Egg production in furnished cages

In the European Union, conventional cages for laying hens will be faded out at the beginning of 2012. The rationale behind this is a public concern over animal welfare in egg production. As alternatives to conventional cages, the European Union Council Directive 1999/74/EC allows non-cage systems and enriched (furnished) cages. Layer performance, behavior, and welfare in differently sized furnished cages have been investigated quite widely during recent decades, but nutrition of hens in this production system has received less attention. This thesis aims to compare production and feed intake of laying hens in furnished and conventional cages and to study the effects of different dietary treatments in these production systems, thus contributing to the general knowledge of furnished cages as an egg production system. A furnished cage model for 8 hens was compared with a 3-hen conventional cage. Three consecutive experiments each studied one aspect of layer diet: The first experiment investigated the effects of dietary protein/energy ratio, the second dietary energy levels, and the third the effects of extra limestone supplementation. In addition, a fourth experiment evaluated the effects of perches on feed consumption and behavior of hens in furnished cages. The dietary treatments in experiments 1 3 generally had similar effects in the two cage types. Thus, there was no evidence supporting a change in nutrient requirements for laying hens when conventional cages are replaced with small-group furnished cages. Moreover, the results from nutritional experiments conducted in conventional cages can be applied to small-group furnished cage systems. These results support the view that production performance comparable with conventional cages can be achieved in furnished cages. All of the advantages of cages for bird welfare are sustained in the small-group furnished cages used here. In addition, frequent use of perches and nests implies a wider behavioral repertoire in furnished cages than in conventional cages. The increase observed in bone ash content may improve bird welfare in furnished cages. The presence of perches diminished feed consumption during the prelaying period and enhanced the feed conversion ratio during the early laying period in furnished cages. However, as the presence or absence of perches in furnished cages had no significant effect on feed consumption after the prelaying period, the lower feed consumption observed in furnished cages than in conventional cages could be attributed to other factors, such as the presence of wood shavings or a nest box. The wider feed trough space per hen in conventional than in furnished cages may partly explain the higher feed consumption observed in conventional cages.

Rearing strategies of young dairy calves in relation to production, behaviour and welfare

Vasikoiden kasvatus yksilökarsinoissa, imemismahdollisuuden puute maitojuoton yhteydessä sekä pienet juomamäärät ovat tekijöitä, jotka mahdollisesti voivat vähentää vasikoiden hyvinvointia. Vasikoiden kasvatukseen etsitäänkin uusia tapoja, joissa eläinten käyttäytymistarpeet ja hyvinvointi otetaan entistä paremmin huomioon. Tässä väitöskirjassa vasikoiden kasvatusta on tarkasteltu sekä tuotannon että vasikoiden käyttäytymisen ja hyvinvoinnin kannalta. Väitöskirja koostuu kolmesta kokeesta, joista ensimmäisessä tutkittiin vasikoiden kasvatusta ryhmäkarsinoissa ulkona tai sisällä ja vasikoiden kasvatusta sisällä ryhmä- tai yksilökarsinoissa. Toisessa kokeessa vasikoiden annettiin imeä emiään rajoitetusti lypsyn jälkeen viiden tai kahdeksan viikon ajan ja kolmannessa selvitettiin vasikoiden veden juontia, kun vasikat saivat juomarehua vapaasti. Lisäksi kokeiden yhdistetystä aineistosta analysoitiin eri rehujen syöntimäärien suhdetta sekä rehujen vaikutusta kasvuun ennen ja jälkeen maidosta vieroituksen. Tutkimuksessa todettiin, että vasikoita voi ryhmässä kasvattaa kylmissä ja vaihtelevissa sääoloissa ulkona, kunhan ne hoidetaan ja ruokitaan erittäin huolellisesti. Kylmällä ilmalla vasikat saattavat kuitenkin syödä väkirehua vähemmän varsinkin, jos ruokailupaikka on ulkona ja makuualue sisällä. Ryhmässä kasvaneet vasikat aloittivat sekä kuivien rehujen syönnin että märehtimisen nuorempina kuin yksilökarsinassa kasvaneet. Ryhmissä esiintyvää käyttäytymisongelmaa, toisten vasikoiden imemistä, voidaan vähentää hoito- ja ruokintamenetelmillä. Annettaessa vasikoiden imeä emiään rajoitetusti lypsyn jälkeen vasikat oppivat imemään emiään hyvin nopeasti. Lypsytyö vaikeutui muutamien lehmien kohdalla, sillä ne pidättivät maitoa lypsettäessä. Saadessaan imeä rajoitetusti vasikat imivät suurehkoja maitomääriä kerrallaan. Vieroittaminen suurilta maitomääriltä viiden viikon iässä oli kuitenkin liian aikaista, koska vasikat eivät vielä syöneet riittävästi kuivia rehuja. Vieroitus emästä niin viiden kuin kahdeksankin viikon iässä aiheutti vasikoissa levottomuutta ja ääntelyn lisääntymistä. Saadessaan hapatettua juomarehua vapaasti vasikat joivat keskimäärin vain vähän vettä, olipa vesilähteenä avoin ämpäri tai vesinippa. Vasikoiden välillä oli suurta vaihtelua veden juontimäärissä. Viikkoa ennen maidosta vieroitusta vasikat joivat 0-3 l vettä päivässä. Vasikat joivat nipasta kerrallaan vähemmän vettä kuin ämpäristä, ja käyttivät enemmän aikaa päivässä veden juomiseen kuin vesiämpäristä juoneet vasikat. Suurin osa vasikoista joi vettä juomanipoista erikoisella tavalla esimerkiksi painamalla nippaa otsalla ja juomalla tippuvaa vettä. Vesinipat voivat olla siis vasikoille joko vaikeita tai epämukavia käyttää. Vasikoiden juoman maitomäärän lisääntyessä kasvu lisääntyy selvästi. Runsas maidon juominen vähentää kuitenkin kuivien rehujen syöntiä ja vieroitusvaiheessa kasvu voi hidastua. Vasikat olisikin tärkeää vieroittaa vähitellen, ettei muutoksia kasvuun tulisi. Syönti- ja kasvutulokset eivät aina anna oikeaa kuvaa kasvatusmenetelmien eroista eläinten hyvinvoinnin kannalta. Käyttäytyminen on herkkä hyvinvoinnin mittari ja se tulisikin aina huomioida eri kasvatusmenetelmiä arvioitaessa. .

