Optimization strategies for fast detection of positive selection on phylogenetic trees.

MOTIVATION: The detection of positive selection is widely used to study gene and genome evolution, but its application remains limited by the high computational cost of existing implementations. We present a series of computational optimizations for more efficient estimation of the likelihood function on large-scale phylogenetic problems. We illustrate our approach using the branch-site model of codon evolution. RESULTS: We introduce novel optimization techniques that substantially outperform both CodeML from the PAML package and our previously optimized sequential version SlimCodeML. These techniques can also be applied to other likelihood-based phylogeny software. Our implementation scales well for large numbers of codons and/or species. It can therefore analyse substantially larger datasets than CodeML. We evaluated FastCodeML on different platforms and measured average sequential speedups of FastCodeML (single-threaded) versus CodeML of up to 5.8, average speedups of FastCodeML (multi-threaded) versus CodeML on a single node (shared memory) of up to 36.9 for 12 CPU cores, and average speedups of the distributed FastCodeML versus CodeML of up to 170.9 on eight nodes (96 CPU cores in total).Availability and implementation: ftp://ftp.vital-it.ch/tools/FastCodeML/. CONTACT: selectome@unil.ch or nicolas.salamin@unil.ch.

Transcriptional regulatory patterns of the myelin basic protein and malic enzyme genes by the thyroid hormone receptors alpha1 and beta1.

While there is evidence that the two ubiquitously expressed thyroid hormone (T3) receptors, TRalpha1 and TRbeta1, have distinct functional specificities, the mechanism by which they discriminate potential target genes remains largely unexplained. In this study, we demonstrate that the thyroid hormone response elements (TRE) from the malic enzyme and myelin basic protein genes (METRE and MBPTRE) respectively, are not functionally equivalent. The METRE, which is a direct repeat motif with a 4-base pair gap between the two half-site hexamers binds thyroid hormone receptor as a heterodimer with 9-cis-retinoic acid receptor (RXR) and mediates a high T3-dependent activation in response to TRalpha1 or TRbeta1 in NIH3T3 cells. In contrast, the MBPTRE, which consists of an inverted palindrome formed by two hexamers spaced by 6 base pairs, confers an efficient transactivation by TRbeta1 but a poor transactivation by TRalpha1. While both receptors form heterodimers with RXR on MBPTRE, the poor transactivation by TRalpha1 correlates also with its ability to bind efficiently as a monomer. This monomer, which is only observed with TRalpha1 bound to MBPTRE, interacts neither with N-CoR nor with SRC-1, explaining its functional inefficacy. However, in Xenopus oocytes, in which RXR proteins are not detectable, the transactivation mediated by TRalpha1 and TRbeta1 is equivalent and independent of a RXR supply, raising the question of the identity of the thyroid hormone receptor partner in these cells. Thus, in mammalian cells, the binding characteristics of TRalpha1 to MBPTRE (i.e. high monomer binding efficiency and low transactivation activity) might explain the particular pattern of T3 responsiveness of MBP gene expression during central nervous system development.

Enzymes musculaires et exercice physique [Muscle enzyme activity and exercise]

Exercise is classically associated with muscular soreness, presenting one to two days later, delayed onset muscular soreness. Blood muscle enzymes and protein elevations are characteristic, and may cause renal failure. Creatin phosphokinase peak appears on the fourth day and depends on exercise type and individual parameters. This effect is attenuated with repeated bouts, by habituation. Metabolic complications are rare. The knowledge of this reaction, even with common exercises, allows to postpone investigations for a complex metabolic disorder, or to avoid stopping a medication for fear of a side effect, as with statins. Indeed, it is necessary to wait for seven days without any exercise before interpreting an elevated CK result.

