Applicazione della spettrometria di massa MALDI-TOF in microbiologia clinica

Riassunto La spettrometria di massa (MS) nata negli anni ’70 trova oggi, grazie alla tecnologia Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight (MALDI-TOF), importanti applicazioni in diversi settori: biotecnologico (per la caratterizzazione ed il controllo di qualità di proteine ricombinanti ed altre macromolecole), medico–clinico (per la diagnosi di laboratorio di malattie e per lo sviluppo di nuovi trattamenti terapeutici mirati), alimentare ed ambientale. Negli ultimi anni, questa tecnologia è diventata un potente strumento anche per la diagnosi di laboratorio in microbiologia clinica, rivoluzionando il flusso di lavoro per una rapida identificazione di batteri e funghi, sostituendo l’identificazione fenotipica convenzionale basata su saggi biochimici. Attualmente mediante MALDI-TOF MS sono possibili due diversi approcci per la caratterizzazione dei microrganismi: (1) confronto degli spettri (“mass spectra”) con banche dati contenenti profili di riferimento (“database fingerprints”) e (2) “matching” di bio-marcatori con banche dati proteomiche (“proteome database”). Recentemente, la tecnologia MALDI-TOF, oltre alla sua applicazione classica nell’identificazione di microrganismi, è stata utilizzata per individuare, indirettamente, meccanismi di resistenza agli antibiotici. Primo scopo di questo studio è stato verificare e dimostrare l’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF MS mediante approccio di comparazione degli spettri di differenti microrganismi di interesse medico per i quali l’identificazione risultava impossibile a causa della completa assenza o presenza limitata, di spettri di riferimento all’interno della banca dati commerciale associata allo strumento. In particolare, tale scopo è stato raggiunto per i batteri appartenenti a spirochete del genere Borrelia e Leptospira, a miceti filamentosi (dermatofiti) e protozoi (Trichomonas vaginalis). Secondo scopo di questo studio è stato valutare il secondo approccio identificativo basato sulla ricerca di specifici marcatori per differenziare parassiti intestinali di interesse medico per i quali non è disponibile una banca dati commerciale di riferimento e la sua creazione risulterebbe particolarmente difficile e complessa, a causa della complessità del materiale biologico di partenza analizzato e del terreno di coltura nei quali questi protozoi sono isolati. Terzo ed ultimo scopo di questo studio è stata la valutazione dell’applicabilità della spettrometria di massa con tecnologia MALDI-TOF per lo studio delle resistenze batteriche ai carbapenemi. In particolare, è stato messo a punto un saggio di idrolisi dei carbapenemi rilevata mediante MALDI-TOF MS in grado di determinare indirettamente la produzione di carbapenemasi in Enterobacteriaceae. L’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF mediante l’approccio di comparazione degli spettri è stata dimostrata in primo luogo per batteri appartenenti al genere Borrelia. La banca dati commerciale dello strumento MALDI-TOF MS in uso presso il nostro laboratorio includeva solo 3 spettri di riferimento appartenenti alle specie B. burgdorferi ss, B. spielmani e B. garinii. L’implementazione del “database” con specie diverse da quelle già presenti ha permesso di colmare le lacune identificative dovute alla mancanza di spettri di riferimento di alcune tra le specie di Borrelia più diffuse in Europa (B. afzelii) e nel mondo (come ad esempio B. hermsii, e B. japonica). Inoltre l’implementazione con spettri derivanti da ceppi di riferimento di specie già presenti nel “database” ha ulteriormente migliorato l’efficacia identificativa del sistema. Come atteso, il ceppo di isolamento clinico di B. lusitaniae (specie non presente nel “database”) è stato identificato solo a livello di genere corroborando, grazie all’assenza di mis-identificazione, la robustezza della “nuova” banca dati. I risultati ottenuti analizzando i profili proteici di ceppi di Borrelia spp. di isolamento clinico, dopo integrazione del “database” commerciale, indicano che la tecnologia MALDI-TOF potrebbe essere utilizzata come rapida, economica ed affidabile alternativa ai metodi attualmente utilizzati per identificare ceppi appartenenti a questo genere. Analogamente, per il genere Leptospira dopo la creazione ex-novo della banca dati “home-made”, costruita con i 20 spettri derivati dai 20 ceppi di riferimento utilizzati, è stata ottenuta una corretta