Multicelled Behaviour in E. coli: Design and experimental characterization of an engineered library of hybrid promoters.

Synthetic biology has recently had a great development, many papers have been published and many applications have been presented, spanning from the production of biopharmacheuticals to the synthesis of bioenergetic substrates or industrial catalysts. But, despite these advances, most of the applications are quite simple and don’t fully exploit the potential of this discipline. This limitation in complexity has many causes, like the incomplete characterization of some components, or the intrinsic variability of the biological systems, but one of the most important reasons is the incapability of the cell to sustain the additional metabolic burden introduced by a complex circuit. The objective of the project, of which this work is part, is trying to solve this problem through the engineering of a multicellular behaviour in prokaryotic cells. This system will introduce a cooperative behaviour that will allow to implement complex functionalities, that can’t be obtained with a single cell. In particular the goal is to implement the Leader Election, this procedure has been firstly devised in the field of distributed computing, to identify the process that allow to identify a single process as organizer and coordinator of a series of tasks assigned to the whole population. The election of the Leader greatly simplifies the computation providing a centralized control. Further- more this system may even be useful to evolutionary studies that aims to explain how complex organisms evolved from unicellular systems. The work presented here describes, in particular, the design and the experimental characterization of a component of the circuit that solves the Leader Election problem. This module, composed of an hybrid promoter and a gene, is activated in the non-leader cells after receiving the signal that a leader is present in the colony. The most important element, in this case, is the hybrid promoter, it has been realized in different versions, applying the heuristic rules stated in [22], and their activity has been experimentally tested. The objective of the experimental characterization was to test the response of the genetic circuit to the introduction, in the cellular environment, of particular molecules, inducers, that can be considered inputs of the system. The desired behaviour is similar to the one of a logic AND gate in which the exit, represented by the luminous signal produced by a fluorescent protein, is one only in presence of both inducers. The robustness and the stability of this behaviour have been tested by changing the concentration of the input signals and building dose response curves. From these data it is possible to conclude that the analysed constructs have an AND-like behaviour over a wide range of inducers’ concentrations, even if it is possible to identify many differences in the expression profiles of the different constructs. This variability accounts for the fact that the input and the output signals are continuous, and so their binary representation isn’t able to capture the complexity of the behaviour. The module of the circuit that has been considered in this analysis has a fundamental role in the realization of the intercellular communication system that is necessary for the cooperative behaviour to take place. For this reason, the second phase of the characterization has been focused on the analysis of the signal transmission. In particular, the interaction between this element and the one that is responsible for emitting the chemical signal has been tested. The desired behaviour is still similar to a logic AND, since, even in this case, the exit signal is determined by the hybrid promoter activity. The experimental results have demonstrated that the systems behave correctly, even if there is still a substantial variability between them. The dose response curves highlighted that stricter constrains on the inducers concentrations need to be imposed in order to obtain a clear separation between the two levels of expression. In the conclusive chapter the DNA sequences of the hybrid promoters are analysed, trying to identify the regulatory elements that are most important for the determination of the gene expression. Given the available data it wasn’t possible to draw definitive conclusions. In the end, few considerations on promoter engineering and complex circuits realization are presented. This section aims to briefly recall some of the problems outlined in the introduction and provide a few possible solutions.

Design and acoustic characterization of a new listening room

Il presente lavoro tratta la progettazione e caratterizzazione di una nuova "listening room" ad acustica controllata partendo dai requisiti dettati dalle norme tecniche ITU-R BS 1116-1 e EBU/UER Tech. doc. 3276. Ad oggi è presente un'ampia letteratura, che tratta approcci per valutazione acustica delle sale di ascolto. Essa inizialmente era volta a trovare proporzioni ideali tra le dimensioni della camera, poi la ricerca si è spostata sull'elaborazione di modelli previsionali. Purtroppo tali metodi spesso non riescono a garantire le prestazioni desiderate, mentre le prove sperimentali dettate dalle norme risultano essere di comprovata validità. L'ambiente oggetto di studio è stato progettato all'interno dello spazio dei laboratori CIRI. La tecnologia costruttiva è frutto di uno studio approfondito, in particolare la scelta di fibre di poliestere termolegate, per il rivestimento delle pareti interne, è stata valutata attraverso misure in camera riverberante secondo UNI-EN-ISO 354. Si è poi seguita una metodologia iterativa che coinvolgesse messa in opera, misurazioni in situ e valutazione tramite confronto con i parametri consigliati dalle normative tecniche sopra citate. In quest'ottica sono state effettuate acquisizioni di risposte all'impulso monoaurali e dei livelli di pressione sonora per verificare la qualità di isolamento e il comportamento alle basse frequenze. La validazione restituisce indicazioni positive per gli utilizzi dell'ambiente ipotizzati e risulta compatibile con le stringenti richieste delle norme tecniche.

