Dinamiche di produzione di Dimetilsolfoniopropionato (DMSP) nella dinoflagellata tossica Ostreopsis cf. ovata in colture batch

Il Dimetilsolfoniopropionato (DMSP) è un metabolita secondario prodotto da vari organismi marini, tra cui molte microalghe. Ad oggi pochi studi riguardano gli effetti dei fattori ambientali sulla produzione di DMSP nelle microalghe tossiche, tuttavia si ipotizza che la carenza di azoto (N-dep) possa influire sulla produzione di tossine e DMSP. In questo lavoro è stata indagata nella dinoflagellata Ostreopsis cf. ovata: la presenza e l’andamento del DMSP lungo tutte le fasi di crescita; i possibili effetti di differenti condizioni di crescita (i.e. bilanciata e N-dep) sulla produzione del metabolita e delle tossine. La scelta della dinoflagellata è giustificata dalle sue frequenti fioriture dannose nel Mediterraneo e dall’osservazione, in studi pregressi, di una comunità batterica associata ai suoi blooms in grado di utilizzare il DMSP come fonte energetica. Lo studio mostra per la prima volta da parte di O. cf ovata la produzione del DMSP, riportando un trend temporale simile nelle due condizioni. Si evidenzia: un minimo a fine fase esponenziale; un massimo nella prima fase stazionaria; una riduzione al termine della fase stazionaria. Il confronto fra le due condizioni evidenzia un effetto positivo di N-dep nella produzione di DMSP, evidenziato anche dal maggior tasso di produzione, che potrebbe avvenire per: utilizzare il DMSP rispetto ad altri osmoliti azotati; rilasciare nell’ambiente composti carboniosi e sulfurei, prodotti a seguito dello stress cellulare. I risultati indicherebbero come N-dep possa interferire nella sintesi di tossine e DMSP in maniera opposta, non per competizione diretta del nutriente nei processi di sintesi, ma a seguito dei cambiamenti fisiologici della microalga dovuti alla carenza nutrizionale. Infine la produzione di DMSP da parte della microalga conferma l’instaurarsi di una fase d’interazione mutualistica con i batteri ad essa associati facilitata dal DMSP, importante per lo sviluppo della popolazione algale e dei conseguenti rischi sanitari ed ecosistemici.

Progettazione ed implementazione di un database per la gestione della mappa della connettivita urbana utilizzando tecnologie nosql

Nella tesi, inizialmente, viene introdotto il concetto di Big Data, descrivendo le caratteristiche principali, il loro utilizzo, la provenienza e le opportunità che possono apportare. Successivamente, si sono spiegati i motivi che hanno portato alla nascita del movimento NoSQL, come la necessità di dover gestire i Big Data pur mantenendo una struttura flessibile nel tempo. Inoltre, dopo un confronto con i sistemi tradizionali, si è passati al classificare questi DBMS in diverse famiglie, accennando ai concetti strutturali sulle quali si basano, per poi spiegare il funzionamento. In seguito è stato descritto il database MongoDB orientato ai documenti. Sono stati approfonditi i dettagli strutturali, i concetti sui quali si basa e gli obbiettivi che si pone, per poi andare ad analizzare nello specifico importanti funzioni, come le operazioni di inserimento e cancellazione, ma anche il modo di interrogare il database. Grazie alla sue caratteristiche che lo rendono molto performante, MonogDB, è stato utilizzato come supporto di base di dati per la realizzazione di un applicazione web che permette di mostrare la mappa della connettività urbana.

Effetto della carenza di Azoto su crescita e composizione di Phaeodactylum tricornutum

