Study of the effects of climate warming on seed germination and seed longevity of snowbed species

Understanding how climate change will affect the distribution and the phenology of plants is becoming an increasingly important topic in ecological studies. In response to climate warming, there are documented upward shift and alterations of phenology and physiology of several plant species. Despite this, the effects of climate change on plant regeneration from seeds have largely been neglected. However, regeneration from seeds, a key event in the plant life cycle, could be significantly affected by climate warming. In this regard, we investigated how climatic changes will affect the seasonal dynamics of seed germination and seedling survival in two different alpine context. The first part refers to five species inhabiting a snowbed located at the Gavia pass (Parco Naturale dello Stelvio). Here, plants were exposed, in the field, to natural conditions and to artificial warming using Open Top Chambers proposed by the ITEX (International Tundra Experiment). The germination curves of seeds produced were compared in order to highlight differences in seed germination ecology and in seed physiology induced by the climate warming. In the second part, we considered two tree species that form the treeline in Davos (Switzerland). As a surrogate of climate warming we used the natural thermal gradient driven by the altitude and we compared the germination behavior of the species studied in three sites at three different elevations in order to evaluate the likelihood of treeline shift under the predicted climate warming.

Numerical modelling of unsteady mixed flows

This thesis concerns mixed flows (which are characterized by the simultaneous occurrence of free-surface and pressurized flow in sewers, tunnels, culverts or under bridges), and contributes to the improvement of the existing numerical tools for modelling these phenomena. The classic Preissmann slot approach is selected due to its simplicity and capability of predicting results comparable to those of a more recent and complex two-equation model, as shown here with reference to a laboratory test case. In order to enhance the computational efficiency, a local time stepping strategy is implemented in a shock-capturing Godunov-type finite volume numerical scheme for the integration of the de Saint-Venant equations. The results of different numerical tests show that local time stepping reduces run time significantly (between −29% and −85% CPU time for the test cases considered) compared to the conventional global time stepping, especially when only a small region of the flow field is surcharged, while solution accuracy and mass conservation are not impaired. The second part of this thesis is devoted to the modelling of the hydraulic effects of potentially pressurized structures, such as bridges and culverts, inserted in open channel domains. To this aim, a two-dimensional mixed flow model is developed first. The classic conservative formulation of the 2D shallow water equations for free-surface flow is adapted by assuming that two fictitious vertical slots, normally intersecting, are added on the ceiling of each integration element. Numerical results show that this schematization is suitable for the prediction of 2D flooding phenomena in which the pressurization of crossing structures can be expected. Given that the Preissmann model does not allow for the possibility of bridge overtopping, a one-dimensional model is also presented in this thesis to handle this particular condition. The flows below and above the deck are considered as parallel, and linked to the upstream and downstream reaches of the channel by introducing suitable internal boundary conditions. The comparison with experimental data and with the results of HEC-RAS simulations shows that the proposed model can be a useful and effective tool for predicting overtopping and backwater effects induced by the presence of bridges and culverts.

Retrotransposon expression profiling: Unveiling the hidden SINE transcriptome through Next-Generation Sequencing data analysis

Of the ~1.7 million SINE elements in the human genome, only a tiny number are estimated to be active in transcription by RNA polymerase (Pol) III. Tracing the individual loci from which SINE transcripts originate is complicated by their highly repetitive nature. By exploiting RNA-Seq datasets and unique SINE DNA sequences, we devised a bioinformatic pipeline allowing us to identify Pol III-dependent transcripts of individual SINE elements. When applied to ENCODE transcriptomes of seven human cell lines, this search strategy identified ~1300 Alu loci and ~1100 MIR loci corresponding to detectable transcripts, with ~120 and ~60 respectively Alu and MIR loci expressed in at least three cell lines. In vitro transcription of selected SINEs did not reflect their in vivo expression properties, and required the native 5’-flanking region in addition to internal promoter. We also identified a cluster of expressed AluYa5-derived transcription units, juxtaposed to snaR genes on chromosome 19, formed by a promoter-containing left monomer fused to an Alu-unrelated downstream moiety. Autonomous Pol III transcription was also revealed for SINEs nested within Pol II-transcribed genes raising the possibility of an underlying mechanism for Pol II gene regulation by SINE transcriptional units. Moreover the application of our bioinformatic pipeline to both RNA-seq data of cells subjected to an in vitro pro-oncogenic stimulus and of in vivo matched tumor and non-tumor samples allowed us to detect increased Alu RNA expression as well as the source loci of such deregulation. The ability to investigate SINE transcriptomes at single-locus resolution will facilitate both the identification of novel biologically relevant SINE RNAs and the assessment of SINE expression alteration under pathological conditions.

