Potato virus A as a heterologous protein expression tool in plants

Viruksien käyttö tuotekehityksen ja tutkimuksen vaatimien proteiinien tuottamiseen, syötävien rokotteiden kehittämiseen ja geeniterapiaan edustavat kasvavia biotekniikan sovellusalueita. Perunan A-virus (PVA) kuuluu potyviruksiin, joiden proteiinit tuotetaan aluksi yhtenä suurena molekyylinä, joka pilkotaan yksittäisiksi proteiineiksi viruksen itsensä tuottamilla entsyymeillä. Siten virusgenomiin lisätty vieras geeni käännetään proteiiniksi virusproteiinien mukana. Lopputuloksena kaikkia proteiineja tuotetaan kasvisoluissa samansuuruinen määrä. Lisäksi, viruksen proteiinikuoren koontimekanismi sallii perintöaineksen merkittävän lisäyksen ilman että viruksen tartutuskyky merkittävästi heikkenee. Koska virus monistuu ja leviää koko kasviin, jo melko pieni määrä kasveja riittää huomattavan proteiinimäärän tuottamiseen esimerkiksi säännösten mukaisessa kasvihuoneessa. Tämän työn tarkoituksena oli muuntaa PVA:n genomia siten, että virus soveltuisi yhden vieraan proteiinin tai useiden erilaisten proteiinien samanaikaiseen tuottamiseen kasveissa. Aluksi kokeiltiin viruksen replikaasia ja kuoriproteiinia koodaavien genomialueiden välistä kohtaa ja ihmisestä peräisi olevaa geeniä, joka tuotti S-COMT-entsyymiä (katekoli-O-metyylitransferaasi). Sen aktiivisuuden rajoittaminen auttaa Parkinsonintaudin hoidossa. Kasvissa tuotettua S-COMT:ia voitaisiin käyttää lääkekehityksessä estolääkkeiden testaukseen. Kahden viikon kuluttua tartutuksesta tupakan lehdissä oli entsymaattisesti aktiivista S-COMT:ia n. 1 % lehden liukoisista proteiineista. PVA:n P1-proteiinia koodaavalta alueelta oli paikannettu kohta, johon ehkä voitaisiin siirtää vieras geeni. Asia varmistettiin siirtämällä tähän kohtaan meduusan geeni, joka tuottaa UV-valossa vihreänä fluoresoivaa proteiinia (GFP). GFP-geeniä kantava PVA levisi kasvissa ja lisääntyi n. 30-50 %:iin viruksen normaalista pitoisuudesta. Koko kasvi fluoresoi vihreänä UV-valossa. Vieras geeni voidaan sijoittaa myös potyviruksen P1- ja HCpro-proteiineja koodaavien alueiden väliin. Samaan PVA-genomiin siirrettiin kolme geeniä, yksi kuhunkin kolmesta kloonauskohdasta: GFP-geeni P1:n sisälle, merivuokon lusiferaasigeeni P1/HCpro-kohtaan ja bakteerin beta-glukuronidaasigeeni (GUS) replikaasi/kuoriproteiini-kohtaan. Virusgenomin ja itse viruksen pituudet kasvoivat 38 %, mutta virus säilytti tartutuskykynsä. Se levisi kasveissa saavuttaen n. 15 % viruksen normaalista pitoisuudesta. Kaikki kolme vierasta proteiinia esiintyivät lehdissä aktiivisina.

Options for selecting dairy cattle for milk coagulation ability

Lypsylehmien maidon juoksettumiskyvyn jalostuskeinot Väitöskirjassa tutkittiin lypsylehmien maidon juustonvalmistuslaadun parantamista jalostusvalinnan avulla. Tutkimusaihe on tärkeä, sillä yhä suurempi osa maidosta käytetään juustonvalmistukseen. Tutkimuksen kohteena oli maidon juoksettumiskyky, sillä se on yksi keskeisistä juustomäärään vaikuttavista tekijöistä. Maidon juoksettumiskyky vaihteli huomattavasti lehmien, sonnien, karjojen, rotujen ja lypsykauden vaiheiden välillä. Vaikka tankkimaidon juoksettumiskyvyssä olikin suuria eroja karjoittain, karja selitti vain pienen osan juoksettumiskyvyn kokonaisvaihtelusta. Todennäköisesti perinnölliset erot lehmien välillä selittävät suurimman osan karjojen tankkimaitojen juoksettumiskyvyssä havaituista eroista. Hyvä hoito ja ruokinta vähensivät kuitenkin jossain määrin huonosti juoksettuvien tankkimaitojen osuutta karjoissa. Holstein-friisiläiset lehmät olivat juoksettumiskyvyltään ayrshire-rotuisia lehmiä parempia. Huono juoksettuminen ja juoksettumattomuus oli vain vähäinen ongelma holstein-friisiläisillä (10 %), kun taas kolmannes ayrshire-lehmistä tuotti huonosti juoksettuvaa tai juoksettumatonta maitoa. Maitoa sanotaan huonosti juoksettuvaksi silloin, kun juustomassa ei ole riittävän kiinteää leikattavaksi puolen tunnin kuluttua juoksetteen lisäyksestä. Juoksettumattomaksi määriteltävä maito ei saostu lainkaan puolen tunnin aikana ja on siksi erittäin huonoa raaka-ainetta juustomeijereille. Noin 40 % lehmien välisistä eroista maidon juoksettumiskyvyssä selittyi perinnöllisillä tekijöillä. Juoksettumiskykyä voikin sanoa hyvin periytyväksi ominaisuudeksi. Kolme mittauskertaa lehmää kohti riittää varsin hyvin lehmän maidon keskimääräisen juoksettumiskyvyn arvioimiseen. Tällä hetkellä juoksettumiskyvyn suoran jalostamisen ongelmana on kuitenkin automatisoidun, laajamittaiseen käyttöön soveltuvan mittalaitteen puute. Tämän takia väitöskirjassa tutkittiin mahdollisuuksia jalostaa maidon juoksettumiskykyä epäsuorasti, jonkin toisen ominaisuuden kautta. Tällaisen ominaisuuden pitää olla kyllin voimakkaasti perinnöllisesti kytkeytynyt juoksettumiskykyyn, jotta jalostus olisi mahdollista sen avulla. Tutkittavat ominaisuudet olivat sonnien kokonaisjalostusarvossa jo mukana olevat maitotuotos ja utareterveyteen liittyvät ominaisuudet sekä kokonaisjalostusarvoon kuulumattomat maidon valkuais- ja kaseiinipitoisuus sekä maidon pH. Väitöskirjassa tutkittiin myös mahdollisuuksia ns. merkkiavusteiseen valintaan tutkimalla maidon juoksettumattomuuden perinnöllisyyttä ja kartoittamalla siihen liittyvät kromosomialueet. Tutkimuksen tulosten perusteella lehmien utareterveyden jalostaminen parantaa jonkin verran myös maidon juoksettumiskykyä sekä vähentää juoksettumattomuutta ayrshire-rotuisilla lehmillä. Lehmien maitotuotos ja maidon juoksettumiskyky sekä juoksettumattomuus ovat sen sijaan perinnöllisesti toisistaan riippumattomia ominaisuuksia. Myöskin maidon valkuais- ja kaseiinipitoisuuden perinnöllinen yhteys juoksettumiskykyyn oli likimain nolla. Maidon pH:n ja juoksettumiskyvyn välillä oli melko voimakas perinnöllinen yhteys, joten maidon pH:n jalostaminen parantaisi myös maidon juoksettumiskykyä. Todennäköisesti sen jalostaminen ei kuitenkaan vähentäisi juoksettumatonta maitoa tuottavien lehmien määrää. Koska maidon juoksettumattomuus on niin yleinen ongelma suomalaisilla ayrshire-lehmillä, väitöksessä selvitettiin tarkemmin ilmiön taustoja. Kaikissa kolmessa tutkimusaineistoissa noin 10 % ayrshire-lehmistä tuotti juoksettumatonta maitoa. Kahden vuoden kuukausittaisen seurannan aikana osa lehmistä tuotti juoksettumatonta maitoa lähes joka mittauskerralla. Maidon juoksettumattomuus oli yhteydessä lypsykauden vaiheeseen, mutta mikään ympäristötekijöistä ei pystynyt täysin selittämään sitä. Sen sijaan viitteet sen periytyvyydestä vahvistuivat tutkimusten edetessä. Lopuksi tutkimusryhmä onnistui kartoittamaan juoksettumattomuutta aiheuttavat kromosomialueet kromosomeihin 2 ja 18, lähelle DNA-merkkejä BMS1126 ja BMS1355. Tulosten perusteella maidon juoksettumattomuus ei ole yhteydessä maidon juoksettumistapahtumassa keskeisiin kaseiinigeeneihin. Sen sijaan on mahdollista, että juoksettumattomuusongelman aiheuttavat kaseiinigeenien syntetisoinnin jälkeisessä muokkauksessa tapahtuvat virheet. Asia vaatii kuitenkin perusteellista tutkimista. Väitöksen tulosten perusteella maidon juoksettumattomuusgeeniä kantavien eläinten karsiminen jalostuseläinten joukosta olisi tehokkain tapa jalostaa maidon juoksettumiskykyä suomalaisessa lypsykarjapopulaatiossa.