identificazione a livello di specie degli stessi ceppi ri-analizzati in un esperimento indipendente condotto in doppio cieco. Il dendrogramma costruito con i 20 MSP-Spectra implementati nella banca dati è formato da due rami principali: il primo formato dalla specie non patogena L. biflexa e dalla specie a patogenicità intermedia L. fainei ed il secondo che raggruppa insieme le specie patogene L. interrogans, L. kirschneri, L. noguchii e L. borgpetersenii. Il secondo gruppo è ulteriormente suddiviso in due rami, contenenti rispettivamente L. borgpetersenii in uno e L. interrogans, L. kirschneri e L. noguchii nell’altro. Quest’ultimo, a sua volta, è suddiviso in due rami ulteriori: il primo comprendente la sola specie L. noguchii, il secondo le specie L. interrogans e L. kirshneri non separabili tra loro. Inoltre, il dendrogramma costruito con gli MSP-Spectra dei ceppi appartenenti ai generi Borrelia e Leptospira acquisiti in questo studio, e appartenenti al genere Brachyspira (implementati in un lavoro precedentemente condotto) mostra tre gruppi principali separati tra loro, uno per ogni genere, escludendo possibili mis-identificazioni tra i 3 differenti generi di spirochete. Un’analisi più approfondita dei profili proteici ottenuti dall’analisi ha mostrato piccole differenze per ceppi della stessa specie probabilmente dovute ai diversi pattern proteici dei distinti sierotipi, come confermato dalla successiva analisi statistica, che ha evidenziato picchi sierotipo-specifici. È stato, infatti, possibile mediante la creazione di un modello statistico dedicato ottenere un “pattern” di picchi discriminanti in grado di differenziare a livello di sierotipo sia i ceppi di L. interrogans sia i ceppi di L. borgpetersenii saggiati, rispettivamente. Tuttavia, non possiamo concludere che i picchi discriminanti da noi riportati siano universalmente in grado di identificare il sierotipo dei ceppi di L. interrogans ed L. borgpetersenii; i picchi trovati, infatti, sono il risultato di un’analisi condotta su uno specifico pannello di sierotipi. È stato quindi dimostrato che attuando piccoli cambiamenti nei parametri standardizzati come l’utilizzo di un modello statistico e di un programma dedicato applicato nella routine diagnostica è possibile utilizzare la spettrometria di massa MALDI-TOF per una rapida ed economica identificazione anche a livello di sierotipo. Questo può significativamente migliorare gli approcci correntemente utilizzati per monitorare l’insorgenza di focolai epidemici e per la sorveglianza degli agenti patogeni. Analogamente a quanto dimostrato per Borrelia e Leptospira, l’implementazione della banca dati dello spettrometro di massa con spettri di riferimento di miceti filamentosi (dermatofiti) si è rilevata di particolare importanza non solo per l’identificazione di tutte le specie circolanti nella nostra area ma anche per l’identificazione di specie la cui frequenza nel nostro Paese è in aumento a causa dei flussi migratori dalla zone endemiche (M. audouinii, T. violaceum e T. sudanense). Inoltre, l’aggiornamento del “database” ha consentito di superare la mis-identificazione dei ceppi appartenenti al complesso T. mentagrophytes (T. interdigitale e T. mentagrophytes) con T. tonsurans, riscontrata prima dell’implementazione della banca dati commerciale. Il dendrogramma ottenuto dai 24 spettri implementati appartenenti a 13 specie di dermatofiti ha rivelato raggruppamenti che riflettono quelli costruiti su base filogenetica. Sulla base dei risultati ottenuti mediante sequenziamento della porzione della regione ITS del genoma fungino non è stato possibile distinguere T. interdigitale e T. mentagrophytes, conseguentemente anche gli spettri di queste due specie presentavano picchi dello stesso peso molecoalre. Da sottolineare che il dendrogramma costruito con i 12 profili proteici già inclusi nel database commerciale e con i 24 inseriti nel nuovo database non riproduce l’albero filogenetico per alcune specie del genere Tricophyton: gli spettri MSP già presenti nel database e quelli aggiunti delle specie T. interdigitale e T. mentagrophytes raggruppano separatamente. Questo potrebbe spiegare le mis-identificazioni di T. interdigitale e T. mentagrophytes con T. tonsurans ottenute prima dell’implementazione del database. L’efficacia del sistema identificativo MALDI-TOF è stata anche dimostrata per microrganismi diversi da batteri e funghi per i quali la metodica originale è stata sviluppata. Sebbene tale sistema