Monooxygenases involved in the n-alkanes metabolism by Rhodococcus sp. BCP1: molecular characterization and expression of alkB gene

Bioremediation implies the use of living organisms, primarily microorganisms, to convert environmental contaminants into less toxic forms. The impact of the consequences of hydrocarbon release in the environment maintain a high research interest in the study of microbial metabolisms associated with the biodegradation of aromatic and aliphatic hydrocarbons but also in the analysis of microbial enzymes that can convert petroleum substrates to value-added products. The studies described in this Thesis fall within the research field that directs the efforts into identifying gene/proteins involved in the catabolism of n-alkanes and into studying the regulatory mechanisms leading to their oxidation. In particular the studies were aimed at investigating the molecular aspects of the ability of Rhodococcus sp. BCP1 to grow on aliphatic hydrocarbons as sole carbon and energy sources. We studied the ability of Rhodococcus sp. BCP1 to grow on gaseous (C2-C4), liquid (C5-C16) and solid (C17-C28) n-alkanes that resulted to be biochemically correlated with the activity of one or more monooxygenases. In order to identify the alkane monooxygenase that is involved in the n-alkanes degradation pathway in Rhodococcus sp. BCP1, PCR-based methodology was applied by using degenerate primers targeting AlkB monooxygenase family members. As result, a chromosomal region, including the alkB gene cluster, was cloned from Rhodococcus sp. BCP1 genome. We characterized the products of this alkB gene cluster and the products of the orfs included in the flanking regions by comparative analysis with the homologues in the database. alkB gene expression studies were carried out by RT-PCR and by the construction of a promoter probe vector containing the lacZ gene downstream of the alkB promoter. B-galactosidase assays revealed the alkB promoter activity induced by n-alkanes and by n-alkanes metabolic products. Furthermore, the transcriptional start of alkB gene was determined by primer extension procedure. A proteomic approach was subsequently applied to compare the protein patterns expressed by BCP1 growing on n-butane, n-hexane, n-hexadecane or n-eicosane with the protein pattern expressed by BCP1 growing on succinate. The accumulation of enzymes specifically induced on n-alkanes was determined. These enzymes were identified by tandem mass spectrometry (LC/MS/MS). Finally, a prm gene, homologue to the gene family coding for soluble di-iron monooxygenases (SDIMOs), has been isolated from Rhodococcus sp. BCP1 genome. This gene product could be involved in the degradation of gaseous n-alkanes in this Rhodococcus strain. The versatility in utilizing hydrocarbons and the discovery of new remarkable metabolic activities outline the potential applications of this microorganism in environmental and industrial biotechnologies.

La diagnosi genetica preimpianto: argomenti favorevoli e contrari alla sua legittimità