Caratterizzazione dei fenotipi e della risposta infiammatoria delle vie aeree nell'asma da isocianati

RIASSUNTO Premesse: Nonostante l’asma sia stata considerata per anni come un’unica malattia, studi recenti ne dimostrano l’eterogeneità. L’intento di caratterizzare tale eterogeneità ha condotto a studiare molteplici sottogruppi ovvero “fenotipi”. Nell’asma comune questo approccio è stato utilizzato da svariati anni, meno invece nell’asma occupazionale. Poco è noto anche riguardo alle caratteristiche della risposta infiammatoria nel corso dei test di provocazione bronchiale specifici (SIC) con isocianati valutata con metodiche non invasive; in particolare l’origine dell’incremento di ossido nitrico misurato ad un flusso espiratorio di 50 ml/s (FeNO50) precedentemente riscontrato, se sia alveolare o bronchiale, i livelli di dimetilarginina asimmetrica (ADMA) e la temperatura dell’aria espirata (EBT). Scopi dello studio: 1) verificare se anche per l’asma occupazionale (OA) da isocianati siano individuabili dei fenotipi o se essa ne rappresenti uno unico 2) studiare l’infiammazione delle vie aeree sperimentalmente indotta tramite:  la misurazione dell’NO frazionato mediante i parametri “flow-independent” che stimano sia la regione alveolare, ovvero la concentrazione di NO alveolare (CaNO), che la regione bronchiale ovvero il flusso di NO a livello bronchiale (JawNO), la concentrazione di NO a livello della parete bronchiale (CawNO) e la diffusione di NO all’interfaccia lume-parete bronchiale (DawNO);  la misurazione dell’ADMA nel condensato dell’aria esalata (EBC);  la misurazione dell’EBT. Materiali e metodi: Per lo studio sulla fenotipizzazione dell’asma da isocianati sono stati esaminati pazienti risultati positivi al test di provocazione bronchiale specifico con isocianati nel periodo compreso tra il 1988 e il 2013. Mediante l’utilizzo di un approccio multivariato dato dall’analisi gerarchica dei cluster e di un ampio pool di variabili appropriate abbiamo studiato se i soggetti affetti da asma professionale da isocianati rappresentino uno o più cluster. Mediante un altro approccio multivariato, dato dall’analisi delle k-medie, si sono individuate le caratteristiche che differenziano in maniera significativa i soggetti distribuiti nei diversi cluster. Per il secondo scopo dello studio dal 2012 al 2015 abbiamo reclutato soggetti afferiti presso il nostro centro per sospetta asma professionale. In questi pazienti in corso di sham-test e di SIC con isocianati fino a 24 post test sono stati monitorati e misurati: la funzionalità respiratoria incluso il test di provocazione bronchiale aspecifico con metacolina, l’NO frazionato, l’ADMA nell’EBC e l’EBT. Risultati: L’utilizzo dell’analisi gerarchica dei cluster ci ha portati a stabilire che i 187 pazienti studiati non costituiscono un unico gruppo omogeneo ma possono essere suddivisi in 3 cluster. L’applicazione poi del metodo multivariato delle k-medie, su tre cluster, ci ha consentito di individuare due cluster di pazienti sensibilizzati a TDI con prevalente risposta late al SIC e un cluster di pazienti sensibilizzati a MDI con prevalente risposta early al SIC. I soggetti appartenenti ai due cluster dei TDI differiscono fra di loro in maniera significativa per l’età alla diagnosi e all’esordio dei sintomi respiratori, la distribuzione per sesso, il BMI, la distribuzione in quanto abitudine al fumo, l’IT, il FEV1 basale % del predetto, l’età di inizio esposizione, gli anni di latenza e la durata dell’esposizione. Per quanto riguarda invece lo studio del profilo infiammatorio delle vie aeree abbiamo reclutato 25 pazienti, 18 maschi e 7 femmine. Nel gruppo dei SIC-positivi FeNO50 è aumentato significativamente a 24 ore dal test (mediana 111.8 ppb [IQR, 167.5]; p<0.05) se confrontato con lo sham (58.6 ppb [74.7]). I livelli di JawNO hanno manifestato il medesimo time-course con un incremento significativo post 24 ore dall’esposizione (6.6 nL/s [81]; p <0.05) se confrontato con lo sham (3.3 nL/s [3.7]). Non sono state riscontrate significative variazioni negli altri parametri. Non sono state riscontrate significative variazioni dell’ADMA nell’EBC e dell’EBT in entrambi i gruppi. Conclusioni: L’asma da isocianati è una patologia eterogenea come l’asma comune. Gli elementi principali che differenziano i cluster di asma professionale da isocianati sono l’agente sensibilizzante e il tipo di risposta al SIC (cluster 3 vs cluster 1 e 2). Anche nell’ambito dell’asma indotta dallo stesso agente (TDI) si sono evidenziati due cluster in cui quello con peggiore funzionalità respiratoria è rappresentato da soggetti più anziani alla diagnosi e con maggiore durata dell’esposizione. I motivi per cui l’asma occupazionale risulta essere eterogenea possono essere un differente meccanismo d’azione dei monomeri o una diversa suscettibilità degli individui appartenenti ai diversi cluster sia in termini di insorgenza della malattia sia in termini di evoluzione della stessa. L’assetto infiammatorio delle vie aeree nel corso del SIC non si caratterizza nei soggetti sensibilizzati ad isocianati né con un incremento dell’ADMA né con un incremento dell’EBT. Si riscontra invece un aumento di FeNO50 dovuto esclusivamente ad un aumentato flusso di NO dalla parete bronchiale al lume. Abbiamo perciò dimostrato che la misurazione del FeNO50 nel corso del SIC può fornire informazioni aggiuntive al monitoraggio funzionale spirometrico, anche perché la broncoostruzione e la risposta infiammatoria delle vie aeree si sono rivelate dissociate.

