Biohydrogen production from food industry waste by suspended and immobilized thermophylic bacteria

This work describes hydrogen production by anaerobic digestion of glucose, molasses and milk whey by 4 thermophilic Thermotoga strains. In the attached-cell tests, the biofilm support characterized by the highest specific surface resulted in the best H2 rate. All the Thermotoga strains examined (T. neapolitana, T. maritima, T. naphtophila, T. petrophila) could produce H2 from glucose, molasses and milk whey, both in suspended- and attached-cell tests. With all the three substrates, the best performances were obtained with T. neapolitana. Some tests were conducted out to select the optimal carrier for the attached-cell conditions. 4 types of carrier were tested: 3 sintered glass carriers and a ceramic one; the chosen carrier was Biomax.

La razionalizzazione del trasporto merci su strada

Il presente lavoro, senza alcuna pretesa di esaustività, ha inteso ricostruire il quadro normativo relativo alla disciplina dell’autotrasporto merci su strada. In primis, ci si è soffermata sugli aspetti generali del settore, approfondendo, in seguito, la normativa europea e nazionale. Tale excursus, ha permesso di riscontrare i molteplici interventi legislativi susseguitisi in ambito di regolamentazione dell’autotrasporto merci su strada, evidenziando i passaggi più significativi in tema di riordino della disciplina. Si è pertanto proceduto all’analisi del primo importante intervento legislativo del settore, intercorso ad opera della Legge n. 298/1974, disciplinante gli aspetti di natura pubblicistica del settore. Tale provvedimento, ha un apposito Albo Nazionale per gli autotrasportatori di merci per conto terzi, identificando i requisiti necessari per l’accesso al mercato e l’esercizio della professione di autotrasportatore di cose in conto terzi. Importati novità vengono introdotte con il D.lgs. 286/2005, provvedimento che ha portato al raggiungimento del processo di liberalizzazione del mercato. Successivamente si è proceduto a riscontrare l’intensa produzione normativa, posta a regolamentazione del settore, che nella ricerca di un equilibrio tra esigenze di mercato e corretto esercizio dell’attività di autotrasporto, si propone di addivenire al raggiungimento degli obiettivi comunitari di armonizzazione della disciplina e qualificazione del settore dell’autotrasporto. Significativi, in tal senso, i recenti interventi di riforma posti in essere con il “Pacchetto comunitario del 21 ottobre 2009” ( Regolamento (CE) 1071/2009 e Regolamento (CE) 1072/2009. Da ultimo, al fine di verificare le eventuali debolezze del sistema normativo vigente, in relazione al raggiungimento degli obiettivi comunitari suesposti, si è ritenuto di indirizzare la ricerca verso un’attenta valutazione dell’efficienza dei modelli di trasporto merci su strada, verificandone l’impatto in termini di maggior incidenza sui costi esterni derivanti dal trasporto. A tal proposito, particolare attenzione è stata rivolta anche alla disciplina del trasporto in conto proprio.

Optimization of bioenergy solutions at different farm scales

RAF is a bio-energetic descriptive model integrates with MAD model to support Integrated Farm Management. RAF model aimed to enhancing economical, social and environmental sustainability of farm production in terms of energy via convert energy crops and animal manure to biogas and digestate (bio-fertilizers) by anaerobic digestion technologies, growing and breeding practices. The user defines farm structure in terms of present crops, livestock and market prices and RAF model investigates the possibilities of establish on-farm biogas system (different anaerobic digestion technologies proposed for different scales of farms in terms of energy requirements) according to budget and sustainability constraints to reduce the dependence on fossil fuels. The objective function of RAF (Z) is optimizing the total net income of farm (maximizing income and minimizing costs) for whole period which is considered by the analysis. The main results of this study refers to the possibility of enhancing the exploitation of the available Italian potentials of biogas production from on-farm production of energy crops and livestock manure feedstock by using the developed mathematical model RAF integrates with MAD to presents reliable reconcile between farm size, farm structure and on-farm biogas systems technologies applied to support selection, applying and operating of appropriate biogas technology at any farm under Italian conditions.

