ALDH1A2 (RALDH2) genetic variation in human congenital heart disease

Abstract Background Signaling by the vitamin A-derived morphogen retinoic acid (RA) is required at multiple steps of cardiac development. Since conversion of retinaldehyde to RA by retinaldehyde dehydrogenase type II (ALDH1A2, a.k.a RALDH2) is critical for cardiac development, we screened patients with congenital heart disease (CHDs) for genetic variation at the ALDH1A2 locus. Methods One-hundred and thirty-three CHD patients were screened for genetic variation at the ALDH1A2 locus through bi-directional sequencing. In addition, six SNPs (rs2704188, rs1441815, rs3784259, rs1530293, rs1899430) at the same locus were studied using a TDT-based association approach in 101 CHD trios. Observed mutations were modeled through molecular mechanics (MM) simulations using the AMBER 9 package, Sander and Pmemd programs. Sequence conservation of observed mutations was evaluated through phylogenetic tree construction from ungapped alignments containing ALDH8 s, ALDH1Ls, ALDH1 s and ALDH2 s. Trees were generated by the Neighbor Joining method. Variations potentially affecting splicing mechanisms were cloned and functional assays were designed to test splicing alterations using the pSPL3 splicing assay. Results We describe in Tetralogy of Fallot (TOF) the mutations Ala151Ser and Ile157Thr that change non-polar to polar residues at exon 4. Exon 4 encodes part of the highly-conserved tetramerization domain, a structural motif required for ALDH oligomerization. Molecular mechanics simulation studies of the two mutations indicate that they hinder tetramerization. We determined that the SNP rs16939660, previously associated with spina bifida and observed in patients with TOF, does not affect splicing. Moreover, association studies performed with classical models and with the transmission disequilibrium test (TDT) design using single marker genotype, or haplotype information do not show differences between cases and controls. Conclusion In summary, our screen indicates that ALDH1A2 genetic variation is present in TOF patients, suggesting a possible causal role for this gene in rare cases of human CHD, but does not support the hypothesis that variation at the ALDH1A2 locus is a significant modifier of the risk for CHD in humans.

Trypanosoma livingstonei: a new species from African bats supports the bat seeding hypothesis for the Trypanosoma cruzi clade

Abstract Background Bat trypanosomes have been implicated in the evolutionary history of the T. cruzi clade, which comprises species from a wide geographic and host range in South America, Africa and Europe, including bat-restricted species and the generalist agents of human American trypanosomosis T. cruzi and T. rangeli. Methods Trypanosomes from bats (Rhinolophus landeri and Hipposideros caffer) captured in Mozambique, southeast Africa, were isolated by hemoculture. Barcoding was carried out through the V7V8 region of Small Subunit (SSU) rRNA and Fluorescent Fragment Length barcoding (FFLB). Phylogenetic inferences were based on SSU rRNA, glyceraldehyde phosphate dehydrogenase (gGAPDH) and Spliced Leader (SL) genes. Morphological characterization included light, scanning and transmission electron microscopy. Results New trypanosomes from bats clustered together forming a clade basal to a larger assemblage called the T. cruzi clade. Barcoding, phylogenetic analyses and genetic distances based on SSU rRNA and gGAPDH supported these trypanosomes as a new species, which we named Trypanosoma livingstonei n. sp. The large and highly polymorphic SL gene repeats of this species showed a copy of the 5S ribosomal RNA into the intergenic region. Unique morphological (large and broad blood trypomastigotes compatible to species of the subgenus Megatrypanum and cultures showing highly pleomorphic epimastigotes and long and slender trypomastigotes) and ultrastructural (cytostome and reservosomes) features and growth behaviour (when co-cultivated with HeLa cells at 37°C differentiated into trypomastigotes resembling the blood forms and do not invaded the cells) complemented the description of this species. Conclusion Phylogenetic inferences supported the hypothesis that Trypanosoma livingstonei n. sp. diverged from a common ancestral bat trypanosome that evolved exclusively in Chiroptera or switched at independent opportunities to mammals of several orders forming the clade T. cruzi, hence, providing further support for the bat seeding hypothesis to explain the origin of T. cruzi and T. rangeli.

