Phylogenetic Analysis of Avidins and Expression of Novel Avidins from Lactrodectus hesperus and Hoeflea phototrophica

Avidins (Avds) are homotetrameric or homodimeric glycoproteins with typically less than 130 amino acid residues per monomer. They form a highly stable, non-covalent complex with biotin (vitamin H) with Kd = 10-15 M (for chicken Avd). The best-studied Avds are the chicken Avd from Gallus gallus and streptavidin from Streptomyces avidinii, although other Avd studies have also included Avds from various origins, e.g., from frogs, fishes, mushrooms and from many different bacteria. Several engineered Avds have been reported as well, e.g., dual-chain Avds (dcAvds) and single-chain Avds (scAvds), circular permutants with up to four simultaneously modifiable ligand-binding sites. These engineered Avds along with the many native Avds have potential to be used in various nanobiotechnological applications. In this study, we made a structure-based alignment representing all currently available sequences of Avds and studied the evolutionary relationship of Avds using phylogenetic analysis. First, we created an initial multiple sequence alignment of Avds using 42 closely related sequences, guided by the known Avd crystal structures. Next, we searched for non-redundant Avd sequences from various online databases, including National Centre for Biotechnology Information and the Universal Protein Resource; the identified sequences were added to the initial alignment to expand it to a final alignment of 242 Avd sequences. The MEGA software package was used to create distance matrices and a phylogenetic tree. Bootstrap reproducibility of the tree was poor at multiple nodes and may reflect on several possible issues with the data: the sequence length compared is relatively short and, whereas some positions are highly conserved and functional, others can vary without impinging on the structure or the function, so there are few informative sites; it may be that periods of rapid duplication have led to paralogs and that the differences among them are within the error limit of the data; and there may be other yet unknown reasons. Principle component analysis applied to alternative distance data did segregate the major groups, and success is likely due to the multivariate consideration of all the information. Furthermore, based on our extensive alignment and phylogenetic analysis, we expressed two novel Avds, lacavidin from Lactrodectus Hesperus, a western black widow spider, and hoefavidin from Hoeflea phototrophica, an aerobic marine bacterium, the ultimate aim being to determine their X-ray structures. These Avds were selected because of their unique sequences: lacavidin has an N-terminal Avd-like domain but a long C-terminal overhang, whereas hoefavidin was thought to be a dimeric Avd. Both these Avds could be used as novel scaffolds in biotechnological applications.

Data analysis tools and methods for DNA microarray and high-throughput sequencing data

The recent rapid development of biotechnological approaches has enabled the production of large whole genome level biological data sets. In order to handle thesedata sets, reliable and efficient automated tools and methods for data processingand result interpretation are required. Bioinformatics, as the field of studying andprocessing biological data, tries to answer this need by combining methods and approaches across computer science, statistics, mathematics and engineering to studyand process biological data. The need is also increasing for tools that can be used by the biological researchers themselves who may not have a strong statistical or computational background, which requires creating tools and pipelines with intuitive user interfaces, robust analysis workflows and strong emphasis on result reportingand visualization. Within this thesis, several data analysis tools and methods have been developed for analyzing high-throughput biological data sets. These approaches, coveringseveral aspects of high-throughput data analysis, are specifically aimed for gene expression and genotyping data although in principle they are suitable for analyzing other data types as well. Coherent handling of the data across the various data analysis steps is highly important in order to ensure robust and reliable results. Thus,robust data analysis workflows are also described, putting the developed tools andmethods into a wider context. The choice of the correct analysis method may also depend on the properties of the specific data setandthereforeguidelinesforchoosing an optimal method are given. The data analysis tools, methods and workflows developed within this thesis have been applied to several research studies, of which two representative examplesare included in the thesis. The first study focuses on spermatogenesis in murinetestis and the second one examines cell lineage specification in mouse embryonicstem cells.