Identification of parasitoid species using PCR amplification and restriction enzyme digestion

Spodoptera frugiperda is a pest of great economic importance in the Americas. It is attacked by several species of parasitoids, which act as biological control agents. Parasitoids are morphologically identifiable as adults, but not as larvae. Laboratory rearing conditions are not always optimal to rear out parasitic wasps from S. frugiperda larvae collected from wild populations, and it frequently happens that parasitoids do not complete their life cycle and stop developing at the larval stage. Therefore, we explored ways to identify parasitoid larvae using molecular techniques. Sequencing is one possible technique, yet it is expensive. Here we present an alternate, cheaper way of identifying seven species of parasitoids (Cotesia marginiventris, Campoletis sonorensis, Pristomerus spinator, Chelonus insularis, Chelonus cautus, Eiphosoma vitticolle and Meteorus laphygmae) using PCR amplification of COI gene followed by a digestion with a combination of four restriction endonucleases. Each species was found to exhibit a specific pattern when the amplification product was run on an agarose gel. Identifying larvae revealed that conclusions on species composition of a population of parasitic wasps can be biased if only the emerging adults are taken into account.

Modification of the monomer composition of polyhydroxyalkanoate synthesized in Saccharomyces cerevisiae expressing variants of the beta-oxidation-associated multifunctional enzyme.

Expression by Saccharomyces cerevisiae of a polyhydroxyalkanoate (PHA) synthase modified at the carboxy end by the addition of a peroxisome targeting signal derived from the last 34 amino acids of the Brassica napus isocitrate lyase (ICL) and containing the terminal tripeptide Ser-Arg-Met resulted in the synthesis of PHA. The ability of the terminal peptide Ser-Arg-Met and of the 34-amino-acid peptide from the B. napus ICL to target foreign proteins to the peroxisome of S. cerevisiae was demonstrated with green fluorescent protein fusions. PHA synthesis was found to be dependent on the presence of both the enzymes generating the beta-oxidation intermediate 3-hydroxyacyl-coenzyme A (3-hydroxyacyl-[CoA]) and the peroxin-encoding PEX5 gene, demonstrating the requirement for a functional peroxisome and a beta-oxidation cycle for PHA synthesis. Using a variant of the S. cerevisiae beta-oxidation multifunctional enzyme with a mutation inactivating the B domain of the R-3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase, it was possible to modify the PHA monomer composition through an increase in the proportion of the short-chain monomers of five and six carbons.

Angiotensin converting enzyme inhibitor induced angio-oedema: a review of the pathophysiology and risk factors.

Angio-oedema (AE) is a known adverse effect of angiotensin converting enzyme inhibitor (ACE-I) therapy. Over the past several decades, evidence of failure to diagnose this important and potentially fatal reaction is commonly found in the literature. Because this reaction is often seen first in the primary care setting, a review was undertaken to analyse and document the keys to both diagnostic criteria as well as to investigate potential risk factors for ACE-I AE occurrence. A general review of published literature was conducted through Medline, EMBASE, and the Cochrane Database, targeting ACE-I-related AE pathomechanism, diagnosis, epidemiology, risk factors, and clinical decision making and treatment. The incidence and severity of AE appears to be on the rise and there is evidence of considerable delay in diagnosis contributing to significant morbidity and mortality for patients. The mechanism of AE due to ACE-I drugs is not fully understood, but some genomic and metabolomic information has been correlated. Additional epidemiologic data and clinical treatment outcome predictors have been evaluated, creating a basis for future work on the development of clinical prediction tools to aid in risk identification and diagnostic differentiation. Accurate recognition of AE by the primary care provider is essential to limit the rising morbidity associated with ACE-I treatment-related AE. Research findings on the phenotypic indicators relevant to this group of patients as well as basic research into the pathomechanism of AE are available, and should be used in the construction of better risk analysis and clinical diagnostic tools for ACE-I AE.

Optimization of heterologous microsatellites in Piracanjuba

Abstract: The objective of this work was to evaluate 41 microsatellite markers for heterologous amplifications in piracanjuba (Brycon orbignyanus). Some markers were tested for the first time. Loci were optimized for PCR conditions and applied to a sample of 49 individuals. Thirty-one loci resulted in PCR product formation, whereas ten loci yielded intelligible polymorphic patterns in the evaluated sample and can be used for amplifications in this species. From the evaluated markers, four loci (BoM1, BoM13, Bh6, and Bh16) are valid to be applied in the study of piracanjuba.