The phylogeography of trypanosomes from South American alligatorids and African crocodilids is consistent with the geological history of South American river basins and the transoceanic dispersal of Crocodylus at the Miocene

Abstract Background Little is known about the diversity, phylogenetic relationships, and biogeography of trypanosomes infecting non-mammalian hosts. In this study, we investigated the influence of host species and biogeography on shaping the genetic diversity, phylogenetic relationship, and distribution of trypanosomes from South American alligatorids and African crocodilids. Methods Small Subunit rRNA (SSU rRNA) and glycosomal Glyceraldehyde Phosphate Dehydrogenase (gGAPDH) genes were employed for phylogenetic inferences. Trypanosomes from crocodilians were obtained by haemoculturing. Growth behaviour, morphology, and ultrastructural features complement the molecular description of two new species strongly supported by phylogenetic analyses. Results The inferred phylogenies disclosed a strongly supported crocodilian-restricted clade comprising three subclades. The subclade T. grayi comprised the African Trypanosoma grayi from Crocodylus niloticus and tsetse flies. The subclade T. ralphi comprised alligatorid trypanosomes represented by Trypanosoma ralphi n. sp. from Melanosuchus niger, Caiman crocodilus and Caiman yacare from Brazilian river basins. T. grayi and T. ralphi were sister subclades. The basal subclade T. terena comprised alligatorid trypanosomes represented by Trypanosoma terena n. sp. from Ca. yacare sharing hosts and basins with the distantly genetic related T. ralphi. This subclade also included the trypanosome from Ca. crocodilus from the Orinoco basin in Venezuela and, unexpectedly, a trypanosome from the African crocodilian Osteolaemus tetraspis. Conclusion The close relationship between South American and African trypanosomes is consistent with paleontological evidence of recent transoceanic dispersal of Crocodylus at the Miocene/Pliocene boundaries (4–5 mya), and host-switching of trypanosomes throughout the geological configuration of South American hydrographical basins shaping the evolutionary histories of the crocodilians and their trypanosomes.

Applying many-body expansion aiming to make ab in initio molecular dynamics more efficient

In this present work we present a methodology that aims to apply the many-body expansion to decrease the computational cost of ab initio molecular dynamics, keeping acceptable accuracy on the results. We implemented this methodology in a program which we called ManBo. In the many-body expansion approach, we partitioned the total energy E of the system in contributions of one body, two bodies, three bodies, etc., until the contribution of the Nth body [1-3]: E = E1 + E2 + E3 + …EN. The E1 term is the sum of the internal energy of the molecules; the term E2 is the energy due to interaction between all pairs of molecules; E3 is the energy due to interaction between all trios of molecules; and so on. In Manbo we chose to truncate the expansion in the contribution of two or three bodies, both for the calculation of the energy and for the calculation of the atomic forces. In order to partially include the many-body interactions neglected when we truncate the expansion, we can include an electrostatic embedding in the electronic structure calculations, instead of considering the monomers, pairs and trios as isolated molecules in space. In simulations we made we chose to simulate water molecules, and use the Gaussian 09 as external program to calculate the atomic forces and energy of the system, as well as reference program for analyzing the accuracy of the results obtained with the ManBo. The results show that the use of the many-body expansion seems to be an interesting approach for reducing the still prohibitive computational cost of ab initio molecular dynamics. The errors introduced on atomic forces in applying such methodology are very small. The inclusion of an embedding electrostatic seems to be a good solution for improving the results with only a small increase in simulation time. As we increase the level of calculation, the simulation time of ManBo tends to largely decrease in relation to a conventional BOMD simulation of Gaussian, due to better scalability of the methodology presented. References [1] E. E. Dahlke and D. G. Truhlar; J. Chem. Theory Comput., 3, 46 (2007). [2] E. E. Dahlke and D. G. Truhlar; J. Chem. Theory Comput., 4, 1 (2008). [3] R. Rivelino, P. Chaudhuri and S. Canuto; J. Chem. Phys., 118, 10593 (2003).