Comparing genetic and linguistic diversity in African populations with a focus on the Khoisan of southern Africa

The interaction between disciplines in the study of human population history is of primary importance, profiting from the biological and cultural characteristics of humankind. In fact, data from genetics, linguistics, archaeology and cultural anthropology can be combined to allow for a broader research perspective. This multidisciplinary approach is here applied to the study of the prehistory of sub-Saharan African populations: in this continent, where Homo sapiens originally started his evolution and diversification, the understanding of the patterns of human variation has a crucial relevance. For this dissertation, molecular data is interpreted and complemented with a major contribution from linguistics: linguistic data are compared to the genetic data and the research questions are contextualized within a linguistic perspective. In the four articles proposed, we analyze Y chromosome SNPs and STRs profiles and full mtDNA genomes on a representative number of samples to investigate key questions of African human variability. Some of these questions address i) the amount of genetic variation on a continental scale and the effects of the widespread migration of Bantu speakers, ii) the extent of ancient population structure, which has been lost in present day populations, iii) the colonization of the southern edge of the continent together with the degree of population contact/replacement, and iv) the prehistory of the diverse Khoisan ethnolinguistic groups, who were traditionally understudied despite representing one of the most ancient divergences of modern human phylogeny. Our results uncover a deep level of genetic structure within the continent and a multilayered pattern of contact between populations. These case studies represent a valuable contribution to the debate on our prehistory and open up further research threads.

Attivita' non-termica nel nucleo della radiogalassia 3c84

La maggior parte dei corpi celesti che popolano l’universo emette “luce”. Ciò significa che essi sono visibili dai nostri occhi quando li alziamo sul cielo notturno o al limite, se troppo lontani, da potenti telescopi ottici. Questa luminosità ha nella maggior parte dei casi un’origine termonucleare, dovuta cioè alla presenza di sorgenti come le stelle, in cui l’elevata temperatura interna legata alle reazioni di fusione che le mantengono in vita produce una radiazione di corpo nero in banda ottica. Tuttavia, dato che la parte visibile costituisce solo una minuscola porzione dell’intero spettro elettromagnetico, andando ad indagare emissioni a differenti frequenze come il radio, l’infrarosso, l’ultravioletto, X e gamma, si rileva la presenza un’altra categoria di oggetti dalle caratteristiche peculiari che li rendono un affascinante campo di studio per molteplici ragioni: i Nuclei Galattici Attivi (AGN) (figura 1). Sono abbastanza rari (costituiscono meno dell’1% del totale rispetto alle normali galassie) e dalla vita breve, spesso molto lontani e potenti, ferventi di un’intensa attività che sembra crescere col redshift; si ipotizza perciò che siano giovani e che ci aprano una finestra sul momento successivo al collasso iniziale proprio della vita di ogni galassia, rivelandosi fondamentali per elaborare eventuali teorie cosmologiche. Inoltre, sebbene spesso ospiti di galassie visibili anche in ottico, i loro meccanismi di emissione e gli speciali comportamenti necessitano di analisi e spiegazioni totalmente differenti. Particolare è anche il metodo di rilevamento: per coprire infatti queste determinate frequenze è stata sviluppata una tecnica innovativa capace di dare ottimi risultati, perfino migliori di quelli dei telescopi tradizionali, l’interferometria radio. La tesi si divide in due parti: la prima delinea un ritratto degli AGN, la seconda analizza il flusso proveniente dalla radiogalassia 3C 84 a 15.4 e 43 GHz e ipotizza un possibile sito di origine dell’aumento di brillanza osservato.

