Tehokas strategia biokemiallisten verkkojen päättelyyn mekanististen mallien tilastollisen sovittamisen avulla

Various fields of science employ systems of ordinary differential equations (ODEs) to model the behaviour of dynamical systems, such as gene regulatory networks. However, the system model often contains uncertainty in both its structure and the model parameters. When experimental data are available, the model parameters can be calibrated using well-established statistical techniques and also different model structures can be compared in the light of their statistical evidence. If the set of alternative model structures is small enough, it is possible to evaluate the validity of each individual model separately. However, for biochemical networks, the number of viable model configurations is often enormous, which renders it computationally impossible to draw inferences about the network structure using such an exhaustive strategy. This thesis introduces a novel computationally efficient approach to obtain probabilistic structure inferences for general ODE models. The proposed approach relies on exploring the discrete set of alternative models using Markov chain Monte Carlo methods. Inference problems involving simulated data are used to demonstrate that the method is suitable for efficiently extracting information about the characteristics of the likely models. Furthermore, the method is applied to infer the structure of the transiently evolving core regulatory network that steers the T helper 17 (Th17) cell differentiation. The obtained results are in agreement with earlier studies that suggest that the Th17 differentiation program involves three sequential phases.Differentiaaliyhtälösysteemejä käytetään monilla tieteenaloilla mallintamaan dynaamisia systeemejä, kuten geenisäätelyverkkoja. Systeemiä kuvaavassa mallissa on kuitenkin usein epävarmuutta sekä sen rakenteen että mallin parametrien osalta. Kun kokeellista dataa on saatavilla, mallien parametrit voidaan sovittaa käyttäen vakiintuneita tilastollisia menetelmiä, ja myös erilaisia malleja voidaan vertailla niiden tilastollisen todennäköisyyden avulla. Jos vaihtoehtoisia malleja on vain vähän, voidaan jokainen yksittäinen malli validoida erikseen. Biokemiallisten verkkojen tapauksessa mahdollisia mallikonfiguraatioita on usein lukemattomia, minkä takia yllä kuvattu tapa verkkojen rakenteen päättelyyn on laskennallisesti mahdotonta. Tässä työssä esitellään uusi laskennallisesti tehokas lähestymistapa tehdä probabilistisia päätelmiä differentiaaliyhtälömallien rakenteesta. Ehdotettu lähestymistapa perustuu diskreetin mallijoukon tutkimiseen Markov Chain Monte Carlo -menetelmillä. Työssä muotoillaan simuloituun dataan liittyviä ongelmia, joilla näytetään, että menetelmällä voi tehokkaasti saada tietoa todennäköisimmistä mallirakenteista. Menetelmää sovelletaan myös erään auttaja-T-solujen alityypin (Th17) erilaistumista ajavan aikariippuvan ydinverkon rakenteen päättelyyn. Saadut tulokset ovat linjassa aiempien tutkimusten kanssa, joiden mukaan Th17-solujen erilaistuminen tapahtuu kolmessa peräkkäisessä vaiheessa

Cantilever-enhanced photoacoustic measurement of light-absorbing aerosols

Photoacoustic detection is a sensitive method for measurement of light-absorbing particles directly in the aerosol phase. In this article, we demonstrate a new sensitive technique for photoacoustic aerosol absorption measurements using a cantilever microphone for the detection of the photoacoustic signal. Compared to conventional diaphragm microphones, a cantilever offers increased sensitivity by up to two orders of magnitude. The measurement setup uses a photoacoustic cell from Gasera PA201 gas measurement system, which we have adapted for aerosol measurements. Here we reached a noise level of 0.013 Mm(-1) (one standard deviation) with a sampling time of 20 s, using a simple single-pass design without a need for a resonant acoustic cell. The sampling time includes 10 s signal averaging time and 10 s sample exchange, since the photoacoustic cell is designed for closed cell operation. We demonstrate the method in measurements of size-selected nigrosin particles and ambient black carbon. Due to the exceptional sensitivity, the technique shows great potential for applications where low detection limits are required, for example size-selected absorption measurements and black carbon detection in ultra clean environments.Peer reviewe