The phylogeography of trypanosomes from South American alligatorids and African crocodilids is consistent with the geological history of South American river basins and the transoceanic dispersal of Crocodylus at the Miocene

Background: Little is known about the diversity, phylogenetic relationships, and biogeography of trypanosomes infecting non-mammalian hosts. In this study, we investigated the influence of host species and biogeography on shaping the genetic diversity, phylogenetic relationship, and distribution of trypanosomes from South American alligatorids and African crocodilids. Methods: Small Subunit rRNA (SSU rRNA) and glycosomal Glyceraldehyde Phosphate Dehydrogenase (gGAPDH) genes were employed for phylogenetic inferences. Trypanosomes from crocodilians were obtained by haemoculturing. Growth behaviour, morphology, and ultrastructural features complement the molecular description of two new species strongly supported by phylogenetic analyses. Results: The inferred phylogenies disclosed a strongly supported crocodilian-restricted clade comprising three subclades. The subclade T. grayi comprised the African Trypanosoma grayi from Crocodylus niloticus and tsetse flies. The subclade T. ralphi comprised alligatorid trypanosomes represented by Trypanosoma ralphi n. sp. From Melanosuchus niger, Caiman crocodilus and Caiman yacare from Brazilian river basins. T. grayi and T. ralphi were sister subclades. The basal subclade T. terena comprised alligatorid trypanosomes represented by Trypanosoma terena n. sp. from Ca. yacare sharing hosts and basins with the distantly genetic related T. ralphi. This subclade also included the trypanosome from Ca. crocodilus from the Orinoco basin in Venezuela and, unexpectedly, a trypanosome from the African crocodilian Osteolaemus tetraspis. Conclusion: The close relationship between South American and African trypanosomes is consistent with paleontological evidence of recent transoceanic dispersal of Crocodylus at the Miocene/Pliocene boundaries (4–5 mya), and host-switching of trypanosomes throughout the geological configuration of South American hydrographical basins shaping the evolutionary histories of the crocodilians and their trypanosomes.

Pezqueñines

[ES] Este Trabajo de Fin de Grado describe el desarrollo de un prototipo para plataformas móviles, que permite determinar si un pez alcanza la talla mínima establecida para su consumo. Para ello se realiza la detección y segmentación de un pez, para posteriormente determinar si cumple con la talla mínima, utilizando como referencia una moneda de un euro para calibrar el tamaño. La detección se realiza aplicando la implementación del esquema de Viola-Jones, integrada en la librería  OpenCV, creando una serie de detectores propios  tanto para los peces como para la moneda. Asimismo se ha utilizado SDK del que dispone dicha librería para desarrollar la aplicación en plataforma móvil Android.

Strumenti per la valutazione dello stato conservativo e per la manutenzione programmata dei ponti della Provincia di Bologna

La tesi tratta di strumenti finalizzati alla valutazione dello stato conservativo e di supporto all'attività di manutenzione dei ponti, dai più generali Bridge Management Systems ai Sistemi di Valutazione Numerica della Condizione strutturale. Viene proposto uno strumento originale con cui classificare i ponti attraverso un Indice di Valutazione Complessiva e grazie ad esso stabilire le priorità d'intervento. Si tara lo strumento sul caso pratico di alcuni ponti della Provincia di Bologna. Su un ponte in particolare viene realizzato un approfondimento specifico sulla determinazione approssimata dei periodi propri delle strutture da ponte. Si effettua un confronto dei risultati di alcune modellazioni semplificate in riferimento a modellazioni dettagliate e risultati sperimentali.

