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.

Sviluppo di mobile app con tecnologie web: Tizen come caso di studio

Lo scopo di questa tesi è quello di valutare l’utilizzo di tecnologie Web, per la creazione di applicazioni per dispositivi mobile, come alternativa allo sviluppo di applicazioni tramite linguaggi nativi. Tra i vari dispositivi mobile esistenti, quello che trova maggior interesse nello sviluppo della tesi è sicuramente lo smartphone, il più recente tra questi dispositivi, che rispetto agli altri dispositivi è caratterizzato da una maggior complessità dovuta a funzionalità e capacità più elevate. Quindi in questa tesi verrà analizzato l’aspetto legato alle applicazioni utilizzate da questo dispositivo mobile. Si è deciso di strutturare la tesi in diversi capitoli, che verranno illustrati qui in seguito, al fine di creare un percorso concettuale per arrivare ad analizzare l’argomento chiave della tesi, le applicazioni mobile basate su tecnologie Web, perciò nei primi due capitoli verrano trattati argomenti riguardanti il mondo dei dispositivi mobile, con particolare riguardo per lo smartphone, con lo scopo di dare una visione dell’ambiente che circonda questo argomento di tesi. Negli ultimi capitoli si entrerà nel cuore della tesi, dove verrà trattato l’argomento chiave nel dettaglio, con la specifica analisi di Tizen come caso di studio. Inoltre si è deciso di approfondire gli aspetti legati a questo argomento di tesi sviluppando un piccola applicazione, con lo scopo di andare a sperimentare le nozioni acquisite durante tutto questo percorso di studio.

Catalysts and processes for next-generation H2 production

The present study is focused on the development of new VIII group metal on CeO2 – ZrO2 (CZO) catalyst to be used in reforming reaction for syngas production. The catalyst are tested in the oxyreforming process, extensively studied by Barbera [44] in a new multistep process configuration, with intermediate H2 membrane separation, that can be carried out at lower temperature (750°C) with respect the reforming processes (900 – 1000°C). In spite of the milder temperatures, the oxy-reforming conditions (S/C = 0.7; O2/C = 0.21) remain critical regarding the deactivation problems mainly deriving from thermal sintering and carbon formation phenomena. The combination of the high thermal stability characterizing the ZrO2, with the CeO2 redox properties, allows the formation of stable mixed oxide system with high oxygen mobility. This feature can be exploited in order to contrast the carbon deposition on the active metal surface through the oxidation of the carbon by means of the mobile oxygen atoms available at the surface of the CZO support. Ce0.5Zr0.5O2 is the phase claimed to have the highest oxygen mobility but its formation is difficult through classical synthesis (co-precipitation), hence a water-in-oil microemulsion method is, widely studied and characterized. Two methods (IWI and bulk) for the insertion of the active metal (Rh, Ru, Ni) are followed and their effects, mainly related to the metal stability and dispersion on the support, are discussed, correlating the characterization with the catalytic activity. Different parameters (calcination and reduction temperatures) are tuned to obtain the best catalytic system both in terms of activity and stability. Interesting results are obtained with impregnated and bulk catalysts, the latter representing a new class of catalysts. The best catalysts are also tested in a low temperature (350 – 500°C) steam reforming process and preliminary tests with H2 membrane separation have been also carried out.

Cellular localization and mechanism of amyloid precursor protein (APP) homodimer formation in an oxidizing environment

