Modelling and mapping heavy metal and nitrogen concentrations in moss in 2010 throughout Europe by applying Random Forests models

Objective: This study explores the statistical relations between the concentration of nine heavy metals(HM) (arsenic (As), cadmium (Cd), chromium (Cr), copper (Cu), mercury (Hg), nickel (Ni), lead (Pb),vanadium (V), zinc (Zn)), and nitrogen (N) in moss and potential explanatory variables (predictors)which were then used for mapping spatial patterns across Europe. Based on moss specimens collected in 2010 throughout Europe, the statistical relation between a set of potential predictors (such as the atmospheric deposition calculated by use of two chemical transport models (CTM), distance from emission sources, density of different land uses, population density, elevation, precipitation, clay content of soils) and concentrations of HMs and nitrogen (N) in moss (response variables) were evaluated by the use of Random Forests (RF) and Classification and Regression Trees (CART). Four spatial scales were regarded: Europe as a whole, ecological land classes covering Europe, single countries participating in the European Moss Survey (EMS), and moss species at sampling sites. Spatial patterns were estimated by applying a series of RF models on data on potential predictors covering Europe. Statistical values and resulting maps were used to investigate to what extent the models are specific for countries, units of the Ecological Land Classification of Europe (ELCE), and moss species. Results: Land use, atmospheric deposition and distance to technical emission sources mainly influence the element concentration in moss. The explanatory power of calculated RF models varies according to elements measured in moss specimens, country, ecological land class, and moss species. Measured and predicted medians of element concentrations agree fairly well while minima and maxima show considerable differences. The European maps derived from the RF models provide smoothed surfaces of element concentrations (As, Cd, Cr, Cu, N, Ni, Pb, Hg, V, Zn), each explained by a multivariate RF model and verified by CART, and thereby more information than the dot maps depicting the spatial patterns of measured values. Conclusions: RF is an eligible method identifying and ranking boundary conditions of element concentrations in moss and related mapping including the influence of the environmental factors

Proprietà antimicrobiche del chitosano ottenuto da diversi stadi di sviluppo dell'insetto bioconvertitore Hermetia illucens

La chitina e il suo derivato deacetilato, il chitosano, possono avere diverse applicazioni in campo biomedico e farmaceutico. L'esigenza del mercato di avere questi due biopolimeri prontamente disponibili ha portato alla ricerca di fonti alternative ai crostacei, la comune fonte commerciale su scala industriale. Gli insetti, e tra questi il dittero bioconvertitore Hermetia illucens, sono tra i più attenzionati, poiché alcuni prodotti di scarto del suo allevamento come le esuvie di pupali e gli adulti morti, possono essere recuperati per processi estrattivi di chitina, la quale può essere convertita, successivamente, in chitosano. Quest’ultimo possiede alcune importanti proprietà come biocompatibilità, biodegradabilità, atossicità, attività antiossidante, umettante e antimicrobicità. Questa proprietà lo rende particolarmente versatile per le applicazioni in ambito medico e farmaceutico. Alcuni agenti patogeni hanno acquisito nuovi meccanismi di resistenza ai farmaci, con conseguente resistenza antimicrobica; questo rende il corpo umano progressivamente più debole nel combattere e affrontare le comuni infezioni. Per questo motivo, gli antibiotici stanno diventando sempre più inefficaci e la resistenza ai farmaci si sta diffondendo ampiamente, portando a infezioni sempre più difficili da trattare. Per affrontare questa problematica si rende necessaria la ricerca di nuovi antibatterici. Tra questi, quelli naturali possono rappresentare una soluzione alternativa sicura. Il chitosano, dopo la protonazione in condizioni acide, può efficacemente inibire la proliferazione di diverse specie di batteri, funghi e lieviti. Il meccanismo d'azione per ciò che concerne l’azione del biopolimero sui batteri prevede un'interazione elettrostatica tra i gruppi NH3+ del chitosano e le porzioni cariche negativamente delle loro membrane, sia per i Gram-negativi che per i Gram-positivi. L'attività antimicrobica del chitosano dipende da alcune sue caratteristiche chimico-fisiche, tra cui il peso molecolare e il grado di deacetilazione, e da alcune specifiche condizioni sperimentali, come la temperatura e il pH. La valutazione dell'attività antimicrobica del chitosano è stata condotta attraverso due tipi di esperimenti: il test di diffusione su agar e il saggio di microdiluizione. Il chitosano, sia decolorato che non decolorato, ottenuto tramite deacetilazione eterogenea da larve, esuvie pupali e adulti morti di H. illucens ha indotto la formazione di aloni di inibizione su piastre con i batteri in crescita. Tale dato è indice della capacità del biopolimero di inibire la crescita microbica. Questa importante proprietà di tutti i campioni di chitosano è stata confermata anche dal saggio di microdiluizione. Attraverso questo esperimento, infatti, condotto sia contro i batteri Gram-negativi che contro i Gram-positivi, è stato possibile identificare i valori della minima concentrazione inibente (MIC), che sono risultati essere compresi tra 0,3 mg/ml e 0,15 mg/ml