The virulence of Finnish Pyrenophora teres f. teres isolates and its implications for resistance breeding

In Finland, barley, Hordeum vulgare L., covers 50 % of the total acreage devoted to cereal cultivation. The most common disease of barley in Finland is net blotch, a foliar disease caused by the ascomycete Pyrenophora teres Drechsler. Disease resistance based on plant genes is an environmentally friendly and economical way to manage plant diseases caused by biotic stresses. Development of a disease resistance breeding programme is dependent on knowledge of the pathogen. In addition to information on the epidemiology and virulence of a pathogen, knowledge on how the pathogen evolves and the nature of the risks that might arise in the future are essential issues that need to be taken into account to achieve the final breeding aims. The main objectives of this study were to establish reliable and efficient testing methods for Pyrenophora teres f. teres virulence screening, and to understand the role of virulence of P. teres f. teres in Finland from a disease resistance breeding point of view. The virulence of P. teres was studied by testing 239 Finnish P. teres f. teres isolates collected between 1994 2007 originating from 19 locations, and 200 P. teres progeny isolates originating from artificially produced P. teres matings. According to the results of this study, screening for P. teres f. teres isolates on barley seedlings under greenhouse conditions is a feasible and cost efficient method to describe the virulence spectrum of the pathogen. Inoculum concentration and the seedling leaf used to gauge virulence had significant effects. Barley grain size, morphological traits of P. teres isolates, spore production and growth rate on agar did not affect the expression of virulence. A common barley differential set to characterize the P. teres virulence was developed and is recommended to be used globally. The virulence spectrum of Finnish P. teres f. teres isolates collected in 1994-2007 was constant both within and between the years. The results indicated differences in the pathogen s aggressiveness and in barley genotypes resistance. However, differences in virulence were rarely significant. Unlike in laboratory conditions, no indications of changes in virulence caused by the sexual reproduction have been observed in Finnish barley fields. In Finland, durable net blotch resistance has been achieved by introducing resistance from other barley varieties using traditional crossing methods, including wide crossing, and testing the breeding material at early generations at several sites under natural infection pressure. Novel resistance is available, which is recommended to minimize the risk of selection of virulent isolates and breakdown of currently deployed resistance.

Egg production in furnished cages

In the European Union, conventional cages for laying hens will be faded out at the beginning of 2012. The rationale behind this is a public concern over animal welfare in egg production. As alternatives to conventional cages, the European Union Council Directive 1999/74/EC allows non-cage systems and enriched (furnished) cages. Layer performance, behavior, and welfare in differently sized furnished cages have been investigated quite widely during recent decades, but nutrition of hens in this production system has received less attention. This thesis aims to compare production and feed intake of laying hens in furnished and conventional cages and to study the effects of different dietary treatments in these production systems, thus contributing to the general knowledge of furnished cages as an egg production system. A furnished cage model for 8 hens was compared with a 3-hen conventional cage. Three consecutive experiments each studied one aspect of layer diet: The first experiment investigated the effects of dietary protein/energy ratio, the second dietary energy levels, and the third the effects of extra limestone supplementation. In addition, a fourth experiment evaluated the effects of perches on feed consumption and behavior of hens in furnished cages. The dietary treatments in experiments 1 3 generally had similar effects in the two cage types. Thus, there was no evidence supporting a change in nutrient requirements for laying hens when conventional cages are replaced with small-group furnished cages. Moreover, the results from nutritional experiments conducted in conventional cages can be applied to small-group furnished cage systems. These results support the view that production performance comparable with conventional cages can be achieved in furnished cages. All of the advantages of cages for bird welfare are sustained in the small-group furnished cages used here. In addition, frequent use of perches and nests implies a wider behavioral repertoire in furnished cages than in conventional cages. The increase observed in bone ash content may improve bird welfare in furnished cages. The presence of perches diminished feed consumption during the prelaying period and enhanced the feed conversion ratio during the early laying period in furnished cages. However, as the presence or absence of perches in furnished cages had no significant effect on feed consumption after the prelaying period, the lower feed consumption observed in furnished cages than in conventional cages could be attributed to other factors, such as the presence of wood shavings or a nest box. The wider feed trough space per hen in conventional than in furnished cages may partly explain the higher feed consumption observed in conventional cages.

