Evolution and detection of cyanobacterial hepatotoxin synthetase genes

Mass occurrences (blooms) of cyanobacteria are common in aquatic environments worldwide. These blooms are often toxic, due to the presence of hepatotoxins or neurotoxins. The most common cyanobacterial toxins are hepatotoxins: microcystins and nodularins. In freshwaters, the main producers of microcystins are Microcystis, Anabaena, and Planktothrix. Nodularins are produced by strains of Nodularia spumigena in brackish waters. Toxic and nontoxic strains of cyanobacteria co-occur and cannot be differentiated by conventional microscopy. Molecular biological methods based on microcystin and nodularin synthetase genes enable detection of potentially hepatotoxic cyanobacteria. In the present study, molecular detection methods for hepatotoxin-producing cyanobacteria were developed, based on microcystin synthetase gene E (mcyE) and the orthologous nodularin synthetase gene F (ndaF) sequences. General primers were designed to amplify the mcyE/ndaF gene region from microcystin-producing Anabaena, Microcystis, Planktothrix, and Nostoc, and nodularin-producing Nodularia strains. The sequences were used for phylogenetic analyses to study how cyanobacterial mcy genes have evolved. The results showed that mcy genes and microcystin are very old and were already present in the ancestor of many modern cyanobacterial genera. The results also suggested that the sporadic distribution of biosynthetic genes in modern cyanobacteria is caused by repeated gene losses in the more derived lineages of cyanobacteria and not by horizontal gene transfer. Phylogenetic analysis also proposed that nda genes evolved from mcy genes. The frequency and composition of the microcystin producers in 70 lakes in Finland were studied by conventional polymerase chain reaction (PCR). Potential microcystin producers were detected in 84% of the lakes, using general mcyE primers, and in 91% of the lakes with the three genus-specific mcyE primers. Potential microcystin-producing Microcystis were detected in 70%, Planktothrix in 63%, and Anabaena in 37% of the lakes. The presence and co-occurrence of potential microcystin producers were more frequent in eutrophic lakes, where the total phosphorus concentration was high. The PCR results could also be associated with various environmental factors by correlation and regression analyses. In these analyses, the total nitrogen concentration and pH were both associated with the presence of multiple microcystin-producing genera and partly explained the probability of occurrence of mcyE genes. In general, the results showed that higher nutrient concentrations increased the occurrence of potential microcystin producers and the risk for toxic bloom formation. Genus-specific probe pairs for microcystin-producing Anabaena, Microcystis, Planktothrix, and Nostoc, and nodularin-producing Nodularia were designed to be used in a DNA-chip assay. The DNA-chip can be used to simultaneously detect all these potential microcystin/nodularin producers in environmental water samples. The probe pairs detected the mcyE/ndaF genes specifically and sensitively when tested with cyanobacterial strains. In addition, potential microcystin/nodularin producers were identified in lake and Baltic Sea samples by the DNA-chip almost as sensitively as by quantitative real-time PCR (qPCR), which was used to validate the DNA-chip results. Further improvement of the DNA-chip assay was achieved by optimization of the PCR, the first step in the assay. Analysis of the mcy and nda gene clusters from various hepatotoxin-producing cyanobacteria was rewarding; it revealed that the genes were ancient. In addition, new methods detecting all the main producers of hepatotoxins could be developed. Interestingly, potential microcystin-producing cyanobacterial strains of Microcystis, Planktothrix, and Anabaena, co-occurred especially in eutrophic and hypertrophic lakes. Protecting waters from eutrophication and restoration of lakes may thus decrease the prevalence of toxic cyanobacteria and the frequency of toxic blooms.Syanobakteerien massaesiintymät (kukinnat) vesistöissä ovat yleisiä kaikkialla maailmassa. Kukinnat ovat usein myrkyllisiä johtuen syanobakteerien tuottamista maksa- ja hermomyrkyistä. Yleisimmät syanobakteerien