Probabilistic Methods for High-Resolution Metagenomics

Metagenomics is the analysis of DNA sequencing data from samples obtained directly from the environment and containing several different organisms at once. Common tasks in metagenomics are taxonomic profiling, where the goal is to identify the organisms present in the sample and assign relative abundances to them, and taxonomic binning, where the sequencing data from the sample is divided into bins that correspond to some sensible taxonomic units. This thesis introduces methods for performing these two tasks at a high-resolution capable of distinguishing between lineages of bacterial species. The first of these methods is mSWEEP, which solves the profiling task by utilizing a collection of grouped bacterial reference sequences, pseudoalignment, and a probabilistic model. The second method, mGEMS, builds upon mSWEEP to solve the binning task using an assignment rule derived from the fundamentals of the probabilistic model used by mSWEEP. Both methods are accompanied by efficient implementations that utilize fast variational inference and pseudoalignment to fit the model in a reasonable time, rendering them applicable to large-scale datasets. Both mSWEEP and mGEMS have been developed for application in either the traditional whole community metagenomics context, where the direct-from-environment samples are analysed, or in the plate sweep metagenomics context, where the sample has been plated once on a selective medium. While the latter is not metagenomics in the traditional sense, this thesis advocates for its use when high depth sequencing data is required from some species and the other organisms are not of interest. Regardless of the type of metagenomics data used, the ultimate goal of both mSWEEP and mGEMS is to enable performing standard genomic epidemiological analyses directly from data containing several strains of the same bacteria, skipping the typically used isolation steps required to separate them. Due to the implied cost-savings from reducing the number of cultures that need to be performed as well as the better capture of variation in the samples through using metagenomics data, mSWEEP and mGEMS enable performing entirely novel types of analyses in the field of genomic epidemiology.Bakteerit ovat mikroskooppisen pieniä yksisoluisia eliöitä, joita on kaikkialla ympärillämme. Biomassaltaan bakteerit muodostavatkin heti kasvikunnan jälkeen planeettamme toiseksi suurimman eliöryhmän, joka on vaikutuksiltaan vieläpä mahdollisesti kokoaan suurempi. Eri ympäristöissä esiintyviä bakteereita voidaan tutkia mikroskoopilla, mutta tarkempi tarkastelu vaatii lähes aina ympäristöstä otetussa näytteessä esiintyvien bakteerien perimän eli DNA:n eristämistä. Eristetty DNA voidaan lukea koneellisesti aineistoksi, joka kertoo perimän tarkan koostumuksen tutkittavassa näytteessä. Jos näyte sisältää useampia perimältään erilaisia bakteereita ja näiden kaikkien DNA luetaan samalla kerralla, kutsutaan tällä tavalla tuotetun aineiston tutkimista metagenomiikaksi. Väitöskirja esittelee kaksi todennäköisyysmallinnukseen perustuvaa menetelmää, jotka yhdessä mahdollistavat metagenomiikan näytteissä olevien bakteerien tunnistamisen erittäin tarkasti sekä luetun DNA:n laskennallisen erottelun perimältään poikkeaviin yksiköihin. Näin tuotettuja yksiköitä voidaan jatkotutkimuksissa käsitellä samalla tavalla kuin DNA:ta, joka on luettu näytteistä, joissa erilaiset bakteerit on eroteltu toisistaan viljelemällä niitä laboratoriossa. Viljelyyn verrattuna laskennallinen erottelu mahdollistaa huomattavasti suurempien näytemäärien käsittelyn, sillä bakteerien erottelu viljelemällä on työlästä. Viljely myös suosii perimältään tietynlaisia bakteereja, jolloin sen ohittaminen tuottaa edustavamman aineiston. Osoituksena laskennallisen lähestymistavan eduista väitöskirja esittelee tutkimuksen, joissa väitöskirjan menetelmiä sovelletaan vastasyntyneiltä lapsilta kerättyjen ulostenäytteiden sisältämien bakteerien tutkimiseen. Vastaavan lähestymistavan omaksuminen muun muassa eri bakteerien välisen kilpailun sekä esiintymisen tutkimisessa tuleekin mahdollistamaan syvällisemmän ymmärryksen saavuttamisen, kun tutkittavien näytteiden määrää voidaan kasvattaa ja samalla niiden sisältöön paneutua aikaisempaa paremmalla tarkkuudella

