Biological Routes to Gold Nanoplates

Much effort has been devoted to the synthesis of gold nanoparticles with different shapes, including the zero-dimensional nanospheres, one dimensional nanorods, and two-dimensional nanoplates. Compared to zero or one dimensional nanostructures, the synthesis of two-dimensional nanostructures in high yield has always been more involved, often requiring complex and time-consuming steps such as morphology transformation from the nanospheres, or the seeded growth process. Herein we report a high yield method for gold nanoplate synthesis using the extract of unicellular green alga Chlorella vulgaris, which can be carried out under ambient conditions. More than 90% of the total nanoparticle population is of the platelet morphology, surpassing the previously reported value of 45%. The control of the anisotropic growth of different planes; as well as the lateral size, has also been partially optimized.

Análisis de algunas alternativas de control en los acuerdos de cooperación bilateral, regional y multilateral en materia ambiental. Estudio de caso: La regulación del acceso a los recursos genéticos frente a la amenaza de la biopiratería en el Convenio de Diversidad Biológica, La Comunidad Andina y el Tratado de Libre Comercio con Estados Unidos

Esta monografía avanza en la revisión conceptual que permita establecer posibles alternativas de control en los acuerdos de cooperación bilateral, regional y multilateral, que contribuyan a mitigar el efecto de la biopiratería en Colombia debido al acceso de los recursos genéticos. Parte de un análisis comparado de los aspectos básicos de control propuestos para las negociaciones en materia ambiental que se llevaron a cabo en tres ámbitos distintos: el bilateral, el multilateral y el regional, tomando como referencia el tema de la protección de los recursos genéticos de acuerdo con lo establecido en la Convención de Diversidad Biológica, la Decisión 391 de 1996 de la Comunidad Andina y el texto del TLC entre Colombia y Estados Unidos, con énfasis en la negociación de los temas ambientales. Lo anterior con base en información secundaria, referida específicamente a publicaciones oficiales de gobierno, tratados, textos y revistas académicas especializadas, páginas oficiales y publicaciones de institutos de investigación, las cuales permitieron un acercamiento más profundo a los puntos de observación.

Self-organized sociopolitical interactions as the best way to achieve organized patterns in human social systems: going beyond the top-down control of classical political regimes

La monografía presenta la auto-organización sociopolítica como la mejor manera de lograr patrones organizados en los sistemas sociales humanos, dada su naturaleza compleja y la imposibilidad de las tareas computacionales de los regímenes políticos clásico, debido a que operan con control jerárquico, el cual ha demostrado no ser óptimo en la producción de orden en los sistemas sociales humanos. En la monografía se extrapola la teoría de la auto-organización en los sistemas biológicos a las dinámicas sociopolíticas humanas, buscando maneras óptimas de organizarlas, y se afirma que redes complejas anárquicas son la estructura emergente de la auto-organización sociopolítica.

Análisis de la susceptibilidad de una línea celular de Aedes aegypti (Diptera: Culicidae) a la infección con Leishmania (L) chagasi y Leishmania (V) braziliensis

Se evaluó la susceptibilidad de los cultivos celulares derivados de tejidos embrionarios de Aedes aegypti a la infección con Leishmania (L) chagasi y Leishmania (V) braziliensis, agentes etiológicos de leishmaniasis visceral americana y leishmaniasis cutánea, respectivamente. Metodología: Se seleccionaron células de A. aegypti mantenidas en una mezcla de medio de cultivo Grace/L15, suplementado con suero fetal bovino al 15%, albendazol 5,4 mg/ml y una mezcla de antibióticos, e incubadas a una temperatura promedio de 26 °C. Los cultivos celulares fueron inoculados con promastigotes metacíclicos de la cepa MH/CO/84/CI-044B de L. chagasi y la cepa HOM/BR752903 de L. braziliensis en una concentración de 10 parásitos por célula. Como control positivo de la infección se utilizó la línea celular J774. Resultados: Los registros más altos en el porcentaje de infección y en el número de amastigotes por células en los cultivos celulares A. aegypti y en la línea celular J774 se obtuvieron en los días 6 y 9 pos-infección. Los resultados mostraron interacción, internalización y maduración in vitro de las dos especies del parásito en las células de este insecto no vector de Leishmania. Las células de A. aegypti infectadas mostraron cambios en el área por la influencia de los parásitos, contrario a lo registrado en las células no infectadas (P<0,05). Conclusión: Los cultivos celulares de A. aegypti emergen como un nuevo modelo in vitro para el estudio del ciclo biológico de L. chagasi y L. braziliensis.