Winter feeding strategies for suckler cows in cold climatic conditions

In Finland, suckler cow production is carried out in circumstances characterized by a long winter period and a short grazing period. The traditional winter housing system for suckler cows has been insulated or uninsulated buildings, but there is a demand for developing less expensive housing systems. In addition, more information is needed on new winter feeding strategies, carried out in inexpensive winter facilities with conventional (hay, grass silage, straw) or alternative (treated straw, industrial by-product, whole-crop silage) feeds. The new feeding techniques should not have any detrimental effects on animal welfare in order to be acceptable to both farmers and consumers. Furthermore, no official feeding recommendations for suckler cows are available in Finland and, thus, recommendations for dairy cows have been used. However, this may lead to over- or underfeeding of suckler cows and, finally, to decreased economic output. In Experiment I, second-calf beef-dairy suckler cows were used to compare the effects of diets based on hay (H) or urea-treated straw (US) at two feeding levels (Moderate; M vs. Low; L) on the performance of cows and calves. Live weight (LW) gain during the indoor feeding was lower for cows on level L than on level M. Cows on diet US lost more LW indoors than those on diet H. The cows replenished the LW losses on good pasture. Calf LW gain and cow milk production were unaffected by the treatments. Conception rate was unaffected by the treatments but was only 69%. Urea-treated straw proved to be a suitable winter feed for spring-calving suckler cows. Experiment II studied the effects of feeding accuracy on the performance of first- and second-calf beef-dairy cows and calves. In II-1, the day-to-day variation in the roughage offered ranged up to ± 40%. In II-2, the same variation was used in two-week periods. Variation of the roughages offered had minor effects on cow performance. Reproduction was unaffected by the feeding accuracy. Accurate feeding is not necessary for young beef-dairy crosses, if the total amount of energy offered over a period of a few weeks fulfills the energy requirements. Effects of feeding strategies with alternative feeds on the performance of mature beef-dairy and beef cows and calves were evaluated in Experiment III. Two studies consisted of two feeding strategies (Step-up vs. Flat-rate) and two diets (Control vs. Alternative). There were no differences between treatments in the cow LW, body condition score (BCS), calf pre-weaning LW gain and cow reproduction. A flat-rate strategy can be practised in the nutrition of mature suckler cows. Oat hull based flour-mill by product can partly replace grass silage and straw in the winter diet. Whole-crop barley silage can be offered as a sole feed to suckler cows. Experiment IV evaluated during the winter feeding period the effects of replacing grass silage with whole-crop barley or oat silage on mature beef cow and calf performance. Both whole-crop silages were suitable winter feeds for suckler cows in cold outdoor winter conditions. Experiment V aimed at assessing the effects of daily feeding vs. feeding every third day on the performance of mature beef cows and calves. No differences between the treatments were observed in cow LW, BCS, milk production and calf LW. The serum concentrations of urea and long-chain fatty acids were increased on the third day after feeding in the cows fed every third day. Despite of that the feeding every third day is an acceptable feeding strategy for mature suckler cows. Experiment VI studied the effects of feeding levels and long-term cold climatic conditions on mature beef cows and calves. The cows were overwintered in outdoor facilities or in an uninsulated indoor facility. Whole-crop barley silage was offered either ad libitum or restricted. All the facilities offered adequate shelter for the cows. The restricted offering of whole-crop barley silage provided enough energy for the cows. The Finnish energy recommendations for dairy cows were too high for mature beef breed suckler cows in good body condition at housing, even in cold conditions. Therefore, there is need to determine feeding recommendations for suckler cows in Finland. The results showed that the required amount of energy can be offered to the cows using conventional or alternative feeds provided at a lower feeding level, with an inaccurate feeding, flat-rate feeding or feeding every third day strategy. The cows must have an opportunity to replenish the LW and BCS losses at pasture before the next winter. Production in cold conditions can be practised in inexpensive facilities when shelter against rain and wind, a dry resting place, adequate amounts of feed suitable for cold conditions and water are provided for the animals as was done in the present study.