identificativo sia stato applicato con successo a Trichomonas vaginalis è stato necessario apportare modifiche nei parametri standard previsti per l’identificazione di batteri e funghi. Le interferenze riscontrate tra i profili proteici ottenuti per i due terreni utilizzati per la coltura di questo protozoo e per i ceppi di T. vaginalis hanno, infatti, reso necessario l’utilizzo di nuovi parametri per la creazione degli spettri di riferimento (MSP-Spectra). L’importanza dello sviluppo del nuovo metodo risiede nel fatto che è possibile identificare sulla base del profilo proteico (e non sulla base di singoli marcatori) microorganismi cresciuti su terreni complessi che potrebbero presentare picchi nell'intervallo di peso molecolare utilizzato a scopo identificativo: metaboliti, pigmenti e nutrienti presenti nel terreno possono interferire con il processo di cristallizzazione e portare ad un basso punteggio identificativo. Per T. vaginalis, in particolare, la “sottrazione” di picchi dovuti a molecole riconducibili al terreno di crescita utilizzato, è stata ottenuta escludendo dall'identificazione l'intervallo di peso molecolare compreso tra 3-6 kDa, permettendo la corretta identificazione di ceppi di isolamento clinico sulla base del profilo proteico. Tuttavia, l’elevata concentrazione di parassita richiesta (105 trofozoiti/ml) per una corretta identificazione, difficilmente ottenibile in vivo, ha impedito l’identificazione di ceppi di T. vaginalis direttamente in campioni clinici. L’approccio identificativo mediante individuazione di specifici marcatori proteici (secondo approccio identificativo) è stato provato ed adottato in questo studio per l’identificazione e la differenziazione di ceppi di Entamoeba histolytica (ameba patogena) ed Entamoeba dispar (ameba non patogena), specie morfologiacamente identiche e distinguibili solo mediante saggi molecolari (PCR) aventi come bersaglio il DNA-18S, che codifica per l’RNA della subunità ribosomiale minore. Lo sviluppo di tale applicazione ha consentito di superare l’impossibilità della creazione di una banca dati dedicata, a causa della complessità del materiale fecale di partenza e del terreno di coltura impiagato per l’isolamento, e di identificare 5 picchi proteici in grado di differenziare E. histolytica da E. dispar. In particolare, l’analisi statistica ha mostrato 2 picchi specifici per E. histolytica e 3 picchi specifici per E. dispar. L’assenza dei 5 picchi discriminanti trovati per E. histolytica e E. dispar nei profili dei 3 differenti terreni di coltura utilizzati in questo studio (terreno axenico LYI-S-2 e terreno di Robinson con e senza E. coli) permettono di considerare questi picchi buoni marcatori in grado di differenziare le due specie. La corrispondenza dei picchi con il PM di due specifiche proteine di E. histolytica depositate in letteratura (Amoebapore A e un “unknown putative protein” di E. histolytica ceppo di riferimento HM-1:IMSS-A) conferma la specificità dei picchi di E. histolytica identificati mediante analisi MALDI-TOF MS. Lo stesso riscontro non è stato possibile per i picchi di E. dispar in quanto nessuna proteina del PM di interesse è presente in GenBank. Tuttavia, va ricordato che non tutte le proteine E. dispar sono state ad oggi caratterizzate e depositate in letteratura. I 5 marcatori hanno permesso di differenziare 12 dei 13 ceppi isolati da campioni di feci e cresciuti in terreno di Robinson confermando i risultati ottenuti mediante saggio di Real-Time PCR. Per un solo ceppo di isolamento clinico di E. histolytica l’identificazione, confermata mediante sequenziamento della porzione 18S-rDNA, non è stata ottenuta mediante sistema MALDI-TOF MS in quanto non sono stati trovati né i picchi corrispondenti a E. histolytica né i picchi corrispondenti a E. dispar. Per questo ceppo è possibile ipotizzare la presenza di mutazioni geno/fenotipiche a livello delle proteine individuate come marcatori specifici per E. histolytica. Per confermare questa ipotesi sarebbe necessario analizzare un numero maggiore di ceppi di isolamento clinico con analogo profilo proteico. L’analisi condotta a diversi tempi di incubazione del campione di feci positivo per E. histolytica ed E. dipar ha mostrato il ritrovamento dei 5 picchi discriminanti solo dopo 12 ore dall’inoculo del campione nel terreno iniziale di Robinson. Questo risultato suggerisce la possibile applicazione del sistema MALDI-TOF MS per identificare ceppi di isolamento clinico di E. histolytica ed E. dipar