Optimization of the ink removal in deinking plant

Diplomityön tarkoituksena oli parantaa Stora Enso Sachsenin siistausprosessissa tuotetun uusiomassan vaaleuden kehitystä ja tutkia siihen vaikuttavia tekijöitä. Työn kirjallisessa osassa käsiteltiin uusiomassan kuidutusta ja vaahdotussiistausprosessia, sekä keräyspaperin ominaisuuksia ja käyttöä paperiteollisuuden raaka-aineena. Kokeellisessa osassa keskityttiin modifioidun natriumsilikaatin annostuksenoptimointiin ja vaikutuksiin laboratorio- ja prosessioloissa, sekä kesäefektin vaikutuksen tutkimiseen kuidutuksessa ja flotaation eri vaiheissa. Natriumsilikaatin laboratoriotutkimuksessa havaittiin, että korkein vaaleus suhteellisesti pienimmällä laboratorioflotaation häviöllä saavutettiin korkeimmalla tutkitulla natriumsilikaatin annostuksella, joka oli 1,1 %. Korkea natriumsilikaattiannostus yhdistettyinä korkeisiin vetyperoksidiannostukseen, 0,5 %, sekä korkeaan kokonaisalkaliteettiin, 0.33 %, johti korkeimpaan massan vaaleuteen ja pienimpiin häviöihin. Laboratoriotutkimuksen pohjalta modifioidulla natriumsilikaatilla suoritettiin koeajoja prosessissa. Noin 1 % natriumsilikaatin annostuksella havaittiin parempi pH:n bufferointikyky, pienempi kalsiumkarbonaatin määrä flotaation primäärivaiheissa, sekä lievästi parempi massan vaaleus verrattuna prosessissa aiemmin käytettyyn standardinatriumsilikaattiin. Kesäefektitutkimuksessa havaittiin, että kesäefektillä on suurin vaikutus esiflotaation primäärivaiheeseen, sillä primäärivaiheessa kuitujen osuus on huomattavasti suurempi kuin sekundäärivaiheissa. Esiflotaation primäärivaiheen uusiomassojen laboratorioflotaatioiden avulla saavutettujen maksimivaaleuksien ero kesän ja talven välillä oli noin 1,5 %ISO. Kesäefektin ei havaittu suuresti vaikuttavan flotaation sekundäärivaiheisiin.

Optimization of energy consumption in wastewater pumping

Pumppauksessa arvioidaan olevan niin teknisesti kuin taloudellisestikin huomattavia mahdollisuuksia säästää energiaa. Maailmanlaajuisesti pumppaus kuluttaa lähes 22 % sähkö-moottorien energiantarpeesta. Tietyillä teollisuudenaloilla jopa yli 50 % moottorien käyttämästä sähköenergiasta voi kulua pumppaukseen. Jäteveden pumppauksessa pumppujen toiminta perustuu tyypillisesti on-off käyntiin, jolloin pumpun ollessa päällä se käy täydellä teholla. Monissa tapauksissa pumput ovat myös ylimitoitettuja. Yhdessä nämä seikat johtavat kasvaneeseen energian kulutukseen. Työn teoriaosassa esitellään perusteet jätevesihuollosta ja jäteveden käsittelystä sekä pumppaussysteemin pääkomponentit: pumppu, putkisto, moottori ja taajuusmuuttaja. Työn empiirisessä osassa esitellään työn aikana kehitetty laskuri, jonka avulla voidaan arvioida energiansäästöpotentiaalia jäteveden pumppaussysteemeissä. Laskurilla on mandollista laskea energiansäästöpotentiaali käytettäessä pumpun tuoton ohjaustapana pyörimisnopeuden säätöä taajuusmuuttajalla on-off säädön sijasta. Laskuri ilmoittaa optimaalisimmanpumpun pyörimisnopeuden sekä ominaisenergiankulutuksen. Perustuen laskuriin, kolme kunnallista jätevedenpumppaamoa tutkittiin. Myös laboratorio-testitsuoritettiin laskurin simuloimiseksi sekä energiansäästöpotentiaalin arvioimiseksi. Tutkimukset osoittavat, että jätevedenpumppauksessa on huomattavia mandollisuuksia säästää energiaa pumpun pyörimisnopeutta pienentämällä. Geodeettisen nostokorkeuden ollessa pieni, voidaan energiaa säästää jopa 50 % ja pitkällä aikavälillä säästö voi olla merkittävä. Tulokset vahvistavat myös tarpeen jätevedenpumppaussysteemien toiminnan optimoimiseksi.