Questa tesi ricostruisce la storia della giurisprudenza italiana che ha riguardato la legittimità o meno dell’impiego della diagnosi genetica preimpianto nell’ambito della procreazione medicalmente assistita, dall’emanazione della legge 40 del 2004 a tutt’oggi. Ed in particolare questa tesi si prefigge due obiettivi: uno, individuare ed illustrare le tipologie di argomenti utilizzati dal giurista-interprete per giudicare della legittimità o meno della pratica della diagnosi preimpianto degli embrioni prodotti, mediante le tecniche relative alla procreazione assistita; l’altro obiettivo, mostrare sia lo scontro fra i differenti argomenti, sia le ragioni per le quali prevalgono gli argomenti usati per legittimare la pratica della diagnosi preimpianto. Per raggiungere questi obiettivi, e per mostrare in maniera fenomenologica come avviene l’interpretazione giuridica in materia di diagnosi preimpianto, si è fatto principalmente riferimento alla visione che ha della detta interpretazione la prospettiva ermeneutica (concepita originariamente sul piano teoretico, quale ermeneutica filosofica, da H.G. Gadamer; divulgata ed approfondita sul piano giusfilosofico e della teoria dell’interpretazione giudica in Italia, fra gli altri, da F. Viola e G. Zaccaria). Così, in considerazione dei vari argomenti utilizzati per valutare la legittimità o meno della pratica della diagnosi preimpianto, i motivi per i quali in ultimo il giurista-interprete per giudicare ragionevolmente, deve ritenere legittima la pratica della diagnosi preimpianto sono i seguenti. I principi superiori dell’ordinamento e talune direttive giuridiche fondamentali dell’ordinamento, elaborate della giurisprudenza, le quali costituiscono la concretizzazione di detti principi e di una serie di disposizioni normative fondamentali per disciplinare il fenomeno procreativo, depongono per la legittimità della diagnosi preimpianto. Le tipologie degli argomenti impiegati per avallare la legittimità della diagnosi preimpianto attengono al tradizionale repertorio argomentativo a cui attinge il giurista, mentre la stessa cosa non si può dire per gli argomenti usati per negare la legittimità della diagnosi. Talune tipologie di argomenti utilizzate per negare la legittimità della diagnosi preimpianto costituiscono delle fallacie logiche, per esempio l’argomento del pendio scivoloso, e soprattutto le tipologie degli argomenti utilizzati per sostenere la legittimità della diagnosi preimpianto sono per lo più caratterizzate dalla ragionevolezza ed applicate per lo più opportunamente. Poi, si può osservare che: determinati argomenti, associati dal giurista-interprete ai principi i quali depongono per l’illegittimità della diagnosi preimpianto, facendo leva sulla categoria della possibilità, ed equiparando attualità e possibilità, privilegiano l’immaginazione alla realtà e portano a risultati interpretativi non razionalmente fondati; mentre gli argomenti associati dal giurista-interprete ai principi i quali depongono per la legittimità della diagnosi preimpianto, facendo leva sulla categoria della attualità, e tenendo ben distinte attualità e possibilità, privilegiano l’osservazione della realtà e portano a risultati razionalmente fondati.

Emerging contaminants in agricultural ecosystems: impact of selected pharmaceutical on water and soil ecology and pratical implications