Reproduction and artificial restocking of Acipenser naccarii (Bonaparte, 1836). Genetic and physiological characterization through microsatellite markers and radioimmunoassay of sexual steroids

The Adriatic sturgeon, Acipenser naccarii (Bonaparte, 1836), is a highly threatened species due to human activities, particularly overfishing and habitat destruction. Its peculiar ecology and biology (restricted areal and anadromy) makes this species particularly vulnerable. In March 2010 the IUCN has identified the Adriatic sturgeon as a critically endangered species according to the Red List of Threatened Species. Due to its rapid decline, starting from the 80s, at present there is no evidence of natural reproduction in wild environment, which makes the Adriatic sturgeon dependenton captive breeding programs that need to be improved in order to be effective for the survival of the species. For this purpose this study aims to characterize artificial restocking population of Adriatic sturgeon, with both genetic and physiological analysis in order to establish an efficient restocking program for future reproductions. The research is structured on two levels: First genetically, by analyzing 9 microsatellite loci. This gives information relatively about parent allocation and kinship between individuals that were sampled for this study. Hence to predict which reproduction events are the most optimal in terms of incrementing genetic diversity, by the estimation of multilocus pairwise band sharing coefficients. Second step, physiological analysis: testosterone (T) concentration levels in each individual were measured for sexing, without sacrificing the lives of the animals with the use of an invasive examination of the gonads. The combination of interdisciplinary analysis is important to obtain an overall picture in order to indicate the main broodstock participating in reproduction events and future optimal potential participants, in order to ensure a valid management for restocking program and their monitoring.

Nano-scale morphological and electrical characterization of nc-SiOxNy thin layers for photovoltaic applications

Il presente lavoro di tesi propone uno studio approfondito di proprietà morfologiche e di trasporto di carica di film sottili di SiOxNy amorfi (a-SiOxNy) e nanocristallini (nc-SiOxNy), che trovano importanti applicazioni in celle fotovoltaiche ad eterogiunzione in silicio, ad alta efficienza. Lo studio è condotto mediante caratterizzazione elettrica e morfologica attraverso tecniche di microscopia a forza atomica (AFM). Sono stati studiati campioni di a-SiOxNy cresciuti con tecnica PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), in cui è stata variata unicamente la distanza tra gli elettrodi durante la deposizione. Sono stati inoltre studiati campioni di nc-SiOxNy, cresciuti con PECVD con una differente percentuale di N2O come gas precursore e un differente tempo di annealing. In entrambi i casi si tratta di un materiale innovativo, le cui proprietà fisiche di base, nonostante le numerose applicazioni, sono ancora poco studiate. L'analisi morfologica, condotta mediante AFM e successiva analisi statistica delle immagini, ha permesso di determinare alcune proprietà morfologiche dei campioni. L’analisi statistica delle immagini è stata validata, dimostrandosi stabile e consistente per lo studio di queste strutture. Lo studio delle proprietà di trasporto è stato condotto mediante acquisizione di mappe di corrente con tecnica conductive-AFM. In questo modo si è ottenuta una mappa di conducibilità locale nanometrica, che permette di comprendere come avviene il trasporto nel materiale. L'analisi di questo materiale mediante tecniche AFM ha permesso di evidenziare che l'annealing produce nei materiali nanocristallini sia un clustering della struttura, sia un significativo aumento della conducibilità locale del materiale. Inoltre la distanza tra gli elettrodi in fase di deposizione ha un leggero effetto sulle dimensioni dei grani. È da notare inoltre che su questi campioni si sono osservate variazioni locali della conducibilità alla nanoscala. L’analisi delle proprietà dei materiali alla nanoscala ha contribuito alla comprensione più approfondita della morfologia e dei meccanismi di trasporto elettronico.