Procedimenti di ottimizzazione di sistemi smorzati

La presente tesi riguarda lo studio di procedimenti di ottimizzazione di sistemi smorzati. In particolare, i sistemi studiati sono strutture shear-type soggette ad azioni di tipo sismico impresse alla base. Per effettuare l’ottimizzazione dei sistemi in oggetto si agisce sulle rigidezze di piano e sui coefficienti di smorzamento effettuando una ridistribuzione delle quantità suddette nei piani della struttura. È interessante effettuare l’ottimizzazione di sistemi smorzati nell’ottica della progettazione antisismica, in modo da ridurre la deformata della struttura e, conseguentemente, anche le sollecitazioni che agiscono su di essa. Il lavoro consta di sei capitoli nei quali vengono affrontate tre procedure numerico-analitiche per effettuare l’ottimizzazione di sistemi shear-type. Nel primo capitolo si studia l’ottimizzazione di sistemi shear-type agendo su funzioni di trasferimento opportunamente vincolate. In particolare, le variabili di progetto sono le rigidezze di piano, mentre i coefficienti di smorzamento e le masse di piano risultano quantità note e costanti durante tutto il procedimento di calcolo iterativo; per effettuare il controllo dinamico della struttura si cerca di ottenere una deformata pressoché rettilinea. Tale condizione viene raggiunta ponendo le ampiezze delle funzioni di trasferimento degli spostamenti di interpiano pari all’ampiezza della funzione di trasferimento del primo piano. Al termine della procedura si ottiene una ridistribuzione della rigidezza complessiva nei vari piani della struttura. In particolare, si evince un aumento della rigidezza nei piani più bassi che risultano essere quelli più sollecitati da una azione impressa alla base e, conseguentemente, si assiste ad una progressiva riduzione della variabile di progetto nei piani più alti. L’applicazione numerica di tale procedura viene effettuata nel secondo capitolo mediante l’ausilio di un programma di calcolo in linguaggio Matlab. In particolare, si effettua lo studio di sistemi a tre e a cinque gradi di libertà. La seconda procedura numerico-analitica viene presentata nel terzo capitolo. Essa riguarda l’ottimizzazione di sistemi smorzati agendo simultaneamente sulla rigidezza e sullo smorzamento e consta di due fasi. La prima fase ricerca il progetto ottimale della struttura per uno specifico valore della rigidezza complessiva e dello smorzamento totale, mentre la seconda fase esamina una serie di progetti ottimali in funzione di diversi valori della rigidezza e dello smorzamento totale. Nella prima fase, per ottenere il controllo dinamico della struttura, viene minimizzata la somma degli scarti quadratici medi degli spostamenti di interpiano. Le variabili di progetto, aggiornate dopo ogni iterazione, sono le rigidezze di piano ed i coefficienti di smorzamento. Si pone, inoltre, un vincolo sulla quantità totale di rigidezza e di smorzamento, e i valori delle rigidezze e dei coefficienti di smorzamento di ogni piano non devono superare un limite superiore posto all’inizio della procedura. Anche in questo caso viene effettuata una ridistribuzione delle rigidezze e dei coefficienti di smorzamento nei vari piani della struttura fino ad ottenere la minimizzazione della funzione obiettivo. La prima fase riduce la deformata della struttura minimizzando la somma degli scarti quadrarici medi degli spostamenti di interpiano, ma comporta un aumento dello scarto quadratico medio dell’accelerazione assoluta dell’ultimo piano. Per mantenere quest’ultima quantità entro limiti accettabili, si passa alla seconda fase in cui si effettua una riduzione dell’accelerazione attraverso l’aumento della quantità totale di smorzamento. La procedura di ottimizzazione di sistemi smorzati agendo simultaneamente sulla rigidezza e sullo smorzamento viene applicata numericamente, mediante l’utilizzo di un programma di calcolo in linguaggio Matlab, nel capitolo quattro. La procedura viene applicata a sistemi a due e a cinque gradi di libertà. L’ultima parte della tesi ha come oggetto la generalizzazione della procedura che viene applicata per un sistema dotato di isolatori alla base. Tale