Hurdan är en Cosmotjej? : En undersökning av kvinnobilden i amerikanska, brittiska och svenska Cosmopolitan

Only abstract. Paper copies of master’s theses are listed in the Helka database (http://www.helsinki.fi/helka). Electronic copies of master’s theses are either available as open access or only on thesis terminals in the Helsinki University Library.Vain tiivistelmä. Sidottujen gradujen saatavuuden voit tarkistaa Helka-tietokannasta (http://www.helsinki.fi/helka). Digitaaliset gradut voivat olla luettavissa avoimesti verkossa tai rajoitetusti kirjaston opinnäytekioskeilla.Endast sammandrag. Inbundna avhandlingar kan sökas i Helka-databasen (http://www.helsinki.fi/helka). Elektroniska kopior av avhandlingar finns antingen öppet på nätet eller endast tillgängliga i bibliotekets avhandlingsterminaler.Syftet med avhandlingen är att undersöka kvinnobilden i amerikanska, brittiska och svenska Cosmopolitan. Avhandlingen behandlar både de olika editionerna som en helhet samt jämför dem sinsemellan för att undersöka eventuella skillnader i kvinnobilden. Metoden som används är kvantitativ innehållsanalys. Undersökningen omfattar januari- samt februarinumren (årgång 2005) av alla editionerna, sammanlagt analyseras sex tidningar. Enheten i analysen är artiklar. Målet med analysen var att undersöka hur den så kallade Cosmotjejen (Cosmo Girl, ett begrepp som tidningen själv lanserat) porträtteras - vilken roll hon har, i vilka relationer hon porträtteras, i vilka miljöer hon befinner sig samt vilka målsättningar hon har i livet. Även förhållandet till läsaren undersöks: är Cosmotjejen rentav läsaren, eller är hon en idealkvinna som läsaren ska försöka likna? Även bildmaterialet undersöks, som en grupp delvariabler i artikelanalysen. Här frågas om bilderna är arrangerade, vilken typs kvinna som porträtterar kvinnan på bild (t ex modeller, kändisar eller vanliga kvinnor). Utöver detta undersöks hur Cosmotjejen är klädd samt med vem och i vilken miljö hon syns på bilden. Dessa forskningsfrågor är främst tänkta att komplementera analysen av textmaterialet. Undersökningen visar att Cosmotjejen främst koncentrerar sig på att förbättra det egna jaget samt på att imponera på och analysera män. Förbättrandet av det egna jaget domineras av utseendefrågor, men också annat, som hälsan eller det psykiska välmåendet, förbättras. Undersökningen ger vid hand att det finns avsevärda skillnader mellan de olika editionerna. Amerikanska Cosmopolitan koncentrerar sig främst på skönhet och män, medan den brittiska editionen presenterar en mer mångfacetterad kvinna som också tänker på karriären. Svenska Cosmopolitan är mest konsumtionsfixerad av de tre editionerna

Suomi-luksus muodissa - Vastuullinen suomalainen luksus suunnittelijan näkökulmasta