The use of insect cells to identify potent and selective inhibitors of the replication of the Dengue and Chikungunya viruses and unravel their molecular mechanism of action

Dengue and Chikungunya viruses cause the most important arthropod-borne viral infections for humans. These viruses are predominant in tropical and subtropical regions. In addition, these viruses are predominant in tropical and subtropical regions. Dengue mortality rate is around 1.2 to 3.5% and deaths due to chikungunya fever are around 1 in 1000; however, half of chikungunya-infected patients evolve into a chronic state that can persist for months up to years. There are no antiviral drugs available for DENV and CHIKV treatment and prevention. Moreover, vector control strategies have failed so far. Thus, the development of potent inhibitors for a broad spectrum of RNA viruses is urgently needed. We established and characterized a new embryonic insect cell line from Culex quinquefasciatus mosquito. Also we established the flaviviruses and alphavirus replication, both in C6/36 and Lulo insect cell lines, as well as in Vero cell line. In addition we carried out a reference compound library and reference panel of assays and data for DENV, which provides a benchmark for further studies. During this study, a panel of 9 antiviral molecules, with proven in vitro anti-dengue virus activity and that act at different stages of the DENV life cycle, was selected. Finally, Favipiravir or T-705, was identified as inhibitor in vitro and in vivo of alphaviruses and the mutation K291R in nsP4, which is responsible of the polymerase activity, was found as the mode of action in CHIKV. Interestingly, lysine in motif F1 is also highly conserved in positive-stranded RNA viruses and this might explain the broad spectrum of T-705 antiviral activity.

Biological nutrient removal in SBR technology: from floccular to granular sludge

Biological nutrient removal has been studied and applied for decades in order to remove nitrogen and phosphorus from wastewater. However, more anthropogenic uses and the continued demand for water have forced the facilities to operate at their maximum capacity. Therefore, the goal of this thesis is to obtain more compact systems for nutrient removal from domestic wastewater. In this sense, optimization and long-term stabilization of high volume exchange ratios reactors, treating higher volumes of wastewater, have been investigated. With the same target, aerobic granular sludge was proposed as a reliable alternative to reduce space and increase loading rates in treatment plants. However, the low organic loading rate from low-strength influents (less than 1 Kg COD•m-3d-1) results in slower granular formation and a longer time to reach a steady state. Because of that, different methodologies and operational conditions were investigated in order to enhance granulation and nutrient removal from domestic wastewater.

Caracterització de metabòlits produïts per soques de "Pseudomonas fluorescens" efectives en el control biològic de fongs fitopatògens

