Development of synthetic molecular circuits for the control of cell systems

Synthetic biology is a young field of applicative research aiming to design and build up artificial biological devices, useful for human applications. How synthetic biology emerged in past years and how the development of the Registry of Standard Biological Parts aimed to introduce one practical starting solution to apply the basics of engineering to molecular biology is presented in chapter 1 in the thesis The same chapter recalls how biological parts can make up a genetic program, the molecular cloning tecnique useful for this purpose, and an overview of the mathematical modeling adopted to describe gene circuit behavior. Although the design of gene circuits has become feasible the increasing complexity of gene networks asks for a rational approach to design gene circuits. A bottom-up approach was proposed, suggesting that the behavior of a complicated system can be predicted from the features of its parts. The option to use modular parts in large-scale networks will be facilitated by a detailed and shared characterization of their functional properties. Such a prediction, requires well-characterized mathematical models of the parts and of how they behave when assembled together. In chapter 2, the feasibility of the bottom-up approach in the design of a synthetic program in Escherichia coli bacterial cells is described. The rational design of gene networks is however far from being established. The synthetic biology approach can used the mathematical formalism to identify biological information not assessable with experimental measurements. In this context, chapter 3 describes the design of a synthetic sensor for identifying molecules of interest inside eukaryotic cells. The Registry of Standard parts collects standard and modular biological parts. To spread the use of BioBricks the iGEM competition was started. The ICM Laboratory, where Francesca Ceroni completed her Ph.D, partecipated with teams of students and Chapter 4 summarizes the projects developed.

L'idea di metafora nell'opera di Oswald Mathias Ungers

This research focuses on the definition of the complex relationship that exists between theory and project, which - in the architectural work by Oswald Mathias Ungers - is based on several essays and on the publications that - though they have never been collected in an organic text - make up an articulated corpus, so that it is possible to consider it as the foundations of a theory. More specifically, this thesis deals with the role of metaphor in Unger’s theory and its subsequent practical application to his projects. The path leading from theoretical analysis to architectural project is in Ungers’ view a slow and mediated path, where theory is an instrument without which it would not be possible to create the project's foundations. The metaphor is a figure of speech taken from disciplines such as philosophy, aesthetics, linguistics. Using a metaphor implies a transfer of meaning, as it is essentially based on the replacement of a real object with a figurative one. The research is articulated in three parts, each of them corresponding to a text by Ungers that is considered as crucial to understand the development of his architectural thinking. Each text marks three decades of Ungers’ work: the sixties, seventies and eighties. The first part of the research deals with the topic of Großform expressed by Ungers in his publication of 1966 Grossformen im Wohnungsbau, where he defines four criteria based on which architecture identifies with a Großform. One of the hypothesis underlying this study is that there is a relationship between the notion of Großform and the figure of metaphor. The second part of the thesis analyzes the time between the end of the sixties and the seventies, i.e. the time during which Ungers lived in the USA and taught at the Cornell University of Ithaca. The analysis focuses on the text Entwerfen und Denken in Vorstellungen, Metaphern und Analogien, written by Ungers in 1976, for the exhibition MAN transFORMS organized in the Cooper - Hewitt Museum in New York. This text, through which Ungers creates a sort of vocabulary to explain the notions of metaphor, analogy, signs, symbols and allegories, can be defined as the Manifesto of his architectural theory, the latter being strictly intertwined with the metaphor as a design instrument and which is best expressed when he introduces the 11 thesis with P. Koolhaas, P. Riemann, H. Kollhoff and A. Ovaska in Die Stadt in der Stadt in 1977. Berlin das grüne Stadtarchipel. The third part analyzes the indissoluble tie between the use of metaphor and the choice of the topic on which the project is based and, starting from Ungers’ publication in 1982 Architecture as theme, the relationship between idea/theme and image/metaphor is explained. Playing with shapes requires metaphoric thinking, i.e. taking references to create new ideas from the world of shapes and not just from architecture. The metaphor as a tool to interpret reality becomes for Ungers an inquiry method that precedes a project and makes it possible to define the theme on which the project will be based. In Ungers’ case, the architecture of ideas matches the idea of architecture; for Ungers the notions of idea and theme, image and metaphor cannot be separated from each other, the text on thematization of architecture is not a report of his projects, but it represents the need to put them in order and highlight the theme on which they are based.

