Rapporto tra struttura e funzione della cistatina B e dei suoi mutanti in relazione all'epilessia mioclonica progressiva di tipo 1 (EPM1)

This work shows for the first time that native CSTB polymerizes on addition of Cu2+ and DnaK (Hsp70). Cysteines are involved in the polymerization process and in particular at least one cysteine is necessary. We propose that Cu2+ interacts with the thiol group of cysteine and oxidize it. The oxidized cysteine modifies the CSTB structure allowing interaction with DnaK/Hsp70 to occur. Thus, Cu2+ binding to CSTB exposes a site for DnaK and such interaction allows the polymerization of CSTB. The polymers generated from native CSTB monomers, are DTT sensitive and they may represent physiological polymers. Denatured CSTB does not require Cu2+ and polymerizes simply on addition of DnaK. The polymers generated from denatured CSTB do not respond to DTT. They have characteristics similar to those of the CSTB toxic aggregates described in vivo in eukaryotic cells following CSTB over-expression. Interaction between CSTB and Hsp70 is shown by IP experiments. The interaction occurs with WT CSTB and not with the cys mutant. This suggests that disulphur bonds are involved. Methal-cathalyzed oxidation of proteins involves reduction of the metal ion(s) bound to the protein itself and oxidation of neighboring ammino acid residues resulting in structural modification and de-stabilization of the molecule. In this work we propose that the cysteine thyol residue of CSTB in the presence of Cu2+ is oxidized, and cathalyzes the formation of disulphide bonds with Hsp70, that, once bound to CSTB, mediates its polymerization. In vivo this molecular mechanism of CSTB polymerization could be regulated by redox environment through the cysteine residue. This may imply that CSTB physiological polymers have a specific cellular function, different from that of the protease inhibitor known for the CSTB monomer. This hypothesis is interesting in relation to Progressive Myoclonus Epilepsy of type 1 (EPM1). This pathology is usually caused by mutations in the CSTB gene. CSTB is a ubiquitous protein, but EPM1 patients have problems only in the central nervous system. Maybe physiological CSTB polymers have a specific function altered in people affected by EPM1.

Provenienza dei sedimenti arenitici nel bacino di Tracia (eo-oligocene, Turchia nord-occidentale e Grecia nord-orientale)

