Ecological modelling for next generation sequencing data

Le tecniche di next generation sequencing costituiscono un potente strumento per diverse applicazioni, soprattutto da quando i loro costi sono iniziati a calare e la qualità dei loro dati a migliorare. Una delle applicazioni del sequencing è certamente la metagenomica, ovvero l'analisi di microorganismi entro un dato ambiente, come per esempio quello dell'intestino. In quest'ambito il sequencing ha permesso di campionare specie batteriche a cui non si riusciva ad accedere con le tradizionali tecniche di coltura. Lo studio delle popolazioni batteriche intestinali è molto importante in quanto queste risultano alterate come effetto ma anche causa di numerose malattie, come quelle metaboliche (obesità, diabete di tipo 2, etc.). In questo lavoro siamo partiti da dati di next generation sequencing del microbiota intestinale di 5 animali (16S rRNA sequencing) [Jeraldo et al.]. Abbiamo applicato algoritmi ottimizzati (UCLUST) per clusterizzare le sequenze generate in OTU (Operational Taxonomic Units), che corrispondono a cluster di specie batteriche ad un determinato livello tassonomico. Abbiamo poi applicato la teoria ecologica a master equation sviluppata da [Volkov et al.] per descrivere la distribuzione dell'abbondanza relativa delle specie (RSA) per i nostri campioni. La RSA è uno strumento ormai validato per lo studio della biodiversità dei sistemi ecologici e mostra una transizione da un andamento a logserie ad uno a lognormale passando da piccole comunità locali isolate a più grandi metacomunità costituite da più comunità locali che possono in qualche modo interagire. Abbiamo mostrato come le OTU di popolazioni batteriche intestinali costituiscono un sistema ecologico che segue queste stesse regole se ottenuto usando diverse soglie di similarità nella procedura di clustering. Ci aspettiamo quindi che questo risultato possa essere sfruttato per la comprensione della dinamica delle popolazioni batteriche e quindi di come queste variano in presenza di particolari malattie.

Construction and test of a cosmic ray telescope based on CMS Drift Tube chambers and data acquisition prototypes of the Phase-2 upgrade

In this thesis work, a cosmic-ray telescope was set up in the INFN laboratories in Bologna using smaller size replicas of CMS Drift Tubes chambers, called MiniDTs, to test and develop new electronics for the CMS Phase-2 upgrade. The MiniDTs were assembled in INFN National Laboratory in Legnaro, Italy. Scintillator tiles complete the telescope, providing a signal independent of the MiniDTs for offline analysis. The telescope readout is a test system for the CMS Phase-2 upgrade data acquisition design. The readout is based on the early prototype of a radiation-hard FPGA-based board developed for the High Luminosity LHC CMS upgrade, called On Board electronics for Drift Tubes. Once the set-up was operational, we developed an online monitor to display in real-time the most important observables to check the quality of the data acquisition. We performed an offline analysis of the collected data using a custom version of CMS software tools, which allowed us to estimate the time pedestal and drift velocity in each chamber, evaluate the efficiency of the different DT cells, and measure the space and time resolution of the telescope system.