Dietary modulation of β-catenin signalling in an experimental model of colon cancer

Colorectal cancer is among the major cancers and one of the leading causes of cancer-related deaths in Western societies. Its occurrence is strongly affected by environmental factors such as diet. Thus, for preventative strategies it is vitally important to understand the mechanisms that stimulate adenoma growth and development towards accelerated malignancy or, in contrast, attenuate them to remain in quiescence for periods as long as decades. The main objective of this study was to investigate whether diet is able to modulate β-catenin signalling related to the promotion or prevention of intestinal tumourigenesis in an animal model of colon cancer, the Min/+ mouse. A series of dietary experiments with Min/+ mice were performed where fructo-oligosaccharide inulin was used for tumour promotion and four berries, bilberry (Vaccinium myrtillus), lingonberry (Vaccinium vitis-idaea), cloudberry (Rubus chamaemorus) and white currant (Ribes x pallidum), were used for tumour prevention. The adenomas (Apc-/-) and surrounding normal-appearing mucosa (Apc+/-) were investigated separately due to their mutational and functional differences. Tumour promotive and preventive diets had opposite effects on β-catenin signalling in the adenomas that was related to the different adenoma growth effects of dietary inulin and berries. The levels of nuclear β-catenin and cyclin D1 combined with size of the adenomas in the treatment groups suggests that diets induced differences in the cancerous process. Adenomas progressing to malignant carcinomas are most likely found in the sub-groups having the highest levels of β-catenin. On the other hand, adenomas staying quiescent for a long period of time are most probably found in the cloudberry or white currant diet groups. The levels of membranous E-cadherin and β-catenin increased as the adenomas in the inulin diet group grew, which could be a result of the overall increase in the protein levels of the cell. Therefore, the increasing levels of membranous β-catenin in Min/+ mice adenomas would be undesirable, due to the simultaneous increase in oncogenic nuclear β-catenin. We propose that the decreased amount of membranous β-catenin in benign adenomas of berry groups also means a decrease in the nuclear pool of β-catenin. Tumour promotion, but not the tumour prevention, influenced β-catenin signalling already in the normal appearing mucosa. Inulin-induced tumour promotion was related to β-catenin signalling in Min/+ mice, and in WT mice changes were also visible. The preventative effects of berries in the initiation phase were not mediated by β-catenin signalling. Our results suggest that, in addition to the number, size, and growth rate of adenomatous polyps, the signalling pattern of the adenomas should be considered when evaluating preventative dietary strategies.

Oxidative stability of phytosterols in food models and foods

An important safety aspect to be considered when foods are enriched with phytosterols and phytostanols is the oxidative stability of these lipid compounds, i.e. their resistance to oxidation and thus to the formation of oxidation products. This study concentrated on producing scientific data to support this safety evaluation process. In the absence of an official method for analyzing of phytosterol/stanol oxidation products, we first developed a new gas chromatographic - mass spectrometric (GC-MS) method. We then investigated factors affecting these compounds' oxidative stability in lipid-based food models in order to identify critical conditions under which significant oxidation reactions may occur. Finally, the oxidative stability of phytosterols and stanols in enriched foods during processing and storage was evaluated. Enriched foods covered a range of commercially available phytosterol/stanol ingredients, different heat treatments during food processing, and different multiphase food structures. The GC-MS method was a powerful tool for measuring the oxidative stability. Data obtained in food model studies revealed that the critical factors for the formation and distribution of the main secondary oxidation products were sterol structure, reaction temperature, reaction time, and lipid matrix composition. Under all conditions studied, phytostanols as saturated compounds were more stable than unsaturated phytosterols. In addition, esterification made phytosterols more reactive than free sterols at low temperatures, while at high temperatures the situation was the reverse. Generally, oxidation reactions were more significant at temperatures above 100°C. At lower temperatures, the significance of these reactions increased with increasing reaction time. The effect of lipid matrix composition was dependent on temperature; at temperatures above 140°C, phytosterols were more stable in an unsaturated lipid matrix, whereas below 140°C they were more stable in a saturated lipid matrix. At 140°C, phytosterols oxidized at the same rate in both matrices. Regardless of temperature, phytostanols oxidized more in an unsaturated lipid matrix. Generally, the distribution of oxidation products seemed to be associated with the phase of overall oxidation. 7-ketophytosterols accumulated when oxidation had not yet reached the dynamic state. Once this state was attained, the major products were 5,6-epoxyphytosterols and 7-hydroxyphytosterols. The changes observed in phytostanol oxidation products were not as informative since all stanol oxides quantified represented hydroxyl compounds. The formation of these secondary oxidation products did not account for all of the phytosterol/stanol losses observed during the heating experiments, indicating the presence of dimeric, oligomeric or other oxidation products, especially when free phytosterols and stanols were heated at high temperatures. Commercially available phytosterol/stanol ingredients were stable during such food processes as spray-drying and ultra high temperature (UHT)-type heating and subsequent long-term storage. Pan-frying, however, induced phytosterol oxidation and was classified as a rather deteriorative process. Overall, the findings indicated that although phytosterols and stanols are stable in normal food processing conditions, attention should be paid to their use in frying. Complex interactions between other food constituents also suggested that when new phytosterol-enriched foods are developed their oxidative stability must first be established. The results presented here will assist in choosing safe conditions for phytosterol/stanol enrichment.

