Insecticidal, repellent, antimicrobial activity and phytotoxicity of essential oils: With special reference to limonene and its suitability for control of insect pests : Review

Selostus: Monoterpeenit kasvinsuojelussa: erityisesti limoneenin vaikutus eri eliöryhmiin

Suomalaisten jäte- ja jätevesialan yritysten yhteistyömahdollisuudet sekä uudet tuotekonseptit koti- ja ulkomaisen liiketoiminnan kehittämisessä

Diplomityö on tehty osana InnoEnvi-hanketta, joka on Etelä-Suomen ympäristöalan verkostoitumiseen ja tietoyhteiskunnan kehittymiseen tähtäävä toimintakokonaisuus. InnoEnvi on osa Etelä-Suomen maakuntien valmistelemaa InnoElli-ohjelmaa. InnoEnvi-hankkeen päätavoitteena on kehittyvän ympäristöklusterin luominen Etelä-Suomeen. Monet suomalaiset ympäristöalalle erikoistuneet yritykset ovat vielä tänä päivänä pieniä, nuoria ja pirstaleisia, minkä vuoksi ne tarvitsevat tukea ja yhteistyötä varsinkin vientimarkkinoille pyrkiessään. Tämän työn oleellisimpana tavoitteena oli kartoittaa Etelä-Suomen jäte- ja jätehuoltoalan yritysten yhteistyön mahdollisuuksia ja etuja, sekä yhteistyön tuomaa vaikutusta koti- ja ulkomaiseen liiketoimintaan. Tutkimusongelmaa lähestyttiin kartoittamalla Suomen tämänhetkistä jäte- ja jätevesihuollon tilaa ja käytössä olevaa teknologiaa sekä ympäristöliiketoimintaan vaikuttavia ohjauskeinoja. Ympäristöalan liiketoimintakenttään syvennyttiin tutkimalla alan verkostoitumista ja uusia verkostoitumisen mahdollisuuksia. Verkostoituneita yrityksiä ja yhteistyön lisätarvetta selvitettiin InnoEnvissä tehtyjen aiempien tutkimustulosten sekä tässä tutkimuksessa tehtyjen yrityshaastattelujen avulla. Uudet EU-maat panostavat tiukentuvien ympäristösäädösten takia ympäristönsuojeluun, mikä tekee niistä houkuttelevan ympäristöteknologian vientikohteen. Tässä työssä valittiin tutkimuksen kohteiksi Latvia ja Puola, joiden ympäristöteknologian tasoa ja kehitystarpeita selvitettiin vientipotentiaalin hahmottamiseksi. Molempien maiden jätevesi- ja varsinkin jätehuollossa on paljon kehitettävää, ja maissa panostetaankin kehitystoimiin monin erilaisin valtiollisin ohjelmin. Kotimaisen ympäristöliiketoiminnan kehittämiseksi työssä käsiteltiin neljää tuote- ja palvelukonseptia, jotka valittiin InnoEnvi-hankkeessa tehdystä ajankohtaisesta ympäristöalan investointihankekartoituksesta. Valitut konseptit ovat: REF-valmistuslaitos, jätevesilietteen käsittelylaitteisto, pilaantuneiden maiden käsittelytoimet sekä kaatopaikan lopettaminen. Tuotekonseptit jaettiin osatuotteisiin ja –palveluihin, joita verkostoituneet yritykset voisivat yhdessä tuottaa. Työkaluiksi yritysten kontakteihin nähtiin InnoEnvi-hankkeessa muodostetut miniklusterit ja niiden sisällä kehittyvä toiminta sekä hankkeessa rakennettu www-pohjainen Matching-palvelu. Tutkimuksessa löydettiin uusia mahdollisuuksia yhteistyötoiminnalle. Verkostoitumisessa nähdään haastattelujen mukaan monia etuja: tiedonsaanti, taloudelliset edut, toiminnan luotettavuus sekä uudet virikkeet markkinointiin ja tuotekehitykseen. Lisäyhteistyökumppaneille on haastattelujen mukaan tarvetta. Verkostoituminen tuo vientitoimintaa aloitteleville pk-sektorin yrityksille mahdollisuuden saavuttaa kansainvälistymiseen tarvittavia resursseja. Niin koti- kuin ulkomaisessakin liiketoiminnassa verkoston tärkeimmäksi tekijäksi osoittautui veturiyritys, joka voi vastata verkostossa muun muassa markkinoinnista ja tuotekehityksestä Vientitoiminnassa kohdemaan lainsäädännön ja yleisien toimintatapojen tunteminen on tärkeää. Paikalliset kohdemaan suunnittelu- ja urakointiyritykset ovat tärkeitä yhteistyökumppaneita vientihankkeessa. Latviassa jätehuoltoteknologian kehittämisen tarve on niin yhdyskunta-, ongelma- kuin teollisuusjätteidenkin osalta merkittävä. Puolassa jätesektorin ajankohtaisia aiheita ovat muun muassa kaatopaikkojen vähentäminen ja pakkausjätteen käsittely. Molempien esimerkkimaiden kohdalla jätevesihuollossa tullaan keskittymään lietteiden käsittelyn vaatimiin teknologian tarpeisiin. Vientiosiossa tehtiin vientiyhteistyöesimerkki, jossa tutkittiin kuvitteellista rakennusjätteen käsittelylaitoksen toimittamisprojektia Puolaan. Esimerkkiin saatiin tietoja InnoEnvissä tehdystä Puolan markkinatutkimuksesta. Tulokseksi saatiin viitteitä mahdollisista suomalaisista laitetoimittajista, viisi potentiaalista puolalaista suunnitteluyritystä sekä viisi puolalaista urakoitsijaa. On tärkeää, että kotimaisella yritysryppäällä on kokemusta sujuvasta yhteistyöstä ennen vientiprojektin toteuttamista. Tuotekonseptiesimerkkeihin kartoitettiin pääosa eteläsuomalaisista tuotteiden ja palvelujen tarjoajista. Tarkasteluun otettiin mukaan myös yrityksiä, joiden tuotteet tai palvelut olivat lähellä käsiteltyä konseptia. Tehtyjen yrityslistojen avulla on tarkoitus antaa virikkeitä uusien yritysryppäiden muodostamisesta sekä uusista tuote- ja palveluideoista, joille on nähtävissä markkinapotentiaalia. InnoEnvi-hankkeessa valmisteltujen työkalujen avulla eteläsuomalaiset yhteistyöstä kiinnostuneet yritykset voivat luoda kontakteja ja kokoontua miettimään tulevien investointihankkeiden toteuttamista kotimaassa ja myöhemmin jopa ulkomailla. Työn tuloksia esitellään InnoEnvi-hankkeen toimijoiden kautta jäteminiklusterissa toimiville eteläsuomalaisille yrityksille.