Ode to a Skylark: Agricultural intensification and farmland birds in the Baltic region

Intensification of agricultural land-use has been was shown to be the key reason behind declines in wildlife species associated with farmland. Accession to the European Union is regarded as a potential threat to the farmland biota of its new member states. In my thesis I looked at scenarios of agricultural development across the Baltic states of Estonia, Latvia and Lithuania, and the ways they are seen to affect farmed environments as a habitat of farmland bird species. I looked at the effects of major farmed habitats across the region, and assessed the role of spatial organisation of farmed habitats. I also evaluated the direction and magnitude of changes in bird communities following progression of farmland land-use from a relatively less intensive to the most intensive type within each country. Different aspects of the structural complexity of farmland were critical for supporting farmland birds. There was a clear indication that the more intensively farmed areas across the region provided habitat for fewer bird species and individuals, and intensification of field management was reflected in a tangible decrease in farmland bird abundance. The second part of the thesis, based on interviews in Estonia and Finland, is devoted to farmers interest in and knowledge of farmland wildlife, their understanding of the concept of biodiversity, and awareness of causes behind species declines. I examined the relationship between farmers interest and their willingness to undertake practices favouring farmland wildlife. Many farmers viewed biodiversity from a narrow perspective. In Finland farmers expressed higher concern about the decline in common farmland species than in Estonia. In both countries farmers rated intensification of agriculture as the major driving force behind declines. The expressed interest in wildlife positively correlated with willingness to undertake wildlife-friendly measures. Only farmers with agri-environment contracts targeted specifically at biodiversity were more knowledgeable about practical on-farm activities favouring wildlife, and were more willing to employ them that the rest. The results suggest that, by contributing to simplification of the farmland structure, homogenisation of crops, and increase in intensity of field use, EU agricultural policies will have a detrimental effect on farmland bird populations in Eastern Europe. Farmers are on the whole positive to the idea of supporting wildlife on their farms, and are concerned about declines, but they require payments to offset their income loss and extra work. I propose ways of further improving and better targeting of the agri-environment schemes in the region. I argue that with a foreseen tripling of cereal yields across the region, the EU Council s target of halting biodiversity decline in the EU by 2010 may not be realistic unless considerable improvements are made in conservation safeguards within the EU agricultural policy for the region.

Rhizoctonia solani as a potato pathogen : Variation of isolates in Finland and host response

Rhizoctonia solani is a soil inhabiting basidiomycetous fungus able to induce a wide range of symptoms in many plant species. This genetically complex species is divided to 13 anastomosis groups (AG), of which AG-3 is specialized to infect potato. However, also a few other AGs are able to infect or live in close contact with potato. On potato, R. solani infection causes two main types of diseases including stem canker observed as a dark brown lesions on developing stems and stolons, and black scurf that develops on new tubers close to the time of harvest. These disease symptoms are collectively called a ‘Rhizoctonia disease complex’. Between the growing seasons R. solani survives in soil and plant debri as sclerotia or as the sclerotia called black scurf on potato tubers which when used as seed offer the main route for dispersal of the fungus to new areas. The reasons for the dominance of AG-3 on potato seem to be attributable to its highly specialization to potato and its ability to infect and form sclerotia efficiently at low temperatures. In this study, a large nationwide survey of R. solani isolates was made in potato crops in Finland. Almost all characterized isolates belonged to AG-3. Additionally, three other AGs (AG-2-1, AG-4 and AG-5) were found associated with symptoms on potato plants but they were weaker pathogens on potato than AG-3 as less prone to form black scurf. According to phylogenetic analysis of the internal transcribed sequences (ITS) of the ribosomal RNA genes the Finnish AG-3 isolates are closely related to each other even though a wide variation of physiological features was observed between them. Detailed analysis of the ITS regions revealed single nucleotide polymorphism in 14 nucleotide positions of ITS-1 and ITS-2. Additionally, compensatory base changes on ITS-2 were detected which suggests that potato-infecting R. solani AG-3 could be considered as a separate species instead of an AG of R. solani. For the first time, molecular defence responses were studied and detected during the early phases of interaction between R. solani AG-3 and potato. Extensive systemic signalling for defence exploiting several known defence pathways was activated as soon as R. solani came into close contact with the base of a sprout. The defence response was strong enough to protect vulnerable sprout tips from new attacks by the pathogen. These results at least partly explain why potato emergence is eventually successful even under heavy infection pressure by R. solani.