Prevalence and Dynamics of Pathogenic Yersinia enterocolitica 4/O:3 Among Finnish Piglets, Fattening Pigs, and Sows

Pigs are considered the main reservoir of Yersinia enterocolitica, and hence, understanding the ecology of this foodborne pathogen at the farm level is crucial. We calculated Bayesian estimates for the ability of a commercial enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) diagnostic test kit to detect antibodies against pathogenic Yersinia in pigs. The sensitivity and specificity of the test were 75.4% and 98.1%, respectively. We also studied the dynamics of Y. enterocolitica infection in 3 farrow-to-finish pig farms by following the same 30 pens of pigs through their lifetime from farrowing unit to slaughterhouse. Each farm was sampled 4 times, and 864 fecal and 730 serum samples were collected altogether. Pathogenic Y. enterocolitica 4/O:3 was isolated from 31.6% of the fecal samples by culturing, and Yersinia antibodies were detected in 38.2% of the serum samples with the commercial ELISA test. The pathogen was not isolated from farrowing units or all-in/all-out weaning units. However, in the weaning and fattening units using continuous management systems, the pathogen was isolated from every pen at some point of the study. After the pigs were transported into slaughterhouse, 150 tonsils were collected and 96.7% were positive by culturing. Among the strains isolated from feces and tonsils, 56 different genotypes of pathogenic Y. enterocolitica 4/O:3 were found by multilocus variable-number tandem-repeat analysis (MLVA). Finally, we collected tonsils of 266 sows from 115 farrowing farms, and Y. enterocolitica 4/O:3 was detected in 6.0% of the samples by the culture method, whereas 77.1% of the tonsils were serologically positive; the estimate for true seroprevalence was 95.8%. In conclusion, sows may not be the main source of Y. enterocolitica for piglets, although sows may still play a role in maintaining Y. enterocolitica in pig farms. Instead, pigs appear to get this foodborne pathogen mainly during the fattening period, especially if continuous management is applied.Peer reviewe

Prudent antimicrobial use is essential to prevent the emergence of antimicrobial resistance in Yersinia enterocolitica 4/O:3 strains in pigs

Yersinia enterocolitica is a psychrotrophic zoonotic foodborne pathogen. Pigs are considered the main reservoir of Y. enterocolitica 4/O:3, which is the most commonly isolated bioserotype in many European countries. Consuming pork contaminated with Y. enterocolitica can be a health threat, and antimicrobial-resistant strains may complicate the treatment of the most severe forms of yersiniosis. We analyzed the antimicrobial resistance of 1,016 pathogenic porcine Y. enterocolitica 4/O:3 strains originating from Belgium, Estonia, Finland, Germany, Italy, Latvia, Russia, Spain, and the United Kingdom. Based on available reports, we also compared antimicrobial sales for food production animals in these countries, excluding Russia. Antimicrobial resistance profiles were determined using a broth microdilution method with VetMIC plates for 13 antimicrobial agents: ampicillin, cefotaxime, ceftiofur (CTF), chloramphenicol (CHL), ciprofloxacin, florfenicol, gentamicin, kanamycin, nalidixic acid (NAL), streptomycin (STR), sulfamethoxazole (SME), tetracycline (TET), and trimethoprim (TMP). The antimicrobial resistance of Y. enterocolitica 4/O:3 strains varied widely between the countries. Strains resistant to antimicrobial agents other than ampicillin were rare in Estonia, Finland, Latvia, and Russia, with prevalence of 0.7, 0.4, 0, and 8.3%, respectively. The highest prevalence of antimicrobial resistance was found in Spanish and Italian strains, with 98 and 61% of the strains being resistant to at least two antimicrobial agents, respectively. Resistance to at least four antimicrobial agents was found in 34% of Spanish, 19% of Italian, and 7.1% of English strains. Antimicrobial resistance was more common in countries where the total sales of antimicrobials for food production animals are high and orally administered medications are common. Our results indicate that antimicrobials should be used responsibly to treat infections, and parenteral medications should be preferred to orally administered mass medications.Peer reviewe

Onko tuoreen puun poltosta hyötyä maatilametsänomistajalle? Tuoreen energiarangan hankintalogistiikan ja polton kehittäminen

