in an application to price convergence.

Laundry Symbols and License Management

One of the most challenging tasks in building language resources is the copyright license management. There are several reasons for this. First of all, the current European copyright system is designed to a large extent to satisfy the commercial actors, e.g. publishers, record companies etc. This means that the scope and duration of the rights are very extensive and there are even certain forms of protection that do not exist elsewhere in the world, e.g. database right. On the other hand, the exceptions for research and teaching are typically very narrow.