The Thrace Basin is the largest and thickest Tertiary sedimentary basin of the eastern Balkans region and constitutes an important hydrocarbon province. It is located between the Rhodope-Strandja Massif to the north and west, the Marmara Sea and Biga Peninsula to the south, and the Black Sea to the est. It consists of a complex system of depocenters and uplifts with very articulate paleotopography indicated by abrupt lateral facies variations. Its southeastern margin is widely deformed by the Ganos Fault, a segment of the North Anatolian strike-slip fault system . Most of the Thrace Basin fill ranges from the Eocene to the Late Oligocene. Maximum total thickness, including the Neogene-Quaternary succession, reaches 9.000 meters in a few narrow depocenters. This sedimentary succession consists mainly of basin plain turbiditic deposits with a significant volcaniclastic component which evolves upwards to shelf deposits and continental facies, with deltaic bodies prograding towards the basin center in the Oligocene. This work deals with the provenance of Eocene-Oligocene clastic sediments of the southern and western part of Thrace Basin in Turkey and Greece. Sandstone compositional data (78 gross composition analyses and 40 heavy minerals analyses) were used to understand the change in detrital modes which reflects the provenance and geodinamic evolution of the basin. Samples were collected at six localities, which are from west to est: Gökçeada, Gallipoli and South-Ganos (south of Ganos Fault), Alexandroupolis, Korudağ and North-Ganos (north of Ganos Fault). Petrologic (framework composition and heavy-mineral analyses) and stratigraphic-sedimentologic data, (analysis of sedimentologic facies associations along representative stratigraphic sections, paleocurrents) allowed discrimination of six petrofacies; for each petrofacies the sediment dispersal system was delineated. The Thrace Basin fill is made mainly of lithic arkoses and arkosic litharenites with variable amount of low-grade metamorphic lithics (also ophiolitic), neovolcanic lithics, and carbonate grains (mainly extrabasinal). Picotite is the most widespread heavy mineral in all petrofacies. Petrological data on analyzed successions show a complex sediment dispersal pattern and evolution of the basin, indicating one principal detrital input from a source area located to the south, along both the İzmir-Ankara and Intra-Pontide suture lines, and a possible secondary source area, represented by the Rhodope Massif to the west. A significant portion of the Thrace Basin sediments in the study area were derived from ophiolitic source rocks and from their oceanic cover, whereas epimetamorphic detrital components came from a low-grade crystalline basement. An important penecontemporaneous volcanic component is widespread in late Eocene-Oligocene times, indicating widespread post-collisional (collapse?) volcanism following the closure of the Vardar ocean. Large-scale sediment mass wasting from south to north along the southern margin of the Thrace Basin is indicated (i) in late Eocene time by large olistoliths of ophiolites and penecontemporaneous carbonates, and (ii) in the mid-Oligocene by large volcaniclastic olistoliths. The late Oligocene paleogeographic scenario was characterized by large deltaic bodies prograding northward (Osmancik Formation). This clearly indicates that the southern margin of the basin acted as a major sediment source area throughout its Eocene-Oligocene history. Another major sediment source area is represented by the Rhodope Massif, in particolar the Circum-Rhodopic belt, especially for plutonic and metamorphic rocks. Considering preexisting data on the petrologic composition of Thrace Basin, silicilastic sediments in Greece and Bulgaria (Caracciolo, 2009), a Rhodopian provenance could be considered mostly for areas of the Thrace Basin outside our study area, particularly in the northern-central portions of the basin. In summary, the most important source area for the sediment of Thrace Basin in the study area was represented by the exhumed subduction-accretion complex along the southern margin of the basin (Biga Peninsula and western-central Marmara Sea region). Most measured paleocurrent indicators show an eastward paleoflow but this is most likely the result of gravity flow deflection. This is possible considered a strong control due to the east-west-trending synsedimentary transcurrent faults which cuts the Thrace Basin, generating a series of depocenters and uplifts which deeply influenced sediment dispersal and the areal distribution of paleoenvironments. The Thrace Basin was long interpreted as a forearc basin between a magmatic arc to the north and a subduction-accretion complex to the south, developed in a context of northward subduction. This interpretation was challenged by more recent data emphasizing the lack of a coeval magmatic arc in the north and the interpretation of the chaotic deposit which outcrop south of Ganos Fault as olistoliths and large submarine slumps, derived from the erosion and sedimentary reworking of an older mélange unit located to the south (not as tectonic mélange formed in an accretionary prism). The present study corroborates instead the hypothesis of a post-collisional origin of the Thrace Basin, due to a phase of orogenic collapse, which generated a series of mid-Eocene depocenters all along the İzmir-Ankara suture (following closure of the Vardar-İzmir-Ankara ocean and the ensuing collision); then the slab roll-back of the remnant Pindos ocean played an important role in enhancing subsidence and creating additional accommodation space for sediment deposition.

Ottimizzazione dei processi depurativi di reflui ad elevato carico organico a fini di recupero energetico

L’attuale condizione che caratterizza il settore energetico richiede un necessario processo di riconversione che, oltre a favorire il risparmio energetico, riduca la dipendenza dai combustibili fossili ed accresca l’impiego di fonti energetiche rinnovabili, dando un contributo fondamentale alla riduzione delle emissioni di gas serra come diversi accordi internazionali richiedono. Si rende pertanto necessario accelerare i processi che da alcuni anni stanno favorendo l’utilizzo di energia da fonti rinnovabili. Tra queste, le fonti legate ai processi di trattamento biologico dei reflui stanno avendo un interessante sviluppo. Esistono numerosi processi biologici che consentono la produzione di energia in maniera indiretta, quali ad esempio i processi di digestione anaerobica finalizzati alla produzione di biogas e/o produzione biologica di idrogeno. In tale contesto si inserisce la tecnologia delle Microbial Fuel Cell, che consente la produzione diretta di energia elettrica, finalizzata al recupero energetico inteso al miglioramento dell’efficienza energetica e alla riduzione dei costi d’esercizio di impianti di trattamento biologico dei reflui. Il presente lavoro di Tesi di Dottorato sperimentale, svoltosi in collaborazione al laboratorio PROT.-IDR. della sede ENEA di Bologna, riporta i risultati dell’attività di ricerca condotta su una MFC (Microbial Fuel Cell) a doppio stadio biologico per il trattamento di reflui ad elevato carico organico e produzione continua di energia elettrica. E’ stata provata l’applicabilità della MFC con entrambi i comparti biotici utilizzando elettrodi di grafite non trattata ottenendo, con un carico organico in ingresso di circa 9 gd-1, valori di potenza massima prodotta che si attestano su 74 mWm-2, corrente elettrica massima generata di 175 mAm-2 ad una tensione di 421 mV, ed una conversione di COD in elettricità pari a 1,2 gCODm-2d-1. I risultati sono stati molto positivi per quanto riguarda le prestazioni depurative ottenute dalla MFC. L’efficienza di depurazione misurata ha raggiunto un valore massimo del 98% di rimozione del COD in ingresso, mentre e la concentrazione di azoto ammoniacale nell’effluente raccolto all’uscita del sedimentatore è sempre stata inferiore a 1 mgN-NH4+l-1. Tra gli obiettivi posti all’inizio della sperimentazione si è rivelata di notevole interesse la valutazione del possibile utilizzo della MFC come sistema per il monitoraggio on-line del COD e degli acidi grassi volatili (VFA) prodotti all’interno di un digestore anaerobico, attraverso la definizione di una correlazione tra i dati elettrici registrati in continuo e le concentrazioni di CODanaer e VFA misurate in diversi periodi della sperimentazione. L’analisi DGGE della biomassa catodica ha fornito uno strumento analitico utile allo studio della diversità della comunità microbica sospesa ed adesa al catodo e ha confermato la forte similarità delle specie batteriche riconosciute nei campioni analizzati. In particolare, le bande di sequenziamento ottenute sono affiliate ai gruppi batterici Firmicutes, -Proteobacteria,  -Proteobacteria, -Proteobacteria e Bacteroidetes. Da quanto emerso dalla sperimentazione condotta si può pertanto concludere che ad oggi le MFC sono in fase di evoluzione rispetto ai primi prototipi utilizzati per lo studio delle comunità microbiali e per la comprensione dei meccanismi di trasferimento elettronico. Sfruttarne la potenza prodotta in maniera commerciale diviene una grande sfida per il futuro, ed è opinione comune che le prime applicazioni pratiche delle MFC saranno come fonte di recupero energetico per i dispositivi utilizzati per il monitoraggio dell’ambiente e per il trattamento delle acque reflue.