tuottamat maksamyrkyt ovat mikrokystiini ja nodulariini. Makeissa vesissä mikrokystiinejä tuottavat tavallisimmin Anabaena, Microcystis ja Planktothrix. Sen sijaan nodulariineja tuottavat vain Nodularia spumigena syanobakteerit, joita esiintyy murtovesissä. Ongelmallista on, ettei myrkkyä tuottavia syanobakteerisoluja voida erottaa myrkkyä tuottamattomista soluista mikroskoopilla katsomalla. Sen sijaan mikrokystiini- ja nodulariinisyntetaasigeeneihin perustuvat molekyylibiologiset menetelmät mahdollistavat myrkyllisten syanobakteerien tunnistamisen. Tässä työssä kehitettiin menetelmiä, jotka tunnistavat näiden maksamyrkyllisten syanobakteereiden DNA:sta yhden maksamyrkkyjen valmistukseen tarvittavan geenin osan. Aluksi suunniteltiin yleiset alukkeet, jotka tunnistivat ja monistivat tämän geenin sekä mikrokystiinejä tuottavista Anabaena-, Microcystis-, Planktothrix- ja Nostoc-sukujen syanobakteereista (mcyE-geeni) että nodulariineja tuottavista Nodularia-suvun syanobakteereista (ndaF-geeni). Monistettujen geenien avulla tutkittiin miten nämä geenit ovat kehittyneet syanobakteerien evoluution aikana. Tutkimus paljasti, että mikrokystiini- ja nodulariinisyntetaasigeenit ovat erittäin vanhoja. Tulokset tukivat myös oletusta, että mikrokystiinisyntetaasigeenit ovat periytyneet sukupolvelta toiselle eivätkä ole siirtyneet satunnaisesti solujen välillä nk. lateraalisessa geenisiirrossa. Evoluution aikana mikrokystiinisyntetaasigeenit ovat todennäköisimmin hävinneet joiltakin syanobakteereilta ja vastaavasti säilyneet muilla, mikä on johtanut siihen että näitä geenejä on vain osalla nykyisistä syanobakteereista. Sukupuuanalyysin mukaan nodulariinisyntetaasigeenit kehittyivät mikrokystiinisyntetaasigeeneistä. Tutkimme kuinka yleisiä eri sukuihin kuuluvat mikrokystiinin tuottajat olivat 70 suomalaisessa järvessä. Mahdollisia mikrokystiinin tuottajia havaittiin 84% järvistä käytettäessä yleisiä alukkeita ja 91% järvistä, kun käytettiin eri sukuja tunnistavia alukkeita. Microcystis-sukuun kuuluvia tuottajia havaittiin 70% järvistä, Planktothrix- ja Anabaena-sukuihin kuuluvia tuottajia taas 63% ja 37% järvistä. Myrkyllisten syanobakteerisukujen esiintyminen ja erityisesti usean suvun esiintyminen samanaikaisesti oli yleisempää rehevöityneimmissä järvissä. Tutkimuksessa geenimonistustuloksia myös verrattiin tilastollisesti useisiin ympäristötekijöihin. Korrelaatioanalyysi osoitti usean suvun rinnakkaisesiintyminen liittyvän mm. veden korkeaan typpipitoisuuteen. Lisäksi regressioanalyysissä typpipitoisuuden osoitettiin osaltaan selittävän mcyE-geenien ja siten myös mikrokystiinejä tuottavien syanobakteereiden esiintymistä. Tuloksista voidaan päätellä järvien korkeiden ravinnepitoisuuksien nostavan usean mikrokystiinin tuottajasuvun esiintymistodennäköisyyttä, jolloin myös myrkyllisten massaesiintymisten kehittymisen riski on suurempi rehevissä vesissä. Tutkimuksessa kehitettiin myös menetelmä, jolla kaikki vesinäytteessä olevat mikrokystiinin tai nodulariinin mahdolliset tuottajat voidaan tunnistaa yhdellä kertaa. Tätä nk. DNA-sirumenetelmää varten suunniteltiin Anabaena-, Microcystis-, Planktothrix-, Nostoc-, ja Nodularia-suvuille koetinparit, joilla niiden mcyE- tai ndaF-geenit voidaan tunnistaa. Koetinparit osoittautuivat spesifisiksi ja herkiksi, kun niitä arvioitiin syanobakteerikannoilla sekä järvi- ja Itämeri-näytteillä. DNA-siruilla pystyttiin tunnistamaan ympäristönäytteissä olevat mahdolliset maksamyrkkyjen tuottajat lähes yhtä herkästi kuin kvantitatiivisella geenimonistusanalyysillä, jota käytettiin varmentamaan DNA-sirutuloksia. Optimoimalla menetelmän geenimonistusvaihetta DNA-sirumenetelmää voitiin parantaa. Useiden eri sukuihin kuuluvien maksamyrkyllisten syanobakteerien mikrokystiini- ja nodulariinisyntetaasigeenien tutkiminen oli palkitsevaa. Geenien havaittiin olevan hyvin vanhoja. Sen lisäksi kehitettiin uusia menetelmiä, joilla voidaan tunnistaa kaikki tärkeimmät maksamyrkkyjen tuottajat. Mikrokystiiniä tuottavien Microcystis-, Planktothrix-, ja Anabaena-syanobakteerien havaittiin esiintyvän samanaikaisesti erityisesti runsasravinteisissa järvissä. Maksamyrkkyä tuottavien syanobakteerien ja siten myös myrkyllisten kukintojen esiintymistä voitaisiin mahdollisesti ehkäistä suojelemalla järviä rehevöitymiseltä ja niiden kunnostamisella