Type II aromatic polyketide biosynthetic tailoring enzymes: diversity and adaptation in Streptomyces secondary metabolism.

Members of the bacterial genus Streptomyces are well known for their ability to produce an exceptionally wide selection of diverse secondary metabolites. These include natural bioactive chemical compounds which have potential applications in medicine, agriculture and other fields of commerce. The outstanding biosynthetic capacity derives from the characteristic genetic flexibility of Streptomyces secondary metabolism pathways: i) Clustering of the biosynthetic genes in chromosome regions redundant for vital primary functions, and ii) the presence of numerous genetic elements within these regions which facilitate DNA rearrangement and transfer between non-progeny species. Decades of intensive genetic research on the organization and function of the biosynthetic routes has led to a variety of molecular biology applications, which can be used to expand the diversity of compounds synthesized. These include techniques which, for example, allow modification and artificial construction of novel pathways, and enable gene-level detection of silent secondary metabolite clusters. Over the years the research has expanded to cover molecular-level analysis of the enzymes responsible for the individual catalytic reactions. In vitro studies of the enzymes provide a detailed insight into their catalytic functions, mechanisms, substrate specificities, interactions and stereochemical determinants. These are factors that are essential for the thorough understanding and rational design of novel biosynthetic routes. The current study is a part of a more extensive research project (Antibiotic Biosynthetic Enzymes; www.sci.utu.fi/projects/biokemia/abe), which focuses on the post-PKS tailoring enzymes involved in various type II aromatic polyketide biosynthetic pathways in Streptomyces bacteria. The initiative here was to investigate specific catalytic steps in anthracycline and angucycline biosynthesis through in vitro biochemical enzyme characterization and structural enzymology. The objectives were to elucidate detailed mechanisms and enzyme-level interactions which cannot be resolved by in vivo genetic studies alone. The first part of the experimental work concerns the homologous polyketide cyclases SnoaL and AknH. These catalyze the closure of the last carbon ring of the tetracyclic carbon frame common to all anthracycline-type compounds. The second part of the study primarily deals with tailoring enzymes PgaE (and its homolog CabE) and PgaM, which are responsible for a cascade of sequential modification reactions in angucycline biosynthesis. The results complemented earlier in vivo findings and confirmed the enzyme functions in vitro. Importantly, we were able to identify the amino acid -level determinants that influence AknH and SnoaL stereoselectivity and to determine the complex biosynthetic steps of the angucycline oxygenation cascade of PgaE and PgaM. In addition, the findings revealed interesting cases of enzyme-level adaptation, as some of the catalytic mechanisms did not coincide with those described for characterised homologs or enzymes of known function. Specifically, SnoaL and AknH were shown to employ a novel acid-base mechanism for aldol condenzation, whereas the hydroxylation reaction catalysed by PgaM involved unexpected oxygen chemistry. Owing to a gene-level fusion of two ancestral reading frames, PgaM was also shown to adopt an unusual quaternary sturucture, a non-covalent fusion complex of two alternative forms of the protein. Furthermore, the work highlighted some common themes encountered in polyketide biosynthetic pathways such as enzyme substrate specificity and intermediate reactivity. These are discussed in the final chapters of the work.