Production and Electrical Characterization of Low Density Polyethylene-based Micro- and Nano-dielectrics containing Graphene Oxide, Functionalized Graphene and Carbon Black additives

Oggigiorno la ricerca di nuovi materiali per gradatori di campo da impiegarsi in accessori di cavi ha iniziato a studiare alcuni materiali nano dielettrici con proprietà elettriche non lineari con la tensione ed aventi proprietà migliorate rispetto al materiale base. Per questo motivo in questo elaborato si sono studiati materiali nanostrutturati a base di polietilene a bassa densità (LDPE) contenenti nano polveri di grafene funzionalizzato (G*), ossido di grafene (GO) e carbon black (CB). Il primo obiettivo è stato quello di selezionare e ottimizzare i metodi di fabbricazione dei provini. La procedura di produzione è suddivisa in due parti. Nella prima parte è stata utilizzatala tecnica del ball-milling, mentre nella seconda un pressa termica (thermal pressing). Mediante la spettroscopia dielettrica a banda larga (BDS) si sono misurate le componenti reali e immaginarie della permettività e il modulo della conducibilità del materiale, in tensione alternata. Il miglioramento delle proprietà rispetto al provino di base composto dal solo polietilene si sono ottenute quando il quantitativo delle nanopolveri era maggiore. Le misure sono state effettuate sia a 3 V che a 1 kV. Attraverso misurazioni di termogravimetria (TGA) si è osservato l’aumento della resistenza termica di tutti i provini, soprattutto nel caso quando la % di nanopolveri è maggiore. Per i provini LDPE + 0.3 wt% GO e LDPE + 0.3 wt% G* si è misurata la resistenza alle scariche parziali attraverso la valutazione dell’erosione superficiale dei provini. Per il provino contenente G* è stato registrato una diminuzione del 22% del volume eroso, rispetto al materiale base, mentre per quello contenente GO non vi sono state variazioni significative. Infine si è ricercata la resistenza al breakdown di questi ultimi tre provini sopra citati. Per la caratterizzazione si è fatto uso della distribuzione di Weibull. Lo scale parameter α risulta aumentare solo per il provino LDPE + 0.3 wt% G*.

Petrographic and geochemical characterization of a sample taken from the beni bousera peridotite (Morocco)

Il massiccio di Beni Bousera (Marocco) è formato da diverse unità geologiche composte prevalentemente da rocce metamorfiche molto simili a quelle che si trovano nel massiccio di Ronda (Spagna). Queste due catene montuose erano connesse prima dell’estensione (iniziata nel Miocene inferiore) che le ha separate lasciando il posto al mare di Alborán. Questo studio sarà incentrato soltanto sul massiccio marocchino, in particolare sull’unità peridotitica di Beni Bousera. Questa unità è stata suddivisa in quattro domini, ognuno dei quali ha specifiche caratteristiche petrologiche e geochimiche, che sono il risultato di diverse condizioni metamorfiche e di diversi regimi tettonici. L’obiettivo di questo lavoro è di caratterizzare, dal punto di vista petrologico, un campione che è stato prelevato dal massiccio di Beni Bousera, nella zona costiera del mare di Alborán e di determinare a quale dominio esso appartiene.