Heterotrophic Bacteria Associated with Cyanobacteria in Recreational and Drinking Water

Cyanobacterial mass occurrences, also known as water blooms, have been associated with adverse health effects of both humans and animals. They can also be a burden to drinking water treatment facilities. Risk assessments of the blooms have generally focused on the cyanobacteria themselves and their toxins. However, heterotrophic bacteria thriving among cyanobacteria may also be responsible for many of the adverse health effects, but their role as the etiological agents of these health problems is poorly known. In addition, studies on the water purification efficiency of operating water treatment plants during cyanobacterial mass occurrences in their water sources are rare. In the present study, over 600 heterotrophic bacterial strains were isolated from natural freshwater, brackish water or from treated drinking water. The sampling sites were selected as having frequent cyanobacterial occurrences in the water bodies or in the water sources of the drinking water treatment plants. In addition, samples were taken from sites where cyanobacterial water blooms were surmised to have caused human health problems. The isolated strains represented bacteria from 57 different genera of the Gamma-, Alpha- or Betaproteobacteria, Actinobacteria, Flavobacteria, Sphingobacteria, Bacilli and Deinococci classes, based on their partial 16S rRNA sequences. Several isolates had no close relatives among previously isolated bacteria or cloned 16S rRNA genes of uncultivated bacteria. The results show that water blooms are associated with a diverse community of cultivable heterotrophic bacteria. Chosen subsets of the isolated strains were analysed for features such as their virulence gene content and possible effect on cyanobacterial growth. Of the putatively pathogenic haemolytic strains isolated in the study, the majority represented the genus Aeromonas. Therefore, the Aeromonas spp. strains isolated from water samples associated with adverse health effects were screened for the virulence gene types encoding for enterotoxins (ast, alt and act/aerA/hlyA), flagellin subunits (flaA/flaB), lipase (lip/pla/lipH3/alp-1) and elastase (ahyB) by PCR. The majority (90%) of the Aeromonas strains included one or more of the six screened Aeromonas virulence gene types. The most common gene type was act, which was present in 77% of the strains. The fla, ahyB and lip genes were present in 30 37% of the strains. The prevalence of the virulence genes implies that the Aeromonas may be a factor in some of the cyanobacterial associated health problems. Of the 183 isolated bacterial strains that were studied for possible effects on cyanobacterial growth, the majority (60%) either enhanced or inhibited growth of cyanobacteria. In most cases, they enhanced the growth, which implies mutualistic interactions. The results indicate that the heterotrophic bacteria have a role in the rise and fall of the cyanobacterial water blooms. The genetic and phenotypic characteristics and the ability to degrade cyanobacterial hepatotoxins of 13 previously isolated Betaproteobacteria strains, were also studied. The strains originated from Finnish lakes with frequent cyanobacterial occurrence. Tested strains degraded microcystins -LR and -YR and nodularin. The strains could not be assigned to any described bacterial genus or species based on their genetic or phenotypic features. On the basis of their characteristics a new genus and species Paucibacter toxinivorans was proposed for them. The water purification efficiency of the drinking water treatment processes during cyanobacterial water bloom in water source was assessed at an operating surface water treatment plant. Large phytoplankton, cyanobacterial hepatotoxins, endotoxins and cultivable heterotrophic bacteria were efficiently reduced to low concentrations, often below the detection limits. In contrast, small planktonic cells, including also possible bacterial cells, regularly passed though the water treatment. The passing cells may contribute to biofilm formation within the water distribution system, and therefore lower the obtained drinking water quality. The bacterial strains of this study offer a rich source of isolated strains for examining interactions between cyanobacteria and the heterotrophic bacteria associated with them. The degraders of cyanobacterial hepatotoxins could perhaps be utilized to assist the removal of the hepatotoxins during water treatment, whereas inhibitors of cyanobacterial growth might be useful in controlling cyanobacterial water blooms. The putative pathogenicity of the strains suggests that the health risk assessment of the cyanobacterial blooms should also cover the heterotrophic bacteria.