Efficienza energetica dei sistemi acquedottistici: ruolo delle perdite idriche

Il lavoro di ricerca esplora il panorama dell’efficienza energetica dei sistemi acquedottistici, soffermandosi a considerare possibili indicatori che possano valutarla in maniera corretta e completa, in particolare nei confronti della presenza di perdite in rete. Si prendono in considerazione con maggiore attenzione, tra tutte le strategie per aumentare l’efficienza energetica, quelle che contemporaneamente producono anche risparmi idrici, come la riduzione della pressione e la ricerca attiva delle perdite . Dopo un inquadramento internazionale, sono stati analizzati mediante mappe tematiche di intensità energetica, i consumi energetici specifici sui sistemi acquedottistici della regione Emilia Romagna per gli anni 2006 e 2007, si è passati ad una analisi critica degli indicatori attualmente in uso. Inoltre per casi di studio sintetici e tutti i casi di studio proposti, si sono valutate curve di relazione tra percentuale di perdita idrica e aumento del consumo energetico, in grado di dare indicazioni su come ciascun sistema reagisce, in termini di aumento dell’energia consumata, all’aumentare del livello di perdita. Questa relazione appare fortemente influenzata da fattori come la modalità di pompaggio, la posizione delle rotture sulla rete e la scabrezza delle condotte. E’ emersa la necessità solo poter analizzare separatamentel’influenza sull’efficienza energeticadei sistemi di pompaggio e della rete, mostrando il ruolo importante con cui questa contribuisce all’efficienza globale del sistema. Viene proposto uno sviluppo ulteriore dell’indicatore GEE Global Energy Efficiency (Abadia, 2008), che consente di distinguere l’impatto sull’efficienza energetica dovuto alle perdite idriche e alla struttura intrinseca della rete, in termini di collocazione reciproca tra risorsa idrica e domanda e schema impiantistico.Questa metodologia di analisi dell’efficienza energetica è stata applicata ai casi di studio, sia sintetici che reali, il distretto di Marzaglia (MO) e quello di Mirabello (FE), entrambi alimentati da pompe a giri variabili.. La ricerca ha consentito di mostrare inoltre il ruolo della modellazione numerica in particolare nell’analisi dell’effetto prodotto sull’efficienza energetica dalla presenza di perdite idriche. Nell’ultimo capitolo si completa la panoramica dei benefici ottenibili attraverso la riduzione della pressione, che nei casi citati viene conseguita tramite pompe asservite ad inverter, con il caso di studio del distretto Bolognina all’interno del sistema di distribuzione di Bologna, che vede l’utilizzo di valvole riduttrici di pressione. Oltre a stimare il risparmio energetico derivante dalla riduzione delle perdite ottenuta tramite le PRV, sono stati valutati su modello i benefici energetici conseguenti all’introduzione nel distretto di turbine per la produzione di energia