Business Process Management and Process Mining within a Real Business Environment: An Empirical Analysis of Event Logs Data in a Consulting Project

Il presente elaborato esplora l’attitudine delle organizzazioni nei confronti dei processi di business che le sostengono: dalla semi-assenza di struttura, all’organizzazione funzionale, fino all’avvento del Business Process Reengineering e del Business Process Management, nato come superamento dei limiti e delle problematiche del modello precedente. All’interno del ciclo di vita del BPM, trova spazio la metodologia del process mining, che permette un livello di analisi dei processi a partire dagli event data log, ossia dai dati di registrazione degli eventi, che fanno riferimento a tutte quelle attività supportate da un sistema informativo aziendale. Il process mining può essere visto come naturale ponte che collega le discipline del management basate sui processi (ma non data-driven) e i nuovi sviluppi della business intelligence, capaci di gestire e manipolare l’enorme mole di dati a disposizione delle aziende (ma che non sono process-driven). Nella tesi, i requisiti e le tecnologie che abilitano l’utilizzo della disciplina sono descritti, cosi come le tre tecniche che questa abilita: process discovery, conformance checking e process enhancement. Il process mining è stato utilizzato come strumento principale in un progetto di consulenza da HSPI S.p.A. per conto di un importante cliente italiano, fornitore di piattaforme e di soluzioni IT. Il progetto a cui ho preso parte, descritto all’interno dell’elaborato, ha come scopo quello di sostenere l’organizzazione nel suo piano di improvement delle prestazioni interne e ha permesso di verificare l’applicabilità e i limiti delle tecniche di process mining. Infine, nell’appendice finale, è presente un paper da me realizzato, che raccoglie tutte le applicazioni della disciplina in un contesto di business reale, traendo dati e informazioni da working papers, casi aziendali e da canali diretti. Per la sua validità e completezza, questo documento è stata pubblicato nel sito dell'IEEE Task Force on Process Mining.

Genetic and process engineering approaches for improving lipid productivity in the non-conventional oleaginous yeast Cutaneotrichosporon oleaginosus

Gli oli microbici stanno ricevendo sempre più attenzioni come possibile alternativa agli oli vegetali, nel processo di sostituzione dei combustibili fossili. Tuttavia, diversi aspetti necessitano di essere ottimizzati al fine di ottenere oli economicamente competitivi e con caratteristiche chimico-fisiche desiderate. In questa ricerca, sono stati utilizzati due differenti approcci per poter realizzare l’obiettivo preposto. Il primo, si è basato sull’ingegnerizzazione genetica del lievito C. oleaginous, al fine di incrementare la produttività di lipidi e modificare la composizione dei trigliceridi (TAG) sintetizzati. Un protocollo basato su una trasformazione genetica mediata da Agrobacterium è stato utilizzato per sovraesprimere la diacilglicerol trasnferasi (DGA1), l’enzima responsabile dell’ultimo step della sintesi dei TAG, e la Δ9-desaturasi, l’enzima che catalizza la conversione dell’acido stearico (C18:0) in acido oleico (C18:1). La selezione di colonie positive e l’analisi dei mutanti ottenuti ha confermato la buona riuscita della trasformazione. Il secondo approccio ha mirato a studiare l’influenza sulla crescita e sul profilo di lipidi accumulati da C. oleaginous da parte di diversi acidi grassi volatili (VFAs), una materia prima ottenibile da trattamenti di scarti industriali. A questo proposito, sono state utilizzate fermentazioni fed-batch su scala da 1-L basate su glucosio e miscele sintetiche di acido acetico e di VFAs come fonte di carbonio. L’utilizzo simultaneo di acido acetico e acidi secondari ha mostrato come sia possibile stimolare il metabolismo microbico al fine di incrementare l'accumulo di oli e ottenere una composizione chimica lipidica desiderata.

Synthesis and surface characterization of metal (Mn, Ti) hexacyanoferrate electrodes

Due to the limited resources of lithium, new chemistries based on the abundant and cheap sodium and even zinc have been proposed for the battery market. Prussian Blue Analogues (PBAs) are a class of compounds which have been explored for many different applications because of their intriguing electrochemical and magnetic properties. Manganese and titanium hexacyanoferrate (MnHCF and TiHCF) belong to the class of PBAs. In this work, MnHCF and TiHCF electrodes were synthetized, cycled with cyclic voltammetry (CV) in different setups and subsequently, the surfaces were characterized with X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). The setups chosen for CVs were coin cell with zinc aqueous solution for the MnHCF series, three-electrode cell and symmetric coin cell with sodium aqueous solution for the TiHCF series. The electrodes were treated with different number of cycles to evaluate the chemical changes and alterations in oxidation states during cycling.