El principal objectiu d'aquest treball ha estat estudiar la producció de metabòlits amb activitat antibiòtica per soques de l'espècie Pseudomonas fluorescens de la col·lecció EPS, i també avaluar la seva potencialitat com a agents de biocontrol. Es va disposar també de diverses soques de P. fluorescens, cedides per altres investigadors, que van utilitzar-se com a referència perquè algunes són actives en control biològic i produeixen metabòlits secundaris d'interès en el biocontrol de malalties de plantes. La present memòria s'estructura en cinc capítols, que són, introducció al control biològic, descripció de l'etapa de selecció de soques i cerca dels metabòlits produïts, estudi de la producció d'HCN per la soca EPS288, estudi de la producció de l'antibiòtic 2,4-diacetilfloroglucinol (DAPG), i finalment, el darrer capítol, on s'ha estudiat la producció de DAPG sobre material vegetal i la capacitat de colonitzar arrels per diverses soques d'interès. En l'etapa de prospecció, va demostrar-se que un 37% del total de les soques de la col·lecció EPS produïen HCN, totes de l'espècie P. fluorescens, i un 90% d'aquestes provenien de les arrels de plantes. Es va confirmar la producció dels metabòlits secundaris 2,4-diacetilfloroglucinol, àcid fenazina-1-carboxílic, i pirrolnitrina, per diverses soques de la col·lecció EPS seleccionades mitjançant tècniques moleculars. Així, de la col·lecció EPS, les soques EPS317 i EPS808 produeixen DAPG, la EPS263 àcid fenazina-1-carboxílic i pirrolnitrina i, EPS894, EPS895, EPS945 produeixen àcid fenazina-1-carboxílic. La producció d'HCN es va estudiar més exhaustivament en la soca EPS288, seleccionada per la seva activitat antifúngica i candidata a agent de biocontrol contra Stemphylium vesicarium, causant de la estemfiliosi de la perera, i contra Penicillium expansum, causant de la podridura blava en conservació de fruita a postcollita. Per aquest estudi, es va dissenyar i validar un sistema per recollir l'HCN a partir de cultius en medi líquid. S'ha demostrat que la temperatura d'incubació, la concentració cel·lular de sembra i la composició del medi de cultiu afectaven a la producció d'HCN. Els medis complexos i la glicina n'afavorien la síntesi i la font de carboni no afectava. La soca EPS288 va produir més HCN que P. fluorescens CHA0, soca de referència productora d'HCN i descrita com a activa en processos de biocontrol de fongs fitopatògens. En l'estudi de la producció de DAPG, les soques de la col·lecció EPS i de referència, es van comparar en diversos medis de cultiu estudiant l'efecte de la complexitat i consistència del medi, i l'addició de ferro o de glucosa. Va demostrar-se que la producció de DAPG depèn principalment de la soca i de les característiques del medi de cultiu. La glucosa estimula la producció, mentre que el ferro pràcticament no afecta, i en general, el medi sòlid i complex estimula la producció de DAPG. Tanmateix, aquests efectes varien en alguna de les soques assajades donant lloc a comportaments singulars. En el seguiment del creixement amb un sistema automàtic es va comprovar que la velocitat específica de creixement i la concentració cel·lular assolida al final del cultiu, estaven condicionades per la composició del medi de cultiu. En les proves d'antagonisme vers fitopatògens que foren seleccionats com a indicadors, va observar-se que tant l'antagonisme in vitro com la inhibició d'infeccions sobre material vegetal estaven parcialment relacionades amb la producció dels metabòlits secundaris estudiats. La promoció del creixement de portaempelts per aquestes soques depenia de la soca i de l'hoste, però no es pogué establir una relació causa-efecte amb el metabòlits produïts. També es va comprovar que algunes de les soques podien sobreviure en ferides de pomes i de peres, on produïren DAPG. Mutants resistents a rifampicina de diverses soques de la col·lecció EPS i de referència es van inocular en llavors de pomera i de tomatera que es van sembrar i incubar en condicions controlades. Es va fer el seguiment de la població bacteriana total i resistent a rifampicina present a les arrels durant 72 dies. Totes les soques van colonitzar les arrels de les plantes, mantenint una elevada població durant 37 dies, cap d'elles va estimular el creixement ni mostrar efectes fitotòxics, no afectant tampoc signicativament a la població bacteriana espontània de les arrels. La soca EPS808, una de les seleccionades pel treball, va aconseguir uns nivells de producció de DAPG, una velocitat de creixement i una supervivència relativa a les arrels similar a altres soques de referència descrites com a bons agents de biocontrol. En conseqüència, se la considera una candidata a agent de biocontrol que hauria de ser objecte de futurs estudis d'eficàcia.