La diatomea presa in esame in questo studio è Phaeodactylum tricornutum, diatomea marina con simmetria pennata. L’interesse commerciale verso Phaeodactylum tricornutum nasce dal suo alto contenuto di acidi grassi polinsaturi (PUFA), tra cui troviamo alcuni omega 3, come l’acido eicosapentaenoico (EPA) e l’acido docosaesaenoico (DHA) e dalla quantità del polisaccaride di riserva prodotto, il β-1,3 glucano crisolaminarina. E’stata studiata la capacità dei β-1,3 glucani, in particolare della laminarina, di inibire l’attacco cellulare da parte di alcuni batteri dannosi per la salute umana. Anche i pigmenti accessori di questa diatomea in particolare il β-carotene (appartenente ai caroteni) e la fucoxantina (appartenente alle xantofille) possono essere impiegati nella nutraceutica. Negli studi svolti precedentemente sull’effetto di fattori ambientali sulla composizione di questa specie, è stata presa in considerazione solo la produzione di lipidi e non è mai stato seguito contemporaneamente l’andamento di lipidi e polisaccaridi: questo progetto di tesi prevede la valutazione della possibilità di ottenere colture di P. tricornutum ad alto contenuto sia polisaccaridico sia lipidico per applicazioni industriali. Tutto il lavoro di tesi si è svolto presso l’azienda Micoperi Blue Growth (MBG), nello stabilimento di Ortona (CH) in due fasi: nella prima fase l’esperimento è stato condotto in batch su piccola scala e la crescita e la composizione di P. tricornutum sono state seguite in due diversi terreni di coltura: uno ricco in azoto, denominato N, per mezzo del quale si è voluta incrementare la crescita e la biomassa ed uno a ridotto contenuto di azoto, denominato N/3, per indurre la produzione di lipidi e polisaccaridi. Ne è stata seguita la crescita per mezzo di misure di assorbanza, peso secco, pH, conta cellulare, determinazione dei macronutrienti ed è stata analizzata la composizione biochimica con determinazione dei composti polisaccaridici totali, determinazione qualitativa dei polisaccaridi, determinazione della clorofilla a, valutazione quantitativa e qualitativa dei lipidi. E' stato notato che la condizione con un contenuto polisaccaridico e lipidico maggiore è quella con un ridotto contenuto di azoto. Con la seconda fase si è voluto verificare la riproducibilità su larga scala di quanto notato nel primo esperimento in sistemi chiusi industriali. E’stata avviata una monocoltura di Phaeodactylum tricornutum in fotobioreattore (PBR) da 70L in semicontinuo e ne è stata monitorata la crescita misurando assorbanza, peso secco, pH, quantità di macronutrienti nel terreno; la composizione biochimica è stata valutata determinando i polisaccaridi totali e la loro composizione qualitativa, le proteine totali, i lipidi totali e la composizione qualitativa. In conclusione con questo lavoro si è visto il terreno migliore per la produzione di polisaccaridi e lipidi e le tempistiche di produzione in Phaeodactylum tricornutum, e in aggiunta, abbiamo dimostrato che sia contenuti che tempistiche sono riproducubili in un sistema industriale chiuso per produrre biomassa ad alto valore commerciale.

Studio di profili di espressione di geni coinvolti nello sviluppo larvale del Mitilo Mytilus galloprovincialis.

La presente ricerca si focalizza su alcuni processi chiave dello sviluppo larvale del mitili M. galloprovincialis: la biomineralizzazione, in quanto elemento fondamentale per la formazione della conchiglia; lo sviluppo ed il mantenimento della struttura cellulare, in quanto il progredire dello sviluppo comporta molteplici cambiamenti a tutti i livelli; la detossificazione, in quanto capace di fornire l’adeguata protezione. Lo studio ha visto l’impiego di tecniche molecolari (RT-qPCR) al fine di valutare l’espressione di geni codificanti per l’enzima anidrasi carbonica, la proteina extrapalliale, il recettore 5-HT1, la proteina actina, i trasportatori di membrana P-gp e Mrp, e gli enzimi catalasi e glutatione S-transferasi. È stata poi esaminata l’attività dell’enzima protein-chinasi A e si è caratterizzato il sistema MXR. Inoltre si è cercato di valutare il coinvolgimento di meccanismi cAMP/PKA-dipendenti nella regolazione dell’espressione di geni sopra menzionati. A tale scopo, sono stati utilizzati i composti farmaceutici propranololo e carbamazepina, che, da studi precedenti, sono noti interferire nella regolazione della via di trasduzione cAMP/PKA dipendente nel mitilo. I risultati di questa ricerca permettono di affermare che lo sviluppo larvale è un processo continuo in cui vi sono costanti cambiamenti fisiologici. L’espressione basale dei trascritti studiati ha mostrato evidenti variazioni nel tempo tra uova fertilizzate, trocofore e veliger, con un trend generale di sovraregolazione. E’ emerso anche che durante il suo sviluppo, il mitilo mediterraneo non presenta lo stesso tipo di regolazione della trascrizione riscontrabile nell’esemplare adulto. La modulazione dell’espressione da parte dei farmaci utilizzati ha comportato sovra- o sotto-espressione dei geni esaminati, indicando il possibile coinvolgimento di vie di regolazione della trascrizione affidate alla trasduzione del segnale neuroendocrino e del pathway cAMP/PKA dipendente