Tutkimukseni on laadullinen tutkimus, joka käsittelee vastuullista luksusvaateteollisuutta ja sen mahdollisuuksia Suomessa. Olen valinnut pro gradu tutkimukseeni yhden suomalaisen vaatetusalan yrityksen Lovian, jonka kautta tutkin ja käsittelen vastuullisen luksuksen ilmiötä keskittyen suunnittelijan näkökulmaan. Tutkimuksessani pyrin selvittämään mitä vastuullinen luksus tarkoittaa, sekä millaisia vaatimuksia vastuullisuus asettaa suunnittelijan työhön luksusvaatteiden suunnittelussa. Näiden kysymysten pohjalta tutkin, mitkä ovat suomalaisten brändien mahdollisuudet toimia vastuullisen ideologian mukaisesti luksusvaatemarkkinoilla. Tutkimusaineiston analyysimenetelmänä käytän aineistolähtöistä sisällönanalyysiä. Aineisto koostuu haastattelusta Outi Korpilaaksolle, joka on vastuullisen luksusvaatemerkin Lovia Oy:n yksi perustajäsen ja suunnittelija. Tutkimukseni teoriat pohjaavat kansainvälisiin luksusta käsitteleviin tutkimuksiin, sekä muotia ja vastuullisuutta käsittelevään kirjallisuuteen. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että tulevaisuudessa vastuullisuuden toteuttaminen luksusyrityksissä on ensiarvoisen tärkeää, sillä tulevaisuuden luksus on entistä enemmän arvopohjaista. Vastuullinen luksus tulee kasvamaan ilmiönä lähivuosina hyvinkin nopeasti, sillä kuluttajien ja suunnittelijoiden tietoisuus vaateteollisuuden vaikutuksista ihmisiin ja luontoon kasvaa koko ajan.This research is a qualitative study, about responsible luxury industry and its possibilities in Finland, also taking on account designer’s position. The case of this research is a Finnish company Lovia Oy, through which I`m examining the phenomenon of responsible luxury. My aspiration is to find answers to the following questions: what responsible luxury means and what kind of requirements it sets to fashion designers who work in luxury industry. Based on these issues I examine which are the possibilities for Finnish brands to act with the ideology of responsible luxury. My research data comes from one theme interview made with Outi Korpilaakso who is founder and head designer of Finnish clothing brand Lovia Oy. As an analyzing method I use the data-driven content analysis. My research theories are based on the studies of luxury fashion and fashion theories. The result of the research point to the conclusion that the responsible luxury companies will become more successful in the future, because luxury is more and more value-driven. Responsible luxury phenomenon will continue to grow very rapidly in the coming years, because luxury consumers and designers are more aware of the environmental issues

Closing Clostridium botulinum Group III Genomes Using Long-Read Sequencing

Clostridium botulinum group III is the anaerobic Gram-positive bacterium producing the deadly neurotoxin responsible for animal botulism. Here, we used long-read sequencing to produce four complete genomes from Clostridium botulinum group III neurotoxin types C, D, C/D, and D/C. The protocol for obtaining high-molecular-weight DNA from C. botulinum group III is described.Peer reviewe

Genomic and Phenotypic Characterization of Clostridium botulinum Isolates from an Infant Botulism Case Suggests Adaptation Signatures to the Gut

In early life, the immature human gut microbiota is prone to colonization by pathogens that are usually outcompeted by mature microbiota in the adult gut. Colonization and neurotoxin production by a vegetative Clostridium botulinum culture in the gut of an infant can lead to flaccid paralysis, resulting in a clinical outcome known as infant botulism, a potentially life-threatening condition. Beside host factors, little is known of the ecology, colonization, and adaptation of C. botulinum to the gut environment. In our previous report, an infant with intestinal botulism was shown to be colonized by neurotoxigenic C. botulinum culture for 7 months. In an effort to gain ecological and evolutionary insights into this unusually long gut colonization by C. botulinum, we analyzed and compared the genomes of C. botulinum isolates recovered from the infant feces during the course of intoxication and isolates from the infant household dust. A number of observed mutations and genomic alterations pinpointed at phenotypic traits that may have promoted colonization and adaptation to the gut environment and to the host. These traits include motility, quorum-sensing, sporulation, and carbohydrate metabolism. We provide novel perspectives and suggest a tentative model of the pathogenesis of C. botulinum in infant botulism. IMPORTANCE While the clinical aspects of infant botulism and the mode of action of BoNT have been thoroughly investigated, little is known on the pathogenesis and adaptive mechanisms of C. botulinum in the gut. Here, we provide for the first time a comprehensive view on the genomic dynamics and plasticity of C. botulinum over time in a case of infant botulism. The genomic and phenotypic analysis of C. botulinum isolates collected during the disease course offers an unprecedented view of C. botulinum ecology, evolution, and pathogenesis and may be instrumental in developing novel strategies for prevention and treatment of toxicoinfectious botulism. While the clinical aspects of infant botulism and the mode of action of BoNT have been thoroughly investigated, little is known on the pathogenesis and adaptive mechanisms of C. botulinum in the gut. Here, we provide for the first time a comprehensive view on the genomic dynamics and plasticity of C. botulinum over time in a case of infant botulism.Peer reviewe