nonostante la presenza di materiale fecale che materialmente può disturbare e rendere difficile l’interpretazione dello spettro ottenuto mediante analisi MALDI-TOF MS. Infine in questo studio è stata valutata l’applicabilità della tecnologia MALDI-TOF MS come saggio fenotipico rapido per la determinazione di ceppi produttori di carbapenemasi, verificando l'avvenuta idrolisi del meropenem (carbapeneme di riferimento utilizzato in questo studio) a contatto con i ceppi di riferimento e ceppi di isolamento clinico potenzialmente produttori di carbapenemasi dopo la messa a punto di un protocollo analitico dedicato. Il saggio di idrolisi del meropenem mediante MALDI-TOF MS ha dimostrato la presenza o l’assenza indiretta di carbapenemasi nei 3 ceppi di riferimento e nei 1219 (1185 Enterobacteriaceae e 34 non-Enterobacteriaceae) ceppi di isolamento clinico inclusi nello studio. Nessuna interferenza è stata riscontrata per i ceppi di Enterobacteriaceae variamente resistenti ai tre carbapenemi ma risultati non produttori di carbapenemasi mediante i saggi fenotipici comunemente impiegati nella diagnostica routinaria di laboratorio: nessuna idrolisi del farmaco è stata infatti osservata al saggio di idrolisi mediante MALDI-TOF MS. In un solo caso (ceppo di K. pneumoniae N°1135) è stato ottenuto un profilo anomalo in quanto presenti sia i picchi del farmaco intatto che quelli del farmaco idrolizzato. Per questo ceppo resistente ai tre carbapenemi saggiati, negativo ai saggi fenotipici per la presenza di carbapenemasi, è stata dimostrata la presenza del gene blaKPC mediante Real-Time PCR. Per questo ceppo si può ipotizzare la presenza di mutazioni a carico del gene blaKPC che sebbene non interferiscano con il suo rilevamento mediante PCR (Real-Time PCR positiva), potrebbero condizionare l’attività della proteina prodotta (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia negativi) riducendone la funzionalità come dimostrato, mediante analisi MALDI-TOF MS, dalla presenza dei picchi relativi sia all’idrolisi del farmaco sia dei picchi relativi al farmaco intatto. Questa ipotesi dovrebbe essere confermata mediante sequenziamento del gene blaKPC e successiva analisi strutturale della sequenza amminoacidica deducibile. L’utilizzo della tecnologia MALDI-TOF MS per la verifica dell’avvenuta idrolisi del maropenem è risultato un saggio fenotipico indiretto in grado di distinguere, al pari del test di Hodge modificato impiegato comunemente nella routine diagnostica in microbiologia, un ceppo produttore di carbapenemasi da un ceppo non produttore sia per scopi diagnostici che per la sorveglianza epidemiologica. L’impiego del MALDI-TOF MS ha mostrato, infatti, diversi vantaggi rispetto ai metodi convenzionali (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia) impiegati nella routine diagnostica di laboratorio i quali richiedono personale esperto per l’interpretazione del risultato e lunghi tempi di esecuzione e di conseguenza di refertazione. La semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questa tecnica un metodo accurato e rapido. Inoltre, il metodo risulta conveniente dal punto di vista economico, con un costo totale stimato di 1,00 euro per ceppo analizzato. Tutte queste considerazioni pongono questa metodologia in posizione centrale in ambito microbiologico anche nel caso del rilevamento di ceppi produttori di carbapenemasi. Indipendentemente dall’approccio identificativo utilizzato, comparato con i metodi convenzionali il MALDI-TOF MS conferisce in molti casi un guadagno in termini di tempo di lavoro tecnico (procedura pre-analititca per la preparazione dei campioni) e di tempo di ottenimento dei risultati (procedura analitica automatizzata). Questo risparmio di tempo si accentua quando sono analizzati in contemporanea un maggior numero di isolati. Inoltre, la semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questo un metodo di identificazione accurato e rapido risultando più conveniente anche dal punto di vista economico, con un costo totale di 0,50 euro (materiale consumabile) per ceppo analizzato. I risultati ottenuti dimostrano che la spettrometria di massa MALDI-TOF sta diventando uno strumento importante in microbiologia clinica e sperimentale, data l’elevata efficacia identificativa, grazie alla disponibilità sia di nuove banche dati commerciali sia di aggiornamenti delle stesse da parte di diversi utenti, e la possibilità di rilevare con successo anche se in modo indiretto le antibiotico-resistenze.