Studio dei parametri che determinano la gittata sistolica e la pressione aortica

La stesura di questo elaborato di tesi trova le basi sull’articolo di Stergiopulos et al. “Determinants of stroke volume and systolic and diastolic aortic pressure” pubblicato sulla rivista americana American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology nel 1996. Si cerca di investigare sull’importanza che ricoprono alcuni parametri che descrivono il muscolo cardiaco e l’albero arterioso e sulla loro rispettiva influenza sulla pressione sistolica, pressione diastolica e sul volume di sangue eiettato in un battito, ovvero la gittata sistolica. Si procede con la descrizione in dettaglio della funzionalità cardiaca mediante il modello ad elastanza tempo variabile e il modello windkessel a tre elementi simulando così la contrazione ventricolare e l’albero arterioso sistemico. In dettaglio per quanto riguarda la struttura dell’elaborato è bene specificare che l’analisi teorica affrontata nei primi due capitoli ha l’obiettivo primario di: 1) chiarire i principali e caratteristici meccanismi che si trovano alla base della funzionalità cardiaca e procedere quindi con i richiami relativi alla fisiologia del sistema cardio-circolatorio facendo particolare attenzione al concetto di ciclo cardiaco, ciclo pressione-volume e fattori che determinano la funzionalità cardiaca in dettaglio; 2)illustrare quelli che sono i principali modelli di riferimento presenti in letteratura che descrivono la contrazione del ventricolo sinistro in termini di analisi pressione-volume ventricolari istantanei. Dal terzo capitolo in avanti si prosegue verso quello che è il vivo della trattazione dell’articolo di riferimento, nel capitolo appena citato si fa luce sui dettagli che caratterizzano il modello matematico utilizzato per approssimare al meglio il sistema cuore-sistema arterioso e sull’applicazione della teoria dell’analisi dimensionale mediante l’utilizzo del Teorema di Buckingham al fine di ricavare i parametri di interesse. Nel quarto capitolo si riportano i risultati dello studio con annessa validazione del modello e la sua applicazione rispetto al caso umano. Il quinto capitolo è sede della discussione dei risultati ottenuti cercando di far luce sull’universalità e applicabilità delle formule empiriche ottenute e su eventuali limitazioni e implicazioni riscontrabili. Tale elaborato si chiude con alcune conclusioni in merito allo studio effettuato.

Efficient ultrasonic signal processing techniques for aided medical diagnostics

Ultrasound imaging is widely used in medical diagnostics as it is the fastest, least invasive, and least expensive imaging modality. However, ultrasound images are intrinsically difficult to be interpreted. In this scenario, Computer Aided Detection (CAD) systems can be used to support physicians during diagnosis providing them a second opinion. This thesis discusses efficient ultrasound processing techniques for computer aided medical diagnostics, focusing on two major topics: (i) Ultrasound Tissue Characterization (UTC), aimed at characterizing and differentiating between healthy and diseased tissue; (ii) Ultrasound Image Segmentation (UIS), aimed at detecting the boundaries of anatomical structures to automatically measure organ dimensions and compute clinically relevant functional indices. Research on UTC produced a CAD tool for Prostate Cancer detection to improve the biopsy protocol. In particular, this thesis contributes with: (i) the development of a robust classification system; (ii) the exploitation of parallel computing on GPU for real-time performance; (iii) the introduction of both an innovative Semi-Supervised Learning algorithm and a novel supervised/semi-supervised learning scheme for CAD system training that improve system performance reducing data collection effort and avoiding collected data wasting. The tool provides physicians a risk map highlighting suspect tissue areas, allowing them to perform a lesion-directed biopsy. Clinical validation demonstrated the system validity as a diagnostic support tool and its effectiveness at reducing the number of biopsy cores requested for an accurate diagnosis. For UIS the research developed a heart disease diagnostic tool based on Real-Time 3D Echocardiography. Thesis contributions to this application are: (i) the development of an automated GPU based level-set segmentation framework for 3D images; (ii) the application of this framework to the myocardium segmentation. Experimental results showed the high efficiency and flexibility of the proposed framework. Its effectiveness as a tool for quantitative analysis of 3D cardiac morphology and function was demonstrated through clinical validation.

Caratteristiche biologiche e potenziale applicativo delle cellule staminali derivate da membrane fetali