Biological Control of Oilseed Rape Pests with Entomopathogenic Nematodes

Biological control techniques attract increasing attention as one of the sustainable alternatives to pesticide use in integrated pest management programs. In order to develop sustainable pest management methods for arable crops based on entomopathogenic nematodes (EPN), their efficacy and persistence needed to be investigated, and an economically feasible delivery system had to be developed. In this study, first a survey of entomopathogens was conducted, and a system approach was tested, using the oilseed Brassica (OSB) growing system (OSB, spring wheat, and red clover) as a model. The system approach aimed at determining the potential of Steinernema feltiae (Filipjev) for the control of OSB pests, developing OSB rotation schemes that support EPN persistence, and investigating the impact of the selected biotic and abiotic factors on efficacy and persistence of EPN. This study employed abductive logic (which employs constant interplay between the theory and empirical observation), quantitative methods, and a case study on OSB. Laboratory and field experiments were carried out, and two types of pathogen surveys. A horizontal survey included OSB fields across Estonia, Germany, Poland, Sweden and the UK, while a vertical survey included sampling from two sets of differently managed experimental fields during three years. A new approach was introduced for measuring occurrence, where the prevalence and relative intensity of entomopathogens, biotic agents, and unidentified insect antagonists were determined. The effect of dose, timing, and the application method on S. feltiae in the control of pests in OSB, and the potential of a controlled release delivery system (CRS) were evaluated in the field. Studies on the impact of selected biotic and abiotc factors (Brassica plant, bait insects, developmental stages of Meligethes aeneus Fab., Isaria fumosorosea Wize (Ifr), and organic and synthetic fertilizers) on the efficacy of S. feltiae were conducted in the laboratory. Persistence of S. feltiae in the OSB growing system, and the effect of dose, timing, and the application method, was assessed in the field as part of the efficacy experiments. The impact of selected biotic and abiotic factors on S. feltiae persistence was assessed in laboratory experiments. The pathogen survey showed that the occurrence of entomopathogens is low in the OSB growing system, and that a management system causing less disturbance (ICM) to the soil increases the relative intensity of insect parasitic nematodes and other insect antagonists. A longer study period is required to show any possible impact of ICM on the relative intensity of entomopathogenic fungi, or on the prevalence of entomopathogens. Two different measures of the occurrence yielded different results: the relative intensity revealed the difference between the two different crop management methods, while prevalence did not. The highest efficacy of S. feltiae was achieved by using a low dose and targeting all stages of M. aeneus. When only the larval stage was targeted, the application method and dose had no significant effect. The CRS decreased the pest abundance significantly more than the surface application method. S. feltiae persisted in the OSB fields in Finland for several months, but did not survive the winter. The strain survived for 7 months when it was applied in autumn in Germany, but its populations declined rapidly after winter. The examined biotic and abiotic factors had variable impacts on S. feltiae efficacy and persistence. The two measures, prevalence and relative intensity of entomopathogens, gave valuable information for their use in biocontrol programs. The recommended biocontrol strategy for OSB growing in Finland is inundation and seasonal inoculation of EPN. The impact of some biotic and abiotic factors on S. feltiae efficacy and persistence is significant, and can be used to improve the efficacy of EPN. The CRS is a novel alternative for EPN application, and should also be considered for use on other crops. Keywords: Biological control, inundation, inoculation, conservation, formulation, slow release method, crop rotation, Entomopathogenic nematodes, Steinernema feltiae, oilseed rape pests, Meligethes aeneus, Phyllotreta spp., occurrence, prevalence, intensity, efficacy, persistence, field, Isaria fumosorosea, biotic factors, abiotic factors, interaction, impact, insect stages, integrated crop management, standard (conventional) crop management

Impact of the Human Bacterial Environment on Mycobacteriosis and Allergy

My work describes two sectors of the human bacterial environment: 1. The sources of exposure to infectious non-tuberculous mycobacteria. 2. Bacteria in dust, reflecting the airborne bacterial exposure in environments protecting from or predisposing to allergic disorders. Non-tuberculous mycobacteria (NTM) transmit to humans and animals from the environment. Infection by NTM in Finland has increased during the past decade beyond that by Mycobacterium tuberculosis. Among the farm animals, porcine mycobacteriosis is the predominant NTM disease in Finland. Symptoms of mycobacteriosis are found in 0.34 % of slaughtered pigs. Soil and drinking water are suspected as sources for humans and bedding materials for pigs. To achieve quantitative data on the sources of human and porcine NTM exposure, methods for quantitation of environmental NTM are needed. We developed a quantitative real-time PCR method, utilizing primers targeted at the 16S rRNA gene of the genus of Mycobacterium. With this method, I found in Finnish sphagnum peat, sandy soils and mud high contents of mycobacterial DNA, 106 to 107 genome equivalents per gram. A similar result was obtained by a method based on the Mycobacterium-specific hybridization of 16S rRNA. Since rRNA is found mainly in live cells, this result shows that the DNA detected by qPCR mainly represented live mycobacteria. Next, I investigated the occurrence of environmental mycobacteria in the bedding materials obtained from 5 pig farms with high prevalence (>4 %) of mycobacteriosis. When I used for quantification the same qPCR methods as for the soils, I found that piggery samples contained non-mycobacterial DNA that was amplified in spite of several mismatches with the primers. I therefore improved the qPCR assay by designing Mycobacterium-specific detection probes. Using the probe qPCR assay, I found 105 to 107 genome equivalents of mycobacterial DNA in unused bedding materials and up to 1000 fold more in the bedding collected after use in the piggery. This result shows that there was a source of mycobacteria in the bedding materials purchased by the piggery and that mycobacteria increased in the bedding materials during use in the piggery. Allergic diseases have reached epidemic proportions in urbanized countries. At the same time, childhood in rural environment or simple living conditions appears to protect against allergic disorders. Exposure to immunoreactive microbial components in rural environments seems to prevent allergies. I searched for differences in the bacterial communities of two indoor dusts, an urban house dust shown to possess immunoreactivity of the TH2-type and a farm barn dust with TH1-activity. The immunoreactivities of the dusts were revealed by my collaborators, in vitro in human dendritic cells and in vivo in mouse. The dusts accumulated >10 years in the respiratory zone (>1.5 m above floor), thus reflecting the long-term content of airborne bacteria at the two sites. I investigated these dusts by cloning and sequencing of bacterial 16S rRNA genes from dust contained DNA. From the TH2-active urban house dust, I isolated 139 16S rRNA gene clones. The most prevalent genera among the clones were Corynebacterium (5 species, 34 clones), Streptococcus (8 species, 33 clones), Staphylococcus (5 species, 9 clones) and Finegoldia (1 species, 9 clones). Almost all of these species are known as colonizers of the human skin and oral cavity. Species of Corynebacterium and Streptococcus have been reported to contain anti-inflammatory lipoarabinomannans and immunmoreactive beta-glucans respectively. Streptococcus mitis, found in the urban house dust is known as an inducer of TH2 polarized immunity, characteristic of allergic disorders. I isolated 152 DNA clones from the TH1-active farm barn dust and found species quite different from those found from the urban house dust. Among others, I found DNA clones representing Bacillus licheniformis, Acinetobacter lwoffii and Lactobacillus each of which was recently reported to possess anti-allergy immunoreactivity. Moreover, the farm barn dust contained dramatically higher bacterial diversity than the urban house dust. Exposure to this dust thus stimulated the human dendritic cells by multiple microbial components. Such stimulation was reported to promote TH1 immunity. The biodiversity in dust may thus be connected to its immunoreactivity. Furthermore, the bacterial biomass in the farm barn dust consisted of live intact bacteria mainly. In the urban house dust only ~1 % of the biomass appeared as intact bacteria, as judged by microscoping. Fragmented microbes may possess bioactivity different from that of intact cells. This was recently shown for moulds. If this is also valid for bacteria, the different immunoreactivities of the two dusts may be explained by the intactness of dustborne bacteria. Based on these results, we offer three factors potentially contributing to the polarized immunoreactivities of the two dusts: (i) the species-composition, (ii) the biodiversity and (iii) the intactness of the dustborne bacterial biomass. The risk of childhood atopic diseases is 4-fold lower in the Russian compared with the Finnish Karelia. This difference across the country border is not explainable by different geo-climatic factors or genetic susceptibilities of the two populations. Instead, the explanation must be lifestyle-related. It has already been reported that the microbiological quality of drinking water differs on the two sides of the borders. In collaboration with allergists, I investigated dusts collected from homes in the Russian Karelia and in the Finnish Karelia. I found that bacterial 16S rRNA genes cloned from the Russian Karelian dusts (10 homes, 234 clones) predominantly represented Gram-positive taxa (the phyla Actinobacteria and Firmicutes, 67%). The Russian Karelian dusts contained nine-fold more of muramic acid (60 to 70 ng mg-1) than the Finnish Karelian dusts (3 to 11 ng mg-1). Among the DNA clones isolated from the Finnish side (n=231), Gram-negative taxa (40%) outnumbered the Gram-positives (34%). Out of the 465 DNA clones isolated from the Karelian dusts, 242 were assigned to cultured validly described bacterial species. In Russian Karelia, animal-associated species e.g. Staphylococcus and Macrococcus were numerous (27 clones, 14 unique species). This finding may connect to the difference in the prevalence of allergy, as childhood contacts with pets and farm animals have been connected with low allergy risk. Plant-associated bacteria and plant-borne 16S rRNA genes (chloroplast) were frequent among the DNA clones isolated from the Finnish Karelia, indicating components originating from plants. In conclusion, my work revealed three major differences between the bacterial communtites in the Russian and in the Finnish Karelian homes: (i) the high prevalence of Gram-positive bacteria on the Russian side and of Gram-negative bacteria on the Finnish side and (ii) the rich presence of animal-associated bacteria on the Russian side whereas (iii) plant-associated bacteria prevailed on the Finnish side. One or several of these factors may connect to the differences in the prevalence of allergy.