parte della tesi è riportata nel quinto capitolo. Per isolamento sismico di un edificio (sistema di controllo passivo) si intende l’inserimento tra la struttura e le sue fondazioni di opportuni dispositivi molto flessibili orizzontalmente, anche se rigidi in direzione verticale. Tali dispositivi consentono di ridurre la trasmissione del moto del suolo alla struttura in elevazione disaccoppiando il moto della sovrastruttura da quello del terreno. L’inserimento degli isolatori consente di ottenere un aumento del periodo proprio di vibrare della struttura per allontanarlo dalla zona dello spettro di risposta con maggiori accelerazioni. La principale peculiarità dell’isolamento alla base è la possibilità di eliminare completamente, o quantomeno ridurre sensibilmente, i danni a tutte le parti strutturali e non strutturali degli edifici. Quest’ultimo aspetto è importantissimo per gli edifici che devono rimanere operativi dopo un violento terremoto, quali ospedali e i centri operativi per la gestione delle emergenze. Nelle strutture isolate si osserva una sostanziale riduzione degli spostamenti di interpiano e delle accelerazioni relative. La procedura di ottimizzazione viene modificata considerando l’introduzione di isolatori alla base di tipo LRB. Essi sono costituiti da strati in elastomero (aventi la funzione di dissipare, disaccoppiare il moto e mantenere spostamenti accettabili) alternati a lamine in acciaio (aventi la funzione di mantenere una buona resistenza allo schiacciamento) che ne rendono trascurabile la deformabilità in direzione verticale. Gli strati in elastomero manifestano una bassa rigidezza nei confronti degli spostamenti orizzontali. La procedura di ottimizzazione viene applicata ad un telaio shear-type ad N gradi di libertà con smorzatori viscosi aggiunti. Con l’introduzione dell’isolatore alla base si passa da un sistema ad N gradi di libertà ad un sistema a N+1 gradi di libertà, in quanto l’isolatore viene modellato alla stregua di un piano della struttura considerando una rigidezza e uno smorzamento equivalente dell’isolatore. Nel caso di sistema sheat-type isolato alla base, poiché l’isolatore agisce sia sugli spostamenti di interpiano, sia sulle accelerazioni trasmesse alla struttura, si considera una nuova funzione obiettivo che minimizza la somma incrementata degli scarti quadratici medi degli spostamenti di interpiano e delle accelerazioni. Le quantità di progetto sono i coefficienti di smorzamento e le rigidezze di piano della sovrastruttura. Al termine della procedura si otterrà una nuova ridistribuzione delle variabili di progetto nei piani della struttura. In tal caso, però, la sovrastruttura risulterà molto meno sollecitata in quanto tutte le deformazioni vengono assorbite dal sistema di isolamento. Infine, viene effettuato un controllo sull’entità dello spostamento alla base dell’isolatore perché potrebbe raggiungere valori troppo elevati. Infatti, la normativa indica come valore limite dello spostamento alla base 25cm; valori più elevati dello spostamento creano dei problemi soprattutto per la realizzazione di adeguati giunti sismici. La procedura di ottimizzazione di sistemi isolati alla base viene applicata numericamente mediante l’utilizzo di un programma di calcolo in linguaggio Matlab nel sesto capitolo. La procedura viene applicata a sistemi a tre e a cinque gradi di libertà. Inoltre si effettua il controllo degli spostamenti alla base sollecitando la struttura con il sisma di El Centro e il sisma di Northridge. I risultati hanno mostrato che la procedura di calcolo è efficace e inoltre gli spostamenti alla base sono contenuti entro il limite posto dalla normativa. Giova rilevare che il sistema di isolamento riduce sensibilmente le grandezze che interessano la sovrastruttura, la quale si comporta come un corpo rigido al di sopra dell’isolatore. In futuro si potrà studiare il comportamento di strutture isolate considerando diverse tipologie di isolatori alla base e non solo dispositivi elastomerici. Si potrà, inoltre, modellare l’isolatore alla base con un modello isteretico bilineare ed effettuare un confronto con i risultati già ottenuti per il modello lineare.