Sviluppo e applicazione di nuovi criteri per la verifica a fatica multiassiale di componenti strutturali in leghe di acciaio e alluminio

La presente Tesi ha per oggetto lo sviluppo e la validazione di nuovi criteri per la verifica a fatica multiassiale di componenti strutturali metallici . In particolare, i nuovi criteri formulati risultano applicabili a componenti metallici, soggetti ad un’ampia gamma di configurazioni di carico: carichi multiassiali variabili nel tempo, in modo ciclico e random, per alto e basso/medio numero di cicli di carico. Tali criteri costituiscono un utile strumento nell’ambito della valutazione della resistenza/vita a fatica di elementi strutturali metallici, essendo di semplice implementazione, e richiedendo tempi di calcolo piuttosto modesti. Nel primo Capitolo vengono presentate le problematiche relative alla fatica multiassiale, introducendo alcuni aspetti teorici utili a descrivere il meccanismo di danneggiamento a fatica (propagazione della fessura e frattura finale) di componenti strutturali metallici soggetti a carichi variabili nel tempo. Vengono poi presentati i diversi approcci disponibili in letteratura per la verifica a fatica multiassiale di tali componenti, con particolare attenzione all'approccio del piano critico. Infine, vengono definite le grandezze ingegneristiche correlate al piano critico, utilizzate nella progettazione a fatica in presenza di carichi multiassiali ciclici per alto e basso/medio numero di cicli di carico. Il secondo Capitolo è dedicato allo sviluppo di un nuovo criterio per la valutazione della resistenza a fatica di elementi strutturali metallici soggetti a carichi multiassiali ciclici e alto numero di cicli. Il criterio risulta basato sull'approccio del piano critico ed è formulato in termini di tensioni. Lo sviluppo del criterio viene affrontato intervenendo in modo significativo su una precedente formulazione proposta da Carpinteri e collaboratori nel 2011. In particolare, il primo intervento riguarda la determinazione della giacitura del piano critico: nuove espressioni dell'angolo che lega la giacitura del piano critico a quella del piano di frattura vengono implementate nell'algoritmo del criterio. Il secondo intervento è relativo alla definizione dell'ampiezza della tensione tangenziale e un nuovo metodo, noto come Prismatic Hull (PH) method (di Araújo e collaboratori), viene implementato nell'algoritmo. L'affidabilità del criterio viene poi verificata impiegando numerosi dati di prove sperimentali disponibili in letteratura. Nel terzo Capitolo viene proposto un criterio di nuova formulazione per la valutazione della vita a fatica di elementi strutturali metallici soggetti a carichi multiassiali ciclici e basso/medio numero di cicli. Il criterio risulta basato sull'approccio del piano critico, ed è formulato in termini di deformazioni. In particolare, la formulazione proposta trae spunto, come impostazione generale, dal criterio di fatica multiassiale in regime di alto numero di cicli discusso nel secondo Capitolo. Poiché in presenza di deformazioni plastiche significative (come quelle caratterizzanti la fatica per basso/medio numero di cicli di carico) è necessario conoscere il valore del coefficiente efficace di Poisson del materiale, vengono impiegate tre differenti strategie. In particolare, tale coefficiente viene calcolato sia per via analitica, che per via numerica, che impiegando un valore costante frequentemente adottato in letteratura. Successivamente, per validarne l'affidabilità vengono impiegati numerosi dati di prove sperimentali disponibili in letteratura; i risultati numerici sono ottenuti al variare del valore del coefficiente efficace di Poisson. Inoltre, al fine di considerare i significativi gradienti tensionali che si verificano in presenza di discontinuità geometriche, come gli intagli, il criterio viene anche esteso al caso dei componenti strutturali intagliati. Il criterio, riformulato implementando il concetto del volume di controllo proposto da Lazzarin e collaboratori, viene utilizzato per stimare la vita a fatica di provini con un severo intaglio a V, realizzati in lega di titanio grado 5. Il quarto Capitolo è rivolto allo sviluppo di un nuovo criterio per la valutazione del danno a fatica di elementi strutturali metallici soggetti a carichi multiassiali random e alto numero di cicli. Il criterio risulta basato sull'approccio del piano critico ed è formulato nel dominio della frequenza. Lo sviluppo del criterio viene affrontato intervenendo in modo significativo su una precedente formulazione proposta da Carpinteri e collaboratori nel 2014. In particolare, l’intervento riguarda la determinazione della giacitura del piano critico, e nuove espressioni dell'angolo che lega la giacitura del piano critico con quella del piano di frattura vengono implementate nell'algoritmo del criterio. Infine, l’affidabilità del criterio viene verificata impiegando numerosi dati di prove sperimentali disponibili in letteratura.