Enzyme convertedstarch in pigment coating

Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää entsyymikonvertoinnin mahdollisuudet vaikuttaa sideainetärkkelyksen toiminnallisiin ominaisuuksiin. Tärkein tehtävä oli etsiä vastaukset kysymykseen, kuinka paljon entsyymikonvertointia optimoimalla voidaan maksimoida tärkkelyksen positiivisia vaikutuksia. Tavoitteena oli myös tutkia, voiko lisäaineita käyttämällä ja tärkkelystä plastisoimalla säilyttää tärkkelyksen vaikutus paperin jäykkyyteen ja saada tärkkelysfilmille joustavuutta. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin tärkkelyksen entsyymikonvertointiin vaikuttavia tekijöitä, eri tärkkelysraaka-aineiden eroja, sekä konvertoinnissa käytettävien entsyymien ominaisuuksia. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin myöstärkkelyksen käyttöä sideaineena pigmenttipäällystyksessä. Kokeellisessa osassakeskityttiin selvittämään entsyymikonvertoinnin olosuhteiden, käytettävän raakatärkkelyksen ja entsyymin vaikutusta konvertoidun tärkkelyksen ominaisuuksiin. Konvertoiduista tärkkelyksistä valmistettiin päällystyspastat, ja tutkittiin niinpastan kuin päällystetyn paperin ominaisuuksia. Myös erilaisten pehmentimien vaikutusta niin päällystyspastaan, kuin paperin pinnalle tutkittiin. Havaittiin, että konvertoimalla tärkkelysketjua entsymaattisesti, voidaan tärkkelysketjun pituutta säädellä. Tarkoituksena oli konvertoida tärkkelystä niin, että tärkkelyksen molekyyliketjujakaumat sisältävät lyhyitä, keskipitkiä sekäpitkiä molekyylejä. Päällystämisen havaittiin olevan vaikeaa Helicoaterilla varsinkin pitkäketjuista tärkkelystä suuren määrän sisältävillä pastoilla. Myös tärkkelys/lateksi-suhde vaihteli eri pastoilla. Päällystyspastojen reologisia ominaisuuksia testattaessa huomattiin, että tärkkelysketjun pituuden kasvaessa pastanviskositeetti lisääntyy ja vesiretentio vähenee. Havaittiin vain muutamia teknisiä paperiominaisuuksia, jotka korreloivat hyvin tärkkelysketjun pituuden kanssa. Näitä olivat kiilto, Gurley-Hill huokoisuus, taivutusvastus, taivutuspituus sekä IGT pintalujuus. Pehmentimien ei havaittu vaikuttavan moneenkaan paperin eri tekniseen ominaisuuteen. Suurimmat erot huomattiin paperin taivutuspituudessa ja taivutusvastuksessa.