Forward osmosis as a pre-treatment for treating coal seam gas associated water: Flux and fouling behaviours

In this study, a bench scale forward osmosis (FO) process was operated using two commonly available FO membranes in different orientations in order to examine the removal of foulants in the coal seam gas (CSG) associated water, the water flux and fouling behaviours of the process were also investigated. After 48 h of fouling simulation experiment, the water flux declined by approximately 55 and 35% of its initial level in the TFC-PRO and CTA-PRO modes (support layer facing the feed), respectively, while the flux decline in the TFC-FO and CTA-FO modes (active layer facing the feed) was insignificant. The flux decline in PRO modes was caused by the compounding effects of internal concentration polarisation and membrane fouling. However, the declined flux was completely recovered to its initial level following the hydraulic cleaning using deionised water. Dissolved organic carbon (DOC), adenosine tri-phosphate (ATP) and major inorganic scalants (Ca, Mg and silica) in the CSG feed were effectively removed by using the FO process. The results of this study suggest that the FO process shows promising potential to be employed as an effective pre-treatment for membrane purification of CSG associated water.

Diet and the development of atherosclerosis: a whole-diet approach from childhood to adulthood

Cardiovascular diseases (CVDs) are the leading cause of mortality in the world. Studies of the impact of single nutrients on the risk for CVD have often provided inconclusive results, and recent research in nutritional epidemiology with a more holistic whole-diet approach has proven fruitful. Moreover, dietary habits in childhood and adolescence may play a role in later health and disease, either independently or by tracking into adulthood. The main aims of this study were to find childhood and adulthood determinants of adulthood diet, to identify dietary patterns present among the study population and to study the associations between long-term food choices and cardiovascular health in young Finnish adults. The study is a part of the multidisciplinary Cardiovascular Risk in Young Finns study, which is an ongoing, prospective cohort study with a 21-year follow-up. At baseline in 1980, the subjects were children and adolescents aged 3 to 18 years (n included in this study = 1768), and young adults aged 24 to 39 years at the latest follow-up study in 2001 (n = 1037). Food consumption and nutrient intakes were assessed with repeated 48-hour dietary recalls. Other determinations have included comprehensive risk factor assessments using blood tests, physical measurements and questionnaires. In the latest follow-up, ultrasound examinations were performed to study early atherosclerotic vascular changes. The average intakes showed substantial changes since 1980. Intakes of fat and saturated fat had decreased, whereas the consumption of fruits and vegetables had increased. Intake of fat and consumption of vegetables in childhood and physical activity in adulthood were important health behavioural determinants of adult diet. Additionally, a principal component analysis was conducted to identify major dietary patterns at each study point. A similar set of two major patterns was recognised throughout the study. The traditional dietary pattern positively correlated with the consumption of traditional Finnish foods, such as rye, potatoes, milk, butter, sausages and coffee, and negatively correlated with fruit, berries and dairy products other than milk. This type of diet was independently associated with several risk factors of CVD, such as total and low-density lipoprotein cholesterol, apolipoprotein B and C-reactive protein concentrations among both genders, as well as with systolic blood pressure and insulin levels among women. The traditional pattern was also independently associated with intima media thickness (IMT), a subclinical predictor of CVD, in men but not in women. The health-conscious pattern, predominant among female subjects, non-smokers and urbanites, was characterised by more health-conscious food choices such as vegetables, legumes and nuts, tea, rye, fish, cheese and other dairy products, as well as by the consumption of alcoholic beverages. This pattern was inversely, but less strongly, associated with cardiovascular risk factors. Tracking of the dietary pattern scores was observed, particularly among subjects who were adolescents at baseline. Moreover, a long-term high intake of protein concurrent with a low intake of fat was positively associated with IMT. These findings suggest that food behaviour and food choices are to some extent established as early as in childhood or adolescence and may significantly track into adulthood. Long-term adherence to traditional food choices seems to increase the risk for developing CVD, especially among men. Those with intentional or unintentional low fat diets, but with high intake of protein may also be at increased risk for CVD. The findings offer practical, food-based information on the relationship between diet and CVD and encourage further use of the whole-diet approach in epidemiological research. The results support earlier findings that long-term food choices play a role in the development of CVD. The apparent influence of childhood habits is important to bear in mind when planning educational strategies for the primary prevention of CVD. Further studies on food choices over the entire lifespan are needed.