Advances in (poly)phenol research: novel sources, bioavailability, bioaccumulation and bioactivity

In the last decades, increasing scientific evidence has correlated the regular consumption of (poly)phenol-rich foods to a potential reduction of chronic disease incidence and mortality. However, epidemiological evidence on the role of (poly)phenol intake against the risk of some chronic diseases is promising, but not conclusive. In this framework a proper approach to (poly)phenol research is requested, using a step by step strategy. The plant kingdom produces an overwhelming array of structurally diverse secondary metabolites, among which flavonoids and related phenolic and (poly)phenolic compounds constitute one of the most numerous and widely distributed group of natural products. To date, more than 8000 structures have been classified as members of the phytochemical class of (poly)phenol, and among them over 4000 flavonoids have been identified. For this reason, a detailed food (poly)phenolic characterization is essential to identify the compounds that will likely enter the human body upon consumption, to predict the metabolites that will be generated and to unravel the potential effects of phenolic rich food sources on human health. In the first part of this work the attention was focused on the phenolic characterization of fruit and vegetable supplements, considering the increasing attention recently addressed to the so called "nutraceuticals", and on the main coffee industry by-product, namely coffee silverskin. The interest oriented toward (poly)phenols is then extended to their metabolism within the human body, paramount in the framework of their putative health promoting effects. Like all nutrients and non-nutrients, once introduced through the diet, (poly)phenols are subjected to an intense metabolism, able to convert the native compounds into similar conjugated, as well as smaller and deeply modified molecules, which in turn could be further conjugated. Although great strides have been made in the last decades, some steps of the (poly)phenol metabolism remain unclear and are interesting points of research. In the second part of this work the research was focused on a specific bran fraction, namely aleurone, added in feed pellets and in bread to investigate the absorption, metabolism and bioavailability of its phenolic compounds in animal and humans, with a preliminary in vitro step to determine their potential bioaccesibility. This part outlines the best approaches to assess the bioavailability of specific phenolics in several experimental models. The physiological mechanisms explaining the epidemiological and observational data on phenolics and health, are still far from being unraveled or understood in full. Many published results on phenolic actions at cell levels are biased by the fact that aglycones or native compounds have been used, not considering the previously mentioned chemical and biological transformations. In the last part of this thesis work, a new approach in (poly)phenol bioactivity investigation is proposed, consisting of a medium-long term treatment of animals with a (poly)phenol source, in this specific case resveratrol, the detection of its metabolites to determine their possible specific tissue accumulation, and the evaluation of specific parameters and/or mechanism of action at target tissue level. To conclude, this PhD work has contributed to advancing the field, as novel sources of (poly)phenols have been described, the bioavailability of (poly)phenols contained in a novel specific bran fraction used as ingredient has been evaluated in animal and in humans, and, finally, the tissue accumulation of specific (poly)phenol metabolites and the evaluation of specific parameters and/or mechanism of action has been carried out. For these reasons, this PhD work should be considered an example of adequate approach to the investigation of (poly)phenols and of their bioactivity, unavoidable in the process of unequivocally defining their effects on human health.

EFFECT OF FORMULATION ON PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES, WATER STATUS AND STABILITY OF PASTA, TOMATO SAUCE AND READY TO EAT PASTA MEALS

Ready to eat pasta meals are an important segment of convenience food, but these products are subjected to significant changes in physico-chemical properties during storage, which reduce their acceptability at the time of consumption. A deep understanding of the properties of the single phases, their dependence upon formulation, and the changes they undergo during storage is very important to intelligently intervene on products properties to improve their quality at the time of consumer’s consumption. This work has focused on the effect of formulation on physico-chemical properties of pasta and tomato sauce with a special focus on mechanical/rheological attributes and water status. Variable considered in pasta formulation were gluten, glycerol and moisture content and their effect was studied in both freshly cooked or shelf-stable cooked pasta. The effect of multiple hydrocolloids (at different levels) was considered in the case of tomato sauce. In the case of pasta, it was found that water content was indeed a very important variable in defying pasta mechanical properties and water status. Higher moisture contents in pasta resulted in softer samples and reduced the changes in physico-chemical parameters during storage. Glycerol was found to favor water uptake and to soften the pasta matrix, acting as plasticizer and increasing molecular mobility. The addition of gluten hardened pasta but did not affect the water status. The combination of higher amount of gluten (15%, g gluten / 100 g product) with higher moisture content (59-65%, g water / 100 g product) were found to minimize the physico-chemical changes occurring in RTE pasta meals during storage, improving quality at longer storage times. Hydrocolloids added into tomato sauce modulated its mechanical attributes and water status in very different manner, depending on hydrocolloid type and concentration. This may allow to produce tomato sauce for different applications and that are expected to have different performance if placed in contact with pasta in a RTE meal. Future work should include an investigation of how the interaction between the two phases (pasta and sauce) can be modulated and controlled by controlling the properties of the single phases with the goal of obtaining highly acceptable products also at longer storage times.

Semi-global techniques in image matching and change detection with applications to civil and environmental engineering.

This work of thesis wants to present a dissertation of the wide range of modern dense matching algorithms, which are spreading in different application and research fields, with a particular attention to the innovative “Semi-Global” matching techniques. The choice of develop a semi-global numerical code was justified by the need of getting insight on the variables and strategies that affect the algorithm performances with the primary objective of maximizing the method accuracy and efficiency, and the results level of completeness. The dissertation will consist in the metrological characterization of the proprietary implementation of the semi-global matching algorithm, evaluating the influence of several matching variables and functions implemented in the process and comparing the accuracy and completeness of different results (digital surface models, disparity maps and 2D displacement fields) obtained using our code and other commercial and open-source matching programs in a wide variety of application fields.