Pharmaceuticals are useful tools to prevent and treat human and animal diseases. Following administration, a significant fraction of pharmaceuticals is excreted unaltered into faeces and urine and may enter the aquatic ecosystem and agricultural soil through irrigation with recycled water, constituting a significant source of emerging contaminants into the environment. Understanding major factors influencing their environmental fate is consequently needed to value the risk, reduce contamination, and set up bioremediation technologies. The antiviral drug Tamiflu (oseltamivir carboxylate, OC) has received recent attention due to the potential use as a first line defence against H5N1 and H1N1 influenza viruses. Research has shown that OC is not removed during conventional wastewater treatments, thus having the potential to enter surface water bodies. A series of laboratory experiments investigated the fate and the removal of OC in surface water systems in Italy and Japan and in a municipal wastewater treatment plant. A preliminary laboratory study investigated the persistence of the active antiviral drug in water samples from an irrigation canal in northern Italy (Canale Emiliano Romagnolo). After an initial rapid decrease, OC concentration slowly decreased during the remaining incubation period. Approximately 65% of the initial OC amount remained in water at the end of the 36-day incubation period. A negligible amount of OC was lost both from sterilized water and from sterilized water/sediment samples, suggesting a significant role of microbial degradation. Stimulating microbial processes by the addition of sediments resulted in reduced OC persistence. Presence of OC (1.5 μg mL-1) did not significantly affect the metabolic potential of the water microbial population, that was estimated by glyphosate and metolachlor mineralization. In contrast, OC caused an initial transient decrease in the size of the indigenous microbial population of water samples. A second laboratory study focused on basic processes governing the environmental fate of OC in surface water from two contrasting aquatic ecosystems of northern Italy, the River Po and the Venice Lagoon. Results of this study confirmed the potential of OC to persist in surface water. However, the addition of 5% of sediments resulted in rapid OC degradation. The estimated half-life of OC in water/sediment of the River Po was 15 days. After three weeks of incubation at 20 °C, more than 8% of 14C-OC evolved as 14CO2 from water/sediment samples of the River Po and Venice Lagoon. OC was moderately retained onto coarse sediments from the two sites. In water/sediment samples of the River Po and Venice Lagoon treated with 14C-OC, more than 30% of the 14C-residues remained water-extractable after three weeks of incubation. The low affinity of OC to sediments suggests that the presence of sediments would not reduce its bioavailability to microbial degradation. Another series of laboratory experiments investigated the fate and the removal of OC in two surface water ecosystems of Japan and in the municipal wastewater treatment plant of the city of Bologna, in Northern Italy. The persistence of OC in surface water ranged from non-detectable degradation to a half-life of 53 days. After 40 days, less than 3% of radiolabeled OC evolved as 14CO2. The presence of sediments (5%) led to a significant increase of OC degradation and of mineralization rates. A more intense mineralization was observed in samples of the wastewater treatment plant when applying a long incubation period (40 days). More precisely, 76% and 37% of the initial radioactivity applied as 14C-OC was recovered as 14CO2 from samples of the biological tank and effluent water, respectively. Two bacterial strains growing on OC as sole carbon source were isolated and used for its removal from synthetic medium and environmental samples, including surface water and wastewater. Inoculation of water and wastewater samples with the two OC-degrading strains showed that mineralization of OC was significantly higher in both inoculated water and wastewater, than in uninoculated controls. Denaturing gradient gel electrophoresis and quantitative PCR analysis showed that OC would not affect the microbial population of surface water and wastewater. The capacity of the ligninolytic fungus Phanerochaete chrysosporium to degrade a wide variety of environmentally persistent xenobiotics has been largely reported in literature. In a series of laboratory experiments, the efficiency of a formulation using P. chrysosporium was evaluated for the removal of selected pharmaceuticals from wastewater samples. Addition of the fungus to samples of the wastewater treatment plant of Bologna significantly increased (P < 0.05) the removal of OC and three antibiotics, erythromycin, sulfamethoxazole, and ciprofloxacin. Similar effects were also observed in effluent water. OC was the most persistent of the four pharmaceuticals. After 30 days of incubation, approximately two times more OC was removed in bioremediated samples than in controls. The highest removal efficiency of the formulation was observed with the antibiotic ciprofloxacin. The studies included environmental aspects of soil contamination with two emerging veterinary contaminants, such as doramectin and oxibendazole, wich are common parasitic treatments in cattle farms.

La diagnostica sonica nell'arboricoltura ornamentale

Il tomografo sonico è uno strumento di recente applicazione nell’analisi morfo-sintomatica delle alberature. Si tratta di uno strumento che sfrutta la propagazione delle onde sonore nel legno per determinarne la densità e le possibili alterazioni interne. Oltre all’applicazione su larga scala in un parco di Imola, per effettuare una valutazione approfondita di tutti gli esemplari, lo strumento è stato applicato per scopi diversi. In prima analisi è stato utilizzato per valutare stadi precoci di alterazione e l’evoluzione delle patologie interne nel tempo. Successivamente si voleva identificare il percorso di sostanze liquide iniettate con mezzi endoterapici nel tronco, attraverso l’applicazione di tomografia sonica sopra e sotto il punto di iniezione. In ultima analisi è stato effettuato un confronto tra tomografia sonica e risonanza magnetica nucleare per identificare patologie invisibili ai normali strumenti utilizzati nell’analisi della stabilità delle piante.