Strong pathogen competition in neonatal gut colonisation

Opportunistic bacterial pathogen species and their strains that colonise the human gut are generally understood to compete against both each other and the commensal species colonising this ecosystem. Currently we are lacking a population-wide quantification of strain-level colonisation dynamics and the relationship of colonisation potential to prevalence in disease, and how ecological factors might be modulating these. Here, using a combination of latest high-resolution metagenomics and strain-level genomic epidemiology methods we performed a characterisation of the competition and colonisation dynamics for a longitudinal cohort of neonatal gut microbiomes. We found strong inter- and intra-species competition dynamics in the gut colonisation process, but also a number of synergistic relationships among several species belonging to genus Klebsiella, which includes the prominent human pathogen Klebsiella pneumoniae. No evidence of preferential colonisation by hospital-adapted pathogen lineages in either vaginal or caesarean section birth groups was detected. Our analysis further enabled unbiased assessment of strain-level colonisation potential of extra-intestinal pathogenic Escherichia coli (ExPEC) in comparison with their propensity to cause bloodstream infections. Our study highlights the importance of systematic surveillance of bacterial gut pathogens, not only from disease but also from carriage state, to better inform therapies and preventive medicine in the future.Peer reviewe

Lääkehoidon kokonaiskustannukset ja apteekkitalous : Esiselvitys

Lääkkeiden kokonaismyynti Suomessa vuonna 2018 oli 3,3 miljardia euroa. 2,2 miljardia euroa syntyi avohoidon resepti- ja itsehoitolääkkeiden myynnistä. Maksajina ovat yhteiskunta ja lääkkeiden käyttäjät itse. Apteekkien rooli avohoidon lääkejakelussa on keskeinen, ja julkisen talouden säästöpaineet ovat osaltaan lisänneet tarvetta tarkastella apteekkien taloutta ja järjestelmää kokonaisuutena. Apteekkitoiminta on Suomessa pääsääntöisesti kannattavaa, vaikka apteekit ovatkin keskenään hyvin erilaisia. Tämä raportti on esiselvitys, jossa kootaan yhteen tietoa lääkehoidon kustannuksista ja kuvataan apteekkitalouden nykytilaa. Lisäksi selvityksessä simuloidaan Ruotsin, Norjan ja Tanskan lääketaksajärjestelmien vaikutuksia Suomen lääkekustannuksiin. Simuloinnit ovat staattisia ja niiden tarkoitus on havainnollistaa eri taksamallien vaikutuksia lääkemenoihin niin yhteiskunnan kuin lääkkeiden käyttäjien näkökulmasta. Tulosten mukaan vertailumaiden taksamallit vaikuttavat edullisemmilta tavoilta järjestää lääkejakelu kuin Suomen nykyinen taksa. Lääkkeiden käyttäjistä valtaosalla kustannukset säilyisivät ennallaan tai pienenisivät, mikäli käytössä olisi nykyisen taksan sijaan jokin simuloiduista taksamalleista. Lääketaksalla määrätään apteekeille maksettava korvaus avohoidon lääkejakelusta. Jatkossa tulisi selvittää, voisiko tämä korvaus perustua muihin tekijöihin kuin lääkkeen tukkumyyntihintaan ja toisaalta, mitkä olisivat vaihtoehtoisten taksamallien kannustinvaikutukset. Mahdolliseen apteekkitalouden ja -järjestelmän uudistukseen ryhdyttäessä tulisi huomioida järjestelmä kokonaisuutena, mukaan lukien apteekkien velvoitteet, verotus ja muu sääntely.</p