Modellazione matematica delle dinamiche di rilevamento dell'espressione del gene N-MYC mediante un sensore biomolecolare sintetico

L'espressione del gene MYCN è un importante indicatore della severità del NBL. Poiché il numero di copie di MYCN è un indice grezzo della sua espressione quantificarle utilizzando tecniche come la “fluorescent in situ hybridization” (FISH) può servire a formulare una stima del livello di espressione MYCN [Shapiro 1993]. Tuttavia, l'espressione aberrante di MYCN nel NBL non è sempre associata all'amplificazione genica; pertanto la valutazione diretta del livello di espressione di questo gene sarebbe un miglior indicatore prognostico. Questa tesi è stata sviluppata nell'ambito di un progetto che si propone di realizzare un sensore biomolecolare sintetico per l'identificazione del livello di espressione di MYCN. Di seguito saranno presentati i dettagli relativi alla progettazione della topologia circuitale e all’analisi in silico che sono state condotte per caratterizzare il comportamento dinamico del sistema. Questo lavoro è stato svolto nel laboratorio di Ingegneria Cellulare e Molecolare "S. Cavalcanti", presso la Sede di Cesena del Dipartimento di Ingegneria dell'Energia elettrica e dell'Informazione "Guglielmo Marconi" (DEI) dell’Ateneo di Bologna.

Time Series Database: progettazione di un’applicazione sw basata su piattaforma InfluxDB

La tesi tratta una panoramica generale sui Time Series database e relativi gestori. Successivamente l'attenzione è focalizzata sul DBMS InfluxDB. Infine viene mostrato un progetto che implementa InfluxDB

Image Analysis Methods for Sugar Beet Phenotyping

In un mondo che richiede sempre maggiormente un'automazione delle attività della catena produttiva industriale, la computer vision rappresenta uno strumento fondamentale perciò che viene già riconosciuta internazionalmente come la Quarta Rivoluzione Industriale o Industry 4.0. Avvalendomi di questo strumento ho intrapreso presso l'azienda Syngenta lo studio della problematica della conta automatica del numero di foglie di una pianta. Il problema è stato affrontato utilizzando due differenti approcci, ispirandosi alla letteratura. All'interno dell'elaborato è presente anche la descrizione progettuale di un ulteriore metodo, ad oggi non presente in letteratura. Le metodologie saranno spiegate in dettaglio ed i risultati ottenuti saranno confrontati utilizzando i primi due approcci. Nel capitolo finale si trarranno le conclusioni sulle basi dei risultati ottenuti e dall'analisi degli stessi.

Multimodal Registration Procedure for the Initial Spatial Alignment of a Retinal Video Sequence to a Retinal Composite Image

Accurate placement of lesions is crucial for the effectiveness and safety of a retinal laser photocoagulation treatment. Computer assistance provides the capability for improvements to treatment accuracy and execution time. The idea is to use video frames acquired from a scanning digital ophthalmoscope (SDO) to compensate for retinal motion during laser treatment. This paper presents a method for the multimodal registration of the initial frame from an SDO retinal video sequence to a retinal composite image, which may contain a treatment plan. The retinal registration procedure comprises the following steps: 1) detection of vessel centerline points and identification of the optic disc; 2) prealignment of the video frame and the composite image based on optic disc parameters; and 3) iterative matching of the detected vessel centerline points in expanding matching regions. This registration algorithm was designed for the initialization of a real-time registration procedure that registers the subsequent video frames to the composite image. The algorithm demonstrated its capability to register various pairs of SDO video frames and composite images acquired from patients.