Development of a decision support system for the integrated control of membrane bioreactors

The work presented in this PhD thesis includes various partial studies aimed at developing a decision support system for membrane bioreactor integrated control. The decision support systems (DSS) have as a main goal to facilitate the operation of complex processes due to the multiple variables that are processed. For this reason, the research used has focused on aspects related to nutrient removal, and on the development of indicators or sensors capable of facilitating, automating and controlling the filtration process in an integrated way with the biological processes that taking place. Work has also been done on the design, development, implementation and validation of tools based on the knowledge made available by the automatic control and the supervision of the MBRs

Estudi d'aspectes biològics de la formiga argentina (Linepithema humile, Mayr) encarat al control de la plaga en ecosistemes naturals

La present tesi intenta obtenir noves dades referents a la biologia i ecologia de la formiga argentina que poden arribar a ser cabdals per al disseny o millora de noves metodologies de control de l'expansió de la plaga en ecosistemes naturals. Així doncs, l'estudi de l'activitat de cerca d'aliment i del seu espectre dietari en ecosistemes naturals, juntament amb el de les fluctuacions estacionals de la densitat de reines en nius naturals, obre les portes a la millora de mètodes de control de la plaga mitjançant esquers tòxics d'efecte retardat i a l'aplicació de noves metodologies de control sense l'ús d'agents químics basats en l'eliminació massiva de reines. La tesi també aporta noves dades sobre la fisiologia reproductiva de l'espècie en relació a la temperatura, la qual cosa permet la integració de l'aspecte fisiològic en models de predicció del rang potencial d'establiment de la plaga en ecosistemes naturals, aspecte fins ara pràcticament oblidat en aquest tipus de models predictius.

Els valors límit d'exposició professional i límits biològics per a agents químics en l'àmbit de treball, mesura i control. Evolució de la normativa sobre el plom i la seva incidència sobre els accidents laborals i malalties professionals en la indústria ceràmica

L'objectiu d'aquesta tesi és l'estudi dels valors límit d'exposició professional previstos en la normativa actual com a valors de referència per a l'avaluació i control dels riscos que comporta l'exposició a agents químics presents en el lloc de treball, fonamentalment per inhalació, per protegir la salut dels treballadors. No es pretén realitzar ni un estudi epidemiològic ni un estudi d'higiene, només s'utilitzen els valors d'exposició professional per analitzar el compliment de la normativa sobre la presència de plom en l'ambient de treball, i comprovar si el compliment de la normativa comporta la millora de la salut dels treballadors en funció de la millora de les concentracions de valors ambientals o biològics de l'exposició dels treballadors. La Directiva 98/24/CE deroga les Directives 80/1107/CEE sobre la protecció dels treballadors contra els riscos relacionats amb l'exposició a agents químics, físics i biològics durant el treball, i la Directiva 82/605/CEE, sobre la protecció dels treballadors contra riscos relacionats amb una exposició al plom metàl·lic i als seus compostos iònics durant el treball. S'analitza l'evolució de la normativa sobre la presència d'agents químics en l'ambient de treball, i en concret el plom, i la seva incidència en els accidents laborals i malalties professionals, i el compliment de la normativa al final d'un cicle marcat per l'entrada en vigor de la Directiva 98/24/CE. Per realitzar l'anàlisi anteriorment esmentada s'estudia la indústria ceràmica de les comarques gironines, de la construcció, de l'alimentació i decorativa, a través de les mesures de plom en l'ambient laboral i les mesures de plom en sang dels treballadors d'aquesta indústria des de 1991 a 1996.

Control basat en lògica difusa per sistemes de fangs activats. Disseny, implementació i validació en EDAR reals

En aquesta tesi es presenten dues propostes de Sistemes de Control basats en Lògica Difusa (SCLD), des del seu disseny fins a la seva implementació i validació en dues instal·lacions: l'EDAR Granollers i l'EDAR Taradell. El capítol 1 explica els conceptes bàsics per comprendre el desenvolupament dels dos SCLD i el resum d'una revisió d'articles que relacionen la lògica difusa amb aigües residuals. A continuació, s'estableixen els objectius. En el capítol 3 es presenten els materials i mètodes. Els capítols 4 i 5 exposen el treball realitzat per arribar a la implementació dels dos SCLD. Ambdós capítols presenten la mateixa estructura: presentació, definició dels objectius del SCLD, descripció de l'EDAR on s'implementa el SCLD, desenvolupament d'índexs d'avaluació, explicació del disseny del SCLD i la seva avaluació mitjançant estudis de simulació, implementació i validació del SCLD a l'EDAR i, finalment discussió del treball realitzat. En el capítol 6 s'enumeren les conclusions obtingudes.