Analisi molecolare dei linfomi cutanei aggressivi

I linfomi primitivi cutanei riconosciuti nella classificazione della WHO/EORTC si presentano come “entità cliniche distinte” su base clinica, morfologica, immunofenotipica e molecolare. Il fenotipo linfocitario T helper CD4+ caratterizza i CTCL, ma alcune entità a prognosi aggressiva presentano un immunofenotipo citotossico CD8+. Numerosi studi di citogenetica (CGH) e gene-expression profiling (GEP) sono stati condotti negli ultimi anni sui CTCL e sono state riscontrate numerose aberrazioni cromosomiche correlate ai meccanismi di controllo del ciclo cellulare. Scopo del nostro studio è la valutazione delle alterazioni genomiche coinvolte nella tumorigenesi di alcuni CTCL aggressivi: il linfoma extranodale NK/T nasal-type, il linfoma primitivo cutaneo aggressivo epidermotropo (AECTCL) e il gruppo dei PTCL/NOS pleomorfo CD8+. Il materiale bioptico dei pazienti è stato sottoposto alla metodica dell’array-CGH per identificare le anomalie cromosomiche; in alcuni casi di AECTCL è stata applicata la GEP, che evidenzia il profilo di espressione genica delle cellule neoplastiche. I dati ottenuti sono stati valutati in modo statistico, evidenziando le alterazioni cromosomiche comuni significative di ogni entità. In CGH, sono state evidenziate alcune aberrazioni comuni fra le entità studiate, la delezione di 9p21.3, l’amplificazione di 17q, 19p13, 19q13.11-q13.32 , 12q13 e 16p13.3, che determinano la delezione dei geni CDKN2A e CDKN2B e l’attivazione del JAK/STAT signaling pathway. Altre alterazioni definiscono l’amplificazione di c-MYC (8q24) e CCND1/CDK4-6 (11q13). In particolare, sono state evidenziate numerose anomalie genomiche comuni in casi di AECTCL e PTCL/NOS pleomorfo. L’applicazione della GEP in 5 casi di AECTCL ha confermato l’alterata espressione dei geni CDKN2A, JAK3 e STAT6, che potrebbero avere un ruolo diretto nella linfomagenesi. Lo studio di un numero maggiore di casi in GEP e l’introduzione delle nuove indagini molecolari come l’analisi dei miRNA, della whole-exome e whole genome sequences consentiranno di evidenziare alterazioni molecolari correlate con la prognosi, definendo anche nuovi target terapeutici.

Fermentative processes for environmental remediation

The growing interest in environmental protection has led to the development of emerging biotechnologies for environmental remediation also introducing the biorefinery concept. This work mainly aimed to evaluate the applicability of innovative biotechnologies for environmental remediation and bioenergy production, throught fermentative processes. The investigated biotechnologies for waste and wastewater treatment and for the valorisation of specific feedstocks and energy recovery, were mainly focused on four research lines. 1. Biotechnology for textile wastewater treatment and water reuse that involving anaerobic and aerobic processes in combination with membrane technologies. Combinations of different treatments were also implemented for water reuse in a textile company. 2. Biotechnology for the treatment of solid waste and leachate in landfill and for biogas production. Landfill operated as Bioreactor with recirculation of the generated leachate was proposed for organic matter biostabilisation and for ammonia removal from leachate by favouring the Anammox process. 3. An innovative two-stage anaerobic process for effective codigestion of waste from the dairy industry, as cheese whey and dairy manure, was studied by combining conventional fermentative processes with a simplified system design for enhancing biomethanisation. 4) The valorisation of the glycerol waste as surplus by-product of the biodiesel industry was investigated via microbial conversion to value-added chemicals, as 1,3-propanediol. The investigated fermentative processes have been successfully implemented and reached high yields of the produced bio-chemical. The studied biotechnological systems proved to be feasible for environmental remediation and bioenergy and chemicals production.