Assessment and control of Bacillus cereus emetic toxin in food

Despite of improving levels of hygiene, the incidence of registered food borne disease has been at the same level for many years: there were 40 to 90 epidemics in which 1000-9000 persons contracted food poisoning through food or drinking water in Finland. Until the year 2004 salmonella and campylobacter were the most common bacterial causes of food borne diseases, but in years 2005-2006 Bacillus cereus was the most common. Similar developement has been published i.e. in Germany already in the 1990´s. One reason for this can be Bacillus cereus and its emetic toxin, cereulide. Bacillus cereus is a common environmental bacterium that contaminates raw materials of food. Otherwise than salmonella and campylobacter, Bacillus cereus is a heat resistant bacterium, capable of surviving most cooking procedures due to the production of highly thermo resistant spores. The food involved has usually been heat treated and surviving spores are the source of the food poisoning. The heat treatment induces germination of the spore and the vegetative cells then produce toxins. This doctoral thesis research focuses on developing methods for assessing and eliminating risks to food safety by cereulide producing Bacillus cereus. The biochemistry and physiology of cereulide production was investigated and the results were targeted to offer tools for minimizing toxin risk in food during the production. I developed methods for the extraction and quantitative analysis of cereulide directly from food. A prerequisite for that is knowledge of the chemical and physical properties of the toxin. Because cereulide is practically insoluble in water, I used organic solvents; methanol, ethanol and pentane for the extraction. For extraction of bakery products I used high temperature (100C) and pressure (103.4 bars). Alternaties for effective extraction is to flood the plain food with ethanol, followed by stationary equilibration at room temperature. I used this protocol for extracting cereulide from potato puree and penne. Using this extraction method it is also possible also extract cereulide from liquid food, like milk. These extraction methods are important improvement steps for studying of Bacillus cereus emetic food poisonings. Prior my work, cereulide extraction was done using water. As the result, the yield was poor and variable. To investigate suspected food poisonings, it is important to show actual toxicity of the incriminated food. Many toxins, but not cereulide, inactivate during food processing like heating. The next step is to identify toxin by chemical methods. I developed with my colleague Maria Andesson a rapid assay for the detection of cereulide toxicity, within 5 to 15 minutes. By applying this test it is possible to rapidly detect which food was causing the food poisoning. The chemical identification of cereulide was achieved using mass spectrometry. I used cereulide specific molecular ions, m/z (+/-0.3) 1153.8 (M+H+), 1171.0 (M+NH4+), 1176.0 (M+Na+) and 1191.7 (M+K+) for reliable identification. I investigated foods to find out their amenability to accumulate cereulide. Cereulide was formed high amounts (0.3 to 5.5 microg/g wet wt) when of cereulide producing B. cereus strains were present in beans, rice, rice-pastry and meat-pastry, if stored at non refrigerated temperatures (21-23C). Rice and meat pastries are frequently consumed under conditions where no cooled storage is available e.g. picnics and outdoor events. Bacillus cereus is a ubiquitous spore former and is therefore difficult to eliminate from foods. It is therefore important to know which conditions will affect the formation of cereulide in foods. My research showed that the cereulide content was strongly (10 to 1000 fold differences in toxin content) affected by the growth environment of the bacterium. Storage of foods under nitrogen atmosphere (> 99.5 %) prevented the production of cereulide. But when also carbon dioxide was present, minimizing the oxygen contant (< 1%) did not protect the food from formation of cereulide in preliminary experiments. Also food supplements affected cereulide production at least in the laboratory. Adding free amino acids, leucine and valine, stimulated cereulide production 10 to 20 fold. In peptide bonded form these amino acids are natural constituents in all proteins. Interestingly, adding peptide bonded leucine and valine had no significant effect on cereulide production. Free amino acids leucine and valine are approved food supplements and widely used as flawour modifiers in food technology. My research showed that these food supplements may increase food poisoning risk even though they are not toxic themselves.

Microbial life and deposits in paper machine circuits

Väitöskirjani käsittele mikrobien ja erilaisten kemikaalien rooleja saostumien ja biofilmien muodostumisessa paperi- ja kartonkikoneilla. "Saostuma" tässä työssä tarkoittaa kiinteän aineen kertymää konepinnoille tai rajapinnoille konekierroissa, jotka on tarkoitettu massasulppujen, lietteiden, vesien tai ilman kuljetukseen. Saostumasta tulee "biofilmi" silloin kun sen oleellinen rakennekomponentti on mikrobisolut tai niiden tuotteet. Väitöstyöni työhypoteesina oli, että i. tietämys saostumien koostumuksesta, sekä ii. niiden rakenteesta, biologisista, fysikaalis-kemiallisista ja teknisistä ominaisuuksista ohjaavat tutkijaa löytämään ympäristöä säästäviä keinoja estää epätoivottujen saostumien muodostus tai purkaa jo muodostuneita saostumia. Selvittääkseni saostumien koostumista ja rakennetta käytin monia erilaisia analytiikan työkaluja, kuten elektronimikroskopiaa, konfokaali-laser mikroskopiaa (CLSM), energiadispersiivistä röntgenanalyysiä (EDX), pyrolyysi kaasukromatografiaa yhdistettynä massaspektrometriaan (Py-GCMS), joninvaihtokromatografiaa, kaasukromatografiaa ja mikrobiologisia analyysejä. Osallistuin aktiivisesti innovatiivisen, valon takaisinsirontaan perustuvan sensorin kehittämistyöhön, käytettäväksi biofilmin kasvun mittaukseen suoraan koneen vesikierroista ja säiliöistä. Työni osoitti, että monet paperinvalmistuksessa käytetyistä kemikaaleista reagoivat keskenään tuottaen orgaanisia tahmakerroksia konekiertojen teräspinnoille. Löysin myös kerrostumia, jotka valomikroskooppisessa tarkastelussa oli tulkittu mikrobeiksi, mutta jotka elektronimikroskopia paljasti alunasta syntyneiksi, alumiinihydroksidiksi joka saostui pH:ssa 6,8 kiertokuitua käyttävän koneen viiravesistä. Monet paperintekijät käyttävät vieläkin alunaa kiinnitysaineena vaikka prosessiolot ovat muuttuneet happamista neutraaleiksi. Sitä pidetään paperitekijän "aspiriinina", mutta väitöstutkimukseni osoitti sen riskit. Löysin myös orgaanisia saostumia, joiden alkuperä oli aineiden, kuten pihkan, saippuoituminen (kalsium saippuat) niin että muodostui tahmankasvua ylläpitävä alusta monilla paperi- ja kartonkikoneilla. Näin solumuodoiltaan Deinococcus geothermalista muistuttavia bakteereita kasvamassa lujasti teräskoepalojen pintaan kiinnittyneinä pesäkkeinä, kun koepaloja upotettiin paperikoneiden vesikiertoihin. Nämä deinokokkimaiset pesäkkeet voivat toimia jalustana, tarttumisalustana muiden mikrobien massoille, joka selittäisi miksi saostumat yleisesti sisältävät deinokokkeja pienenä, muttei koskaan pääasiallisena rakenneosana. Kun paperikoneiden käyttämien vesien (raakavedet, lämminvesi, biologisesti puhdistettu jätevesi) laatua tutkitaan, mittausmenetelmällä on suuri merkitys. Koepalan upotusmenetelmällä todettu biofilmikasvu ja viljelmenetelmällä mitattu bakteerisaastuneisuus korreloivat toisiinsa huonosti etenkin silloin kun likaantumisessa oli mukana rihmamaiseti kasvavia bakteereja. Huoli ympäristöstä on pakottanut paperi- ja kartonkikoneiden vesikiertojen sulkemiseen. Vesien kierrätys ja prosessivesien uudelleenkäyttö nostavat prosessilämpötilaa ja lisäävät koneella kiertävien kolloidisten ja liuenneiden aineiden määriä. Tutkin kiertovesien pitoisuuksia kolmessa eriasteisesti suljetussa tehtaassa, joiden päästöt olivat 0 m3, 0,5 m3 ja 4 m3 jätevettä tuotetonnia kohden, perustuen puhdistetun jäteveden uudelleen käyttöön. Nollapäästöisellä tehtaalla kiertovesiin kertyi paljon orgaanisesti sidottua hiiltä (> 10 g L-1), etenkin haihtuvina happoina (maito-, etikka-, propioni- ja voi-). Myös sulfaatteja, klorideja, natriumia ja kalsiumia kertyi paljon, > 1 g L-1 kutakin. Pääosa (>40%) kaikista bakteereista oli 16S rRNA geenisekvenssianalyysien tulosten perusteella sukua, joskin etäistä (< 96%) ainoastaan Enterococcus cecorum bakteerille. 4 m3 päästävältä tehtaalta löytyi lisäksi Bacillus thermoamylovorans ja Bacillus coagulans. Tehtaiden saostumat sisälsivät arkkeja suurina pitoisuuksina, ≥ 108 g-1, mutta tunnistukseen riittävää sekvenssisamanlaisuutta löytyi vain yhteen arkkisukuun, Methanothrix. Tutkimustulokset osoittivat että tehtaan vesikiertojen sulkeminen vähensi rajusti mikrobiston monimuotoisuutta, muttei estänyt liuenneen aineen ja kiintoaineen mineralisoitumista.