Modellazione numerica del comportamento di una struttura in muratura

In questi ultimi anni il tema della sicurezza sismica degli edifici storici in muratura ha assunto particolare rilievo in quanto a partire soprattutto dall’ordinanza 3274 del 2003, emanata in seguito al sisma che colpì il Molise nel 2002, la normativa ha imposto un monitoraggio ed una classificazione degli edifici storici sotto tutela per quanto riguarda la vulnerabilità sismica (nel 2008, quest’anno, scade il termine per attuare quest’opera di classificazione). Si è posto per questo in modo più urgente il problema dello studio del comportamento degli edifici storici (non solo quelli che costituiscono monumento, ma anche e soprattutto quelli minori) e della loro sicurezza. Le Linee Guida di applicazione dell’Ordinanza 3274 nascono con l’intento di fornire strumenti e metodologie semplici ed efficaci per affrontare questo studio nei tempi previsti. Il problema si pone in modo particolare per le chiese, presenti in grande quantità sul territorio italiano e di cui costituiscono gran parte del patrimonio culturale; questi edifici, composti di solito da grandi elementi murari, non presentano comportamento scatolare, mancando orizzontamenti, elementi di collegamento efficace e muri di spina interni e sono particolarmente vulnerabili ad azioni sismiche; presentano inoltre un comportamento strutturale a sollecitazioni orizzontali che non può essere colto con un approccio globale basato, ad esempio, su un’analisi modale lineare: non ci sono modi di vibrare che coinvolgano una sufficiente parte di massa della struttura; si hanno valori dei coefficienti di partecipazione dei varii modi di vibrare minori del 10% (in generale molto più bassi). Per questo motivo l’esperienza e l’osservazione di casi reali suggeriscono un approccio di studio degli edifici storici sacri in muratura attraverso l’analisi della sicurezza sismica dei cosiddetti “macroelementi” in cui si può suddividere un edificio murario, i quali sono elementi che presentano un comportamento strutturale autonomo. Questo lavoro si inserisce in uno studio più ampio iniziato con una tesi di laurea dal titolo “Analisi Limite di Strutture in Muratura. Teoria e Applicazione all'Arco Trionfale” (M. Temprati), che ha studiato il comportamento dell’arco trionfale della chiesa collegiata di Santa Maria del Borgo a San Nicandro Garganico (FG). Suddividere un edificio in muratura in più elementi è il metodo proposto nelle Linee Guida, di cui si parla nel primo capitolo del presente lavoro: la vulnerabilità delle strutture può essere studiata tramite il moltiplicatore di collasso quale parametro in grado di esprimere il livello di sicurezza sismica. Nel secondo capitolo si illustra il calcolo degli indici di vulnerabilità e delle accelerazioni di danno per la chiesa di Santa Maria del Borgo, attraverso la compilazione delle schede dette “di II livello”, secondo quanto indicato nelle Linee Guida. Nel terzo capitolo viene riportato il calcolo del moltiplicatore di collasso a ribaltamento della facciata della chiesa. Su questo elemento si è incentrata l’attenzione nel presente lavoro. A causa della complessità dello schema strutturale della facciata connessa ad altri elementi dell’edificio, si è fatto uso del codice di calcolo agli elementi finiti ABAQUS. Della modellazione del materiale e del settaggio dei parametri del software si è discusso nel quarto capitolo. Nel quinto capitolo si illustra l’analisi condotta tramite ABAQUS sullo stesso schema della facciata utilizzato per il calcolo manuale nel capitolo tre: l’utilizzo combinato dell’analisi cinematica e del metodo agli elementi finiti permette per esempi semplici di convalidare i risultati ottenibili con un’analisi non-lineare agli elementi finiti e di estenderne la validità a schemi più completi e più complessi. Nel sesto capitolo infatti si riportano i risultati delle analisi condotte con ABAQUS su schemi strutturali in cui si considerano anche gli elementi connessi alla facciata. Si riesce in questo modo ad individuare con chiarezza il meccanismo di collasso di più facile attivazione per la facciata e a trarre importanti informazioni sul comportamento strutturale delle varie parti, anche in vista di un intervento di ristrutturazione e miglioramento sismico.