Syödään yhdessä ravintolassa – Palvelumuotoiltu sosiaalisen syömisen työkalupakki ravintoloille

OECD-maiden välinen tutkimus osoittaa, että suomalaiset perheet syövät vähiten yhdessä. Suomalaisen ruokakulttuurin edistämissäätiön, ELO-säätiön Syödään yhdessä -hanke on osa Suomi 100 -juhlavuoden toimintaa ja sillä pyritään tuomaan suomalaisia enemmän yhteisen ruokapöydän ääreen. Tavoitteena on nostaa esiin yhdessä syömisen hyötyjä ja herättää henkiin yhdessä syömisen kulttuuria. Tämä konstruktiivinen eli toiminnallinen opinnäytetyö keskittyy ELO-säätiön hankkeen marraskuun teemaan Syödään yhdessä ravintolassa. Opinnäytetyön tavoite on mallintaa ravinto-loiden käyttöön työkalupakki eli opas, jonka avulla he voivat ideoida ja suunnitella sekä juhlavuoden että sen jälkeisiä ruokatapahtumia sellaisiksi, jossa korostuu yhteisöllinen, sosiaalinen syöminen. Työkalupakkia varten selvitetään palvelumuotoilun keinoin, mitkä tekijät rohkaisisivat suomalaisia enemmän yhteisen ravintolapöydän ääreen ja mitä elementtejä kuuluu yhteisölliseen ja elämykselliseen ravintolakokemukseen. Opinnäytetyön tutkimusmenetelmänä käytettiin palvelumuotoilua. Palvelumuotoiluprosessi, joka alkoi alkuvuodesta 2016, koostuu neljästä vaiheesta, ja se nivoutuu yhteen opinnäytetyöprosessin kanssa. Tietoperusta ja asiakasymmärrys -vaiheessa tutustuttiin suomalaisen ruokakulttuurin historiaan ja kehittymiseen, yhdessä syömisen sosiologiaan, ruokatrendeihin ja elämysten luomiseen. Lisäksi haastateltiin alan asiantuntijoita ja hyödynnettiin benchmarking-menetelmää. Strateginen viitekehys eli kehitystyötä ohjaavat suunnitteluveturit määritettiin affinity diagram -työkalua hyödyntäen prosessin toisessa vaiheessa. Ideoinnin ja luomisen vaiheessa hyödynnettiin fokusryhmätyöskentelyä työpajan ja ryhmähaastattelun keinoin. Opinnäytetyön tuotos valmistui helmikuussa 2017. Työkalupakki koostuu mm. asiakkaan palvelupolkua mukailevista vaiheista, joita ovat kiinnostuksen herättäminen, varaaminen, saa-puminen ja plaseeraus, ruoka ja tarjoilu, tunnelma ja miljöö, ohjelma, maksu ja lähtö sekä vastuullisuus. Se sisältää konkreettisia esimerkkejä kotimaasta ja ulkomailta. Oppaan avulla ravintolat voivat ideoida kertaluontoisia tai toistuvia yhdessä syömistä ja elämyksellisyyttä korostavia ruokatapahtumia tai luoda kokonaan uuden konseptin. Valmistunut tuotos on tämän raportin liitteessä. Opinnäytetyön toimeksiantaja ELO-säätiö julkaisee oman graafisen ilmeen mukaisen työkalupakin ravintoloiden käyttöön keväällä 2017

Does the Acoustic Voice Quality Index (AVQI) correlate with perceived creak and strain in normophonic young adult Finnish females?

acceptedVersionPeer reviewe

MITEN FRONTOTEMPORAALISTA DEGENERAATIOTA SAIRASTAVA HENKILÖ KIELENTÄÄ KUVAA?

