La ciclina Cln3 es un activador crítico de START, cuya sobreexpresión provoca células de menor tamaño que progresan rápidamente por el ciclo celular, mientras que su deleción induce un mayor tamaño de las células y retrasa el ciclo de éstas (Cross 1988, Nash et al. 1988), actualmente se cuenta con numerosa información acerca del importante papel de Cln3 en la regulación de START, unida a la CDK Cdc28. (Wang et al. 2009). Estudios previos realizados en este grupo han descrito una nueva relación molecular que ha permitido darle un enfoque novedoso a la función de Cln3: se ha observado que una deficiencia de fosfatos en el medio, modifica la estabilidad de Cln3 e induce una parada en la fase G1 del ciclo celular. Esta disminución, también se observó en aquellas cepas donde Pho85, uno de los principales reguladores del metabolismo del fosfato, tenía inhibida su actividad quinasa (Menoyo et al. 2013). Pho85 es una CDK multifuncional, que presenta una elevada promiscuidad molecular, ya que es dirigida a un gran número de substratos mediante la unión a 10 ciclinas diferentes. Cln3 podría ser uno de estos substratos ya que resultados previos indican una clara interacción génica entre Cln3 y el complejo Pho85-Pho80 (Menoyo et al. 2013). Pero las evidencias moleculares que demuestran si esta interacción es directa, necesarias para considerar a Cln3 un substrato bona fide de Pho85, aún debían ser caracterizadas. En este trabajo doctoral, se demuestra que Pho85 unido a Pho80 está fosforilando in vitro a Cln3 y mediante experimentos in vitro, se observa que esta fosforilación incrementa la vida media de la proteína. Además, también se ha podido observar la fosforilación in vivo así como el efecto que el mutante no fosforilable de Cln3 ejerce sobre el ciclo celular. Cln3 es un substrato compartido por las CDK’s Cdc28 y Pho85. El rol de las CDKs de S. cerevisiae está muy bien caracterizado, siendo Cdc28 asociada a sus ciclinas, esencial en la regulación del ciclo celular. Por otra parte, Pho85 asociado a ciclinas de G1 actúa regulando el ciclo (Measday et al. 1994) y aunque no es esencial para la viabilidad celular, aquellas células que no disponen de este gen tienen múltiples problemas: desde morfología anormal hasta retraso en el ciclo celular, pasando también por una acumulación de glucógeno (Carroll, O'Shea 2002) y sensibilidad a diversos componentes químicos (Huang et al. 2002). Por esta razón, mientras que Cdc28 es conocida como la CDK esencial de S. cerevisiae, Pho85 lo es como la CDK multifuncional que controla diferentes vías moleculares de este organismo. La definición no es errónea, ya que Pho85-Pcl1 comparte un gran número de substratos con Cdc28: Sic1 es fosforilado por ambas quinasas para ser destruido (Nishizawa et al. 1998), ocurre lo mismo con Clb6 (Jackson et al. 2006), mientras que en el caso de Bni4 (Zou et al. 2009, Holt et al. 2009) la fosforilación garantiza su correcta localización. Parte de los experimentos de esta tesis, se han centrado en encontrar nuevos substratos que únicamente estén siendo afectados por los complejos de Pho85-Pcl1, para así poder averiguar las funciones específicas de esta quinasa en la fase G1 del ciclo celular. Mediante experimentos de proteómica se buscaron interacciones con este complejo y finalmente se caracterizó la relación molecular de uno de ellos: la E3 ligasa Dma1. Debido a la gran cantidad y a las diferentes clases de E3 que existen en todos los organismos, las ubiquitin ligasas son de los factores implicados en la cascada de ubiquitinación, que más se desconoce. En células humanas, las ubiquitin ligasas están implicadas en un gran número de patologías, lo cual las vuelve idóneas para ser utilizadas como dianas terapéuticas. A medida que avanzan las investigaciones, se descubre que la complejidad del sistema de ubiquitinación es cada vez mayor y el número de preguntas relacionadas con este tipo de enzimas, aumentan día a día. En las investigaciones presentadas, se observa que Pho85 unido a Pcl1 fosforila a Dma1 en unos residuos concretos, ubicados en el extremo N-terminal de la proteína. Esta fosforilación modifica la actividad ubiquitinadora de Dma1, reduciéndola, lo cual podría tener relevancia en el control de la cantidad de Dma1 en determinadas circunstancias.

Este trabajo es parte de la investigación del Grupo de investigación de Arquitecturas Genéticas (2009 SGR 862). El objetivo global del grupo es investigar sobre las nuevas formas arquitectónicas y materiales para tratar de aportar soluciones eco-sostenibles de algunas de las necesidades humanas más importantes, como la luz, el calor y el hábitat, para reducir, al mismo tiempo, el impacto humano sobre el medio ambiente natural. Esta investigación cubre el área de la biotecnología y presenta un primer estudio de la expresión del operón lux de origen bacteriano en los cloroplastos de las plantas superiores, con el fin de hacerlos capaces de emitir luz visible de manera autónoma, sin necesidad de ningún estímulos externos o suministro de la energía. En este mismo campo se obtiene un sistema adecuado para expresar operón lux de cloroplasto en plantas superiores y un protocolo sencillo para obtener la organogénesis de las hojas de algunas plantas ornamentales con el fin de obtener nuevos objetivos de la planta a ser transformada.