Gli interventi del presidente della repubblica in sede di promulgazione ed emanazione degli atti legislativi

I tre capitoli in cui è suddiviso il lavoro cercano di offrire una ricognizione delle questioni che ruotano intorno alla sussistenza o meno di prerogative presidenziali riguardo l’attività legislativa, e in generale sulle eventuali trasformazioni avvenute, soprattutto negli ultimi anni, nel ruolo del Presidente della Repubblica all’interno del sistema costituzionale italiano. Il lavoro esordisce con una premessa metodologica con cui si tenta di valorizzare la questione relativa ai diversi approcci metodologici che si possono seguire nello studio delle tematiche presidenziali: ossia, tenere nettamente distinti il piano delle norme da quello delle prassi oppure analizzarli e valutarli congiuntamente. Il primo capitolo è dedicato all’analisi della figura presidenziale così come delineata dalla Costituzione e arricchita dagli oltre sessant’anni di letteratura costituzionale. Vengono quindi analizzate le disposizioni costituzionali di riferimento e viene dato conto delle principali teorie costituzionali espresse dalla letteratura giuridica. Il secondo capitolo è dedicato a quella che viene offerta come una delle possibili cause da cui traggono origine le evoluzioni registrate in questi ultimi anni dalla figura presidenziale: ossia, il mutamento del sistema costituzionale di rappresentanza politica. Tale elemento è analizzato soprattutto nel suo ambito istituzionale, vale a dire il modello di forma di governo rappresentato dal circuito parlamento-governo. Il terzo capitolo entra direttamente nelle due questioni di fondo della ricerca: da un lato lo studio della generale attività presidenziale di intervento nelle questioni politiche, attraverso comunicati o esternazioni; dall’altro lato l’analisi di alcuni specifici casi paradigmatici di intervento presidenziale in sede di emanazione o promulgazione (o, comunque, discussione) degli atti legislativi del governo e del parlamento, accaduti tra il 2006 e il 2013. Inoltre, il lavoro è arricchito da una importante sezione (allegata) di “case studies” contenente il risultato di una ricerca effettuata su oltre tremila documenti presidenziali, dal 2006 al 2013, resi pubblici dagli uffici del Quirinale.

La Città Inclusiva. Educazione, democrazia e giustizia sociale: la ricerca di una prospettiva e di strategie che promuovano umanizzazione e inclusione

L'interrogativo da cui nasce la ricerca riguarda la possibilità di individuare, in controtendenza con la logica neoliberista, strategie per l'affermarsi di una cultura dello sviluppo che sia sostenibile per l'ambiente e rispettosa della dignità delle persone, in grado di valorizzarne le differenze e di farsi carico delle difficoltà che ognuno può incontrare nel corso della propria esistenza. Centrale è il tema del lavoro, aspetto decisivo delle condizioni di appartenenza sociale e di valorizzazione delle risorse umane. Vengono richiamati studi sulla realtà in cui siamo immersi, caratterizzata dal pensiero liberista diventato negli ultimi decenni dominante su scala globale e che ha comportato una concezione delle relazioni sociali basata su di una competitività esasperata e sull’esclusione di chi non sta al passo con le leggi di mercato: le conseguenze drammatiche dell'imbroglio liberista; la riduzione delle persone a consumatori; la fuga dalla comunità ed il rifugio in identità separate; il tempo del rischio, della paura e della separazione fra etica e affari. E gli studi che, in controtendenza, introducono a prospettive di ricerca di uno sviluppo inclusivo e umanizzante: le prospettive della decrescita, del business sociale, di una via cristiana verso un'economia giusta, della valorizzazione delle capacità delle risorse umane. Vengono poi indagati i collegamenti con le esperienze attive nel territorio della città di Bologna che promuovono, attraverso la collaborazione fra istituzioni, organizzazioni intermedie e cittadini, occasioni di un welfare comunitario che sviluppa competenze e diritti insieme a responsabilità: l'introduzione delle clausole sociali negli appalti pubblici per la realizzazione professionale delle persone svantaggiate; la promozione della responsabilità sociale d'impresa per l'inclusione socio-lavorativa; la valorizzazione delle risorse delle persone che vivono un’esperienza carceraria. Si tratta di esperienze ancora limitate, ma possono costituire un riferimento culturale e operativo di un modello di sviluppo possibile, che convenga a tutti, compatibile con i limiti ambientali e umanizzante.