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, miten testikuva erottelee frontotemporaalistadegeneraatiota potevat henkilöt terveistä verrokeista. Tutkittavina oli kolme potilastaja kolme verrokkia. Tutkimusmentelmänä käytettiin Kressin ja van Leeuwenin(1990) visuaalista kielioppia ja Hallidayn (1994) systeemis-funktionaalista kielioppia,joiden käsitteistön avulla analysoitiin kuvan kohteiden ja toimintojen nimeämistä.Tämän pilottimuotoisen esitestin tulokset osoittivat selviä eroja potilaidenja verrokkien välillä. Tulokset osoittivat, että potilaat nimesivät kohteitaverrokkeja niukemmin. He eivät käyttäneet myöskään yleisluonteisia luonnehdintoja,vaan keskittyivät pelkästään yksityiskohtiin. Myös verbien käyttö oliköyhtynyt erityisesti ilmaisuvoimaisten verbien osalta.Avainsanat: frontotemporaalinen degeneraatio, dementia, nimeäminenThe aim of this pilot study was to find out how a narrative speech elected from apicture-description task can separate patients with frontotemporal degeneration fromhealthy controls. The participants were three patients and three normal elderly individuals.The naming of the objects and actions produced by the participants wereanalyzed by the means ofVisual Grammar ofKress and Leeuwen (1990) and SystemicFunctionalGrammar ofHalliday (1994). The results showed clear differences betweenthe controls and the patients. The patients named fewer objects than the controls andthey did not characterize the picture in any general feature but mentioned only details.Furthermore, the usage of verbs was impoverished in the patients especially concerningthose with power of expression.Keywords: frontotemporal degeneration, dementia, namin

Vocal Fatigue Index in Finnish-Speaking Population

Background and objective: Vocal fatigue is an important complaint that may indicate a voice disorder or a risk thereof. There is a need for a reliable tool to detect and quantify vocal fatigue and distinguish dysphonic and vocally healthy speakers. The Vocal Fatigue Index (VFI) questionnaire has been found valid and reliable among speakers of different languages. This study aims to validate it for speakers of Finnish. Study design: Experimental comparative study. Methods: The VFI questionnaire was translated from English to Finnish according to the WHO recommendations. Next, it was subjected to the validation procedure. In total, 160 Finnish speakers volunteered to participate in the study. Hundred-and-eight were voice patients (83 males, 25 females) and 52 were vocally healthy controls (37 females, 15 males). As a comparison, the Voice Handicap Index (VHI) questionnaire was completed and voice samples were recorded to enable Acoustic Voice Quality Index (AVQI03.01FIN) analysis. Results: Results from the first and second completions of the VFI(F) questionnaire correlated strongly (Spearman's rho 0.901, P = 0.01). Answers to the individual questions the VFI(F) also correlated strongly, showing high internal consistency. Factor 1 (Tiredness of voice and avoidance of voice use) of the VFI correlated strongly with the VHI, and the two other factors (Physical discomfort associated with voicing and Improvement of symptoms) correlated moderately with the VHI. Factor one of the VFI(F) correlated moderately with AVQI03.01FIN and its sub-parameters, CPPS, HNR, and shimmer. The VFI(F) showed good construct validity, differentiating voice patients and controls at cut-off 13.5, with sensitivity of 0.963 and specificity of 0.885. Discriminatory power was strong for all factors: F1 AROC = 0.985, F2 AROC = 0.864, and F3 AROC = 0.821. Conclusion: The VFI(F) correlates with the VHI and with AVQI01.01FIN and it is a valid and reliable tool for detecting vocal fatigue in Finnish speakers.Peer reviewe

Using Microcystin Gene Copies to Determine Potentially-Toxic Blooms, Example from a Shallow Eutrophic Lake Peipsi