SMARTDIAB: a communication and information technology approach for the intelligent monitoring, management and follow-up of type 1 diabetes patients

SMARTDIAB is a platform designed to support the monitoring, management, and treatment of patients with type 1 diabetes mellitus (T1DM), by combining state-of-the-art approaches in the fields of database (DB) technologies, communications, simulation algorithms, and data mining. SMARTDIAB consists mainly of two units: 1) the patient unit (PU); and 2) the patient management unit (PMU), which communicate with each other for data exchange. The PMU can be accessed by the PU through the internet using devices, such as PCs/laptops with direct internet access or mobile phones via a Wi-Fi/General Packet Radio Service access network. The PU consists of an insulin pump for subcutaneous insulin infusion to the patient and a continuous glucose measurement system. The aforementioned devices running a user-friendly application gather patient's related information and transmit it to the PMU. The PMU consists of a diabetes data management system (DDMS), a decision support system (DSS) that provides risk assessment for long-term diabetes complications, and an insulin infusion advisory system (IIAS), which reside on a Web server. The DDMS can be accessed from both medical personnel and patients, with appropriate security access rights and front-end interfaces. The DDMS, apart from being used for data storage/retrieval, provides also advanced tools for the intelligent processing of the patient's data, supporting the physician in decision making, regarding the patient's treatment. The IIAS is used to close the loop between the insulin pump and the continuous glucose monitoring system, by providing the pump with the appropriate insulin infusion rate in order to keep the patient's glucose levels within predefined limits. The pilot version of the SMARTDIAB has already been implemented, while the platform's evaluation in clinical environment is being in progress.

Mesh-based vs. Image-based Statistical Appearance Model of the Human Femur: a Preliminary Comparison Study for the Creation of Finite Element Meshes

Statistical models have been recently introduced in computational orthopaedics to investigate the bone mechanical properties across several populations. A fundamental aspect for the construction of statistical models concerns the establishment of accurate anatomical correspondences among the objects of the training dataset. Various methods have been proposed to solve this problem such as mesh morphing or image registration algorithms. The objective of this study is to compare a mesh-based and an image-based statistical appearance model approaches for the creation of nite element(FE) meshes. A computer tomography (CT) dataset of 157 human left femurs was used for the comparison. For each approach, 30 finite element meshes were generated with the models. The quality of the obtained FE meshes was evaluated in terms of volume, size and shape of the elements. Results showed that the quality of the meshes obtained with the image-based approach was higher than the quality of the mesh-based approach. Future studies are required to evaluate the impact of this finding on the final mechanical simulations.

Geometry-Aware Multiscale Image Registration via OBBTree-Based Polyaffine Log-Demons

Non-linear image registration is an important tool in many areas of image analysis. For instance, in morphometric studies of a population of brains, free-form deformations between images are analyzed to describe the structural anatomical variability. Such a simple deformation model is justified by the absence of an easy expressible prior about the shape changes. Applying the same algorithms used in brain imaging to orthopedic images might not be optimal due to the difference in the underlying prior on the inter-subject deformations. In particular, using an un-informed deformation prior often leads to local minima far from the expected solution. To improve robustness and promote anatomically meaningful deformations, we propose a locally affine and geometry-aware registration algorithm that automatically adapts to the data. We build upon the log-domain demons algorithm and introduce a new type of OBBTree-based regularization in the registration with a natural multiscale structure. The regularization model is composed of a hierarchy of locally affine transformations via their logarithms. Experiments on mandibles show improved accuracy and robustness when used to initialize the demons, and even similar performance by direct comparison to the demons, with a significantly lower degree of freedom. This closes the gap between polyaffine and non-rigid registration and opens new ways to statistically analyze the registration results.

Multi-Scale Modeling for Image Analysis of Brain Tumor Studies

Image-based modeling of tumor growth combines methods from cancer simulation and medical imaging. In this context, we present a novel approach to adapt a healthy brain atlas to MR images of tumor patients. In order to establish correspondence between a healthy atlas and a pathologic patient image, tumor growth modeling in combination with registration algorithms is employed. In a first step, the tumor is grown in the atlas based on a new multi-scale, multi-physics model including growth simulation from the cellular level up to the biomechanical level, accounting for cell proliferation and tissue deformations. Large-scale deformations are handled with an Eulerian approach for finite element computations, which can operate directly on the image voxel mesh. Subsequently, dense correspondence between the modified atlas and patient image is established using nonrigid registration. The method offers opportunities in atlasbased segmentation of tumor-bearing brain images as well as for improved patient-specific simulation and prognosis of tumor progression.