Characterization of the structure and iron uptake mechanisms of the Staphylococcus aureus ferric hydroxamate-binding lipoprotein FhuD2

The Reverse Vaccinology (RV) approach allows using genomic information for the delineation of new protein-based vaccines starting from an in silico analysis. The first powerful example of the application of the RV approach is given by the development of a protein-based vaccine against serogroup B Meningococcus. A similar approach was also used to identify new Staphylococcus aureus vaccine candidates, including the ferric hydroxamate-binding lipoprotein FhuD2. S. aureus is a widespread human pathogen, which employs various different strategies for iron uptake, including: (i) siderophore-mediated iron acquisition using the endogenous siderophores staphyloferrin A and B, (ii) siderophore-mediated iron acquisition using xeno-siderophores (the pathway exploited by FhuD2) and (iii) heme-mediated iron acquisition. In this work the high resolution crystal structure of FhuD2 in the iron (III)-siderophore-bound form was determined. FhuD2 belongs to the Periplasmic Binding Protein family (PBP ) class III, and is principally formed by two globular domains, at the N- and C-termini of the protein, that make up a cleft where ferrichrome-iron (III) is bound. The N- and C-terminal domains, connected by a single long α-helix, present Rossmann-like folds, showing a β-stranded core and an α-helical periphery, which do not undergo extensive structural rearrangement when they interact with the ligand, typical of class III PBP members. The structure shows that ferrichrome-bound iron does not come directly into contact with the protein; rather, the metal ion is fully coordinated by six oxygen donors of the hydroxamate groups of three ornithine residues, which, with the three glycine residues, make up the peptide backbone of ferrichrome. Furthermore, it was found that iron-free ferrichrome is able to subtract iron from transferrin. This study shows for the first time the structure of FhuD2, which was found to bind to siderophores ,and that the protein plays an important role in S. aureus colonization and infection phases.

Isolamento, variabilità ed espressione del gene PIMT in Girasole

Il vigore è un aspetto rilevante della qualità delle sementi, strettamente connesso al loro status fisiologico, al genotipo e alle condizioni di stoccaggio. Stress ossidativi e danni alle macromolecole sono alla base del deterioramento del seme, che è equipaggiato con sistemi protettivi e di riparazione. Uno di questi coinvolge l’L-isoaspartil metiltransferasi (PIMT) che ripara i misfolding proteici catalizzando la riconversione in aspartato dell’isoaspartile anomalo accumulato. Scopo di questo studio era valutare il possibile ruolo del meccanismo di riparazione di PIMT nel vigore del seme in girasole. Per questo il relativo gene è stato isolato e caratterizzato, la variabilità allelica determinata su un campione di linee inbred e l’espressione genica misurata in risposta all’invecchiamento accelerato (aging) e al priming. La sequenza codificante ottenuta è costituita da 4 esoni e contiene i 5 domini caratteristici delle metiltransferasi. Il gene mostra elevata similarità con gli ortologhi vegetali e scarsa diversità nucleotidica nei genotipi coltivati rappresentativi della variabilità della specie. Nella sequenza aminoacidica, comunque, sono state rinvenute tre sostituzioni che potrebbero influenzare la funzionalità enzimatica. Dal punto di vista fisiologico i genotipi considerati hanno esibito notevole variabilità di risposte ai trattamenti, sia in termini di vigore che di espressione genica. Aging e priming hanno prodotto generalmente gli effetti attesi, rispettivamente negativi e positivi, sulla germinabilità e sulla sua velocità. In generale l’espressione di PIMT è risultata massima nel seme secco, come riportato altrove, e ridotta dall’aging. Anche il priming ha diminuito l’espressione rispetto al seme quiescente, mentre il suo effetto dopo l’aging è risultato genotipo-dipendente. Tuttavia, nelle condizioni descritte, non si sono evidenziate correlazioni significative tra vigore ed espressione di PIMT, tali da suggerire un chiaro ruolo di questo meccanismo nella qualità fisiologica del seme.

Le reologia dei leganti bituminosi stradali: studio delle proprietà meccaniche a seguito di processi di “aging” in laboratorio