Puupolttoaineet ovat Suomen tärkein uusiutuvan energian lähde, niiden osuus koko maan energian ko-konaiskulutuksesta alkuvuonna 2015 oli 26%, kun uusiutuvien energiamuotojen yhteenlaskettu osuus oli 35%. Kiinteiden puupolttoaineiden kokonaistilavuudesta noin 40% oli metsähaketta, loput muodos-tuivat metsäteollisuuden sivutuotepuusta, kuten kuoresta, purusta ja teollisuuden puutähdehakkeesta.Lämpölaitoksissa käytettävän metsähakkeen poltto-ominaisuuksien on katsottu olevan sitä parempia, mitä kuivempaa hake on. Vallitsevaan tapaan hyödyntää metsäenergiaa kuivatuksineen ja varastointeineen liittyy kuitenkin tehottomuutta. Hakkuun ja puuenergian lopullisen käytön välinen aika huomioiden vielä haketuksen jälkeinen varastointiaika lähellä käyttöpaikkaa voi olla lähellä kahta vuotta. Välivarastossa pitkään varastoidusta puusta aiheutuu yrittäjälle sitoutuneen pääoman osalta korkomenoja. Toisaalta pitkään varastossa olevan puun lämpöarvo alkaa alentua luontaisen maatumisprosessin takia. Esimerkiksi rankapuulle on siihen tienvarsivarastossa jo sitoutunut kantohinnassa, organisaatiokuluissa, hakkuussa ja metsäkuljetuksessa noin 30 € m-3 pääomaa. Viiden prosentin korkotaso aiheuttaa siis vuositasolla korkomenoja 1,5 € m-3, mistä suurien varastojen osalta aiheutuu lämpöyrittäjälle huomattava menoerä. Tämän vuoksi olisi kustannustehokkainta saada energiapuu mahdollisimman pian käyttöön nopealla kierrolla.Kauhavan Kaukolämpö Oy:n lämpölaitoksella on kokeiltu tuoreen metsähakkeen käyttöä lämmöntuotannossa. Kyseinen 10 MW:n lämpölaitos on varustettu kondensoivalla savukaasujen pesu- ja lämmöntalteenottojärjestelmällä. Käytännön kokeissa on havaittu laitoksen yhteenlasketun lämpötehon nousseen ja hakekulutuksen vähentyneen tuoreen hakkeen käytön aikana vastaavaan kuivatettuun energia-ainekseen verrattuna. Lisäteho on ollut jopa yli 30% kattilatehoon verrattuna. Palamislämpötilat ovat korkeat ja savukaasujen häkäpitoisuus pieni.Saavutetulle tehonlisäykselle on löydettävissä ainakin kaksi selitystä. Tuoreesta ja jäätyneestä puusta ei ole lyhyen varastoinnin aikana ehtinyt haihtua korkean energiapotentiaalin omaavia haihtuvia uuteaineita, ja toisaalta kosteata puuta poltettaessa savukaasuihin siirtyvä kosteus toimii tehokkaana lämmönsiirtäjänä savukaasuja pestäessä. Uuteaineiden polttamisessa vapautuva energia riittää korvaamaan tuoreen puun kosteuden haihduttamisen, mikäli nämä uuteaineet eivät haihdu puusta ennen polttoa ja läm-möntalteenottojärjestelmä ottaa vesihöyryn varastoiman energian talteen lämpövoimana hyödynnettäväksi.Tuoreen metsäenergian käyttö saa aikaan muutoksia metsäenergian hinnanmuodostuksessa ja logistisissa käytänteissä sekä korjuun että varastoinnin osalta. TUOHI-hankkeessa tutkitaan, miten varastointiajat vaikuttavat uuteaineiden pitoisuuksiin ja siten lämpöarvoon. Kauhavalla toteutettu nopea energiapuun hankintaketju, moderni polttotekniikka ja savukaasujen lämmöntalteenotto mahdollistavat puuperäisten polttoaineiden hyödyntämisen entistä pienemmillä kokonaispuumäärillä, joten asialla on merkitystä koko maan energiantuotannolle