Investigation of business models of free zones and possible implications in South East Finland

Tutkielma tarkastelee vapaa alue konseptia osana yritysten kansainvälistä toimitusketjua. Tarkoituksena on löytää keinoja, millä tavoin vapaa alueen houkuttelevuutta voidaan lisätä yritysten näkökulmasta ja millaista liiketoimintaa yritysten on vapaa alueella mahdollista harjoittaa. Tutkielmassa etsitään tekijöitä, jotka vaikuttavat vapaa alueen menestykseen ja jotka voisivat olla sovellettavissa Kaakkois-Suomen ja Venäjän raja-alueelle ottaen huomioon vallitsevat olosuhteet ja lainsäädäntö rajoittavina tekijöinä. Menestystekijöitä ja liiketoimintamalleja haetaan tutkimalla ja analysoimalla lyhyesti muutamia olemassa olevia ja toimivia vapaa alueita. EU tullilain harmonisointi ja kansainvälisen kaupan vapautuminen vähentää vapaa alueen perinteistä merkitystä tullivapaana alueena. Sen sijaan vapaa alueet toimivat yhä enenevissä määrin logistisina keskuksina kansainvälisessä kaupassa ja tarjoavat palveluita, joiden avulla yritykset voivat parantaa logistista kilpailukykyään. Verkostoituminen, satelliitti-ratkaisut ja yhteistoiminta ovat keinoja, millä Kaakkois-Suomen alueen eri logistiikkapalvelujen tarjoajat voivat parantaa suorituskykyään ja joustavuutta kansainvälisessä toimitusketjussa.

Cuticular and Suberin Polymers of Edible Plants. Analysis by Gas Chromatographic-Mass Spectrometric and Solid State Spectroscopic Methods

Cutin and suberin are structural and protective polymers of plant surfaces. The epidermal cells of the aerial parts of plants are covered with an extracellular cuticular layer, which consists of polyester cutin, highly resistant cutan, cuticular waxes and polysaccharides which link the layer to the epidermal cells. A similar protective layer is formed by a polyaromatic-polyaliphatic biopolymer suberin, which is present particularly in the cell walls of the phellem layer of periderm of the underground parts of plants (e.g. roots and tubers) and the bark of trees. In addition, suberization is also a major factor in wound healing and wound periderm formation regardless of the plants’ tissue. Knowledge of the composition and functions of cuticular and suberin polymers is important for understanding the physiological properties for the plants and for nutritional quality when these plants are consumed as foods. The aims of the practical work were to assess the chemical composition of cuticular polymers of several northern berries and seeds and suberin of two varieties of potatoes. Cutin and suberin were studied as isolated polymers and further after depolymerization as soluble monomers and solid residues. Chemical and enzymatic depolymerization techniques were compared and a new chemical depolymerization method was developed. Gas chromatographic analysis with mass spectrometric detection (GC-MS) was used to assess the monomer compositions. Polymer investigations were conducted with solid state carbon-13 cross polarization magic angle spinning nuclear magnetic resonance spectroscopy (13C CP-MAS NMR), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and microscopic analysis. Furthermore, the development of suberin over one year of post-harvest storage was investigated and the cuticular layers from berries grown in the North and South of Finland were compared. The results show that the amounts of isolated cuticular layers and cutin monomers, as well as monomeric compositions vary greatly between the berries. The monomer composition of seeds was found to differ from the corresponding berry peel monomers. The berry cutin monomers were composed mostly of long-chain aliphatic ω-hydroxy acids, with various mid-chain functionalities (double-bonds, epoxy, hydroxy and keto groups). Substituted α,ω-diacids predominated over ω-hydroxy acids in potato suberin monomers and slight differences were found between the varieties. The newly-developed closed tube chemical method was found to be suitable for cutin and suberin analysis and preferred over the solvent-consuming and laborious reflux method. Enzymatic hydrolysis with cutinase was less effective than chemical methanolysis and showed specificity towards α,ω-diacid bonds. According to ₁₃C CP-MAS NMR and FTIR, the depolymerization residues contained significant amounts of aromatic structures, polysaccharides and possible cutan-type aliphatic moieties. Cultivation location seems to have effect on cuticular composition. The materials studied contained significant amounts of different types of biopolymers that could be utilized for several purposes with or without further processing. The importance of the so-called waste material from industrial processes of berries and potatoes as a source of either dietary fiber or specialty chemicals should be further investigated in detail. The evident impact of cuticular and suberin polymers, among other fiber components, on human health should be investigated in clinical trials. These by-product materials may be used as value-added fiber fractions in the food industry and as raw materials for specialty chemicals such as lubricants and emulsifiers, or as building blocks for novel polymers.