Multi-scale approaches to Food Sciences: computational QM and MM explorations at the microscopic level

L'obiettivo principale della politica di sicurezza alimentare è quello di garantire la salute dei consumatori attraverso regole e protocolli di sicurezza specifici. Al fine di rispondere ai requisiti di sicurezza alimentare e standardizzazione della qualità, nel 2002 il Parlamento Europeo e il Consiglio dell'UE (Regolamento (CE) 178/2002 (CE, 2002)), hanno cercato di uniformare concetti, principi e procedure in modo da fornire una base comune in materia di disciplina degli alimenti e mangimi provenienti da Stati membri a livello comunitario. La formalizzazione di regole e protocolli di standardizzazione dovrebbe però passare attraverso una più dettagliata e accurata comprensione ed armonizzazione delle proprietà globali (macroscopiche), pseudo-locali (mesoscopiche), ed eventualmente, locali (microscopiche) dei prodotti alimentari. L'obiettivo principale di questa tesi di dottorato è di illustrare come le tecniche computazionali possano rappresentare un valido supporto per l'analisi e ciò tramite (i) l’applicazione di protocolli e (ii) miglioramento delle tecniche ampiamente applicate. Una dimostrazione diretta delle potenzialità già offerte dagli approcci computazionali viene offerta nel primo lavoro in cui un virtual screening basato su docking è stato applicato al fine di valutare la preliminare xeno-androgenicità di alcuni contaminanti alimentari. Il secondo e terzo lavoro riguardano lo sviluppo e la convalida di nuovi descrittori chimico-fisici in un contesto 3D-QSAR. Denominata HyPhar (Hydrophobic Pharmacophore), la nuova metodologia così messa a punto è stata usata per esplorare il tema della selettività tra bersagli molecolari strutturalmente correlati e ha così dimostrato di possedere i necessari requisiti di applicabilità e adattabilità in un contesto alimentare. Nel complesso, i risultati ci permettono di essere fiduciosi nel potenziale impatto che le tecniche in silico potranno avere nella identificazione e chiarificazione di eventi molecolari implicati negli aspetti tossicologici e nutrizionali degli alimenti.

Valutazione del rischio ecologico e sviluppo di strategie innovative per il monitoraggio della qualita’ dei corpi idrici: applicazione di un nuovo approccio integrato in un bacino pilota.