Is video-case an efficient tool to complement the practical learning in real contexts? Effects on satisfaction and performance in Social Work Degree students

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A software tool for accurate assessment of costs and CO2 emissions in wood transport using OpenStreetMap©

Costs and environmental impacts are key elements in forest logistics and they must be integrated in forest decision-making. The evaluation of transportation fuel costs and carbon emissions depend on spatial and non-spatial data but in many cases the former type of data are dicult to obtain. On the other hand, the availability of software tools to evaluate transportation fuel consumption as well as costs and emissions of carbon dioxide is limited. We developed a software tool that combines two empirically validated models of truck transportation using Digital Elevation Model (DEM) data and an open spatial data tool, specically OpenStreetMap©. The tool generates tabular data and spatial outputs (maps) with information regarding fuel consumption, cost and CO2 emissions for four types of trucks. It also generates maps of the distribution of transport performance indicators (relation between beeline and real road distances). These outputs can be easily included in forest decision-making support systems. Finally, in this work we applied the tool in a particular case of forest logistics in north-eastern Portugal

Reliability of the Knee Examination in Osteoarthritis: Effect of Standardization

Objective. To assess the reliability of physical examination of the osteoarthritic (OA) knee by rheumatologists, and to evaluate the benefits of standardization. Methods. Forty-two physical signs and techniques were evaluated using a 6 X 6 Latin square design. Patients with mild to severe knee OA, based on physical and radiographic signs, were examined in random order prior to and following standardization of techniques. For those signs with dichotomous scales, agreement among the rheumatologists was calculated as the prevalence-adjusted bias-adjusted kappa (PABAK), while for the signs with continuous and ordinal scales, a reliability coefficient (R-c) was calculated using analysis of variance. A PABAK of >0.60 and an Re of >0.80 were considered to indicate adequate reliability. Results. Adequate poststandardization reliability was achieved for 30 of 42 physical signs/techniques (71%). The most highly reliable signs identified by physical examination of the OA knee included alignment by goniometer (R-c = 0.99), bony swelling (R-c = 0.97), general passive crepitus (R-c = 0.96), gait by inspection (PABAK = 0.78), effusion bulge sign (R-c = 0.97), quadriceps atrophy (R. = 0.97), medial tibiofemoral tenderness (R-c = 0.94), lateral tibiofemoral tenderness (R-c = 0.85), patellofemoral tenderness by grind test (R-c = 0.94), and flexion contracture (R-c = 0.95). The standardization process resulted in substantial improvements in reliability for evaluation of a number of physical signs, although for some signs, minimal or no effect of standardization was noted. After standardization, warmth (PABAK = 0.14), medial instability at 30degrees flexion (PABAK = 0.02), and lateral instability at 30degrees flexion (PABAK = 0.34) were the only 3 signs that were highly unreliable. Conclusion. With the exception of physical examinations for instability, a comprehensive knee examination can be performed with adequate reliability. Standardization further improves the reliability for some physical signs and techniques. The application of these findings to future OA studies will contribute to improved outcome assessments in OA.

SubCM: A tool for improved visibility of software change in an industrial setting

Software Configuration Management is the discipline of managing large collections of software development artefacts from which software products are built. Software configuration management tools typically deal with artefacts at fine levels of granularity - such as individual source code files - and assist with coordination of changes to such artefacts. This paper describes a lightweight tool, designed to be used on top of a traditional file-based configuration management system. The add-on tool support enables users to flexibly define new hierarchical views of product structure, independent of the underlying artefact-repository structure. The tool extracts configuration and change data with respect to the user-defined hierarchy, leading to improved visibility of how individual subsystems have changed. The approach yields a range of new capabilities for build managers, and verification and validation teams. The paper includes a description of our experience using the tool in an organization that builds large embedded software systems.