Aquesta tesi està formada per dues parts relacionades amb l'estudi de la salut d'una regió geogràfica dividida en un conjunt de zones (àrees petites). La primera part es basa en un estudi amb informació de salut agregada per cadascuna de les àrees que formen la regió d'estudi. En concret, es tracta d'una aplicació de mapes de salut (disease mapping), que utilitza mètodes Bayesians empírics per generar un Atles de mortalitat en àrees petites de Catalunya en el període 1984-1998. La segona part utilitza una nova perspectiva basada en la integració de les dades agregades i individuals de salut per cadascuna de les zones que formen la regió d'estudi, mitjançant equacions d'estimació (estimating equations). Aquesta nova perspectiva és una extensió de la regressió geogràfica.L'elaboració de la primera part d'aquesta tesi està justificada per diferents raons. En primer lloc, els atles de salut i en general els mapes d'indicadors de salut, ens han mostrat la seva gran utilitat per identificar les localitzacions geogràfiques de les malalties, formular hipòtesis sobre les causes de la malaltia i monitoritzar intervencions en salut pública. En segon lloc, els atles de mortalitat en àrees petites presenten la distribució del risc relatiu per les causes de mortalitat més importants utilitzant mapes amb un alt nivell de resolució geogràfica.El primer objectiu d'aquesta tesi va ser construir un atles de mortalitat en 289 àrees petites (municipis o municipis agregats) de la Comunitat Autònoma de Catalunya i 66 àrees bàsiques de salut de la ciutat de Barcelona (l'àrea petita analitzada amb una major població) per al període 1984-1998. Per obtenir els indicadors de salut en àrees petites s'han utilitzat mètodes Bayesians. Aquests mapes presenten, en un format de doble pàgina, els riscs relatius ajustats per edat, les àrees significatives d'alt i baix risc, el risc relatiu de la ciutat de Barcelona respecte a Catalunya i internament respecte a Barcelona, el risc relatiu per grups d'edat (0-64 i 65) i addicionalment l'evolució temporal del risc relatiu en cada àrea resumida en un únic mapa. En concret, per estudiar l'evolució del risc relatiu de mortalitat s'inclou: 1) l'evolució del risc relatiu en el període d'estudi de cada àrea comparada amb la tendència global de Catalunya i 2) l'evolució absoluta del risc relatiu a cada àrea. Segons el nostre coneixement, aquesta és la primera vegada que aquests dos tipus d'informació es combinen en un únic mapa. A més, aquest és el primer Atles que presenta informació sobre la distribució geogràfica de zones que formen àrees petites de gran població, com ciutats d'un país, i inclou l'esperança de vida obtinguda amb mètodes Bayesians empírics.La segona part d'aquesta tesi és útil per estudis epidemiològics on s'inclouen variables d'exposició i confusió que poden tenir diferents fonts de variabilitat (variabilitat dins les poblacions i entre les poblacions). Específicament, els anàlisis individuals que valoren la relació entre la malaltia i l'exposició dins d'una població són útils quan l'exposició presenta variabilitat dins la població. Quan aquesta variabilitat és limitada, la força dels anàlisis individuals es debilita. En aquesta situació, un anàlisis de dades agregades de la malaltia entre poblacions, amb una mostra de dades individuals d'exposició, pot ser eficaç en l'estimació de l'efecte d'exposició si aquest presenta gran variabilitat entre poblacions. No obstant, encara que es pugui conèixer quina de les dues variacions domina en la variable d'exposició, es poden considerar conjuntament variables d'exposició i/o confusió amb diferents tipus de variació. El segon objectiu d'aquesta tesi va ser considerar una nova perspectiva, combinació dels anàlisis de dades individuals i agregades, basat en equacions d'estimació (perspectiva population-based estimating equation (PBEE)). En funció de la variabilitat que domina en la exposició, la anàlisis proposada pren força de la perspectiva basada en dades individuals i agrades de salut, per estimar els efectes d'exposició. Es van realitzar estudis de simulació en diferents escenaris per a mostrar el poder de la perspectiva proposada en l'estimació dels efectes d'exposició d'interès.Finalment, esperem que els mètodes i els diferents aspectes utilitzats en aquesta tesi puguin ser d'utilitat per a aquells investigadors que vulguin millorar l'estudi de la salut a l'espai i temps. / Esta tesis esta formada por dos partes relacionadas con el estudio de la salud en una región geográfica dividida en un conjunto de zonas (áreas pequeñas). La primera parte considera un estudio con información de salud agregada para cada una de las áreas que forman la región analizada. En concreto, se trata de una aplicación de mapas de salud (disease mapping), consistente en el uso de métodos Bayesianos empíricos para generar un Atlas de mortalidad en áreas pequeñas de Cataluña en el periodo 1984-1998. La segunda parte considera un nuevo enfoque que realiza una integración de los datos agregados e individuales de salud para cada una de las zonas que forman la región en estudio, mediante ecuaciones de estimación (estimating equations). Se considera que este nuevo enfoque es una extensión de la regresión geográfica. La elaboración de la primera parte de esta tesis esta justificada por diferentes razones. Primero, los atlas de salud y en general los mapas de indicadores de salud, han mostrado su gran utilidad para identificar localizaciones geográficas de las enfermedades, formular hipótesis sobre las causas de la enfermedad y monitorizar intervenciones en salud pública. En segundo lugar, los atlas de mortalidad en áreas pequeñas presentan la distribución del riesgo relativo para las causas de mortalidad más importantes usando mapas con un alto nivel de resolución geográfica. El primer objetivo de esta tesis fue construir un atlas de mortalidad en 289 áreas pequeñas (municipios o municipios agregados) de la Comunidad Autónoma de Cataluña y 66 áreas básicas de salud de la ciudad de Barcelona (el área pequeña analizada con mayor población) para el periodo 1984-1998. Para obtener los indicadores de salud en las áreas pequeñas se han aplicado métodos Bayesianos. Estos mapas presentan, en un formato de página doble, los riesgos relativos ajustados por edad, las áreas significativas de alto y bajo riesgo, el riesgo relativo de la ciudad de Barcelona con respecto a Cataluña e internamente con respecto a Barcelona, el riesgo relativo por grupos de edad (0-64 y 65) y adicionalmente la evolución temporal del riesgo relativo en cada área resumida en un único mapa. En concreto, para estudiar la evolución del riesgo relativo de mortalidad se incluye: 