Onko tuoreen puun poltosta hyötyä maatilametsänomistajalle? : Tuoreen energiarangan hankintalogistiikan ja polton kehittäminen

Non peer reviewe

Computational-experimental approach to drug-target interaction mapping : A case study on kinase inhibitors

Peer reviewe

Comparison of reprojected bone SPECT/CT and planar bone scintigraphy for the detection of bone metastases in breast and prostate cancer

Objective The aim of this study was to compare reprojected bone SPECT/CT (RBS) against planar bone scintigraphy (BS) in the detection of bone metastases in breast and prostate cancer patients. Methods Twenty-six breast and 105 prostate cancer patients with high risk for bone metastases underwent Tc-99m-HMDP BS and whole-body SPECT/CT, 1.5-T whole-body diffusion-weighted MRI and F-18-NaF or F-18-PSMA-1007 PET/CT within two prospective clinical trials (NCT01339780 and NCT03537391). Consensus reading of all imaging modalities and follow-up data were used to define the reference standard diagnosis. The SPECT/CT data were reprojected into anterior and posterior views to produce RBS images. Both BS and RBS images were independently double read by two pairs of experienced nuclear medicine physicians. The findings were validated against the reference standard diagnosis and compared between BS and RBS on the patient, region and lesion levels. Results All metastatic patients detected by BS were also detected by RBS. In addition, three metastatic patients were missed by BS but detected by RBS. The average patient-level sensitivity of two readers for metastases was 75% for BS and 87% for RBS, and the corresponding specificity was 79% for BS and 39% for RBS. The average region-level sensitivity of two readers was 64% for BS and 69% for RBS, and the corresponding specificity was 96% for BS and 87% for RBS. Conclusion Whole-body bone SPECT/CT can be reprojected into more familiar anterior and posterior planar images with excellent sensitivity for bone metastases, making additional acquisition of planar BS unnecessary.Peer reviewe

Projektina ruoka-alan tapahtuma : Case Ruokaprovinssi kaupoissa -kampanja

Tämä opinnäytetyö toteutettiin tapaustutkimuksena, johon yhdistettiin osallistuvaa havainnointia. Työssä tutkittiin, kuinka järjestää ruoka-alan tapahtuma projektina. Tutkimuksessa hyödynnettiin aihetta käsittelevää kirjallisuutta ja luotettavia internet-lähteitä sekä vuosien 2019 ja 2020 Ruokaprovinssi kaupoissa -kampanjoiden tal-lennettuja digitaalisia materiaaleja. Opinnäytetyön teoriaosuudessa esitellään, miksi ruoka-alan tapahtuman suunnittelu kannattaa rinnastaa projektiksi, miten ruoka-alan tapahtuman suunnittelu toteutetaan sekä mitä asioita tulee ottaa huomioon tapahtumaa järjestäessä. Tutkimuksen case-tapauksessa esitellään, kuinka Ruokaprovinssi kaupoissa -kampanjaa on suunniteltu ja toteutettu vuosina 2019 ja 2020. Työn teoriatietoa peilataan Ruokaprovinssi kaupoissa -kampanjaan. Tämän opinnäytetyön havainnot osoittivat, että Ruokaprovinssi kaupoissa -kampanjaa on suunniteltu ja toteutettu projektinomaisesti. Ruoka-alan tapahtumissa on usein erityispiirteitä, jotka tapahtumanjärjestäjän on olennaista tiedostaa. Havainnoista käy ilmi, että ruoka-alan tapahtumat ovat sisällöiltään erilaisia ja siksi esimerkiksi tapahtuman järjestämistä koskevat luvat ja velvoitteet ovat aina tapahtumakohtaisia. Havainnot osoittivat myös, että tapahtuman huolellinen suunnittelu on tärkeässä roolissa tapahtuman onnistumisen kannalta. Opinnäytetyön teoriaosuuden peilaaminen käytännön kokemuksiin case-tapauksen avulla auttoi löytämään uusia ideoita Ruokaprovinssi kaupoissa -kampanjalle. Esiin tulleita huomioita ja ideoita voi hyödyntää kampanjan suunnittelussa tulevaisuudessa