The amyloid precursor protein (APP) is a type I transmembrane glycoprotein, which resembles a cell surface receptor, comprising a large ectodomain, a single spanning transmembrane part and a short C-terminal, cytoplasmic domain. It belongs to a conserved gene family, with over 17 members, including also the two mammalian APP homologues proteins APLP1 and APLP2 („amyloid precursor like proteins“). APP is encoded by 19 exons, of which exons 7, 8, and 15 can be alternatively spliced to produce three major protein isoforms APP770, APP751 and APP695, reflecting the number of amino acids. The neuronal APP695 is the only isoform that lacks a Kunitz Protease Inhibitor (KPI) domain in its extracellular portion whereas the two larger, peripheral APP isoforms, contain the 57-amino-acid KPI insert. rnRecently, research effort has suggested that APP metabolism and function is thought to be influenced by homodimerization and that the oligomerization state of APP could also play a role in the pathology of Alzheimer's disease (AD), by regulating its processing and amyloid beta production. Several independent studies have shown that APP can form homodimers within the cell, driven by motifs present in the extracellular domain, as well as in the juxtamembrane (JM) and transmembrane (TM) regions of the molecule, whereby the exact molecular mechanism and the origin of dimer formation remains elusive. Therefore, we focused in our study on the actual subcellular origin of APP homodimerization within the cell, an underlying mechanism, and a possible impact on dimerization properties of its homologue APLP1. Furthermore, we analyzed homodimerization of various APP isoforms, in particular APP695, APP751 and APP770, which differ in the presence of a Kunitz-type protease inhibitor domain (KPI) in the extracellular region. In order to assess the cellular origin of dimerization under different cellular conditions, we established a mammalian cell culture model-system in CHO-K1 (chinese hamster ovary) cells, stably overexpressing human APP, harboring dilysine based organelle sorting motifs at the very C-terminus [KKAA-Endoplasmic Reticulum (ER); KKFF-Golgi]. In this study we show that APP exists as disulfide-bound, SDS-stable dimers, when it was retained in the ER, unlike when it progressed further to the cis-Golgi, due to the KKFF ER exit determinant. These stable APP complexes were isolated from cells, and analyzed by SDS–polyacrylamide gel electrophoresis under non-reducing conditions, whereas strong denaturing and reducing conditions completely converted those dimers to monomers. Our findings suggested that APP homodimer formation starts early in the secretory pathway and that the unique oxidizing environment of the ER likely promotes intermolecular disulfide bond formation between APP molecules. We particularly visualized APP dimerization employing a variety of biochemical experiments and investigated the origin of its generation by using a Bimolecular Fluorescence Complementation (BiFC) approach with split GFP-APP chimeras. Moreover, using N-terminal deletion constructs, we demonstrate that intermolecular disulfide linkage between cysteine residues, exclusively located in the extracellular E1 domain, represents another mechanism of how an APP sub-fraction can dimerize within the cell. Additionally, mutational studies revealed that cysteines at positions 98 and 105, embedded in the conserved loop region within the E1 domain, are critical for interchain disulfide bond formation. Using a pharmacological treatment approach, we show that once generated in the oxidative environment of the ER, APP dimers remain stably associated during transport, reaching the plasma membrane. In addition, we demonstrate that APP isoforms, encompassing the KPI domain, exhibit a strongly reduced ability to form cis-directed dimers in the ER, whereas trans-directed cell aggregation of Drosophila Schneider (S2)-cells was isoform independent, mediating cell-cell contacts. Thus, suggesting that steric properties of KPI-APP might be the cause for weaker cis-interaction in the ER, compared to APP695. Finally, we provide evidence that APP/APLP1 heterointeractions are likewise initiated in the ER, suggesting a similar mechanism for heterodimerization. Therefore, dynamic alterations of APP between monomeric, homodimeric, and possibly heterodimeric status could at least partially explain some of the variety in the physiological functions of APP.rn

Meccanismi per lo sviluppo di Web App distribuite: WebSocket come caso di studio

Al giorno d’oggi il World Wide Web non è più un semplice strumento per la condivisione di informazioni. Le tecnologie nate nel corso dell’ultimo decennio hanno permesso lo sviluppo di vere e proprie applicazioni Web (Web App) complesse, indipendenti e multi-utente in grado di fornire le stesse funzionalità delle normali applicazioni desktop. In questa tesi verranno trattate le caratteristiche di una Web App moderna, analizzandone l’evoluzione e il processo produttivo. Particolare attenzione sarà posta alle Web App distribuite e ai meccanismi di comunicazione client-server che queste nuove tecnologie hanno reso disponibili. I WebSocket, la tecnologia di riferimento di HTML5, saranno riportati come caso di studio e relazionati allo standard precedente ad HTML5, cioè Ajax e Long Polling.

Next-Generation Sequencing-Based Mutations Scanning Strategy of the BCR-ABL Kinase Domain in Patients with PhiladelPhia-Chromosome Positive Leukemias Treated with Tyrosine Kinase Inhibitors

In chronic myeloid leukemia and Philadelphia-positive acute lymphoblastic leukemia patients resistant to tyrosine kinase inhibitors (TKIs), BCR-ABL kinase domain mutation status is an essential component of the therapeutic decision algorithm. The recent development of Ultra-Deep Sequencing approach (UDS) has opened the way to a more accurate characterization of the mutant clones surviving TKIs conjugating assay sensitivity and throughput. We decided to set-up and validated an UDS-based for BCR-ABL KD mutation screening in order to i) resolve qualitatively and quantitatively the complexity and the clonal structure of mutated populations surviving TKIs, ii) study the dynamic of expansion of mutated clones in relation to TKIs therapy, iii) assess whether UDS may allow more sensitive detection of emerging clones, harboring critical 2GTKIs-resistant mutations predicting for an impending relapse, earlier than SS. UDS was performed on a Roche GS Junior instrument, according to an amplicon sequencing design and protocol set up and validated in the framework of the IRON-II (Interlaboratory Robustness of Next-Generation Sequencing) International consortium.Samples from CML and Ph+ ALL patients who had developed resistance to one or multiple TKIs and collected at regular time-points during treatment were selected for this study. Our results indicate the technical feasibility, accuracy and robustness of our UDS-based BCR-ABL KD mutation screening approach. UDS was found to provide a more accurate picture of BCR-ABL KD mutation status, both in terms of presence/absence of mutations and in terms of clonal complexity and showed that BCR-ABL KD mutations detected by SS are only the “tip of iceberg”. In addition UDS may reliably pick 2GTKIs-resistant mutations earlier than SS in a significantly greater proportion of patients.The enhanced sensitivity as well as the possibility to identify low level mutations point the UDS-based approach as an ideal alternative to conventional sequencing for BCR-ABL KD mutation screening in TKIs-resistant Ph+ leukemia patients