1) la evolución del riesgo relativo en el periodo de estudio de cada área comparada con la tendencia global de Cataluña y 2) la evolución absoluta del riesgo relativo en cada área. Según nuestro conocimiento, esta es la primera vez que ambos tipos de información se combinan en un único mapa. Además, este es el primer Atlas que presenta información sobre la distribución geográfica de zonas que forman áreas pequeñas de gran población, como ciudades de un país, e incluye la esperanza de vida obtenida mediante métodos Bayesianos empíricos. La segunda parte de esta tesis es útil en estudios epidemiológicos donde se incluyen variables de exposición y confusión que pueden tener diferentes fuentes de variabilidad (variabilidad dentro de las poblaciones y entre poblaciones). Específicamente, los análisis individuales que valoran la relación entre enfermedad y exposición dentro de una población son útiles cuando la exposición presenta variabilidad dentro de la población. Cuando dicha variabilidad es limitada el poder de los análisis individuales se reduce. En esta situación, un análisis de datos agregados de enfermedad entre poblaciones, con una muestra de datos individuales de exposición, puede ser eficaz en la estimación del efecto de exposición si este presenta gran variabilidad entre poblaciones. No obstante, aunque se pueda conocer cual de las dos variaciones domina en la variable de exposición, se pueden considerar conjuntamente variables de exposición y/o confusión con diferentes tipos de variación. El segundo objetivo de esta tesis fue considerar un nuevo enfoque, combinación de los análisis de datos individuales y agregados, basado en ecuaciones de estimación (enfoque population-based estimating equation (PBEE)). Dependiendo de la variabilidad que domina en dicha exposición, el análisis propuesto toma fuerza de los enfoques basados en datos individuales y agregados de salud, para estimar los efectos de exposición. Estudios de simulación bajo diferentes escenarios fueron realizados para mostrar el poder del enfoque propuesto en la estimación de los efectos de exposición de interés.Finalmente, esperamos que los métodos y diferentes aspectos empleados en esta tesis puedan ser de utilidad para aquellos investigadores que quieran mejorar el estudio de la salud en el espacio y en el tiempo. / This thesis consists of two related parts based on the study of health in a geographical region divided in a set of zones (small areas). The first part considers studies based on health information aggregated for each area into which the region under study has been divided. Specifically, it is a disease mapping application, based on generation of an Atlas of mortality in small areas of Catalonia over the period 1984-1998, using empirical Bayes methods. The second part considers an innovative approach, based on an integration of aggregated and individual health data in each of the zones of the region under study, using an estimating equation approach. Specifically, we consider this new approach as an extension of geographical regression. The elaboration of the first part of this thesis is justified for different reasons. First, health atlases and the mapping of health indicators in general, has demonstrated its great utility in identifying geographical localizations of health problems, in formulation of hypotheses about disease causes, and in monitoring public health interventions. Second, most atlases of mortality at the small area level present patterns of relative mortality risk for the most important causes of death using maps with a high level of geographical resolution. The first goal of this thesis was to construct a mortality Atlas involving a decomposition of the Autonomous Community of Catalonia into 289 small areas (municipalities or aggregates thereof) and 66 primary health areas of Barcelona city (being a small area but with a large population) for the period 1984-1998. For Catalonia as a whole, these maps presented, using a double-page format, the age adjusted relative risk, significantly high and low relative risk areas, relative risk in Barcelona City with respect to Catalonia and internally with respect to Barcelona, relative risk by age group (0-64 and 65) and additionally the relative risk evolution over time in each area summarized in an single map, using spatial and temporal information modeled through Bayesian methods. Specifically, the atlas uses a strategy to include both: 1) relative risk evolution throughout the study period of each area compared to the average trend for all Catalonia and 2) the absolute relative risk evolution of each area. To our knowledge, this is the first time that both types of information have been combined in a single map. In addition, this is the first Atlas that presents information about geographical patterns in zones within small areas having a large population such as the cities of a country and includes life expectancy obtained with an empirical Bayes approach.The second part of this thesis can be useful in epidemiological studies where we include exposure and confounding variables that may have different sources of within and between-population variability. Specifically, analyses of individual disease-exposure data within a population are useful when exposure of interest varies sufficiently within the population. When the within-population variance of exposure is limited power of the individual-data analysis within a population is reduced. In such situations, aggregated-data analyses of disease data across populations, with a sample of individual exposure data from populations, can be powerful in estimating the exposure effect if between-population variation of exposure is large. However, although we may have knowledge of which variations dominate in each variable, exposure and/or confounding variables with different types of variation can be considered jointly. The second goal of this thesis was to consider a new analytical framework that is a combination of the individual- and aggregated-data analyses, based on an estimating equation approach ("population-based estimating equation" (PBEE) approach). The proposed analysis utilizes strengths from individual and aggregated health data approaches in the estimation of the exposure effect of interest, depending on which of the exposure variations (within- vs. between-population) dominates. Simulation studies under different scenarios were performed to show the strengths of the proposed approach in the estimation of the exposure effects of interest.Finally, we hope that some of the methods and topics employed may be of use to researchers who want to improve the study of health in space and time.