Ravinnon hiilihydraattien glykemiaindeksin vaikutus keskiglukoosipitoisuuteen ja glukoosikäyrän alaiseen pinta-alaan henkilöillä, joilla on heikentynyt glukoosinsieto

Johdanto Korkeat aterianjälkeiset veren glukoosipitoisuushuiput ovat haitallisia verisuonille jo ennen varsinaisten diabeteskriteerien täyttymistä. Valitsemalla alhaisen glykemiaindeksin (GI) hiilihydraatteja ruokavalioon, voidaan veren glukoosipitoisuutta alentaa diabeetikoilla. Tyypin 2 diabeteksen lisääntymisen takia on tarpeellista etsiä keinoja ehkäistä sairauden puhkeamista riskiryhmissä. Glukoosimonitorilla on mahdollista seurata aiempaa tarkemmin glykemiaindeksin vaikutusta veren glukoosipitoisuuteen. Tavoitteet Selvittää, miten korvaamalla ruokavalion tavanomaiset hiilihydraatit joko korkean tai alhaisen GI:n hiilihydraateilla voidaan vaikuttaa vuorokauden keskiglukoosipitoisuuteen. Lisäksi tavoitteena oli selvittää, voidaanko vain hiilihydraattien laatua muuttamalla, puuttumatta niiden määrään tai muuhun ruokavalioon, vaikuttaa glukoosiaineenvaihduntaan henkilöillä, joilla on heikentynyt glukoosin sieto. Tutkittavat ja menetelmät Tutkimus toteutettiin satunnaistettuna vaihtovuorokokeena, jossa tutkittavina oli 56 51-73-vuotiasta henkilöä, joista naisia oli 41 ja miehiä 15. Tutkittavilla oli heikentynyt glukoosinsieto tai ruokavaliohoitoinen tyypin 2 diabetes. Tutkittavat korvasivat ruokavalionsa päähiilihydraatit 7-10 vuorokauden ajaksi glykemiaindeksiltään joko alhaiseksi (GI = 38) tai korkeaksi (GI = 72) arvioiduilla tutkimushiilihydraateilla. Kolmen viimeisen vuorokauden ajaksi tutkittaville asennettiin glukoosimonitoriin kytketty ihonalainen sensori, joka mittasi kudosnesteen glukoosipitoisuutta ja tutkimusjaksojen lopuksi tutkittaville tehtiin oraalinen glukoosirasituskoe. Tulokset Alhaisen GI:n ruokavaliolla kahden vuorokauden glukoosikäyrien alainen pinta-ala oli pienempi kuin korkean GI:n ruokavaliolla (16487 vs. 17270 mmol/l*48h; p = 0,009, n = 47). Vastaavasti kahden vuorokauden keskiglukoosipitoisuudet olivat 5,7 mmol/l ja 6,0 mmol/l, p = 0,009, n = 47. Glykosyloitunut hemoglobiini oli alhaisen GI:n ruokavalion jälkeen pienempi (5,33% vs. 5,38 %, p = 0,017, n = 53). Tutkittavien paino pieneni kummallakin ruokavaliolla; alhaisen GI:n ruokavaliolla 1,02 kg ja korkean GI:n ruokavaliolla 0,31 kg (p alle 0,001, n = 56). Vaikutusta plasman paastoglukoosiin ja seerumin paastoinsuliiniin ei ollut. Johtopäätökset Korvaamalla ruokavalion päähiilihydraatit alhaisen GI:n hiilihydraateilla, voidaan pitkäaikaista glukoositasoa pienentää ja näin ollen mahdollisesti ehkäistä heikentyneen glukoosinsiedon kehittymistä tyypin 2 diabetekseksi. Koska paastoglukoosipitoisuus ja paastoinsuliinipitoisuus eivät muuttuneet, lienee erityisesti aterianjälkeisillä glukoosihuipuilla merkitystä elimistön pitkäaikaiselle glukoositasolle henkilöillä, joilla on heikentynyt glukoosinsieto.