La ricerca sulle cellule staminali apre nuove prospettive per approcci di terapia cellulare. Molta attenzione è concentrata sulle cellule staminali isolate da membrane fetali, per la facilità di recupero del materiale di partenza, le limitate implicazioni etiche e le caratteristiche delle popolazioni di cellule staminali residenti. In particolare a livello dell’epitelio amniotico si concentra una popolazione di cellule (hAECs) con interessanti caratteristiche di staminalità, pluripotenza e immunomodulazione. Restano però una serie di limiti prima di arrivare ad un’applicazione clinica: l’uso di siero di origine animale nei terreni di coltura e le limitate conoscenze legate alla reazione immunitaria in vivo. La prima parte di questo lavoro è focalizzata sulle caratteristiche delle hAECs coltivate in un terreno privo di siero, in confronto a un terreno di coltura classico. Lo studio è concentrato sull’analisi delle caratteristiche biologiche, immunomodulatorie e differenziative delle hAECs. L’interesse verso le caratteristiche immunomodulatorie è legato alla possibilità che l’uso di un terreno serum free riduca il rischio di rigetto dopo trapianto in vivo. La maggior parte degli studi in vivo con cellule isolate da membrane fetali sono stati realizzati con cellule di derivazione umana in trapianti xenogenici, ma poco si sa circa la sopravvivenza di queste cellule in trapianti allogenici, come nel caso di trapianti di cellule di derivazione murina in modelli di topo. La seconda parte dello studio è focalizzata sulla caratterizzazione delle cellule derivate da membrane fetali di topo (mFMSC). Le caratteristiche biologiche, differenziative e immunomodulatorie in vitro e in vivo delle mFMSC sono state confrontate con i fibroblasti embrionali di topo. In particolare è stata analizzata la risposta immunitaria a trapianti di mFMSC nel sistema nervoso centrale (CNS) in modelli murini immunocompetenti.

Functional and Genetic characterization of new genomic islands from an E. coli strain associated with neonatal meningitis.

Enterobacteriaceae genomes evolve through mutations, rearrangements and horizontal gene transfer (HGT). The latter evolutionary pathway works through the acquisition DNA (GEI) modules of foreign origin that enhances fitness of the host to a given environment. The genome of E. coli IHE3034, a strain isolated from a case of neonatal meningitis, has recently been sequenced and its subsequent sequence analysis has predicted 18 possible GEIs, of which: 8 have not been previously described, 5 fully meet the pathogenic island definition and at least 10 that seem to be of prophagic origin. In order to study the GEI distribution of our reference strain, we screened for the presence 18 GEIs a panel of 132 strains, representative of E. coli diversity. Also, using an inverse nested PCR approach we identified 9 GEI that can form an extrachromosomal circular intermediate (CI) and their respective attachment sites (att). Further, we set up a qPCR approach that allowed us to determine the excision rates of 5 genomic islands in different growth conditions. Four islands, specific for strains appertaining to the sequence type complex 95 (STC95), have been deleted in order to assess their function in a Dictyostelium discoideum grazing assays. Overall, the distribution data presented here indicate that 16 IHE3034 GEIs are more associated to the STC95 strains. Also the functional and genetic characterization has uncovered that GEI 13, 17 and 19 are involved in the resistance to phagocitation by Dictyostelium d thus suggesting a possible role in the adaptation of the pathogen during certain stages of infection.

Il sistema degli endocannabinoidi nella cirrosi epatica complicata da infezione batterica: studio nell’uomo ed in un modello sperimentale animale

Gli endocannabinoidi (EC) sono una classe di composti che mimano gli effetti del Δ9-tetraidrocannabinolo. Essi comprendono l’anandamide (AEA) ed il 2-arachidonoilglicerolo (2-AG), molecole che interagiscono preferenzialmente con due specifici recettori, il CB1 ed il CB2. Più recente è la scoperta di due molecole EC simili, il palmitoiletanolamide (PEA) e l’oleiletanolamide (OEA), che tuttavia agiscono legando recettori diversi tra cui il PPARα ed il TRVP1. Studi sperimentali dimostrano che il sistema degli EC è attivato in corso di cirrosi epatica ed è coinvolto nel processo fibrogenico e nella patogenesi delle alterazioni emodinamiche tipiche della malattia. Esso partecipa alla patogenesi di alcune delle maggiori complicanze della cirrosi quali ascite, encefalopatia, cardiomiopatia ed infezioni batteriche. Scopo del presente studio è stato quello di studiare il ruolo degli EC nella patogenesi delle infezioni batteriche in corso di cirrosi. A tale scopo sono stati eseguiti un protocollo clinico ed uno sperimentale. Nel protocollo sperimentale la cirrosi è stata indotta mediante somministrazione di CCl4 per via inalatoria a ratti maschi Wistar. In tale protocollo i livelli circolanti di tutti gli EC sono risultati significativamente aumentati a seguito della somministrazione di LPS. La somministrazione dell’antagonista del recettore CB1, Rimonabant, inoltre, è stata efficace nel ridurre del 50% la mortalità a 24 ore dei ratti trattati col farmaco rispetto ai ratti trattati col solo LPS. Parallelamente il Rimonabant ha determinato una riduzione dell’espressione genica di molecole pro-infiammatorie e sostanze vasoattive. Lo studio clinico, condotto su 156 pazienti, ha confermato l’attivazione del sistema degli EC in corso di cirrosi epatica. Inoltre è stata identificata una forte correlazione tra il PEA e l’OEA e l’emodinamica sistemica ed una associazione con alcune delle maggiori complicanze. L’analisi statistica ha inoltre individuato l’OEA quale predittore indipendente di insufficenza renale e di sopravvivenza globale.