Regulation of gene transcription is a complex process involving many different proteins, some of which bind in a sequence-specific manner to DNA motifs in the gene promoter. The need to maintain specific interactions between transcription factors and proteins involved in the RNA polymerase II complex is expected to impose constrains on the relative position and spacing of the interacting DNA motifs. The present work includes the development of a novel approach to identify motifs that show a preferential location in DNA sequences and the implementation of a public web application called PEAKS. We investigated if the arrangement and nature of the most common motifs depended on the breath of expression of the gene. We found differences that serve to illustrate that many key specific regulatory signals may be present in the proximal promoter region in mammalian genes. We also apply other methods for the identification of specific transcription factors (TFs) involved in the co-regulation of a set of genes. Data from experimentally-verified transcription factors binding sites (TFBSs) support the biological relevance of our findings. / La regulació de la transcripció dels gens és un procés complex que implica moltes proteïnes diferents, algunes de les quals s'unexien a motius específics d'ADN localitzats a la regió promotora dels gens. S'espera que la necessitat de mantenir les interaccions específiques entre els factors de transcripció i les proteïnes implicades en el complex de la ARN polimerasa II imposi limitacions en la posició relativa i l'espaiat dels motius d'interacció amb l'ADN. La feina presentada en aquesta tesi inclou el desenvolupament d'un nou metode per l'identificació de motius que mostren una localització preferencial en seqüències d'ADN i l'implementació d'una aplicació web pública anomenada PEAKS. Hem investigat si la col·locació i la naturalesa de la majoria dels motius comuns depen del rang d'expresió del gen. Hem trobat diferències que serveixen per il·lustrar el fet que moltes senyals clau de regulació gènica poden estar presents en la regió proximal del promotor dels gens de mamífers. També hem aplicat altres mètodes per a l'identificació de factors de transcripció (TFs) específics involucrats en la co-regulació d'un grup de gens. Dades de llocs d'unio dels TFs (TFBSs) verificats experimentalment recolzen la rellevància biològica dels nostres resultats.

By using the ability of the positive-strand RNA ((+)RNA) virus BMV to replicate in yeast it was previously shown that subunits of the LSm1-7 ring, as well as Pat1 and Dhh1 play an essential role in the transit of the BMV genome from translation to replication. In non-infected cells, these proteins mediate the transition of cellular mRNAs from a translational to a non-translational state by activating decapping in the 5'-3' - deadenylation-dependent mRNA decay pathway. Given the conservation of this pathway from yeast to humans and the common need of all (+)RNA viruses to regulate the transition of their genomes from active translation to a translationally inactive state to allow replication, an exciting possibility, and our working hypothesis, was that LSm1-7, Dhh1 and Pat1 are used not only by BMV to replicate in yeast but also by human (+) RNA viruses, such as HCV, to replicate in mammalian cells. Furthermore, given the key role of these proteins in a common step to all (+)RNA viruses, it is essential to characterize the not yet defined molecular mechanisms associated with such function. In this regard, we also hypothesized that the LSm1-7 complex, as member of the Sm family of proteins, would directly interact with viral genomes of (+)RNA viruses in order to play their role in the virus life cycle in a similar way that other family counterparts directly interact with their RNA targets in order to achieve their different cellular functions. In this work we were able to confirm both hypothesis showing that human homologues of the upper mentioned proteins LSm1-7, Rck/p54 and PatL1, are required for HCV RNA translation and replication. Additionally, we also showed that reconstituted LSm1-7 complexes specifically recognize important signals, either in BMV or HCV genomes, that regulate their translation and/or replication. These observations constitute the first evidence that the LSm1-7 complex is able to directly interact with viral genomes representing also novel LSm1-7 interaction sites. Given the common replication strategies of (+)RNA viruses and the conserved cellular functions of LSm1-7, Pat1 and Dhh1 from yeast to humans, our findings pinpoint a weak spot that may be exploited to generate broad-spectrum antiviral drugs. / Utilizando la capacidad del BMV, un virus de ARN de cadena positiva (ARN(+)), para replicar en levaduras se ha demostrado previamente que las subunidades del anillo LSm1-7, así como Pat1 y Dhh1, desempeñan un papel esencial en la transición del genoma del virus de BMV desde traducción a replicación. En células no infectadas, estas proteínas median la transición de ARNm celulares de la traducción a un estado de no-traducción mediante la activación del proceso de decapping en la via 5'-3' de degradación de los ARNs celulares dependiente de deadenilación. Teniendo en cuenta la conservación de esta vía desde levaduras a humanos y la necesidad común de todos los virus ARN(+) para regular la transición de sus genomas desde un estado activo de traducción a otro no activo para permitir la replicación, una posibilidad interesante, y nuestra hipótesis de trabajo, es que LSm1-7, Dhh1 y Pat1 son utilizadas no solo por BMV para replicar en levaduras, sino también por otros virus ARN(+) que infectan a humanos, como el virus de la hepatitis C, para replicar en células de mamíferos. Por otra parte, dado el papel clave de estas proteínas en un paso común en todos los virus de ARN(+), es esencial caracterizar los mecanismos moleculares aun no conocidos y asociados a dicha función. En este sentido, también estudiamos la hipótesis de que el complejo LSm1-7, como miembro de la familia de proteínas Sm, pueda interactuar directamente con los genomas virales de virus de ARN(+) con el fin de desempeñar su papel en el ciclo de vida del virus de una manera similar a la que otros miembros de su familia interactúan con sus ARN con el fin de lograr sus diferentes funciones celulares. En este trabajo hemos podido confirmar ambas hipótesis demostrando que los homólogos humanos de las proteínas anteriormente mencionadas, LSm1-7, Rck/p54 y PatL1, son necesarios para la traducción y replicación del ARN del virus de la Hepatitis C. Por otra parte, los anillos reconstituidos de LSm1-7 reconocen específicamente señales importantes, tanto en el genoma de BMV como en el de la Hepatitis C que regulan su traducción y/o replicación. Estas observaciones constituyen la primera evidencia de que el complejo LSm1-7 es capaz de interactuar directamente con genomas virales y representan también novedosos patrones de interacción de este complejo con ARN. Teniendo en cuenta las estrategias de replicación en común de los virus de ARN de cadena positiva y las funciones celulares conservadas de LSm1-7, Pat1 y Dhh1 de levaduras a humanos, nuestros resultados señalan la posibilidad de explotar estas proteínas para la generación de medicamentos antivirales de amplio espectro.