In-House Validation of Capillary Electrophoresis Method

Capillary electrophoresis method designed originally for the analysis of monosaccharides was validated using reference solutions of polydatin. The validation was conducted by studying and determining the concentration levels of LOD and LOQ and the range of linearity and by determining levels of uncertainty in respect to repeatability and reproducibility. The reliability of the gained results is also discussed. A guide with recommendations considering the validation and overall design of analysis sequences with CE is also produced as a result of this study.

Solid-state reference and ion-selective electrodes : towards portable potentiometric sensing

Potentiometric sensors are very attractive tools for chemical analysis because of their simplicity, low power consumption and low cost. They are extensively used in clinical diagnostics and in environmental monitoring. Modern applications of both fields require improvements in the conventional construction and in the performance of the potentiometric sensors, as the trends are towards portable, on-site diagnostics and autonomous sensing in remote locations. The aim of this PhD work was to improve some of the sensor properties that currently hamper the implementation of the potentiometric sensors in modern applications. The first part of the work was concentrated on the development of a solid-state reference electrode (RE) compatible with already existing solid-contact ion-selective electrodes (ISE), both of which are needed for all-solid-state potentiometric sensing systems. A poly(vinyl chloride) membrane doped with a moderately lipophilic salt, tetrabutylammonium-tetrabutylborate (TBA-TBB), was found to show a satisfactory stability of potential in sample solutions with different concentrations. Its response time was nevertheless slow, as it required several minutes to reach the equilibrium. The TBA-TBB membrane RE worked well together with solid-state ISEs in several different situations and on different substrates enabling a miniature design. Solid contacts (SC) that mediate the ion-to-electron transduction are crucial components of well-functioning potentiometric sensors. This transduction process converting the ionic conduction of an ion-selective membrane to the electronic conduction in the circuit was studied with the help of electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The solid contacts studied were (i) the conducting polymer (CP) poly(3,4-ethylienedioxythiophene) (PEDOT) and (ii) a carbon cloth having a high surface area. The PEDOT films were doped with a large immobile anion poly(styrene sulfonate) (PSS-) or with a small mobile anion Cl-. As could be expected, the studied PEDOT solid-contact mediated the ion-toelectron transduction more efficiently than the bare glassy carbon substrate, onto which they were electropolymerized, while the impedance of the PEDOT films depended on the mobility of the doping ion and on the ions in the electrolyte. The carbon cloth was found to be an even more effective ion-to-electron transducer than the PEDOT films and it also proved to work as a combined electrical conductor and solid contact when covered with an ion-selective membrane or with a TBA-TBB-based reference membrane. The last part of the work was focused on improving the reproducibility and the potential stability of the SC-ISEs, a problem that culminates to the stability of the standard potential E°. It was proven that the E° of a SC-ISE with a conducting polymer as a solid contact could be adjusted by reducing or oxidizing the CP solid contact by applying current pulses or a potential to it, as the redox state of the CP solid-contact influences the overall potential of the ISE. The slope and thus the analytical performance of the SC-ISEs were retained despite the adjustment of the E°. The shortcircuiting of the SC-ISE with a conventional large-capacitance RE was found to be a feasible instrument-free method to control the E°. With this method, the driving force for the oxidation/reduction of the CP was the potential difference between the RE and the SC-ISE, and the position of the adjusted potential could be controlled by choosing a suitable concentration for the short-circuiting electrolyte. The piece-to-piece reproducibility of the adjusted potential was promising, and the day-today reproducibility for a specific sensor was excellent. The instrumentfree approach to control the E° is very attractive considering practical applications.