Investigating the learning potential of the Second Quantum Revolution: development of an approach for secondary school students

In recent years we have witnessed important changes: the Second Quantum Revolution is in the spotlight of many countries, and it is creating a new generation of technologies. To unlock the potential of the Second Quantum Revolution, several countries have launched strategic plans and research programs that finance and set the pace of research and development of these new technologies (like the Quantum Flagship, the National Quantum Initiative Act and so on). The increasing pace of technological changes is also challenging science education and institutional systems, requiring them to help to prepare new generations of experts. This work is placed within physics education research and contributes to the challenge by developing an approach and a course about the Second Quantum Revolution. The aims are to promote quantum literacy and, in particular, to value from a cultural and educational perspective the Second Revolution. The dissertation is articulated in two parts. In the first, we unpack the Second Quantum Revolution from a cultural perspective and shed light on the main revolutionary aspects that are elevated to the rank of principles implemented in the design of a course for secondary school students, prospective and in-service teachers. The design process and the educational reconstruction of the activities are presented as well as the results of a pilot study conducted to investigate the impact of the approach on students' understanding and to gather feedback to refine and improve the instructional materials. The second part consists of the exploration of the Second Quantum Revolution as a context to introduce some basic concepts of quantum physics. We present the results of an implementation with secondary school students to investigate if and to what extent external representations could play any role to promote students’ understanding and acceptance of quantum physics as a personal reliable description of the world.

Real effects of the IFRS 9 adoption in banking

The recent adoption of IFRS 9 is a highly disruptive accounting reform, with significant impacts on how and when negative news (i.e., negative adjustments to reported earnings) are recognized on the financial statements. Using a unique dataset of two major banks operating in one European country we provide evidence of a tightening of the corporate loans pricing after the IFRS 9 adoption. Furthermore, by focusing on the post reform period, we show that the tightening is driven by the new staging classification. Higher risk premiums are associated to clients with previous underperforming exposures (stage 2) and higher probability of default. We also observe that the staging classification is not affecting climate risk premiums. Our results highlight that the lenders, as expected by the regulation, change their risk appetite by charging higher spreads to discourage loan origination for clients that became too risky and expensive under the new standard.

Evaluation of the real nutritional value of processed food to improve their effect on health and increase their sustainability

Cured meats and dairy products are criticized for their salt content and synthetic additives. This has led to the development of strategies to reduce and replace these ingredients. Since the food matrix and technological processes can affect the bioaccessibility of nutrients, it is necessary to study their release during digestion to determine the real nutritional value of foods. In the first part of this PhD project, the impact on the nutritional quality of the reduction of sodium content and of the replacement of synthetic nitrates/nitrites with a combination of innovative formulations was evaluated in Parmigiano Reggiano Cheese and salami. For this purpose, an in vitro digestion model combined with different analytical techniques was used. The results showed that fatty acids and proteins release increased over time during digestion. At the end of digestion, the innovative formulation/processing did not negatively affect fatty acids release and protein hydrolysis, and led to the formation of bioactive peptides. The excessive intake of sugars is correlated with metabolic diseases. After the intestinal uptake, their release in the blood stream depends on their metabolic fate within the enterocyte. In the second part of this PhD project, the absorption and metabolism of glucose, fructose and sucrose was evaluated using intestinal cell line. A faster absorption of fructose than glucose was observed, and a different modulation of the synthesis/transport of other metabolites by monosaccharides was shown. Intestinal cells were also used to verify the stability and intestinal uptake of vitamins (A and D3) delivered to cells through two vehicles. It was shown that the presence of lipids protected the vitamin from external factors such as light, heat and oxygen, and improved their bioavailability Overall, the results obtained in this PhD project confirmed that considering only the chemical composition of foods is not sufficient to determine their nutritional value.