Els processos de compostatge estan sovint relacionats amb la generació de males olors degut a les emissions de compostos nitrogenats, principalment amoníac, de compostos sulfurosos, i de compostos orgànics volàtils (COVs). Actualment, un procés de compostatge modern cal que es disseny i operi de manera que minimitzi les emissions i tracti eficaçment els gasos i olors generats. En aquest sentit, la biofiltració és una alternativa simple, econòmica i eficient a l'hora de reduir les emissions oloroses originades en processos de tractament de residus.L'objectiu d'aquesta tesi és l'estudi de les emissions d'amoníac i de COVs, així com la seva posterior biofiltració en processos de compostatge de residus orgànics de composició i propietats diferents (fracció orgànica de residus municipals (FORM), fangs d'estació depuradora d'aigües residuals digerits anaeròbiament i sense digerir, residus carnis i residus de pèl). A la vegada, s'ha dissenyat i construït un aparell per caracteritzar el comportament d'un suport orgànic de rebliment per biofiltrar amoníac en termes de degradació biològica, capacitat d'adsorció i capacitat d'absorció d'amoníac.Els resultats han mostrat com la quantitat d'amoníac volatilitzada en tots el processos de compostatge estudiats està directament influenciada per la relació C/N de la mescla a compostar. A la vegada, s'ha observat que les emissions d'amoníac augmenten exponencialment durant la fase termòfila del procés de compostatge, mentre que durant la fase final les emissions i la temperatura semblen estar relacionades de manera lineal. En el cas de l'estudi de les emissions de COVs, les màximes concentracions s'han detectat durant les primeres 48 hores de procés i s'ha apreciat un augment de les emissions a l'afegir una major quantitat d'estructurant a la mescla inicial a compostar.En el l'estudi de la biofiltració de les emissions d'amoníac s'ha constatat que la biofiltració emprant compost com a medi de rebliment elimina gran part de les emissions d'amoníac derivades del compostaje de FORM i fangs digerits amb eficàcies superiors al 95%. No obstant, s'ha observat una eliminació parcial de l'amoníac durant el compostaje de residus carnis degut a les elevades concentracions d'amoníac emeses i a possibles fenòmens d'inhibició de l'activitat biològica del biofiltre. Pel que fa a la biofiltració de COVs originats en processos de compostatge, s'ha observat que aquesta és altament dependent de la composició de la mescla de COVs volatilitzada i per tant assoleix diferents eficàcies d'eliminació en funció del residu a compostar, obtenint-se les majors eficàcies durant el compostatge de fangs frescos. S'ha constatat que el propi compost com a material de rebliment emet COVs en una concentració aproximadament de 50 mg C·m-3. Finalment, en l'estudi dels mecanismes de biofiltració d'amoníac, s'han considerat adequats els models de Freundlich i de Langmuir per descriure els equilibris dels processos d'adsorció d'amoníac dels materials de rebliment estudiats. S'ha observat que l'absorció d'amoníac es pot representar mitjançant el model lineal regit per la llei de Henry, amb valors de la constant de partició significativament superiors a la constant de Henry quan l'amoníac es dissol en aigua pura, i s'ha comprovat que l'absorció té un pes important com a mecanisme d'eliminació d'amoníac en el rang d'humitat òptim dels biofiltres. Finalment, les velocitats de biodegradació d'amoníac obtingudes han estat considerablement baixes si es comparen amb les dels mecanismes fisicoquímics d'eliminació d'amoníac. Aquest manifesta la importància de controlar les càrregues d'amoníac subministrades als biofiltres que operen en plantes de compostatge, per exemple mitjançant un pretractament emprant un rentador àcid, si es vol garantir un funcionament adequat del sistema a llarg termini. / Composting processes are frequently related to bad odours generation due to the emissions of nitrogen compounds, mainly ammonia, sulphur compounds and volatile organic compounds (VOCs). Currently, modern composting processes have to be designed and operated minimising emissions and treating gases and odours efficiently. In this sense, biofiltration can be adapted to reduce emissions from composting processes. It is also considered a suitable technology in terms of waste recycling, emission reduction and low construction and operating costs. The aim of this thesis is the study of ammonia and VOCs emissions generated during the composting of different organic wastes (organic fraction of municipal solid wastes (OFMSW)), raw sludge, anaerobically digested sludge, animal by-products and hydrolysed hair). The abatement of the ammonia and VOCs generated during the waste composting using the biofiltration technology is also studied. Moreover, a new specific apparatus to characterise organic support media in terms of ammonia biological degradation, adsorption and absorption capacity, has been designed and constructed.Results have shown that the total amount of ammonia emitted during the composting process was directly related to the C/N ratio. Ammonia emissions revealed a strong dependence on temperature, with a distinct pattern in the thermophilic first stage of composting than that of the mesophilic final stage. VOCs emissions were higher during the beginning of the composting process.Biofiltration technology using compost as a biofilter media can effectively remove most of the ammonia content from the composting process of OFMSW and digested sludge, achieving removal efficiencies over 95%. However, in the case of animal by-products, only a partial removal of ammonia was obtained due to the high ammonia emissions. VOCs biofiltration from exhausted gases of composting processes can be performed achieving different efficiencies depending on the waste composted. More sustained removal efficiencies were obtained in the composting of raw sludge. Compost biofilters are emitters of VOCs themselves. Approximately basal emission of 50 mg C·m-3 was measured. Regarding the ammonia biofiltration mechanisms study, adsorption data were successfully fitted to Langmuir and Freundlich isotherms. The results also show that absorption could be represented by a Henry's law linear equation, with values of the Henry coefficient higher than that of pure water. Finally, ammonia biodegradation rates are considerably lower than absorption and adsorption rates. This fact shows the importance of controlling ammonia loading rates supplied to biofilters in composting plants in order to achieve a high efficiency in long term operation.