Defining Adequate Vitamin D Intake : Cross-sectional and Intervention Studies

D-vitamiini ylläpitää normaalia luun kasvua ja uudistumista koko elämän ajan. Suomessa, kuten monissa muissakin länsimaissa, väestön D-vitamiinitilanne on riittämätön – talvisin osalla jopa puutteellinen. Tässä väitöskirjassa on tutkittu, lisääkö D-vitamiini luumassan kertymistä kasvuiässä, ja ylläpitäkö D-vitamiini luuston tasapainoista aineenvaihduntaa aikuisiällä. Nämä vaikutukset saattavat ehkäisi osteoporoosin kehittymistä eri ikäkausina. Väitöskirjatyössä tutkittiin erisuuruisten D-vitamiinilisäysten vaikutuksia kolmessa eri ikäryhmässä, jotka olivat 11-12 -vuotiaat tytöt (N=228), 21-49 -vuotiaat miehet (N=54) ja 65-85 -vuotiaat naiset (N=52). Tutkittavat satunnaistettiin ryhmiin, jotka nauttivat joko lumevalmistetta tai 5-20 µg D3-vitamiinia vitamiinilisänä. Tutkimukset olivat kaksoissokkoutettuja. Tutkimuksen aikana tutkittavilta otettiin paastoveri- ja virtsanäytteitä. Lisäksi he täyttivät tutkimuslomakkeen taustatietojen kartoittamiseksi sekä frekvenssikyselylomakkeen kalsiumin ja D-vitamiinin saannin selvittämiseksi. Tyttöjen luunmineraalitiheys (BMD) mitattiin DXA–laitteella ja miesten volumetrinen luuntiheys pQCT-menetelmällä. Näytteistä määritettiin mm. seerumin 25-hydroksi-D-vitamiinin (=S-25-OHD), lisäkilpirauhashormonin (=S-PTH) ja luun aineenvaihduntaa kuvaavien merkkiaineiden pitoisuuksia. Murrosikäisten tyttöjen poikkileikkaustutkimuksessa S-25-OHD- ja luun muodostusmerkkiaineen pitoisuudet vaihtelivat kuukausien välillä; suurimmat pitoisuudet mitattiin syyskuussa ja pienimmät maaliskuussa, mikä kuvastaa vuodenaikaisvaihtelua. Vastaava vaihtelu havaittiin lannerangan ja reisiluun BMD:ssä. D-vitamiinilisäyksellä oli myönteinen vaikutus tyttöjen luumassan lisääntymiseen. Suurin D-vitamiinilisä (10 µg/vrk) lisäsi luumassaa 17.2% enemmän reisiluussa ja 12.5% enemmän lannerangassa verrattuna lumevalmistetta nauttivien tyttöjen vastaaviin tuloksiin, mutta tulos riippui hoitomyöntyvyydestä. D-vitamiinin vaikutus luustoon välittyi vähentyneen luun hajotuksen kautta. Tutkimustuloksiin perustuen riittävä D-vitamiinin saanti murrosikäisille tytöille on 15 µg/vrk. D-vitamiinilisän vaikutus 65-85 -vuotiaiden naisten S-25-OHD-pitoisuuteen vakioitui kuudessa viikossa annoksen ollessa 5-20 µg/vrk. Näillä D-vitamiiniannoksilla ei saavutettu tavoiteltavaa S-25-OHD-pitoisuutta, joka on 80 nmol/l. Arvioimme, että 60 nmol/l -pitoisuuden, jota esiintyy kesäisin tämän ikäryhmän suomalaisilla, tämän ikäryhmän naiset saavuttaisivat 24 µg:n päivittäisellä D-vitamiinin saannilla. Terveillä miehillä havaittiin vuodenaikaisvaihtelu S-25-OHD- ja S-PTH-pitoisuudessa sekä luun hajotusta kuvaavassa merkkiainepitoisuudessa. Toisaalta vaihtelua ei havaittu radiuksen volumetrisessä luuntiheydessä eikä luun muodostusmerkkiaineen pitoisuudessa. Vuodenaikaisvaihtelu estettiin 17 µg:n päivittäisellä D-vitamiinin saannilla, mutta tämän ei havaittu vaikuttavan radiuksen luuntiheyteen kuusi kuukautta kestävän tutkimuksen aikana. Yhteenvetona todetaan, että D-vitamiinin saanti on edelleenkin riittämätöntä tutkimusten kohderyhmillä. Tämä näkyy S-25-OHD- ja PTH-pitoisuuden sekä luunaineenvaihduntaa kuvaavien merkkiaineiden vuodenaikaisvaihteluna, mikä on haitallista luuston hyvinvoinnille. D-vitamiinin saantia tulisi lisätä, jotta vähintäänkin riittävä D-vitamiinitilanne (S-25-OHD>50 nmol/l) tai mahdollisesti jopa tavoiteltava D-vitaminitilanne (S-25-OHD≥80 nmol/l) saavutettaisiin. Jotta D-vitamiinin saannin lisääminen olisi kaikissa ikäryhmissä mahdollista, on suunniteltava nykyistä enemmän D-vitamiinilla täydennettyjä elintarvikkeita.

L-rhamnose-1-dehydrogenase gene and L-rhamnose catabolism in the yeast Pichia stipitis

The purpose of this work was to identify some of the genes of the catabolic route of L-rhamnose in the yeast Pichia stipitis. There are at least two distinctly different pathways for L-rhamnose catabolism. The one described in bacteria has phosphorylated intermediates and the enzymes and the genes of this route have been described. The pathway described in yeast does not have phosphorylated intermediates. The intermediates and the enzymes of this pathway are known but none of the genes have been identified. The work was started by purifying the L-rhamnose dehydrogenase, which oxidates L-rhamnose to rhamnonic acid-gamma-lactone. NAD is used as a cofactor in this reaction. A DEAE ion exchange column was used for purification. The active fraction was further purified using a non-denaturing PAGE and the active protein identified by zymogram staining. In the last step the protein was separated in a SDS-PAGE, the protein band trypsinated and analysed by MALDI-TOF MS. This resulted in the identification of the corresponding gene, RHA1, which was then, after a codon change, expressed in Saccharomyces cerevisiae. Also C- or N-terminal histidine tags were added but as the activity of the enzyme was lost or strongly reduced these were not used. The kinetic properties of the protein were analysed in the cell extract. Substrate specifity was tested with different sugars; L-rhamnose, L-lyxose and L-mannose were oxidated by the enzyme. Vmax values were 180 nkat/mg, 160 nkat/mg and 72 nkat/mg, respectively. The highest affinity was towards L-rhamnose, the Km value being 0.9 mM. Lower affinities were obtained with L-lyxose, Km 4.3 mM, and L-mannose Km 25 mM. Northern analysis was done to study the transcription of RHA1 with different carbon sources. Transcription was observed only on L-rhamnose suggesting that RHA1 expression is L-rhamnose induced. A RHA1 deletion cassette for P. stipitis was constructed but the cassette had integrated randomly and not targeted to delete the RHA1 gene. Enzyme assays for L-lactaldehyde dehydrogenase were done similarly to L-rhamnose dehydrogenase assays. NAD is used as a cofactor also in this reaction where L-lactaldehyde is oxidised to L-lactate. The observed enzyme activities were very low and the activity was lost during the purification procedures.