Global warming, paired with eutrophication processes, is shifting phytoplankton communities towards the dominance of bloom-forming and potentially toxic cyanobacteria. The ecosystems of shallow lakes are especially vulnerable to these changes. Traditional monitoring via microscopy is not able to quantify the dynamics of toxin-producing cyanobacteria on a proper spatio-temporal scale. Molecular tools are highly sensitive and can be useful as an early warning tool for lake managers. We quantified the potential microcystin (MC) producers in Lake Peipsi using microscopy and quantitative polymerase chain reaction (qPCR) and analysed the relationship between the abundance of the mcyE genes, MC concentration, MC variants and toxin quota per mcyE gene. We also linked environmental factors to the cyanobacteria community composition. In Lake Peipsi, we found rather moderate MC concentrations, but microcystins and microcystin-producing cyanobacteria were widespread across the lake. Nitrate (NO3−) was a main driver behind the cyanobacterial community at the beginning of the growing season, while in late summer it was primarily associated with the soluble reactive phosphorus (SRP) concentration. A positive relationship was found between the MC quota per mcyE gene and water temperature. The most abundant variant—MC-RR—was associated with MC quota per mcyE gene, while other MC variants did not show any significant impact

Using Microcystin Gene Copies to Determine Potentially-Toxic Blooms, Example from a Shallow Eutrophic Lake Peipsi

Global warming, paired with eutrophication processes, is shifting phytoplankton communities towards the dominance of bloom-forming and potentially toxic cyanobacteria. The ecosystems of shallow lakes are especially vulnerable to these changes. Traditional monitoring via microscopy is not able to quantify the dynamics of toxin-producing cyanobacteria on a proper spatio-temporal scale. Molecular tools are highly sensitive and can be useful as an early warning tool for lake managers. We quantified the potential microcystin (MC) producers in Lake Peipsi using microscopy and quantitative polymerase chain reaction (qPCR) and analysed the relationship between the abundance of the mcyE genes, MC concentration, MC variants and toxin quota per mcyE gene. We also linked environmental factors to the cyanobacteria community composition. In Lake Peipsi, we found rather moderate MC concentrations, but microcystins and microcystin-producing cyanobacteria were widespread across the lake. Nitrate (NO3−) was a main driver behind the cyanobacterial community at the beginning of the growing season, while in late summer it was primarily associated with the soluble reactive phosphorus (SRP) concentration. A positive relationship was found between the MC quota per mcyE gene and water temperature. The most abundant variant—MC-RR—was associated with MC quota per mcyE gene, while other MC variants did not show any significant impact

Akustinen äänenlaatuindeksi (AVQI) äänen arvioinnissa: Alustava monitapaustutkimus äänitystason, -tilan ja äänentuottotavan vaikutuksista

The AVQI is used for the evaluation of dysphonia. This preliminary study investigated howmuch the index is affected by a low input gain level or background noise during recording,as well as the speaker’s gender and way of speaking when the recommended recording deviceare used. Samples were obtained from two vocally healthy speakers and two voice patients (male andfemale in both cases). The healthy participants were recorded in an acoustically treated studiowith a head-set microphone while reading a passage and sustaining [a:] in a habitual way,softly, loudly, and in a higher than the habitual pitch. The recordings and the voice patients’samples were re-recorded in a studio and in an ordinary office using an optimal and low gainlevel. The AVQI was calculated. The recording level, room noise, and speaker’s gender had a minor effect on the AVQI. Thedysphonic voices obtained the highest (= worst) AVQI values. The healthy participants’ softsamples resulted in AVQI values typical of dysphonia. When the AVQI is utilized for voiceevaluation, it is important to ensure that the voice samples are produced at a conversationalloudness.Kuudesta parametrista muodostuvaa akustista äänenlaatuindeksiä (AVQI) käytetään äänihäiriöiden objektiiviseen arviointiin. Tämä tutkimus on alustava selvitys siitä, paljonko AVQI:in vaikuttavat äänitystaso, ympäristön taustakohina, puhujan puhetapa ja sukupuoli silloin, kun käytetään suositeltua äänityslaitteistoa. Näytteet tallennettiin kahdelta terveääniseltä (mies ja nainen) sekä äänihuulihalvauksesta (mies) ja toiminnallisesta äänihäiriöstä (nainen) kärsineeltä henkilöltä. Terveäänisten puhujien näytteet äänitettiin vaimennetussa studiossa. He lukivat lyhyen tekstin ja äänsivät [a:]-vokaalia 5 sekuntia itselleen tavanomaisella, sekä hiljaisella, voimakkaalla ja korkealla äänellä. Huonon äänitystason ja -ympäristön vaikutusten tarkastelua varten ääninäytteet soitettiin yksitiekaiuttimen kautta ja äänitettiin uudelleen studiossa (taustakohinataso 17,3 dBA) ja toimisto-olosuhteissa (taustakohinataso 34,4 dBA) kahdella äänitystasolla. Kaiuttimen kautta soitetuista näytteistä laskettiin AVQI. Tulosten mukaan äänitystaso, -tila ja sukupuoli vaikuttivat vain vähän AVQI-lukuun ja sen parametreihin. Eniten AVQI-lukua nosti häiriöinen äänenlaatu. Myös puhetapa vaikutti: hiljaisesti tuotetuissa ääninäytteissä terveääniset saivat äänihäiriöille tyypillisiä arvoja. AVQI:a käytettäessä on tärkeää kontrolloida, että puhujat tuottavat ääninäytteet itselleen tavanomaisella puhevoimakkuudella ja -korkeudella. Tämä on oleellista etenkin toistomittauksissa