An assessment of the industry cluster approach as a tool for local economic development:the case of the new media industry in Birmingham

Industry cluster policies are a current trend in local economic development programmes and represent a major shift from traditional approaches. This trend has been coupled by an increasing interest in new media industry as a significant focus for regional development strategies. In England clusters and new media industry have therefore come to be seen as important tools in promoting local and regional economic development. This study aimed to ascertain the success of these policies. In order to achieve the aims of the study, the Birmingham new media industry was chosen for the study. In addition to an extensive review of the literature, semi-structured interviews were conducted with new media firms and Business Support Agencies (BSAs) offering programmes to promote the development of the new media industry cluster. The key findings of the thesis are that the concerns of new media industry when choosing their location do not conform to the industry cluster theory. Moreover, close proximity in geographical location of the industries does not mean there is collaboration and any costs saved as a result of close proximity to similar firms are at present seen as irrelevant because of the type of products they offer. Building trust between firms is the key in developing the new media industry cluster and the BSAs can act as a broker and provide neutral ground to develop it. The key policy recommendations are that new media industry is continually changing and research must continuously track and analyse cluster dynamics in order to be aware of emerging trends and future developments that can positively and negatively affect the cluster. Policy makers need to keep in mind that there is no uniform tool kit to foster the different sectors in cluster development. It is also important for them to be winning support and trust of new media firms since this is key in the success of the cluster. When cluster programs are introduced they must explain their benefits to industries more effectively in order to encourage them to participate in programmes. The general conclusions of the thesis are that clusters are a potentially important tool in local economic development policy and that the new media industry has a considerable growth potential. The kinds of relationships which cluster theory suggests develop between do not, as yet, appear to exist within the new media cluster. There are however, steps that the BSAs can take to encourage their development. Thus, the BSAs need to ensure that they establish an environment that enables growth of the industry.

Reliability of fibre Bragg gratings in polymer optical fibre

In this paper we report on investigations of some of the factors that have a bearing on the reliability and repeatability of polymer fibre Bragg gratings. The main issues discussed are the fibre preform composition, the fibre drawing conditions and the thermal history of the fibre grating.

Crisis communication in politics: forgiveness as image restoration tool

Crisis communication is a widely treated field. There are lot of works and guides which provide helpful information in order to face crisis situations successfully (Alcat, 2005, Benoit, 1997) and articles about case studies (Nespereira, 2014, Blaney y Benoit 2001). Nonetheless, most of times, these guides are focused on business or corporations (Abeler, 2010) and there are not such information about crisis communications in politics (Gaspar e Ibeas, 2015). The field is smaller if we speak about forgiveness as restoration image tool in politics (Harris 2006). Despite all, we live in “forgiveness era” as Krauze said (1998) where people demand to politicians to apologize when they have mistakes (Harris et al. 2006:716). So, we will try to make an approach to forgiveness in politics as a image restoration tool and analyze its capabilities in order to face crisis management.

Evaluation of a versatile energy auditing tool

Energy auditing can be an important contribution for identification and assessment of energy conservation measures (ECMs) in buildings. Numerous tools and software have been developed, with varying degree of precision and complexity and different areas of use.   This paper evaluates PHPP as a versatile, easy-to-use energy auditing tool and gives examples of how it has been compared to a dynamic simulation tool, within the EU-project iNSPiRe. PHPP is a monthly balance energy calculation tool based on EN13790. It is intended for assisting the design of Passive Houses and energy renovation projects and as guidance in the choice of appropriate ECMs.   PHPP was compared against the transient simulation software TRNSYS for a single family house and a multi-family house. It should be mentioned that dynamic building simulations might strongly depend on the model assumptions and simplifications compared to reality, such as ideal heating or real heat emission system. Setting common boundary conditions for both PHPP and TRNSYS, the ideal heating and cooling loads and demands were compared on monthly and annual basis for seven European locations and buildings with different floor area, S/V ratio, U-values and glazed area of the external walls.   The results show that PHPP can be used to assess the heating demand of single-zone buildings and the reduction of heating demand with ECMs with good precision. The estimation of cooling demand is also acceptable if an appropriate shading factor is applied in PHPP. In general, PHPP intentionally overestimates heating and cooling loads, to be on the safe side for system sizing. Overall, the agreement with TRNSYS is better in cases with higher quality of the envelope as in cold climates and for good energy standards. As an energy auditing tool intended for pre-design it is a good, versatile and easy-to-use alternative to more complex simulation tools.