Optimization of the procedure for removing iron deposits on ceramic filter media

In this thesis, cleaning of ceramic filter media was studied. Mechanisms of fouling and dissolution of iron compounds, as well as methods for cleaning ceramic membranes fouled by iron deposits were studied in the literature part. Cleaning agents and different methods were closer examined in the experimental part of the thesis. Pyrite is found in the geologic strata. It is oxidized to form ferrous ions Fe(II) and ferric ions Fe(III). Fe(III) is further oxidized in the hydrolysis to form ferric hydroxide. Hematite and goethite, for instance, are naturally occurring iron oxidesand hydroxides. In contact with filter media, they can cause severe fouling, which common cleaning techniques competent enough to remove. Mechanisms for the dissolution of iron oxides include the ligand-promoted pathway and the proton-promoted pathway. The dissolution can also be reductive or non-reductive. The most efficient mechanism is the ligand-promoted reductive mechanism that comprises two stages: the induction period and the autocatalytic dissolution.Reducing agents(such as hydroquinone and hydroxylamine hydrochloride), chelating agents (such as EDTA) and organic acids are used for the removal of iron compounds. Oxalic acid is the most effective known cleaning agent for iron deposits. Since formulations are often more effective than organic acids, reducing agents or chelating agents alone, the citrate¿bicarbonate¿dithionite system among others is well studied in the literature. The cleaning is also enhanced with ultrasound and backpulsing.In the experimental part, oxalic acid and nitric acid were studied alone andin combinations. Also citric acid and ascorbic acid among other chemicals were tested. Soaking experiments, experiments with ultrasound and experiments for alternative methods to apply the cleaning solution on the filter samples were carried out. Permeability and ISO Brightness measurements were performed to examine the influence of the cleaning methods on the samples. Inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES) analysis of the solutions was carried out to determine the dissolved metals.

Optimization of a protocol for the micropropagation of pineapple

The present work aimed at maximizing the number of plantlets obtained by the micropropagation of pineapple (Ananas comosus (L.) Merrill) cv. Pérola. Changes in benzylaminopurine (BAP) concentration, type of medium (liquid or solidified) and the type of explant in the proliferation phase were evaluated. Slips were used as the explant source, which consisted of axillary buds obtained after careful excision of the leaves. A Sterilization was done in the hood with ethanol (70%), for three minutes, followed by calcium hypochlorite (2%), for fifteen minutes, and three washes in sterile water. The explants were introduced in MS medium supplemented with 2mg L-1 BAP and maintained in a growth room at a 16h photoperiod (40 mmol.m-2.s-1), 27 ± 2ºC. After eight weeks, cultures were subcultured for multiplication in MS medium. The following treatments were tested: liquid x solidified medium with different BAP concentrations (0.0, 1.5 or 3.0 mg L-1), and the longitudinal cut, or not, of the shoot bud used as explant. The results showed that liquid medium supplemented with BAP at 1.5 mg L-1, associated with the longitudinal sectioning of the shoot bud used as explant presented the best results, maximizing shoot proliferation. On average, the best treatment would allow for an estimated production of 161,080 plantlets by the micropropagation of the axillary buds of one plant with eight slips and ten buds/slips, within a period of eight months.

Covariance Matrix Estimation and Mean-Variance Optimization in application to International Diversification

Tutkimus keskittyy kansainväliseen hajauttamiseen suomalaisen sijoittajan näkökulmasta. Tutkimuksen toinen tavoite on selvittää tehostavatko uudet kovarianssimatriisiestimaattorit minimivarianssiportfolion optimointiprosessia. Tavallisen otoskovarianssimatriisin lisäksi optimoinnissa käytetään kahta kutistusestimaattoria ja joustavaa monimuuttuja-GARCH(1,1)-mallia. Tutkimusaineisto koostuu Dow Jonesin toimialaindekseistä ja OMX-H:n portfolioindeksistä. Kansainvälinen hajautusstrategia on toteutettu käyttäen toimialalähestymistapaa ja portfoliota optimoidaan käyttäen kahtatoista komponenttia. Tutkimusaieisto kattaa vuodet 1996-2005 eli 120 kuukausittaista havaintoa. Muodostettujen portfolioiden suorituskykyä mitataan Sharpen indeksillä. Tutkimustulosten mukaan kansainvälisesti hajautettujen investointien ja kotimaisen portfolion riskikorjattujen tuottojen välillä ei ole tilastollisesti merkitsevää eroa. Myöskään uusien kovarianssimatriisiestimaattoreiden käytöstä ei synnytilastollisesti merkitsevää lisäarvoa verrattuna otoskovarianssimatrisiin perustuvaan portfolion optimointiin.