Freshwater is extremely precious; but even more precious than freshwater is clean freshwater. From the time that 2/3 of our planet is covered in water, we have contaminated our globe with chemicals that have been used by industrial activities over the last century in a unprecedented way causing harm to humans and wildlife. We have to adopt a new scientific mindset in order to face this problem so to protect this important resource. The Water Framework Directive (European Parliament and the Council, 2000) is a milestone legislative document that transformed the way that water quality monitoring is undertaken across all Member States by introducing the Ecological and Chemical Status. A “good or higher” Ecological Status is expected to be achieved for all waterbodies in Europe by 2015. Yet, most of the European waterbodies, which are determined to be at risk, or of moderate to bad quality, further information will be required so that adequate remediation strategies can be implemented. To date, water quality evaluation is based on five biological components (phytoplankton, macrophytes and benthic algae, macroinvertebrates and fishes) and various hydromorphological and physicochemical elements. The evaluation of the chemical status is principally based on 33 priority substances and on 12 xenobiotics, considered as dangerous for the environment. This approach takes into account only a part of the numerous xenobiotics that can be present in surface waters and could not evidence all the possible causes of ecotoxicological stress that can act in a water section. The mixtures of toxic chemicals may constitute an ecological risk not predictable on the basis of the single component concentration. To improve water quality, sources of contamination and causes of ecological alterations need to be identified. On the other hand, the analysis of the community structure, which is the result of multiple processes, including hydrological constrains and physico-chemical stress, give back only a “photograph” of the actual status of a site without revealing causes and sources of the perturbation. A multidisciplinary approach, able to integrate the information obtained by different methods, such as community structure analysis and eco-genotoxicological studies, could help overcome some of the difficulties in properly identifying the different causes of stress in risk assessment. In synthesis, the river ecological status is the result of a combination of multiple pressures that, for management purposes and quality improvement, have to be disentangled from each other. To reduce actual uncertainty in risk assessment, methods that establish quantitative links between levels of contamination and community alterations are needed. The analysis of macrobenthic invertebrate community structure has been widely used to identify sites subjected to perturbation. Trait-based descriptors of community structure constitute a useful method in ecological risk assessment. The diagnostic capacity of freshwater biomonitoring could be improved by chronic sublethal toxicity testing of water and sediment samples. Requiring an exposure time that covers most of the species’ life cycle, chronic toxicity tests are able to reveal negative effects on life-history traits at contaminant concentrations well below the acute toxicity level. Furthermore, the responses of high-level endpoints (growth, fecundity, mortality) can be integrated in order to evaluate the impact on population’s dynamics, a highly relevant endpoint from the ecological point of view. To gain more accurate information about potential causes and consequences of environmental contamination, the evaluation of adverse effects at physiological, biochemical and genetic level is also needed. The use of different biomarkers and toxicity tests can give information about the sub-lethal and toxic load of environmental compartments. Biomarkers give essential information about the exposure to toxicants, such as endocrine disruptor compounds and genotoxic substances whose negative effects cannot be evidenced by using only high-level toxicological endpoints. The increasing presence of genotoxic pollutants in the environment has caused concern regarding the potential harmful effects of xenobiotics on human health, and interest on the development of new and more sensitive methods for the assessment of mutagenic and cancerogenic risk. Within the WFD, biomarkers and bioassays are regarded as important tools to gain lines of evidence for cause-effect relationship in ecological quality assessment. Despite the scientific community clearly addresses the advantages and necessity of an ecotoxicological approach within the ecological quality assessment, a recent review reports that, more than one decade after the publication of the WFD, only few studies have attempted to integrate ecological water status assessment and biological methods (namely biomarkers or bioassays). None of the fifteen reviewed studies included both biomarkers and bioassays. The integrated approach developed in this PhD Thesis comprises a set of laboratory bioassays (Daphnia magna acute and chronic toxicity tests, Comet Assay and FPG-Comet) newly-developed, modified tacking a cue from standardized existing protocols or applied for freshwater quality testing (ecotoxicological, genotoxicological and toxicogenomic assays), coupled with field investigations on macrobenthic community structures (SPEAR and EBI indexes). Together with the development of new bioassays with Daphnia magna, the feasibility of eco-genotoxicological testing of freshwater and sediment quality with Heterocypris incongruens was evaluated (Comet Assay and a protocol for chronic toxicity). However, the Comet Assay, although standardized, was not applied to freshwater samples due to the lack of sensitivity of this species observed after 24h of exposure to relatively high (and not environmentally relevant) concentrations of reference genotoxicants. Furthermore, this species demonstrated to be unsuitable also for chronic toxicity testing due to the difficult evaluation of fecundity as sub-lethal endpoint of exposure and complications due to its biology and behaviour. The study was applied to a pilot hydrographic sub-Basin, by selecting section subjected to different levels of anthropogenic pressure: this allowed us to establish the reference conditions, to select the most significant endpoints and to evaluate the coherence of the responses of the different lines of evidence (alteration of community structure, eco-genotoxicological responses, alteration of gene expression profiles) and, finally, the diagnostic capacity of the monitoring strategy. Significant correlations were found between the genotoxicological parameter Tail Intensity % (TI%) and macrobenthic community descriptors SPEAR (p<0.001) and EBI (p<0.05), between the genotoxicological parameter describing DNA oxidative stress (ΔTI%) and mean levels of nitrates (p<0.01) and between reproductive impairment (Failed Development % from D. magna chronic bioassays) and TI% (p<0.001) as well as EBI (p<0.001). While correlation among parameters demonstrates a general coherence in the response to increasing impacts, the concomitant ability of each single endpoint to be responsive to specific sources of stress is at the basis of the diagnostic capacity of the integrated approach as demonstrated by stations presenting a mismatch among the different lines of evidence. The chosen set of bioassays, as well as the selected endpoints, are not providing redundant indications on the water quality status but, on the contrary, are contributing with complementary pieces of information about the several stressors that insist simultaneously on a waterbody section providing this monitoring strategy with a solid diagnostic capacity. Our approach should provide opportunities for the integration of biological effects into monitoring programmes for surface water, especially in investigative monitoring. Moreover, it should provide a more realistic assessment of impact and exposure of aquatic organisms to contaminants. Finally this approach should provide an evaluation of drivers of change in biodiversity and its causalities on ecosystem function/services provision, that is the direct and indirect contributions to human well-being.

Storia e tragedia. P. Oxy. XXIII 2382: edizione critica e commento

Il lavoro consta di un’introduzione dedicata in primis alla presentazione formale di P. Oxy. XXIII 2382, di cui sono posti in evidenza i legami strutturali e concettuali con il racconto di Hdt. I 8-12. Segue dunque la trattazione dei problemi posti da P. Oxy. 2382, quello del genere letterario di appartenenza (tragedia o novella in versi?) e quello della datazione (età classica o età ellenistica?), finalizzata ad una puntuale definizione dello status quaestionis. Le conclusioni mettono in luce gli elementi a favore dell’ipotesi tragica: la presenza di paragraphoi e il passo di Ach. Tat. I 8 4-7 (corredato da un’appendice relativa alla storia del termine δρᾶμα: se e quando tale termine assume l’accezione di ‘narrazione romanzesca’?), nonché il soggetto storico (con un excursus relativo ai drammi di argomento storico). Si evidenziano infine gli elementi di debolezza contenuti nelle ipotesi avanzate da Cantarella (1952) e Lloyd-Jones (1953), propensi a ritenere P. Oxy. 2382 rispettivamente una novella in versi (il che offre lo spunto per una breve trattazione relativa alle caratteristiche contenutistiche e formali delle novelle milesie) e un giambo archilocheo, di cui il fr. 19 W.2 conserverebbe l’incipit. Quanto alla cronologia, sono enumerati i limiti della datazione alta, nonché gli elementi di affinità di P. Oxy. 2382 con la tragedia ellenistica; infine, pensando ad una possibile attribuzione, si propone, in termini puramente ipotetici, il confronto con l’esperienza della Pleiade alessandrina. Segue dunque un’analisi (laddove le condizioni dei testi, spesso frammentarie, lo consentano) dell’opera di Licofrone di Calcide, Sositeo e Sosifane di Siracusa, esponenti della Pleiade, nonché di Moschione ed Ezechiele, volta ad individuare elementi di continuità con P. Oxy. 2382. Il lavoro si conclude con l’edizione critica e il commento verso per verso di P. Oxy. XXIII 2382, corredati da un’appendice dedicata a P. Oxy. XLIV 3161, testo con notazioni musicali apparentemente affine a P. Oxy. XXIII 2382, costituito da 4 frr. notevolmente accidentati, di cui si fornisce l’edizione critica.