Application of meta-analytical probabilistic approach for reliability benefits reflective optimal transmission costing – the case of India

In the deregulated Power markets it is necessary to have a appropriate Transmission Pricing methodology that also takes into account “Congestion and Reliability”, in order to ensure an economically viable, equitable, and congestion free power transfer capability, with high reliability and security. This thesis presents results of research conducted on the development of a Decision Making Framework (DMF) of concepts and data analytic and modelling methods for the Reliability benefits Reflective Optimal “cost evaluation for the calculation of Transmission Cost” for composite power systems, using probabilistic methods. The methodology within the DMF devised and reported in this thesis, utilises a full AC Newton-Raphson load flow and a Monte-Carlo approach to determine, Reliability Indices which are then used for the proposed Meta-Analytical Probabilistic Approach (MAPA) for the evaluation and calculation of the Reliability benefit Reflective Optimal Transmission Cost (ROTC), of a transmission system. This DMF includes methods for transmission line embedded cost allocation among transmission transactions, accounting for line capacity-use as well as congestion costing that can be used for pricing using application of Power Transfer Distribution Factor (PTDF) as well as Bialek’s method to determine a methodology which consists of a series of methods and procedures as explained in detail in the thesis for the proposed MAPA for ROTC. The MAPA utilises the Bus Data, Generator Data, Line Data, Reliability Data and Customer Damage Function (CDF) Data for the evaluation of Congestion, Transmission and Reliability costing studies using proposed application of PTDF and other established/proven methods which are then compared, analysed and selected according to the area/state requirements and then integrated to develop ROTC. Case studies involving standard 7-Bus, IEEE 30-Bus and 146-Bus Indian utility test systems are conducted and reported throughout in the relevant sections of the dissertation. There are close correlation between results obtained through proposed application of PTDF method with the Bialek’s and different MW-Mile methods. The novel contributions of this research work are: firstly the application of PTDF method developed for determination of Transmission and Congestion costing, which are further compared with other proved methods. The viability of developed method is explained in the methodology, discussion and conclusion chapters. Secondly the development of comprehensive DMF which helps the decision makers to analyse and decide the selection of a costing approaches according to their requirements. As in the DMF all the costing approaches have been integrated to achieve ROTC. Thirdly the composite methodology for calculating ROTC has been formed into suits of algorithms and MATLAB programs for each part of the DMF, which are further described in the methodology section. Finally the dissertation concludes with suggestions for Future work.

Overlapped communications automatically generated in a parallelisation tool

Abstract not available

Children of Matter: Luxury Value Perceptions of Millennials in Higher Education in Europe

In recent years, the luxury market has entered a period of very modest growth, which has been dubbed the ‘new normal’, where varying tourist flows, currency fluctuations, and shifted consumer tastes dictate the terms. The modern luxury consumer is a fickle mistress. Especially millennials – people born in the 1980s and 1990s – are the embodiment of this new form of demanding luxury consumer with particular tastes and values. Modern consumers, and specifically millennials, want experiences and free time, and are interested in a brand’s societal position and environmental impact. The purpose of this thesis is to investigate what the luxury value perceptions of millennials in higher education are in Europe, seeing as many of the most prominent luxury goods companies in the world originate from Europe. Perceived luxury value is herein examined from the individual’s perspective. As values and value perceptions are complex constructs, using qualitative research methods is justifiable. The data for thesis has been gathered by means of a group interview. The interview participants all study hospitality management in a private college, and each represent a different nationality. Cultural theories and research on luxury and luxury values provide the scientific foundation for this thesis, and a multidimensional luxury value model is used as a theoretical tool in sorting and analyzing the data. The results show that millennials in Europe value much more than simply modern and hard luxury. Functional, financial, individual, and social aspects are all present in perceived luxury value, but some more in a negative sense than others. Conspicuous, status-seeking consumption is mostly frowned upon, as is the consumption of luxury goods for the sake of satisfying social requisites and peer pressure. Most of the positive value perceptions are attributed to the functional dimension, as luxury products are seen to come with a promise of high quality and reliability, which justifies any price premiums. Ecological and ethical aspects of luxury are already a contemporary trend, but perceived even more as an important characteristic of luxury in the future. Most importantly, having time is fundamental. Depending on who is asked, luxury can mean anything, just as much as it can mean nothing.