Ravinnon hiilihydraattien glykemiaindeksin vaikutus keskiglukoosipitoisuuteen ja glukoosikäyrän alaiseen pinta-alaan henkilöillä, joilla on heikentynyt glukoosinsieto

Johdanto Korkeat aterianjälkeiset veren glukoosipitoisuushuiput ovat haitallisia verisuonille jo ennen varsinaisten diabeteskriteerien täyttymistä. Valitsemalla alhaisen glykemiaindeksin (GI) hiilihydraatteja ruokavalioon, voidaan veren glukoosipitoisuutta alentaa diabeetikoilla. Tyypin 2 diabeteksen lisääntymisen takia on tarpeellista etsiä keinoja ehkäistä sairauden puhkeamista riskiryhmissä. Glukoosimonitorilla on mahdollista seurata aiempaa tarkemmin glykemiaindeksin vaikutusta veren glukoosipitoisuuteen. Tavoitteet Selvittää, miten korvaamalla ruokavalion tavanomaiset hiilihydraatit joko korkean tai alhaisen GI:n hiilihydraateilla voidaan vaikuttaa vuorokauden keskiglukoosipitoisuuteen. Lisäksi tavoitteena oli selvittää, voidaanko vain hiilihydraattien laatua muuttamalla, puuttumatta niiden määrään tai muuhun ruokavalioon, vaikuttaa glukoosiaineenvaihduntaan henkilöillä, joilla on heikentynyt glukoosin sieto. Tutkittavat ja menetelmät Tutkimus toteutettiin satunnaistettuna vaihtovuorokokeena, jossa tutkittavina oli 56 51-73-vuotiasta henkilöä, joista naisia oli 41 ja miehiä 15. Tutkittavilla oli heikentynyt glukoosinsieto tai ruokavaliohoitoinen tyypin 2 diabetes. Tutkittavat korvasivat ruokavalionsa päähiilihydraatit 7-10 vuorokauden ajaksi glykemiaindeksiltään joko alhaiseksi (GI = 38) tai korkeaksi (GI = 72) arvioiduilla tutkimushiilihydraateilla. Kolmen viimeisen vuorokauden ajaksi tutkittaville asennettiin glukoosimonitoriin kytketty ihonalainen sensori, joka mittasi kudosnesteen glukoosipitoisuutta ja tutkimusjaksojen lopuksi tutkittaville tehtiin oraalinen glukoosirasituskoe. Tulokset Alhaisen GI:n ruokavaliolla kahden vuorokauden glukoosikäyrien alainen pinta-ala oli pienempi kuin korkean GI:n ruokavaliolla (16487 vs. 17270 mmol/l*48h; p = 0,009, n = 47). Vastaavasti kahden vuorokauden keskiglukoosipitoisuudet olivat 5,7 mmol/l ja 6,0 mmol/l, p = 0,009, n = 47. Glykosyloitunut hemoglobiini oli alhaisen GI:n ruokavalion jälkeen pienempi (5,33% vs. 5,38 %, p = 0,017, n = 53). Tutkittavien paino pieneni kummallakin ruokavaliolla; alhaisen GI:n ruokavaliolla 1,02 kg ja korkean GI:n ruokavaliolla 0,31 kg (p alle 0,001, n = 56). Vaikutusta plasman paastoglukoosiin ja seerumin paastoinsuliiniin ei ollut. Johtopäätökset Korvaamalla ruokavalion päähiilihydraatit alhaisen GI:n hiilihydraateilla, voidaan pitkäaikaista glukoositasoa pienentää ja näin ollen mahdollisesti ehkäistä heikentyneen glukoosinsiedon kehittymistä tyypin 2 diabetekseksi. Koska paastoglukoosipitoisuus ja paastoinsuliinipitoisuus eivät muuttuneet, lienee erityisesti aterianjälkeisillä glukoosihuipuilla merkitystä elimistön pitkäaikaiselle glukoositasolle henkilöillä, joilla on heikentynyt glukoosinsieto.

Rayleigh-testi periodisuudesta: muinaisegyptiläinen ennustuskalenteri sarjana aikapisteitä

Työssä perehdytään "päivienvalikoimistekstien" analysointiin Rayleigh'n testillä. Näissä muinaisegyptiläisissä teksteissä päiville on annettu nk. prognoosi, joka on jokaisen päivän kolmelle osalle joko "hyvä" tai "huono". Analyysin tavoitteena on selvittää, olivatko hyvät ja huonot päivät jakautuneet satunnaisesti vai periodisesti vuoden aikana. Prognooseista löytyvä 29.5 päivän periodi, jolle saadaan huomattavan korkea merkitsevyys, viittaa Kuun synodisen jakson läsnäoloon kalenterissa. Löytyvistä periodeista 7.5 ja 30 ilmenee myös muinaisegyptiläisen siviilikalenterin vaikutus ennustuksiin. Aikasarjoista löydetään myös merkitseviä periodeja, joilla on mahdollisesti numerologinen merkitys. Periodi 2.85 viittaa mahdollisesti muinaisegyptiläiseen havaintoon Algol-tähdestä, joka on yksi tähtitieteen tunnetuimmista pimennysmuuttujista. Kyseessä voi siis olla historian vanhin tunnettu muuttuvan tähden periodin määritys.