Identification of novel genetic alterations in pediatric cytogenetically normal acute myeloid leukemia by next-generation sequencing

Pediatric acute myeloid leukemia (AML) is a molecularly heterogeneous disease that arises from genetic alterations in pathways that regulate self-renewal and myeloid differentiation. While the majority of patients carry recurrent chromosomal translocations, almost 20% of childhood AML do not show any recognizable cytogenetic alteration and are defined as cytogenetically normal (CN)-AML. CN-AML patients have always showed a great variability in response to therapy and overall outcome, underlining the presence of unknown genetic changes, not detectable by conventional analyses, but relevant for pathogenesis, and outcome of AML. The development of novel genome-wide techniques such as next-generation sequencing, have tremendously improved our ability to interrogate the cancer genome. Based on this background, the aim of this research study was to investigate the mutational landscape of pediatric CN-AML patients negative for all the currently known somatic mutations reported in AML through whole-transcriptome sequencing (RNA-seq). RNA-seq performed on diagnostic leukemic blasts from 19 pediatric CN-AML cases revealed a considerable incidence of cryptic chromosomal rearrangements, with the identification of 21 putative fusion genes. Several of the fusion genes that were identified in this study are recurrent and might have a prognostic and/or therapeutic relevance. A paradigm of that is the CBFA2T3-GLIS2 fusion, which has been demonstrated to be a common alteration in pediatric CN-AML, predicting poor outcome. Important findings have been also obtained in the identification of novel therapeutic targets. On one side, the identification of NUP98-JARID1A fusion suggests the use of disulfiram; on the other, here we describe alteration-activating tyrosine kinases, providing functional data supporting the use of tyrosine kinase inhibitors to specifically inhibit leukemia cells. This study provides new insights in the knowledge of genetic alterations underlying pediatric AML, defines novel prognostic markers and putative therapeutic targets, and prospectively ensures a correct risk stratification and risk-adapted therapy also for the “all-neg” AML subgroup.

Caratterizzazione genomica di virus influenzali suini in Italia mediante next generation sequencing

I sottotipi H1N1, H1N2 e H3N2 di influenza A virus sono largamente diffusi nella popolazione suina di tutto il mondo. Nel presente lavoro è stato sviluppato un protocollo di sequenziamento di c.d. nuova generazione, su piattaforma Ion Torrent PGM, idoneo per l’analisi di tutti i virus influenzali suini (SIV). Per valutare l’evoluzione molecolare dei SIV italiani, sono stati sequenziati ed analizzati mediante analisi genomica e filogenetica un totale di sessantadue ceppi di SIV appartenenti ai sottotipi H1N1, H1N2 e H3N2, isolati in Italia dal 1998 al 2014. Sono stati evidenziati in sei campioni due fenomeni di riassortimento: tutti i SIV H1N2 esaminati presentavano una neuraminidasi di derivazione umana, diversa da quella dei SIV H1N2 circolanti in Europa, inoltre l’emoagglutinina (HA) di due isolati H1N2 era originata dal riassortimento con un SIV H1N1 avian-like. L’analisi molecolare dell’HA ha permesso di rivelare un’inserzione di due amminoacidi in quattro SIV H1N1 pandemici e una delezione di due aminoacidi in quattro SIV H1N2, entrambe a livello del sito di legame con il recettore cellulare. E’ stata inoltre evidenziata un’elevata omologia di un SIV H1N1 con ceppi europei isolati negli anni ’80, suggerendo la possibile origine vaccinale di questo virus. E’ stato possibile, in aggiunta, applicare il nuovo protocollo sviluppato per sequenziare un virus influenzale aviare altamente patogeno trasmesso all’uomo, direttamente da campione biologico. La diversità genetica nei SIV esaminati in questo studio conferma l’importanza di un continuo monitoraggio della costellazione genomica dei virus influenzali nella popolazione suina.