Analysis of Alpha CA Genes in Early Vertebrates and ; High-Invertebrates

Carbonic anhydrases are enzymes that are ubiquitously found in all organisms that are engaged in catalyzing the hydration of carbon dioxide to form bicarbonate and proton and vice versa. They are crucial in the process of respiration, bone resorption, pH regulation, ion transport, and photosynthesis in plants. Out of the five classes of carbonic anhydrase α, β, γ, δ, ζ this study focused in the α carbonic anhydrases. This class of CAs constitute of 16 subfamilies in mammals that include 3 non-active enzymes known as Carbonic Anhydrase Related Proteins. The inactiveness of these enzymes is due to the loss of one or more Histidine residues in the active site. This thesis was conducted based on the aim of studying evolutionary analysis of carbonic anhydrase sequences from organisms spanning from the Cambrian age. It was carried out in two phases. The first phase was the sequence collection, which involved many biological sequence databases as a source. The scope of this segment included sequence alignments and analysis of the sequence manually and in an automated form incorporating few analysis tools. The second Phase was phylogenetic analysis and exploring the subcellular location of the proteins, which was key for the evolutionary analysis. Through the medium of the methods conducted with respect to the phases mentioned above, it was possible to accomplish the desired result. Certain thought-provoking sequences were come across and analyzed thoroughly. Whereas, Phylogenetics showed interesting results to bolster previous findings and new findings as well which lay bedrock for future intensified studies.

Visual measurement of laser-arc hybrid welding

Tässä työssä raportoidaan hybridihitsauksesta otettujen suurnopeuskuvasarjojen automaattisen analyysijärjestelmän kehittäminen.Järjestelmän tarkoitus oli tuottaa tietoa, joka avustaisi analysoijaa arvioimaan kuvatun hitsausprosessin laatua. Tutkimus keskittyi valokaaren taajuuden säännöllisyyden ja lisäainepisaroiden lentosuuntien mittaamiseen. Valokaaria havaittiin kuvasarjoista sumean c-means-klusterointimenetelmän avullaja perättäisten valokaarien välistä aikaväliä käytettiin valokaaren taajuuden säännöllisyyden mittarina. Pisaroita paikannettiin menetelmällä, jossa yhdistyi pääkomponenttianalyysi ja tukivektoriluokitin. Kalman-suodinta käytettiin tuottamaan arvioita pisaroiden lentosuunnista ja nopeuksista. Lentosuunnanmääritysmenetelmä luokitteli pisarat niiden arvioitujen lentosuuntien perusteella. Järjestelmän kehittämiseen käytettävissä olleet kuvasarjat poikkesivat merkittävästi toisistaan kuvanlaadun ja pisaroiden ulkomuodon osalta, johtuen eroista kuvaus- ja hitsausprosesseissa. Analyysijärjestelmä kehitettiin toimimaan pienellä osajoukolla kuvasarjoja, joissa oli tietynlainen kuvaus- ja hitsausprosessi ja joiden kuvanlaatu ja pisaroiden ulkomuoto olivat samankaltaisia, mutta järjestelmää testattiin myös osajoukon ulkopuolisilla kuvasarjoilla. Testitulokset osoittivat, että lentosuunnanmääritystarkkuus oli kohtuullisen suuri osajoukonsisällä ja pieni muissa kuvasarjoissa. Valokaaren taajuuden säännöllisyyden määritys oli tarkka useammassa kuvasarjassa.

Puutuoteperheen markkinointisuunnitelma

Työssä on selvitetty erään mekaanisessa metsäteollisuudessa toimivan yrityksen puutuoteperheen markkinoita. Työn tavoitteena oli laatia uuden, massiivisesta männystä valmistetun sisustukseen tarkoitetun puutuoteperheen markkinointisuunnitelma kotimaan markkinoille. Markkinointisuunnitelman tehtävä oli vastata erityisesti seuraaviin kysymyksiin: millainen tuoteperhe kiinnostaa markkinoita, kuinka suuri kysyntä tuoteperheelle olisi, mitkä olisivat markkinointikanavat, ketkä ovat kilpailijoita ja millaisia heidän tuotteensa ovat, sekä millainen hintataso markkinoilla vallitsee? Tiedonhankintamenetelmänä työssä käytettiin haastattelututkimusta. Työssä tehtiin ympäristö- ja yritysanalyysi. Ympäristöanalyysiin kuului kysyntä-, asiakas-, kilpailija-, ja yhteisötekijäanalyysi. Yritysanalyysissä puolestaan käsiteltiin yrityksen perusajattelua, taloutta, voimavaroja, toimintoja ja tuotteita. Näiden pohjalta tehtiin SWOT-analyysi, johon perustettiin johtopäätökset strategioiden ja alustavan toimintasuunnitelman muodossa. Työn tuloksena saatiin tietoa markkinoista ja niiden vaatimuksista tuoteperheelle. Tulokset auttavat yrityksen johtoa sen arvioidessa mahdollisia investointeja sisustuspuutuotteiden valmistukseen ja markkinointiin.