What kind of data would ascertain real periodicity in the terrestrial impact crater record

Maan törmäyskraaterien ikäjakauman mahdollinen ajallinen jaksollisuus on herättänyt laajaa keskustelua sen jälkeen, kun ilmiö ensimmäistä kertaa raportoitiin joukossa arvostettuja tieteellisiä artikkeleita vuonna 1984. Vaikka nykytiedon valossa on kyseenalaista perustuuko havaittu jaksollisuus todelliseen fysikaaliseen ilmiöön, on kuitenkin mahdollista, että jaksollisuus on todella olemassa ja se voitaisiin havaita laajemmalla ja tarkemmalla törmäyskraateriaineistolla. Tutkimuksessa luotiin simuloidut kraaterien ajalliset tiheys- ja kertymäfunktiot tapauksille, jossa kraaterit syntyvät joko täysin jaksollisella tai satunnaisella prosessilla. Näiden kahden ääritapauksen lisäksi luotiin jakaumat myös kahdelle niiden yhdistelmälle. Nämä mallit mahdollistavat myös erilaisten kraaterien iänmäärityksen epätarkkuuksien huomioonottamisen. Näistä jakaumista luotiin eri pituisia simuloituja kraaterien ikien aikasarjoja. Lopulta simuloiduista aikasarjoista pyrittiin Rayleigh'n menetelmän avulla etsimään jakaumassa ollutta jaksollisuutta. Tutkimuksemme perusteella ajallisen jaksollisuuden havaitseminen kraateriaikasarjoista on lähes mahdotonta mikäli vain yksi kolmasosa kraatereista on jaksollisen ilmiön aiheuttamia, vaikka nykyistä kraateriaineistoa laajempi ja tarkempi aineisto olisi tulevaisuudessa saatavilla. Mikäli kaksi kolmasosaa meteoriittitörmäyksistä on jaksollisia, sen havaitseminen on mahdollista, mutta vaatii huomattavasti tämän hetkistä kattavamman kraateriaineiston. Tutkimuksen perusteella on syytä epäillä, että havaittu kraaterien ajallinen jaksollisuus ei ole todellinen ilmiö.

Shokkikiihdytys Auringon koronassa

Planeettainvälisessä avaruudessa havaitaan runsaasti Auringosta peräisin olevia korkeaenergiaisia hiukkasia. Havainnot voidaan jakaa karkeasti lyhyt- ja pitkäkestoisiin. Yleisin selitys jälkimmäisille on diffusiivinen shokkikiihdytys koronan massapurkausten edellään työntämissä shokkiaalloissa. Hiukkaset siroavat shokin turbulentista sähkömagneettisesta kentästä ja saavat lisää energiaa ylittäessään shokkirintaman monta kertaa. Kiihdytys alkaa koronassa ja jatkuu useiden päivien ajan massapurkauksen liikkuessa poispäin Auringosta. Havaintojen mukaan koronassa tapahtuva kiihdytys, jossa protonit voivat saavuttaa jopa 1 GeV suuruusluokkaa olevan energian, tapahtuu minuuttien aikaskaaloissa. Korkeaenergiaisten hiukkasten energiaspektri on tyypillisesti potenssilaki dN/dE ~ E^{-sigma}, missä sigma on lähellä ykköstä oleva vakio. Opinnäytteessä esitellään diffusiivisen shokkikiihdytyksen teoria ja tutkitaan kiihdytystä testihiukkassimulaatiolla. Koronan aktiivista aluetta mallinnetaan yksinkertaistetulla magneettikentällä. Simulaatiossa lasketaan tasomaisen shokin eteen injektoitujen protonien ratoja siihen asti, kun ne joko osuvat Auringon pintaan tai karkaavat planeettainväliseen avaruuteen. Lopputuloksista lasketuista statistiikoista etsitään kiihdytykseen vaikuttavia tekijöitä. Saatujen tuloksien perusteella koronan magneettikentän geometrialla on suuri merkitys saavutettavaan energiaan. Tehokkainta kiihdytys on geometrioissa, joissa shokki on lähes poikittainen. Erityisesti sironnan ei tarvitse olla voimakasta suurten energioiden saavuttamiseksi. Sen vaikutus näyttäisi olevan enneminkin jakaumafunktion isotropisointi, jolloin energiaspektristä tulee potenssilakimuotoinen.