Automatization of feeding the heat flux data to water circulation simulations of recovery boilers

Tässä työssä perehdytään soodakattiloiden vesikiertomallin rakentamiseen. Työn päätavoitteena on kehittää simulointimallia varten taulukkolaskentapohja, jonka avulla soodakattilan lämpövuotietoja on yksinkertaista ja nopeaa käsitellä ja siirtää Apros 6 -simulointiohjelmaan. Lisäksi tarkoituksena on pyrkiä automatisoimaan työvaiheet mahdollisimman pitkälle, jolloin vesikiertolaskennan tekeminen yksinkertaistuisi, yhtenäistyisi ja tarkentuisi. Tämä on mahdollista Excel- makrojen ja Apros 6:n uusien toimintojen avulla. Apros 6:ssa on nyt mahdollista hyödyntää SCL- komentotiedostoja, joiden avulla sujuva tiedonsiirto Aproksen ja Excelin välillä vodaan toteuttaa. Vesikiertolaskentaan käytettävän datan käsittely on aikaisemmin ollut työlästä ja sen tarkkuus on pitkälti riippunut mallintajasta. Tässä diplomityössä päästään hyödyntämään uusimpia ja realistisempia soodakattiloiden CFD- malleja, joiden avulla pystytään luomaan aikaisempaa tarkemmat lämpövuojakaumat soodakattilan lämpöpinnoille. Tämä muutos parantaa vesikiertolaskennan tarkkuutta. Työn kokeellisessa osassa uutta Excel laskentatyökalua ja uusia lämpövuoarvoja testataan käytännössä. Eräs vanha Apros- vesikiertomalli päivitetään uusilla lämpövuoarvoilla ja sen rakenteeseen tehdään muutoksia tarkkuuden parantamiseksi. Uuden mallin toimivuutta testataan myös 115 %:n kapasiteetilla ja tutkitaan kuinka kyseinen vesikiertopiiri reagoi suurempaan lämpötehoon. Näitä kolmea eri tilannetta vertaillaan toisiinsa ja tarkastellaan eroavaisuuksia niiden vesi-höyrypiireissä.

Water Demand and Allocation in the Mara River Basin, Kenya/Tanzania in the Face of Land Use Dynamics and Climate Variability

The Mara River Basin (MRB) is endowed with pristine biodiversity, socio-cultural heritage and natural resources. The purpose of my study is to develop and apply an integrated water resource allocation framework for the MRB based on the hydrological processes, water demand and economic factors. The basin was partitioned into twelve sub-basins and the rainfall runoff processes was modeled using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) after satisfactory Nash-Sutcliff efficiency of 0.68 for calibration and 0.43 for validation at Mara Mines station. The impact and uncertainty of climate change on the hydrology of the MRB was assessed using SWAT and three scenarios of statistically downscaled outputs from twenty Global Circulation Models. Results predicted the wet season getting more wet and the dry season getting drier, with a general increasing trend of annual rainfall through 2050. Three blocks of water demand (environmental, normal and flood) were estimated from consumptive water use by human, wildlife, livestock, tourism, irrigation and industry. Water demand projections suggest human consumption is expected to surpass irrigation as the highest water demand sector by 2030. Monthly volume of water was estimated in three blocks of current minimum reliability, reserve (>95%), normal (80–95%) and flood (40%) for more than 5 months in a year. The assessment of water price and marginal productivity showed that current water use hardly responds to a change in price or productivity of water. Finally, a water allocation model was developed and applied to investigate the optimum monthly allocation among sectors and sub-basins by maximizing the use value and hydrological reliability of water. Model results demonstrated that the status on reserve and normal volumes can be improved to ‘low’ or ‘moderate’ by updating the existing reliability to meet prevailing demand. Flow volumes and rates for four scenarios of reliability were presented. Results showed that the water allocation framework can be used as comprehensive tool in the management of MRB, and possibly be extended similar watersheds.

Empirical correlation of shear wave velocity (Vs) with spt of soils in Madrid

Empirical correlations are usually used as a predictive tool in geotechnical engineering. However, equations calculated for soils very different to the ones to be characterized are frequently used, and so they are not representative of their mechanical properties. This fact, added to the increasing interest of civil engineering in knowing the shear wave velocity (Vs) of the ground, has led to the calculation of different empirical equations to predict the Vs value of the soils of Madrid. In this study this has been achieved by calculating the empirical correlations between the Vs value obtained through the ReMi (Refraction Microtremor) technique and the Standard Penetration Test (500 NSPT values). The empirical correlations proposed are applicable to the whole metropolitan area of Madrid, and have an excellent predictive capability owing to the incorporation of the measurement depth to the equations, which has an important influence in the resistance properties of soils.