Edizione critica del volgarizzamento fiorentino dell'Estoire d'Eracles (Biblioteca Medicea Laurenziana, ms. Plut. LXI.45)

Edizione critica del volgarizzamento fiorentino trecentesco dell'"Estoire d'Eracles", contenuto nel ms. Plut. LXI.45 della Biblioteca Medicea Laurenziana, ancora inedito. Si tratta della traduzione in antico francese dell'opera di Guglielmo di Tiro "Historia rerum in partibus transamarinis gestarum", corredata di continuazioni svincolate all'opera latina e in stretto legame con la "Chronique d'Ernoul et de Bernard le Trésorier", che proseguono la narrazione degli eventi in Terrasanta. Il testo fiorentino riporta i fatti d'Oltremare dalla Prima Crociata a circa il 1231. La sua edizione è preceduta da una introduzione letterario-filologica, dalla descrizione del manoscritto e dall'analisi linguistica; seguono un glossario, l'indice dei nomi e dei luoghi.

Theory and application of inverse problems in groundwater: numerical, laboratory and field studies.

Aquifers are a vital water resource whose quality characteristics must be safeguarded or, if damaged, restored. The extent and complexity of aquifer contamination is related to characteristics of the porous medium, the influence of boundary conditions, and the biological, chemical and physical processes. After the nineties, the efforts of the scientists have been increased exponentially in order to find an efficient way for estimating the hydraulic parameters of the aquifers, and thus, recover the contaminant source position and its release history. To simplify and understand the influence of these various factors on aquifer phenomena, it is common for researchers to use numerical and controlled experiments. This work presents some of these methods, applying and comparing them on data collected during laboratory, field and numerical tests. The work is structured in four parts which present the results and the conclusions of the specific objectives.

Modellazione strutturale di edifici storici in muratura e misti: valutazioni comparate e criteri operativi

L’obiettivo della presente tesi è evidenziare l’importanza dell’approccio critico alla valutazione della vulnerabilità sismica di edifici in muratura e misti Il contributo della tesi sottolinea i diversi risultati ottenuti nella modellazione di tre edifici esistenti ed uno ipotetico usando due diversi programmi basati sul modello del telaio equivalente. La modellazione delle diverse ipotesi di vincolamento ed estensione delle zone rigide ha richiesto la formulazione di quattro modelli di calcolo in Aedes PCM ed un modello in 3muri. I dati ottenuti sono stati confrontati, inoltre, con l’analisi semplificata speditiva per la valutazione della vulnerabilità a scala territoriale prevista nelle “Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del Patrimonio Culturale”. Si può notare che i valori ottenuti sono piuttosto diversi e che la variabilità aumenta nel caso di edifici non regolari, inoltre le evidenze legate ai danni realmente rilevati sugli edifici mostrano un profondo iato tra la previsione di danno ottenuta tramite calcolatore e le lesioni rilevate; questo costituisce un campanello d’allarme nei confronti di un approccio acritico nei confronti del mero dato numerico ed un richiamo all’importanza del processo conoscitivo. I casi di studio analizzati sono stati scelti in funzione delle caratteristiche seguenti: il primo è una struttura semplice e simmetrica nelle due direzioni che ha avuto la funzione di permettere di testare in modo controllato le ipotesi di base. Gli altri sono edifici reali: il Padiglione Morselli è un edificio in muratura a pianta a forma di C, regolare in pianta ed in elevazione solamente per quanto concerne la direzione y: questo ha permesso di raffrontare il diverso comportamento dei modelli di calcolo nelle sue direzioni; il liceo Marconi è un edificio misto in cui elementi in conglomerato cementizio armato affiancano le pareti portanti in muratura, che presenta un piano di copertura piuttosto irregolare; il Corpo 4 dell’Ospedale di Castelfranco Emilia è un edificio in muratura, a pianta regolare che presenta le medesime irregolarità nel piano sommitale del precedente. I dati ottenuti hanno dimostrato un buon accordo per la quantificazione dell’indice di sicurezza per i modelli regolari e semplici con uno scarto di circa il 30% mentre il delta si incrementa per le strutture irregolari, in particolare quando le pareti portanti in muratura vengono sostituite da elementi puntuali nei piani di copertura arrivando a valori massimi del 60%. I confronti sono stati estesi per le tre strutture anche alla modellazione proposta dalle Linee Guida per la valutazione dell’indice di sicurezza sismica a scala territoriale LV1 mostrando differenze nell’ordine del 30% per il Padiglione Morselli e del 50% per il Liceo Marconi; il metodo semplificato risulta correttamente cautelativo. È, quindi, possibile affermare che tanto più gli edifici si mostrano regolari in riferimento a masse e rigidezze, tanto più la modellazione a telaio equivalente restituisce valori in accordo tra i programmi e di più immediata comprensione. Questa evidenza può essere estesa ad altri casi reali divenendo un vero e proprio criterio operativo che consiglia la suddivisione degli edifici esistenti in muratura, solitamente molto complessi poiché frutto di successive stratificazioni, in parti più semplici, ricorrendo alle informazioni acquisite attraverso il percorso della conoscenza che diviene in questo modo uno strumento utile e vitale. La complessità dell’edificato storico deve necessariamente essere approcciata in una maniera più semplice identificando sub unità regolari per percorso dei carichi, epoca e tecnologia costruttiva e comportamento strutturale dimostrato nel corso del tempo che siano più semplici da studiare. Una chiara comprensione del comportamento delle strutture permette di agire mediante interventi puntuali e meno invasivi, rispettosi dell’esistente riconducendo, ancora una volta, l’intervento di consolidamento ai principi propri del restauro che includono i principi di minimo intervento, di riconoscibilità dello stesso, di rispetto dei materiali esistenti e l’uso di nuovi compatibili con i precedenti. Il percorso della conoscenza diviene in questo modo la chiave per liberare la complessità degli edifici storici esistenti trasformando un mero tecnicismo in una concreta operazione culturale . Il presente percorso di dottorato è stato svolto in collaborazione tra l’Università di Parma, DICATeA e lo Studio di Ingegneria Melegari mediante un percorso di Apprendistato in Alta Formazione e Ricerca.