La demanda mundial de cultivos agrícolas para la alimentación ha experimentado un aumento notorio a través de las últimas décadas como consecuencia de la creciente población humana. Por otra parte, las predicciones globales de cambio climático predicen aumentos de temperatura y períodos de sequía más largos, especialmente en latitudes templadas, donde se encuentra la mayor parte de la producción mundial de cultivos. El presente estudio se llevó a cabo con tres de los cultivos más importantes a nivel mundial: arroz (Oryza sativa L.), trigo (Triticum aestivum L.) y maíz (Zea mays L.). Además de tres de los cultivos más demandados a nivel mundial, estas tres especies también fueron escogidas debido a sus diferentes mecanismos fotosintéticos, y a las diferentes condiciones ambientales a las que están adaptadas. De esta manera, el arroz y el trigo son especies C3 de ambientes cálidos y fríos, respectivamente, y el maíz es una especie C4 de ambientes cálidos. Con el objetivo de evaluar la respuesta de estos tres cultivos a las tensiones derivadas del cambio climático, es decir, alta temperatura y la sequía, las plantas se cultivaron a 38ºC y 25ºC, y dentro de cada temperatura, un lote de plantas era cultivado bajo condiciones de déficit hídrico (WD) y otro, como bajo capacidad de campo (WW). En todos los casos, se midieron los parámetros de crecimiento, fisiológicos y bioquímicos con el fin de evaluar el efecto de los dos estreses impuestos. Con relación a los parámetros fisiológicos, como la asimilación de CO2 y los procesos difusivos, estos se midieron a 25ºC y 38ºC para determinar la capacidad de estos cultivos para adaptarse y aclimatarse a la alta temperatura y el déficit hídrico. Ambas tensiones tuvieron un efecto negativo sobre las plantas, pero el impacto fue diferente dependiendo de los parámetros medidos. La alta temperatura tuvo un mayor efecto perjudicial en la producción de biomasa y la respiración mitocondrial, especialmente en trigo y maíz. En cambio, en las tres especies, la capacidad fotosintética y los parámetros de difusión como gs mostraron una mayor restricción bajo déficit de agua que a alta temperatura. Con respecto a las mediciones bioquímicas, los parámetros de Rubisco in vitro mostraron la misma tendencia que AN, mientras que la actividad Rubisco, la concentración y el estado carbamilación fueron más afectados por las altas temperaturas que por el déficit hídrico. Finalmente, algunos de los parámetros medidos en esta tesis sólo mostraron un efecto negativo cuando ambas tensiones actuaron conjuntamente. Esto indica la importancia de estudiar la interacción entre estos dos estreses.

En aquesta tesi presentem una metodologia sistemàtica la qual permet caracteritzar sistemes biològics dinàmics a partir de dades de series temporals. Del treball desenvolupat se’n desprenen tres publicacions. En la primera desenvolupem un mètode d’optimització global determinista basat en l’outer approximation per a la estimació de paràmetres en sistemes biològics dinàmics. El nostre mètode es basa en la reformulació d’un conjunt d’equacions diferencials ordinàries al seu equivalent algebraic mitjançant l’ús de mètodes de col•locació ortogonal, donant lloc a un problema no convex programació no lineal (NLP). Aquest problema no convex NLP es descompon en dos nivells jeràrquics: un problema master de programació entera mixta (MILP) que proporciona una cota inferior rigorosa al solució global, i una NLP esclau d’espai reduït que dóna un límit superior. L’algorisme itera entre aquests dos nivells fins que un criteri de terminació es satisfà. En les publicacions segona i tercera vam desenvolupar un mètode que és capaç d’identificar l’estructura regulatòria amb els corresponents paràmetres cinètics a partir de dades de series temporals. En la segona publicació vam definir un problema d’optimització dinàmica entera mixta (MIDO) on minimitzem el criteri d’informació d’Akaike. En la tercera publicació vam adoptar una perspectiva MIDO multicriteri on minimitzem l’ajust i complexitat simultàniament mitjançant el mètode de l’epsilon constraint on un dels objectius es tracta com la funció objectiu mentre que la resta es converteixen en restriccions auxiliars. En ambdues publicacions els problemes MIDO es reformulen a programació entera mixta no lineal (MINLP) mitjançant la col•locació ortogonal en elements finits on les variables binàries s’utilitzem per modelar l’existència d’interaccions regulatòries. / En esta tesis presentamos una metodología sistemática que permite caracterizar sistemas biológicos dinámicos a partir de datos de series temporales. Del trabajo desarrollado se desprenden tres publicaciones. En la primera desarrollamos un método de optimización global determinista basado en el outer approximation para la estimación de parámetros en sistemas biológicos dinámicos. Nuestro método se basa en la reformulación de un conjunto de ecuaciones diferenciales ordinarias a su equivalente algebraico mediante el uso de métodos de colocación ortogonal, dando lugar a un problema no convexo de programación no lineal (NLP). Este problema no convexo NLP se descompone en dos niveles jerárquicos: un problema master de programación entera mixta (MILP) que proporciona una cota inferior rigurosa al solución global, y una NLP esclavo de espacio reducido que da un límite superior. El algoritmo itera entre estos dos niveles hasta que un criterio de terminación se satisface. En las publicaciones segunda y tercera desarrollamos un método que es capaz de identificar la estructura regulatoria con los correspondientes parámetros cinéticos a partir de datos de series temporales. En la segunda publicación definimos un problema de optimización dinámica entera mixta (MIDO) donde minimizamos el criterio de información de Akaike. En la tercera publicación adoptamos una perspectiva MIDO multicriterio donde minimizamos el ajuste y complejidad simultáneamente mediante el método del epsilon constraint donde uno de los objetivos se trata como la función objetivo mientras que el resto se convierten en restricciones auxiliares. En ambas publicaciones los problemas MIDO se reformulan a programación entera mixta no lineal (MINLP) mediante la colocación ortogonal en elementos finitos donde las variables binarias se utilizan para modelar la existencia de interacciones regulatorias. / In this thesis we present a