La farmacogenetica della narcolessia: comorbidità psichiatriche e risvolti in sanità pubblica

La farmacogenetica fornisce un importante strumento utile alla prescrizione farmacologica, migliorando l’efficacia terapeutica ed evitando le reazioni avverse. Il citocromo P450 gioca un ruolo centrale nel metabolismo di molti farmaci utilizzati nella pratica clinica e il suo polimorfismo genetico spiega in gran parte le differenze interindividuali nella risposta ai farmaci. Con riferimento alla terapia della narcolessia, occorre premettere che la narcolessia con cataplessia è una ipersonnia del Sistema Nervoso Centrale caratterizzata da eccessiva sonnolenza diurna, cataplessia, paralisi del sonno, allucinazioni e sonno notturno disturbato. Il trattamento d’elezione per la narcolessia include stimolanti dopaminergici per la sonnolenza diurna e antidepressivi per la cataplessia, metabolizzati dal sistema P450. Peraltro, poiché studi recenti hanno attestato un’alta prevalenza di disturbi alimentari nei pazienti affetti da narcolessia con cataplessia, è stata ipotizzata una associazione tra il metabolismo ultrarapido del CYP2D6 e i disturbi alimentari. Lo scopo di questa ricerca è di caratterizzare il polimorfismo dei geni CYP2D6, CYP2C9, CYP2C19, CYP3A4, CYP3A5 e ABCB1 coinvolti nel metabolismo e nel trasporto dei farmaci in un campione di 108 pazienti affetti da narcolessia con cataplessia, e valutare il fenotipo metabolizzatore in un sottogruppo di pazienti che mostrano un profilo psicopatologico concordante con la presenza di disturbi alimentari. I risultati hanno mostrato che il fenotipo ultrarapido del CYP2D6 non correla in maniera statisticamente significativa con i disturbi alimentari, di conseguenza il profilo psicopatologico rilevato per questo sottogruppo di pazienti potrebbe essere parte integrante del fenotipo sintomatologico della malattia. I risultati della tipizzazione di tutti i geni analizzati mostrano un’alta frequenza di pazienti con metabolismo intermedio, elemento potenzialmente in grado di influire sulla risposta terapeutica soprattutto in caso di regime politerapico, come nel trattamento della narcolessia. In conclusione, sarebbe auspicabile l’esecuzione del test farmacogenetico in pazienti affetti da narcolessia con cataplessia.

Molecular and functional characterization of the chemotactic genes in the PCBs-degrader Pseudomonas pseudoalcaligenes KF707