Active sulphide mine tailings impoundments as sources of contaminated drainage: controlling factors, methods of characterisation and geochemical constraints for mitigation

Low quality mine drainage from tailings facilities persists as one of the most significant global environmental concerns related to sulphide mining. Due to the large variation in geological and environmental conditions at mine sites, universal approaches to the management of mine drainage are not always applicable. Instead, site-specific knowledge of the geochemical behaviour of waste materials is required for the design and closure of the facilities. In this thesis, tailings-derived water contamination and factors causing the pollution were investigated in two coeval active sulphide mine sites in Finland: the Hitura Ni mine and the Luikonlahti Cu-Zn-Co-Ni mine and talc processing plant. A hydrogeochemical study was performed to characterise the tailingsderived water pollution at Hitura. Geochemical changes in the Hitura tailings were evaluated with a detailed mineralogical and geochemical investigation (solid-phase speciation, acid mine drainage potential, pore water chemistry) and using a spatial assessment to identify the mechanisms of water contamination. A similar spatial investigation, applying selective extractions, was carried out in the Luikonlahti tailings area for comparative purposes (Hitura low-sulphide tailings vs. Luikonlahti sulphide-rich tailings). At both sites, hydrogeochemistry of tailings seepage waters was further characterised to examine the net results of the processes observed within the impoundments and to identify constraints for water treatment. At Luikonlahti, annual and seasonal variation in effluent quality was evaluated based on a four-year monitoring period. Observations pertinent to future assessment and mine drainage prevention from existing and future tailings facilities were presented based on the results. A combination of hydrogeochemical approaches provided a means to delineate the tailings-derived neutral mine drainage at Hitura. Tailings effluents with elevated Ni, SO₄ ^2- and Fe content had dispersed to the surrounding aquifer through a levelled-out esker and underneath the seepage collection ditches. In future mines, this could be avoided with additional basal liners in tailings impoundments where the permeability of the underlying Quaternary deposits is inadequate, and with sufficiently deep ditches. Based on the studies, extensive sulphide oxidation with subsequent metal release may already initiate during active tailings disposal. The intensity and onset of oxidation depended on e.g. the Fe sulphide content of the tailings, water saturation level, and time of exposure of fresh sulphide grains. Continuous disposal decreased sulphide weathering in the surface of low-sulphide tailings, but oxidation initiated if they were left uncovered after disposal ceased. In the sulphide-rich tailings, delayed burial of the unsaturated tailings had resulted in thick oxidized layers, despite the continuous operation. Sulphide weathering and contaminant release occurred also in the border zones. Based on the results, the prevention of sulphide oxidation should already be considered in the planning of tailings disposal, taking into account the border zones. Moreover, even lowsulphide tailings should be covered without delay after active disposal ceases. The quality of tailings effluents showed wide variation within a single impoundment and between the two different types of tailings facilities assessed. The affecting factors included source materials, the intensity of weathering of tailings and embankment materials along the seepage flow path, inputs from the process waters, the water retention time in tailings, and climatic seasonality. In addition, modifications to the tailings impoundment may markedly change the effluent quality. The wide variation in the tailings effluent quality poses challenges for treatment design. The final decision on water management requires quantification of the spatial and seasonal fluctuation at the site, taking into account changes resulting from the eventual closure of the impoundment. Overall, comprehensive hydrogeochemical mapping was deemed essential in the identification of critical contaminants and their sources at mine sites. Mineralogical analysis, selective extractions, and pore water analysis were a good combination of methods for studying the weathering of tailings and in evaluating metal mobility from the facilities. Selective extractions with visual observations and pH measurements of tailings solids were, nevertheless, adequate in describing the spatial distribution of sulphide oxidation in tailings impoundments. Seepage water chemistry provided additional data on geochemical processes in tailings and was necessary for defining constraints for water treatment.