Verkkoliiketoiminnan tehokkuusmittauksen ohjausvaikutusten analysointijärjestelmä

Tässä diplomityössä oli tavoitteena suunnitella ja toteuttaa verkkoliiketoiminnan tehokkuusmittauksen ohjausvaikutusten analysointijärjestelmä. Verkkoliiketoiminta on monopoliasemassa olevaa liiketoimintaa, jossa ei ole kilpailusta johtuvaa pakotetta pitää liiketoimintaa tehokkaana ja hintoja alhaisina. Tämän vuoksi verkkoliiketoiminnan hinnoittelua ja toiminnan tehokkuutta tulee valvoa viranomaisen toimesta. Tehokkuusmittauksessa käytettäväksi menetelmäksi on valittu DEA-menetelmä (Data Envelopment Analysis). Tässä työssä on esitelty DEA-menetelmän teoreettiset perusteet sekä verkkoliiketoiminnan tehokkuusmittauksessa havaitut ongelmat. Näiden perusteella on määritelty analysointijärjestelmältä vaadittavat ominaisuudet sekä kehitetty kyseinen järjestelmä. Tärkeimmiksi järjestelmän ominaisuuksiksi osoittautuivat herkkyysanalyysin tekeminen ja etenkin sitä kautta suoritettava keskeytysten hinnan laskeminen sekä mahdollisuudet painokertoimien rajoittamiselle. Työn loppuosassa on esitelty järjestelmästä saatavia konkreettisia tuloksia, joiden avulla on pyritty havainnollistamaan järjestelmän käyttömahdollisuuksia.

Virtuaaliprototyypin käyttö roottorin dynamiikan analysoinnissa

Työn tavoitteena oli selvittää kaupallisen dynamiikansimulointiohjelmiston soveltuvuus roottoridynamiikan analysointiin. Työssä keskityttiin erityisesti roottorin dynamiikkaan vaikuttavien epäideaalisuuksien mallintamiseen. Simulointitulosten tarkkuutta selvitettiin mittauksilla. Lisäksi vertailtiin yleiskäyttöisen dynamiikan simulointiohjelmiston ja roottoridynamiikan erikoisohjelmiston teoriaa. Tutkittava roottori oli paperikoneen putkitela. Telan joustavuus kuvattiin elementtimenetelmällä ratkaistujen moodien avulla. Elementtimallissa huomioitiin telan vaipan seinämänpaksuusvaihtelu, joka vaikuttaa telan massa- ja jäykkyysjakaumaan. Dynamiikkaohjelmistossa mallinnettiin telan tuennasta tulevat herätteet. Dynamiikkaohjelmistona käytettiin ADAMS:ia ja FEM-ohjelmana ANSYS:stä. Tuloksista havaittiin käytetyn menetelmän soveltuvan roottoridynamiikan analysointiin ja roottorin epäideaalisuuksien mallintamiseen. Simulointimallilla saatiin esille murtolukukriittiset pyörimisnopeudet ja telan kriittinen pyörimisnopeus vastasi hyvin mittaustuloksia.

Siltanosturin mallinnusmenetelmien kehittäminen

Työn tarkoituksena oli selvittää kaupallisen dynamiikan simulointiohjelmiston (Adams) soveltuvuus siltanosturin mallintamiseen. Työn kohteena oli kaksipalkkinen siltanosturi, joka sijaitsi KCI:n tiloissa Hyvinkäällä. Nosturin jänneväli oli noin 19.5 metriä ja nostokyky 16 tonnia. Mallintamisessa keskityttiin nosturin dynamiikkaan sekä ohjausvoimiin nosturin kantopyörissä. Simulointitulokset verifioitiin mittauksin. Koska mallista haluttiin mahdollisimman yksinkertainen, mallinnettiin ainoastaan pääkannattajat ja köydet joustavina. Muut osat mallinnettiin jäykkinä. Yksinkertaisuuteen pyrittiin sen vuoksi, että mallia oli tarkoitus käyttää perustana komponenttikirjaston luomiseksi myöhempää käyttöä varten. Tuloksista todettiin mallin soveltuvan hyvin nosturin dynamiikan mallintamiseen. Mallista saatavat tulokset vastasivat hyvin mitattuja liikkeitä. Ohjausvoimia ei kuitenkaan saatu verifioitua. Käytetty mittausmenetelmä osoittautui sopimattomaksi.