Although bacteria represent the simplest form of life on Earth, they have a great impact on all living beings. For example the degrader bacterium Pseudomonas pseudoalcaligenes KF707 is used in bioremediation procedures for the recovery of polluted sites. Indeed, KF707 strain is know for its ability to degrade biphenyl and polychlorinated biphenyls - to which is chemotactically attracted - and to tolerate the oxydative stress due to toxic metal oxyanions such as tellurite and selenite. Moreover, in bioremediation processes, target compounds can be easily accessible to KF707 through biofilm formation. All these considerations suggest that KF707 is such a unique microorganism and this Thesis work has been focused on determining the molecular nature of some of the peculiar physiological traits of this strain. The genome project provided a large set of informations: putative genes involved in the degradation of aromatic and toxic compounds and associated to stress response were identified. Notably, multiple chemotactic operons and cheA genes were also found. Deleted mutants in the cheA genes were constructed and their role in motility, chemotaxis and biofilm formation were assessed and compared to those previously attributed to a cheA1 gene in a KF707 mutant constructed by a mini-Tn5 transposon insertion and which was impaired in motility and biofilm development. The results of this present Thesis work, taken together, were interpreted to suggest that in Pseudomonas pseudoalcaligenes KF707 strain, multiple factors are involved in these networks and they might play different roles depending on the environmental conditions. The ability of KF707 strain to produce signal molecules possibly involved in cell-to-cell communication, was also investigated: lack of a lux-like QS system - which is conversely widely present in Gram negative bacteria – keeps open the question about the actual molecular nature of KF707 quorum sensing mechanism.

Movement Analysis by means of inertial sensors: from bench to bedside

in the everyday clinical practice. Having this in mind, the choice of a simple setup would not be enough because, even if the setup is quick and simple, the instrumental assessment would still be in addition to the daily routine. The will to overcome this limit has led to the idea of instrumenting already existing and widely used functional tests. In this way the sensor based assessment becomes an integral part of the clinical assessment. Reliable and validated signal processing methods have been successfully implemented in Personal Health Systems based on smartphone technology. At the end of this research project there is evidence that such solution can really and easily used in clinical practice in both supervised and unsupervised settings. Smartphone based solution, together or in place of dedicated wearable sensing units, can truly become a pervasive and low-cost means for providing suitable testing solutions for quantitative movement analysis with a clear clinical value, ultimately providing enhanced balance and mobility support to an aging population.

Supersimmetria in meccanica quantistica ed oscillatore armonico supersimmetrico

Il presente lavoro è finalizzato ad illustrare i metodi algebrici di base e alcune applicazioni della Meccanica Quantistica Supersimmetrica, partendo da semplici modelli quantistici, come l’oscillatore armonico. Una volta introdotti tali metodi, rappresentati principalmente dalla fattorizzazione di hamiltoniani e dalla costruzione di sistemi partner supersimmetrici, nel corso della trattazione, vengono formalizzate le regole dell’algebra di Supersimmetria N=2 e mostrate le principali proprietà. Viene inoltre definito l’indice di Witten per analizzare la rottura spontanea della Supersimmetria. Infine, si applicano i risultati esposti a semplici modelli fisici: la barriera infinita e l’oscillatore armonico supersimmetrico discutendo di quest’ultimo le principali caratteristiche.

Gestione del copyright nel tool autore AContent.

Con l’avvento di Internet, potentissimo strumento tecnologico di diffusione di informazioni e di comunicazione a distanza, anche le modalità di apprendimento sono cambiate: persino nelle scuole si tende a non utilizzare più i classici libri di testo, ma ad utilizzare dispositivi dai quali scaricare in formato elettronico, libri, dispense, test, video ed ogni altro genere di materiale di apprendimento, dando vita a un vero e proprio nuovo modo di apprendere chiamato E-learning, più veloce, comodo e ricco di alternative rispetto al vecchio modello offline che si presentava sottoforma di floppy inizialmente e poi di CD-ROM. E-learning significa, electronic based learning, ed è appunto una vera e propria metodologia di didattica che sfrutta e viene facilitata da risorse e servizi disponibili e accessibili virtualmente in rete. Al momento vi sono numerose piattaforme di E-learning, una delle quali è il nucleo di questa tesi, ovvero il tool autore AContent. Questo documento di tesi, infatti, raccoglie la descrizione della progettazione e della fase implementativa della gestione delle politiche di copyright per il tool AContent. L’obbiettivo è quello di rendere possibile l’assegnazione di un copyright a qualsiasi tipo di materiale didattico venga creato, caricato e/o condiviso sulla piattaforma in questione. Pertanto l’idea è stata quella di dare la possibilità di scegliere fra più copyright preimpostati, utilizzando degli standard di licenze riguardanti i diritti d’autore, lasciando anche l’opportunità di inserire la propria politica.