systematic methodology to characterize dynamic biological systems from time series data. From the work we derived three publications. In the first we developed a deterministic global optimization method based on the outer approximation for parameter estimation in dynamic biological systems. Our method is based on reformulating the set of ordinary differential equations into an equivalent set of algebraic equations through the use of orthogonal collocation methods, giving rise to a nonconvex nonlinear programming (NLP) problem. This nonconvex NLP is decomposed into two hierarchical levels: a master mixed-integer linear programming problem (MILP) that provides a rigorous lower bound on the optimal solution, and a reduced-space slave NLP that yields an upper bound. The algorithm iterates between these two levels until a termination criterion is satisfied. In the second and third publications we developed a method that is able to identify the regulatory structure and its corresponding kinetic parameters from time series data. In the second publication we defined a mixed integer dynamic optimization problem (MIDO) which minimize the Akaike information criterion. In the third publication, we adopted a multi-criteria MIDO which minimize complexity and fit simultaneously using the epsilon constraint method in which one objective is treated as the objective function while the rest are converted to auxiliary constraints. In both publications MIDO problems were reformulated to mixed integer nonlinear programming (MINLP) through the use of orthogonal collocation on finite elements where binary variables are used to model the existence of regulatory interactions.

la costa atlántica de España. Esta patología se caracteriza por la presencia de protuberancias que se evidencian a través de la piel de los peces afectados. Estas lesiones se corresponden con nódulos en el tejido muscular, que muestran un aspecto de absceso. Lesiones similares a éstas también se han detectado en riñón, corazón, hígado y tracto digestivo, lo que nos permite definir la enfermedad como sistémica. Las secciones histológicas de los nódulos revelaron un extenso núcleo compuesto mayoritariamente por tejido necrótico rodeado por fibroblastos y macrófagos. Además, organismos plasmodiales de morfología esférica se encontraron en la capa externa de estos nódulos, normalmente en el interior de macrófagos o fibroblastos. Estos organismos también se observaron en la mucosa y submucosa intestinal, sin causar lesiones aparentes. En este trabajo se ha podido identificar a estos organismos como una nueva especie de ameba perteneciente a la familia Entamoebidae (Phylum Amebozoa, Infraphylum Archamoeba), y se describe tentativamente como una nueva especie del género Endolimax, Endolimax piscium n. sp. E. piscium presenta trofozoitos redondeados (<5 μm) con un alto grado de simplificación intracelular, sin mitocondrias en el citoplasma pero con unos orgánulos compatibles con mitosomas. Con el fin de establecer técnicas fiables de diagnóstico para el reconocimiento de este parásito, se han desarrollado y evaluado técnicas específicas de hibridación in situ (ISH) y de reacción en cadena de la polimerasa (PCR), utilizando el examen histológico (una combinación de técnica histológica convencional en muestras de músculo e ISH en muestras de intestino) como prueba estándar para compararlos. Como resultado, todas las técnicas evaluadas obtuvieron altos indicadores de calidad. La técnica de ISH fue la más específica y sensible y se encontró particularmente útil como método de referencia de confirmación en muestras de intestino, no sólo para confirmar los positivos, sino también para descartar negativos, diagnosticados como dudosos por histología convencional. La técnica de PCR resulta ser un método rápido y fiable de diagnóstico, pero todavía necesita una mayor optimización metodológica de muestreo. Los resultados preliminares de la evaluación epidemiológica de la amebiasis en las diferentes granjas analizadas, sugieren que una vez la enfermedad se manifiesta en la granja, es muy probable que los peces asintomáticos también presenten parásitos en el intestino, aunque no necesariamente presenten lesiones. La ruta que estos organismos utilizan para atravesar la barrera intestinal, llegar a otros órganos y diseminarse sistémicamente en el interior del pez, causando graves lesiones, especialmente en el músculo, todavía no se conoce con exactitud. Sin embargo los estudios preliminares señalan al tejido conectivo como tejido diana, por lo que se cree que pueda tener un papel importante en esta difusión, aunque la vía hematógena no puede ser descartada. Además, se ha diseñado una infección experimental por cohabitación entre peces sanos y enfermos, mediante la cual se ha podido confirmar la transmisión horizontal del parásito, aunque ésta parece ser lenta y con un período prepatente largo. También se ha detectado E. piscium a partir de muestras de agua tomadas en el tanque donde se alojaban los peces enfermos, lo que apoya la hipótesis de que la transmisión pueda producirse e a través del agua. / A previously undescribed pathological condition is affecting the culture of Solea senegalensis in some farms of the Atlantic coast of Spain. This condition is characterised by the presence of external protuberances in the skin of the affected fish. These lesions correspond to nodules in the muscular tissue showing an abscess-like aspect. Similar lesions were found in kidney, heart, liver and the digestive tract, which leads us to define this pathology as a systemic disease. Histological sections of these nodules revealed the presence of a large core formed mainly of necrotic tissue surrounded with fibroblasts and macrophages. Round-shaped plasmodial organisms were found in the external layer of the nodules and usually inside macrophages or fibroblasts. These organisms were also observed in the intestinal mucosa and submucosa, without causing apparent lesions. This organisms are correspond to a new amoeba species, that belongs to the family Entamoebidae (Phylum Amebozoa, Infraphylum Archamoeba), and we tentatively describe it as a new species in the genus Endolimax, Endolimax piscium n. sp. E. piscium presents round to ovoid trophozoites (<5 μm) with a high degree of intracellular simplification. No mitochondria were observed but mitosome-like organelles