Epävarmuustarkastelun soveltaminen deterministisissä turvallisuusanalyyseissä

Tässä diplomityössä esitetään selvitys käytössä olevista deterministisistä turvallisuusanalyysimenetelmistä. Deterministisillä turvallisuusanalyyseillä arvioidaan ydinvoimalaitosten turvallisuutta eri käyttötilojen aikana. Voimalaitoksen turvallisuusjärjestelmät mitoitetaan deterministisen turvallisuusanalyysin tulosten perusteella. Deterministiset turvallisuusanalyysit voidaan laatia konservatiivista tai tilastollista menetelmää käyttäen. Konservatiivinen menetelmä pyrkii mallintamaan tarkasteltavan tilanteen siten, että laitoksen todellinen käyttäytyminen on hyvällä varmuudella lievempää kuin analyysitulos. Konservatiivisessa menetelmässä analyysin epävarmuudet huomioidaan konservatiivisilla oletuksilla. Tilastollinen menetelmä perustuu parhaan arvion menetelmään eli pyrkimykseen mallintaa laitoksen käyttäytyminen mahdollisimman todenmukaisesti. Tilastollisessa menetelmässä analyysin epävarmuudet määritetään systemaattisesti tilastomatematiikan keinoin. Työssä painotetaan tilastollisen analyysin epävarmuuksien määritykseen käytettäviä epävarmuustarkastelumenetelmiä. Diplomityön laskennallisessa osassa vertaillaan deterministisen turvallisuusanalyysin laadintaan käytettäviä menetelmiä termohydraulisen turvallisuusanalyysiesimerkin laskennan kautta. Laskennassa tarkasteltavana onnettomuutena on Olkiluoto 3-laitosyksikössä tapahtuva primäärijäähdytepiirin putkikatkosta aiheutuva jäähdytteenmenetysonnettomuus. Lasketun esimerkkitapauksen perusteella tilastollista ja konservatiivista menetelmää voidaan pitää vaihtoehtoisina turvallisuusanalyysin laadintaan. Molemmat analyysit tuottivat hyväksyttäviä ja toisilleen verrannollisia tuloksia, joiden suuruusluokka on sama.

The consequences of e-HRM on line managers

The purpose of this research was to provide a deeper insight into the consequences of electronic human resource management (e-HRM) for line managers. The consequences are viewed as used information system (IS) potentials pertaining to the moderate voluntaristic category of consequences. Due to the need to contextualize the research and draw on line managers’ personal experiences, a qualitative approach in a case study setting was selected. The empirical part of the research is loosely based on literature on HRM and e-HRM and it was conducted in an industrial private sector company. In this thesis, method triangulation was utilized, as nine semi-structured interviews, conducted in a European setting, created the main method for data collection and analysis. Other complementary data such as HRM documentation and statistics of e-HRM system usage were utilized as background information to help to put the results into context. E-HRM has partly been taken into use in the case study company. Line managers tend to use e-HRM when a particular task requires it, but they are not familiar with all the features and possibilities which e-HRM has to offer. The advantages of e-HRM are in line with the company’s goals. The advantages are e.g. an transparency of data, process consistency, and having an efficient and easy-to-use tool at one’s disposal. However, several unintended, even contradictory, and mainly negative outcomes can also be identified, such as over-complicated processes, in-security in use of the tool, and the lack of co-operation with HR professionals. The use of e-HRM and managers’ perceptions regarding e-HRM affect the way in which managers perceive the consequences of e-HRM on their work. Overall, the consequences of e-HRM are divergent, even contradictory. The managers who considered e-HRM mostly beneficial to their work found that e-HRM affects their work by providing information and increasing efficiency. Those managers who mostly perceived challenges in e-HRM did not think that e-HRM had affected their role or their work. Even though the perceptions regarding e-HRM and its consequences might reflect the strategies, the distribution of work, and the ways of working in all HRM in general and can’t be generalized as such, this research contributed to the field of e-HRM and it provides new perspectives to e-HRM in the case study organization and in the academic field in general.