Sviluppo del back-end per una App mobile con lo scopo di abbattere i costi delle chiamate telefoniche internazionali

Questa tesi tratta dello sviluppo di un progetto, svolto durante il periodo di tirocinio presso SMS.it, azienda specializzata nel settore della telefonia con sede a Bologna. L'azienda in questione ha commissionato, al sottoscritto ed al mio collega Daniele Sciuto, l'implementazione di un'applicazione cross-platform per smartphone, ed il relativo server. L'azienda ci ha fornito le specifiche del progetto, e ci ha seguiti in tutte le fasi del suo sviluppo. L'applicazione è pensata per offrire agli utenti la possibilità di usufruire di tariffe telefoniche agevolate. I vantaggi sono maggiormente apprezzabili nelle chiamate internazionali. Queste tariffe sono possibili grazie agli accordi fra l'azienda e vari operatori di telefonia. Nella primo capitolo di questo elaborato, viene analizzato cosa ci è stato richiesto di realizzare, le specifiche del progetto dateci dall'azienda e quali sono i vincoli ai quali ci si è dovuti attenere. Nella secondo capitolo, viene descritto nel dettaglio la progettazione delle singole funzionalità dell'applicazione, e i rapporti che ci sono fra il front-end ed il back-end. Successivamente, sono analizzate le tecnologie necessarie per la realizzazione e il loro utilizzo nell'applicazione. Come richiestoci dall'azienda, alcuni dettagli implementativi sono stati omessi, per garantire il rispetto del segreto industriale. Nonostante ciò viene comunque fornita una panoramica completa di ciò che è stato realizzato. In ultima analisi è descritta qualitativamente l'applicazione ottenuta, e come aderisca alle specifiche richieste.

Sviluppo di una App mobile per l'abbattimento dei costi delle chiamate telefoniche internazionali

Questa tesi riguarda un progetto svolto con l’azienda SMS.it di Bologna la quale, già specializzata nella pianificazione, nello sviluppo e nelle forniture di servizi di telefonia, ha commissionato l’implementazione di un’applicazione cross-platform che sia compatibile con la maggior parte possibile dei sistemi operativi per dispositivi mobili.

Strategie competitive e innovazioni tecnologiche nel settore dei videogiochi: la Next-Generation

Il mercato video ludico è stato, ed è tuttora uno dei settori più redditizi e innovativi del mercato globale. L’evoluzione tecnologica ha permesso lo sviluppo di device e piattaforme da gioco sempre più performanti e in grado di soddisfare le esigenze dei consumatori. Con le nuove prospettive di gioco ci si sofferma a riflettere su quale sarà l’evoluzione del business dell’intrattenimento interattivo. In questo elaborato andremo a vedere come si sta evolvendo il mercato dei videogiochi, quali sono i nuovi scenari competitivi che si sono affiancati a questo settore, quali sono i segmenti che stanno avendo una crescita considerevole negli ultimi 10 anni, e cercheremo di capire come cambierà il “gameplay” da salotto, quindi quali saranno le prospettive future delle console da gioco.

Uniradio Cesena: Progettazione ed implementazione di una Mobile App per Web radio.

L'avvento delle nuove tecnologie e dei nuovi terminali Smartphone, ha portato ad una sempre più ampia implementazioni di applicazioni mobile. L'obiettivo di questa tesi è quello di illustrare il processo di progettazione ed implementazione di una mobile App per la Web Radio degli studenti universitari di Cesena: Uniradio Cesena.

Un' app mobile interpiattaforma per la geolocalizzazione in tempo reale di membri di un gruppo

Realizzazione di un'app mobile interpiattaforma tramite phonegap che permette la geolocalizzazione di utenti di un gruppo. Connessione Client-Server attraverso Websocket. Librerie di Socket.IO e mappe di Google Maps.

Workout Manager Android App

L’obiettivo di questa tesi è quello di progettare e sviluppare un'applicazione Android inerente alle palestre. In particolare l'utente finale dovrà essere in grado di poter scaricare i propri allenamenti da un server SQL remoto e visualizzarli con un layout grafico che ne ricordi la struttura di un allenamento cartaceo (con l’utilizzo quindi di schede, esercizi, serie, ripetizioni,...). Attraverso una procedura guidata, l’applicazione dovrà seguire l’utente durante il suo allenamento e registrarne i progressi. Questi ultimi dovranno essere memorizzati permanentemente e visualizzati attraverso dei grafici.

Fitness App per Win/Android - FitMaster

L’obiettivo di questa tesi è quello di progettare un sistema gestionale che risponda alle esigenze organizzative delle palestre. In particolar modo verrà implementato un software per piattaforma Windows dedicato ai personal trainer. Questa applicazione dovrà essere in grado di registrare e gestire i clienti del centro sportivo, e permettere la creazione degli allenamenti a loro dedicati (con l’utilizzo quindi di schede, esercizi, serie, ripetizioni, ...). Tutti i dati andranno memorizzati su un server SQL centralizzato, accessibile anche da Internet. Successivamente questi allenamenti potranno esser scaricati e visualizzati dai clienti tramite i propri Smartphone Android.