Sianlihan tuotantoon vaikuttavat tekijät vuosina 1995-2006

Ennen Suomen EU-jäsenyyttä kansallisen maatalouspolitiikan yksi päätavoitteista oli elintarvikeomavaraisuus. Tavoitteen saavuttamiseksi Suomessa oli maatalouspolitiikan osalta käytössä hintatukijärjestelmä, jossa yksi pääasiallisista tuotannon ohjauskeinoista oli tavoitehinnat, joilla valtiovalta pyrki vaikuttamaan tuottajahintoihin. Tavoitehintojen avulla tuottajat pystyivät ennakoimaan tulevan hintatason ja näin siirtämään tuotantoaan taloudellisesti kannattavimpaan suuntaan. Tästä oli kuitenkin seurauksena kotimaisen elintarvikeomavaraisuuden ylittyminen varsinkin eläinkunnan tuotteiden osalta. Vuonna 1994 lihatuotteiden yhteenlaskettu omavaisuus oli 110 prosenttia. Sianlihan osalta omavaisuus oli hieman tätä suurempi, 114 prosenttia. Suomen liityttyä EU:n jäsenmaaksi vuonna 1995 tavoitehinnoista luovuttiin ja samalla tuottajahinnat putosivat. Korvaukseksi tuottajahintojen pudotuksesta tuottajille alettiin maksaa suoria tulotukia. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää mitkä tekijät vaikuttivat sianlihan tuotantopäätöksiin maatalouden muuttuneessa toimintaympäristössä ja miten yhteisen maatalouspolitiikan uudistukset vaikuttivat sianlihan tarjontaan. Tutkimuksen tarkasteluaikavälinä olivat vuodet 1995 2006. Tutkimuksen tavoitteena oli myös tuotantoon vaikuttavien tekijöiden pohjalta ennustaa sianlihan tuotantoa vuoteen 2013. Tuotantopäätöksiin vaikuttavia tekijöitä tarkasteltiin regressio-analyysin avulla, jotta saataisiin selville sianlihan tuotantoa parhaiten selittävät tekijät. Tutkimuksen aikasarja-aineisto poimittiin maa- ja metsätalousministeriön tietopalvelukeskuksen (Tike:n) ja tilastokeskuksen julkaisemista ja ylläpitämistä tilastoista. Sianlihan tuotantoon vaikuttavien tekijöiden ennusteisiin tutkimuksessa käytettiin sekä kansainvälisten että kotimaisten taloustutkimuslaitosten ja organisaatioiden ennusteita. Tutkimuksen teoreettinen viitekehys muodostui yrityksen teoriasta, tarjontateoriasta ja aikavälin merkityksestä tarjontaan. Tuotantomallin estimoinnin tuloksena sianlihan tuotantoon vaikuttivat vuosien 1996 2006 aikana sianlihan tuotannon tuottavuuden kasvua kuvaava teknologiamuuttuja, neljällä neljänneksellä viivästetty sianlihan tuottajahinta ja tuotantotuet yhteenlaskettuna, kolmella neljänneksellä viivästetty vehnän tuottajahinta, kahdeksalla neljänneksellä viivästetty sianlihan tuotanto, kahdella neljänneksellä viivästetty porsaan välityshinta ja kuudella neljänneksellä viivästetty investointituet. Sianlihan tuotantomallin selitysasteeksi saatiin 0,91. Estimoidulla tuotantomallilla ennustettiin sianlihan tuotannon kehitystä vuosina 2007 2013. Perusskenaariossa tuotannon ennustettiin muuttuvan vuodesta 2007 eteenpäin samalla tavalla kuin vuosina 1995 2006 keskimäärin. Perusskenaarion lisäksi tuotantomallilla simuloitiin tuotantotukien ja investointitukien dekoplauksen vaikutusta sianlihan tuotantoon. Tuotantotukien dekoplauksen myötä sianlihan tuotanto laskisi 177 milj. kiloon vuonna 2009, mutta nousisi 193 milj. kiloon vuonna 2013. Investointitukien dekoplauksen myötä tuotanto laskisi 176 milj. kiloon vuonna 2009 ja nousisi vuoteen 2013 mennessä 191 milj. kiloon. Suurimman pudotuksen aiheutti kuitenkin vehnän tuottajahinnan nousu vuosien 2006 ja 2007 aikana, jonka seurauksena sianlihan tuotanto laskisi jo vuonna 2008 180 milj. kiloon.

Kaksikertasironnan simulointi

Mahdollisimman tarkka tieto varatun hiukkasen energianmenetyksestä sen kulkiessa näytteessä on usein hyvin olennaista varteenotettavien tutkimustulosten aikaansaamiseksi monilla eri fysiikan suuntautumisaloilla. Aihe onkin hyvin laajalti tutkittu. Kehityksen kuitenkin edetessä yhä pienempiin mittasuhteisiin ja tarkempiin arvoihin on tärkeää, että myös ionien energianmenetyksestä väliaineessa saadaan yhä tarkempaa tietoa. Takaisinsirontaspektrometriassa tarkastellaan näytteestä sironneita ammusioneja. Takaisinsironnan avulla voidaan tunnistaa näytteen sisältämät alkuaineet, selvittää syvyysjakauma ja näytteen alkuaineiden suhteelliset runsaudet. Menetelmään liittyvät ilmiöt ovat varsin monimutkaisia ja niiden teoreettinen mallintaminen siten haasteellista. Kun tavoitteena on simuloida mahdollisimman tarkasti tilannetta, jossa kiihdytetty ioni etenee näytteessä ei analyyttinen ratkaisumalli välttämättä ole paras vaihtoehto. Tilannetta kuvaamaan onkin kehitetty useita eri laskennallisia menetelmiä. Tässä työssä tarkasteltiin sitä kuinka paljon kaksikertasironnan huomioon ottaminen vaikuttaa tuloksiin takaisinsirontaa simuloitaessa. Useimmat takaisinsironnan mallinnusohjelmat ottavat huomioon ainoastaan yksikertasironnan. Tämä on varsin ymmärrettävää, sillä jo toisen sirontatapahtuman huomioon ottaminen ja mallintaminen analyyttisesti lisää huomattavasti simulaation laskutapahtumien lukumäärää ja hidastaa siten itse simulaatiota. Työtä varten kirjoitettiin ohjelma, jolla simuloituja tuloksia verrattiin sekä näytteistä mitattuihin että toisella simulaatio-ohjelmalla tuotettuihin spektreihin. Vertailusta kävi selvästi ilmi kaksikertasironnan merkitys takaisinsirontaa simuloitaessa. Yksikertasironnan tuoma informaatio päättyy energiaan, jolla näytteen takareunasta sironnut ioni havaitaan ilmaisimessa. Toisen sirontatapahtuman huomioon ottaminen tuo lisäinformaatiota etenkin spektrin häntäalueella. Laaditulla ohjelmalla pystyttiin nyt käsittelemään ainoastaan erikoistapausta, jossa ionisuihku ammuttiin kohtisuoraan näytteeseen. Looginen jatkotoimenpide työn parissa olisi laajentaa ohjelma käsittämään muutkin ionisuihkun tulokulmat.