Comparison of real-time PCR and microscopy for malaria parasite detection in Malawian pregnant women

Abstract Background New diagnostic tools for malaria are required owing to the changing epidemiology of malaria, particularly among pregnant women in sub-Saharan Africa. Real-time PCR assays targeting Plasmodium falciparum lactate dehydrogenase (pfldh) gene may facilitate the identification of a high proportion of pregnant women with a P. falciparum parasitaemia below the threshold of microscopy. These molecular methods will enable further studies on the effects of these submicroscopic infections on maternal health and birth outcomes. Methods The pfldh real-time PCR assay and conventional microscopy were compared for the detection of P. falciparum from dried blood spots and blood smears collected from the peripheral blood of 475 Malawian women at delivery. A cycle threshold (Ct) of the real-time PCR was determined optimizing the sensitivity and specificity of the pfldh PCR assay compared to microscopy. A real-time PCR species-specific assay was applied to identify the contribution to malaria infections of three Plasmodium species (P. falciparum P. ovale and P. malariae) in 44 discordant smear and pfldh PCR assay results. Results Of the 475 women, P. falciparum was detected in 11 (2.3%) by microscopy and in 51 (10.7%) by real-time PCR; compared to microscopy, the sensitivity of real-time PCR was 90.9% and the specificity 91.2%. If a Ct value of 38 was used as a cut-off, specificity improved to 94.6% with no change in sensitivity. The real-time PCR species-specific assay detected P. falciparum alone in all but four samples: two samples were mixed infections with P. falciparum and P. malariae, one was a pure P. malariae infection and one was a pfldh PCR assay-positive/species-specific assay-negative sample. Of three P. malariae infections detected by microscopy, only one was confirmed by the species-specific assay. Conclusions Although microscopy remains the most appropriate method for clinical malaria diagnosis in field settings, molecular diagnostics such as real-time PCR offer a more reliable means to detect malaria parasites, particularly at low levels. Determination of the possible contribution of these submicroscopic infections to poor birth outcomes and maternal health is critical. For future studies to investigate these effects, this pfldh real-time PCR assay offers a reliable detection method

A comprehensive review of the reclamation of resources from spent lithium-ion batteries

Due to the increased application of lithium-ion batteries (LIBs), the number of spent LIBs has increased significantly in recent years, which has resulted in new waste management challenges for the recycling industry. The recycling of spent LIBs has gained enormous interest globally, as this can mitigate resource shortages and reduce the detrimental environmental impact of spent LIB waste. As the demand for LIBs continues to grow, it is important to recycle spent LIBs to establish a sustainable supply chain for the critical materials required for battery production. This comprehensive review addresses different strategies for resource recovery from LIBs and covers state-of-the-art processes for recycling LIBs. Additionally, the challenges and strategies for resource recovery from LIBs are highlighted. Furthermore, the advantages and disadvantages of different recycling processes are addressed