Lo studio effettuato pone le sue basi sulla ricerca di materiali stradali che combinino ad elevati standard prestazionali, la riduzione dell’impatto ambientale in fase realizzativa e manutentiva. In particolare il seguente lavoro si occupa dello studio di 7 leganti modificati con polimeri ed additivati con cere. I primi infatti conferiscono alla miscela maggiore elastoplasticità, incrementandone la durabilità e la resistenza a fatica. Nei secondi la presenza del materiale paraffinico contribuisce a ridurre la viscosità del bitume, consentendo un notevole abbassamento della temperatura di produzione e stesa della miscela. Numerosi studi hanno dimostrato che le caratteristiche meccaniche della pavimentazione sono fortemente influenzate dal grado di ossidazione delle componenti organiche del bitume, ovvero dal fenomeno dell’invecchiamento o aging. Pertanto allo studio reologico del bitume, si sono affiancate prove di simulazione dell’ invecchiamento nel breve e lungo termine. In fase di ricerca sperimentale si sono analizzati i leganti modificati ed additivati secondo la teoria della viscoelasticità, simulando le reali condizioni di carico ed invecchiamento alle quali il bitume è sottoposto. Tutte le prove di caratterizzazione reologica avanzata sono state effettuate mediante l’utilizzo del DSR (Dynamic Shear Rheometer - UNI EN 14770 ) in varie configurazioni di prova e l’invecchiamento a breve termine è stato simulato mediante RTFOT (Rolling thin film oven test -UNI EN 12607-1). Si è proposto inoltre una nuova procedura di aging invecchiando il bitume alla temperatura di Twork, ovvero a quel valore della temperatura tale per cui, in fase di messa in opera, si avrà una distribuzione molecolare omogenea del modificante all’interno del bitume.

Strategie per la pianificazione metropolitana

La finalità della ricerca è l'individuazione di uno strumento urbanistico per governare il territorio metropolitano che garantisca la successione efficace ed efficiente delle azioni nelle quali si articola il processo di pianificazione strategica. All'interno della ricerca, da un lato si indaga lo sviluppo storico-culturale che ha caratterizzato in Italia il concetto di area metropolitana, individuandone i contenuti e le operazioni che portano alla perimetrazione del suo territorio. Dall'altro lato si approfondisce il tema della pianificazione strategica come strumento fondamentale per il governo delle città metropolitane intermedie. Si è proceduto all'approfondimento del dibattito culturale e scientifico sul tema delle aree metropolitane, nell'esperienza di pianificazione strategica sviluppata in ambito internazionale e successivamente il dibattito politico che si è sviluppato nella realtà italiana sul concetto di area metropolitana, evidenziandone gli aspetti condivisi e le diverse tipologie di approccio per ottenere una perimetrazione utile al piano di governo del territorio. Ovviamente, nel processo di analisi, un ruolo dominante è stato assunto dal quadro istituzionale e normativo che si è sviluppato ed è tuttora in corso sul tema delle aree metropolitane. Alla tematica relativa alla definizione delle aree, si è sviluppato un consistente approfondimento sui requisiti che devono essere posseduti da un piano strategico costruito sulle esigenze di un'area metropolitana. E' stata individuata l'area metropolitana di Bologna quale area oggetto di studio approfondito, ripercorrendo le vicende che hanno animato il dibattito sulla nascita della Città metropolitana delimitata dalla Provincia. A tal proposito, si è sviluppata una riflessione sui contenuti innovativi e promozionali del piano strategico, valutando gli effetti che il Piano Strategico Metropolitano in corso di elaborazione sarà in grado di produrre sulle dinamiche territoriali e socio-economiche dell'area bolognese.

Strategie insediative, economiche e scambi culturali nell'Appennino bolognese e romagnolo nell'eta' del Bronzo

Il seguente lavoro analizza lo sviluppo dell’occupazione territoriale dell’area collinare e montana del bolognese e della Romagna nell’età del Bronzo. Si sono censite le attestazioni archeologiche relative all’età del Bronzo nell’area di studio, per analizzare le tendenze insediative e le loro eventuali modificazioni nel corso del tempo, onde individuare le strategie alla base del scelta del luogo da insediare e le eventuali vie di percorrenza. Attraverso l’analisi tipologica del materiale rinvenuto nei vari contesti si è cercato di determinare le influenze culturali provenienti dal centro Italia o dalla zona terramaricola. Per raggiungere questo obbiettivo si sono analizzati i dati di archivio della Soprintendenza ai beni archeologici dell’Emilia Romagna e l’Archivio Renato Scarani, protagonista delle ricerche archeologiche in Emilia Romagna per il periodo degli anni ’50-’70 del XX secolo, recentemente acquisito dall’Università di Bologna. Ai dati desunti dagli archivi, che in molti casi hanno chiarito le vicende concernenti le indagini ed i posizionamenti di molti dei siti segnalati ed esplorati tra la seconda metà del XIX e gli anni ’70 del XX secolo, che costituiscono la maggioranza del campione analizzato, si sono aggiunti i dati recentemente acquisiti a seguito degli scavi a Monterenzio Località Chiesa Vecchia (Bo), uno dei siti più importanti (per stratigrafia conservata e per contesto territoriale) dell'Appennino Bolognese.