Suomen talviukkoset 2003-2007

Tutkimuksen tarkoitus on kartoittaa Suomen talviukkosten ominaisuuksia ja klimatologiaa. Tiedot Suomen talviukkosten klimatologista tutkimusta varten kerättiin mm. salamanpaikantimilta ja ihmisten IL:lle tiedottamista havainnoista, SYNOP-kartoilta, rintama-analyyseistä, luotauksista ja luotaustietojen pohjalta piirretyistä salamakartoista sekä sadetutkan kuvista. Tutkimuksessa määriteltiin talviukkoseksi yksi tai useampi salamahavainto säätilanteessa, jossa salamahavaintopaikkaan ja -aikaan nähden lähimmistä synop-havainnoista ainakin yhdessä on havaittu joko ≤ 0 °C lämpötila tai lumi- tai räntäsadetta. Näin rajattuna vuosina 2003-2007 talviukkostapauksia oli 19 kpl. Tapaukset jakaantuivat melko tasaisesti loka-marraskuun vaihteen ja huhtikuun välille, pienet maksimit olivat marras- ja helmikuussa. Tapausten esiintymisajankohtia rajoitti siis vain talviukkosten määritelmän mukaisten sääolosuhteiden esiintyminen. Vuorokaudenajalla ei ollut merkittävää vaikutusta talvisalamoiden esiintymiselle. Alueellisesti talviukkoset painottuivat maan lounaisosaan mutta niitä havaittiin koko maassa Käsivarren Lappia myöten. 16 tapauksessa 19:sta talviukkoset havaittiin okluusiorintamaksi analysoidun rintaman yhteydessä. Yhdessä tapauksessa rintama oli analysoitu kylmäksi ja kahdessa rintama-analyysi oli epäselvä. Matalapaineen keskus sijaitsi iskuhavaintopaikkoihin nähden yleensä lännen puolella. Lännen puolen yleisyyden aiheutti okluusiorintamien kiertosuunta myötäpäivään matalapaineen keskukseen nähden. Pintalämpötila oli lähes kaikissa talviukkostapauksissa lähellä nollaa ja havaintopaikan lähellä olevissa SYNOP-havainnoissa havaittiin useissa tapauksissa sadetta sekä vetenä että kiinteässä olomuodossa. CAPE:n arvot olivat joko nollassa tai hyvin lähellä sitä iskuhavaintoihin nähden lähimmissä luotauksissa. Lämmintä advektiota havaittiin lähes kaikissa tutkituissa luotauksissa, myös sulan meren vaikutus näkyi tuloksissa talviukkosia edistävänä tekijänä. Maasalamoita havaittiin talviukkosten yhteydessä useimmin 1 tai 2 ja iskuja salamaa kohden 1 tai 2. Havaituista maasalamoista positiivisia oli 46 % ja negatiivisia 54 %. Tapaustutkimukset tehtiin kahdesta vuosien 2003-2007 talviukkosia hyvin edustavasta tapauksesta sekä yhdestä salamamäärältään poikkeuksellisen runsaasta tapauksesta.

Use of non-specific and specific interactions in the analysis of testosterone and related compounds by capillary electromigration techniques

Determination of testosterone and related compounds in body fluids is of utmost importance in doping control and the diagnosis of many diseases. Capillary electromigration techniques are a relatively new approach for steroid research. Owing to their electrical neutrality, however, separation of steroids by capillary electromigration techniques requires the use of charged electrolyte additives that interact with the steroids either specifically or non-specifically. The analysis of testosterone and related steroids by non-specific micellar electrokinetic chromatography (MEKC) was investigated in this study. The partial filling (PF) technique was employed, being suitable for detection by both ultraviolet spectrophotometry (UV) and electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS). Efficient, quantitative PF-MEKC UV methods for steroid standards were developed through the use of optimized pseudostationary phases comprising surfactants and cyclodextrins. PF-MEKC UV proved to be a more sensitive, efficient and repeatable method for the steroids than PF-MEKC ESI-MS. It was discovered that in PF-MEKC analyses of electrically neutral steroids, ESI-MS interfacing sets significant limitations not only on the chemistry affecting the ionization and detection processes, but also on the separation. The new PF-MEKC UV method was successfully employed in the determination of testosterone in male urine samples after microscale immunoaffinity solid-phase extraction (IA-SPE). The IA-SPE method, relying on specific interactions between testosterone and a recombinant anti-testosterone Fab fragment, is the first such method described for testosterone. Finally, new data for interactions between steroids and human and bovine serum albumins were obtained through the use of affinity capillary electrophoresis. A new algorithm for the calculation of association constants between proteins and neutral ligands is introduced.

Miniaturized mass spectrometric ionization techniques for environmental analysis and bioanalysis

Miniaturized mass spectrometric ionization techniques for environmental analysis and bioanalysis Novel miniaturized mass spectrometric ionization techniques based on atmospheric pressure chemical ionization (APCI) and atmospheric pressure photoionization (APPI) were studied and evaluated in the analysis of environmental samples and biosamples. The three analytical systems investigated here were gas chromatography-microchip atmospheric pressure chemical ionization-mass spectrometry (GC-µAPCI-MS) and gas chromatography-microchip atmospheric pressure photoionization-mass spectrometry (GC-µAPPI-MS), where sample pretreatment and chromatographic separation precede ionization, and desorption atmospheric pressure photoionization-mass spectrometry (DAPPI-MS), where the samples are analyzed either as such or after minimal pretreatment. The gas chromatography-microchip atmospheric pressure ionization-mass spectrometry (GC-µAPI-MS) instrumentations were used in the analysis of polychlorinated biphenyls (PCBs) in negative ion mode and 2-quinolinone-derived selective androgen receptor modulators (SARMs) in positive ion mode. The analytical characteristics (i.e., limits of detection, linear ranges, and repeatabilities) of the methods were evaluated with PCB standards and SARMs in urine. All methods showed good analytical characteristics and potential for quantitative environmental analysis or bioanalysis. Desorption and ionization mechanisms in DAPPI were studied. Desorption was found to be a thermal process, with the efficiency strongly depending on thermal conductivity of the sampling surface. Probably the size and polarity of the analyte also play a role. In positive ion mode, the ionization is dependent on the ionization energy and proton affinity of the analyte and the spray solvent, while in negative ion mode the ionization mechanism is determined by the electron affinity and gas-phase acidity of the analyte and the spray solvent. DAPPI-MS was tested in the fast screening analysis of environmental, food, and forensic samples, and the results demonstrated the feasibility of DAPPI-MS for rapid screening analysis of authentic samples.