Reformulation of a thermostable broadly protective recombinant vaccine against human papilloma virus

The causal relationship between Human Papilloma Virus (HPV) infection and cervical cancer has motivated the development, and further improvement, of prophylactic vaccines against this virus. 70% of cervical cancers, 80% of which in low-resources countries, are associated to HPV16 and HPV18 infection, with 13 additional HPV types, classified as high-risk, responsible for the remaining 30% of tumors. Current vaccines, Cervarix® (GlaxoSmithKline) and Gardasil®(Merk), are based on virus-like particles (VLP) obtained by self-assembly of the major capsid protein L1. Despite their undisputable immunogenicity and safety, the fact that protection afforded by these vaccines is largely limited to the cognate serotypes included in the vaccine (HPV 16 and 18, plus five additional viral types incorporated into a newly licensed nonavalent vaccine) along with high production costs and reduced thermal stability, are pushing the development of 2nd generation HPV vaccines based on minor capsid protein L2. The increase in protection broadness afforded by the use of L2 cross-neutralizing epitopes, plus a marked reduction of production costs due to bacterial expression of the antigens and a considerable increase in thermal stability could strongly enhance vaccine distribution and usage in low-resource countries. Previous studies from our group identified three tandem repeats of the L2 aa. 20-38 peptide as a strongly immunogenic epitope if exposed on the scaffold protein thioredoxin (Trx). The aim of this thesis work is the improvement of the Trx-L2 vaccine formulation with regard to cross-protection and thermostability, in order to identify an antigen suitable for a phase I clinical trial. By testing Trx from different microorganisms, we selected P. furiosus thioredoxin (PfTrx) as the optimal scaffold because of its sustained peptide epitope constraining capacity and striking thermal stability (24 hours at 100°C). Alternative production systems, such as secretory Trx-L2 expression in the yeast P. pastoris, have also been set-up and evaluated as possible means to further increase production yields, with a concomitant reduction of production costs. Limitations in immune-responsiveness caused by MHC class II polymorphisms –as observed, for example, in different mouse strains- have been overcome by introducing promiscuous T-helper (Th) epitopes, e.g., PADRE (Pan DR Epitope), at both ends of PfTrx. This allowed us to obtain fairly strong immune responses even in mice (C57BL/6) normally unresponsive to the basic Trx-L2 vaccine. Cross-protection was not increased, however. I thus designed, produced and tested a novel multi-epitope formulation consisting of 8 and 11 L2(20-38) epitopes derived from different HPV types, tandemly joined into a single thioredoxin molecule (“concatemers”). To try to further increase immunogenicity, I also fused our 8X and 11X PfTrx-L2 concatemers to the N-terminus of an engineered complement-binding protein (C4bp), capable to spontaneously assemble into ordered hepatmeric structures, previously validated as a molecular adjuvant. Fusion to C4bp indeed improved antigen presentation, with a fairly significant increase in both immunogenicity and cross-protection. Another important issue I addressed, is the reduction of vaccine doses/treatment, which can be achieved by increasing immunogenicity, while also allowing for a delayed release of the antigen. I obtained preliminary, yet quite encouraging results in this direction with the use of a novel, solid-phase vaccine formulation, consisting of the basic PfTrx-L2 vaccine and its C4bp fusion derivative adsorbed to mesoporus silica-rods (MSR).