Architecture for Living Neuronal Network Control of a mobile robot

The intelligent controlling mechanism of a typical mobile robot is usually a computer system. Research is however now ongoing in which biological neural networks are being cultured and trained to act as the brain of an interactive real world robot – thereby either completely replacing or operating in a cooperative fashion with a computer system. Studying such neural systems can give a distinct insight into biological neural structures and therefore such research has immediate medical implications. The principal aims of the present research are to assess the computational and learning capacity of dissociated cultured neuronal networks with a view to advancing network level processing of artificial neural networks. This will be approached by the creation of an artificial hybrid system (animat) involving closed loop control of a mobile robot by a dissociated culture of rat neurons. This paper details the components of the overall animat closed loop system architecture and reports on the evaluation of the results from preliminary real-life and simulated robot experiments.

A comparison of the variability of biological nutrients against depth and potential density.

The main biogeochemical nutrient distributions, along with ambient ocean temperature and the light field, control ocean biological productivity. Observations of nutrients are much sparser than physical observations of temperature and salinity, yet it is critical to validate biogeochemical models against these sparse observations if we are to successfully model biological variability and trends. Here we use data from the Bermuda Atlantic Time-series Study and the World Ocean Database 2005 to demonstrate quantitatively that over the entire globe a significant fraction of the temporal variability of phosphate, silicate and nitrate within the oceans is correlated with water density. The temporal variability of these nutrients as a function of depth is almost always greater than as a function of potential density, with he largest reductions in variability found within the main pycnocline. The greater nutrient variability as a function of depth occurs when dynamical processes vertically displace nutrient and density fields together on shorter timescales than biological adjustments. These results show that dynamical processes can have a significant impact on the instantaneous nutrient distributions. These processes must therefore be considered when modeling biogeochemical systems, when comparing such models with observations, or when assimilating data into such models.

Controlling a mobile robot with a biological brain

The intelligent controlling mechanism of a typical mobile robot is usually a computer system. Some recent research is ongoing in which biological neurons are being cultured and trained to act as the brain of an interactive real world robot�thereby either completely replacing, or operating in a cooperative fashion with, a computer system. Studying such hybrid systems can provide distinct insights into the operation of biological neural structures, and therefore, such research has immediate medical implications as well as enormous potential in robotics. The main aim of the research is to assess the computational and learning capacity of dissociated cultured neuronal networks. A hybrid system incorporating closed-loop control of a mobile robot by a dissociated culture of neurons has been created. The system is flexible and allows for closed-loop operation, either with hardware robot or its software simulation. The paper provides an overview of the problem area, gives an idea of the breadth of present ongoing research, establises a new system architecture and, as an example, reports on the results of conducted experiments with real-life robots.

Quantification of physical and biological uncertainty in the simulation of the yield of a tropical crop using present-day and doubled CO2 climates

The impacts of climate change on crop productivity are often assessed using simulations from a numerical climate model as an input to a crop simulation model. The precision of these predictions reflects the uncertainty in both models. We examined how uncertainty in a climate (HadAM3) and crop General Large-Area Model (GLAM) for annual crops model affects the mean and standard deviation of crop yield simulations in present and doubled carbon dioxide (CO2) climates by perturbation of parameters in each model. The climate sensitivity parameter (lambda, the equilibrium response of global mean surface temperature to doubled CO2) was used to define the control climate. Observed 1966-1989 mean yields of groundnut (Arachis hypogaea L.) in India were simulated well by the crop model using the control climate and climates with values of lambda near the control value. The simulations were used to measure the contribution to uncertainty of key crop and climate model parameters. The standard deviation of yield was more affected by perturbation of climate parameters than crop model parameters in both the present-day and doubled CO2 climates. Climate uncertainty was higher in the doubled CO2 climate than in the present-day climate. Crop transpiration efficiency was key to crop model uncertainty in both present-day and doubled CO2 climates. The response of crop development to mean temperature contributed little uncertainty in the present-day simulations but was among the largest contributors under doubled CO2. The ensemble methods used here to quantify physical and biological uncertainty offer a method to improve model estimates of the impacts of climate change.