were present. In order to establish reliable diagnostic techniques for the recognition of E. piscium, specific in Situ Hybridization (ISH) and Polymerase Chain Reaction (PCR) tests have been developed and evaluated using the histological examination (a combination of conventional histological technique in muscle samples and ISH in intestine samples) as gold standard to compare them. As a result, all evaluated techniques obtain quite high quality indicators. The ISH technique was the most specific and sensitive and it was useful as a reference confirmatory method in intestine samples, not only to confirm positives but also to discard negatives, diagnosed as doubtful by conventional histology. PCR technique is a fast and reliable routine method, but still needs further optimization of the sampling methodology. The preliminary results of epidemiological screening for the amoebiasis at the different farms suggest that once disease has manifested in a farm, it is quite probable that asymptomatic fish also present parasites within their intestine, although not necessarily presenting lesions. The route that these organisms use to breach through the intestinal barrier to infect other organs and spread systemically throughout the fish, causing serious lesions especially in muscle is still not completely understood. However preliminary studies point out the connective tissue as a preferential site where the parasites are observed so it would have some role of this dissemination, although haematogenous route of dissemination should not be discard. In addition, an experimental infection by cohabitation between healthy and diseased fish was designed whereby horizontal transmission of the parasite was confirmed, although it appears to be slow and with a long prepatent period. E. piscium stages were also detected from water samples from the cohabitating tank, which supports the hypothesis that transmission occurs through water.

La retinopatía diabética es la causa más común de ceguera adquirida en los países desarrollados, con una alta prevalencia en los pacientes diabéticos. El desarrollo de nuevas terapias requiere un buen conocimiento de la patología de la enfermedad y para ello son necesarios buenos modelos animales. Dichos modelos también resultan esenciales para ensayar el potencial de las nuevas terapias. El ratón transgénic IGF-I constituye un excelente modelo de retinopatía, ya que desarrolla la mayoría de las alteraciones vasculares presentes en los pacientes diabéticos. Para completar la caracterización del fenotipo de la retina de los animales TgIGF-I, la primera parte de esta tesis se centra en el estudio de las alteraciones de las neuronas y las células de la glia en las retinas transgénicas. Los resultados obtenidos muestran que los animales transgénicos presentan una pérdida progresiva de sus respuestas electroretinográficas resultando en una disfunción neuronal grave en los animales transgénicos de avanzada edad. Se detecta gliosis y microgliosis en las retinas de animales transgénicos jóvenes. La gliosis está relacionada con la pérdida de funciones esenciales para la supervivencia de las neuronas que realizan las células de Müller. Las retinas transgénicas presentan cambios en su metabolismo, relacionados con el reciclaje del glutamato, signos de estrés oxidativo y alteraciones en la homeostasis del potasio. Estas alteraciones pueden ser la causa de la disfunción neuronal observada en las retinas transgénicas, que además puede ser agravada por el incremento en la producción de citoquinas pro-inflamatorias. La segunda parte este trabajo se dedicó al estudio de la eficacia de una aproximación de terapia génica dirigida a contrarrestar la neovascularización y la neurodegeneración en la retinopatía diabética. Los vectores adeno-asociados (AAV) de tipo 2 fueron escogidos para sobreexpresar el Pigmented Epithelium Derived Factor (PEDF), una proteina con potentes propiedades antiangiogénicas y neuroprotectoras. La transferencia génica del PEDF mediante vectores AAV induce la expresión a largo plazo de esta proteína y, como consecuencia, una marcada reducción de la neovascularization intravítrea, la normalización de la densidad capilar de la retina y la prevención del desprendimiento de retina. Esta reversión del fenotipo es paralela a la reducción de los niveles intraoculares de VEGF y la regulación negativa de efectores de la angiogénesis. Estos resultados demuestran la eficacia a largo plazo del a sobreexpresión de PEDF para contrarrestar la neovascularización retinal y ofrece evidencias para el uso de esta estrategia en el tratamiento de la retinopatía diabética y otras enfermedades proliferativas de la retina. / Diabetic retinopathy (DR) is the most common cause of acquired blindness in developed countries, with a high prevalence in diabetic patients. The development of new effective therapies requires further investigations on disease pathogenesis and good animal models are essential to this end and to assay the potential efficacy of new experimental therapies. The TgIGF-I mice is a good model of retinopathy, developing many of the retinal vascular alterations observed in human diabetic patients. To fully characterize the eye pathology of the TgIGF-I, the first part of this work was focused in the study of the alterations of neurons and glial cells in the retinas of these mice. We found that TgIGF-I retinas showed a progressive decline in their electroretinographic responses that resulted in significantly impaired neuronal functionality in old animals. Gliosis and microgliosis were also detected in transgenic retinas at early ages. Gliosis is associated with the loss of essential neuron-supportive functions performed by Müller cells. We found that transgenic retinas showed changes in normal retinal metabolism, such as alterations in the glutamate metabolism, signs of oxidative stress and impaired potassium buffering, that may underlie neuronal dysfunction in transgenic retinas, which could be exacerbated by the increased production of pro-inflammatory cytokines. Thus, the second part of this work was dedicated to the study of the efficacy of a gene therapy approach aimed at counteracting neovascularization and neurodegeneration. Adeno-associated (AAV) vectors of serotype 2 were chosen to overexpress Pigmented Epithelium Derived Factor (PEDF), a protein with potent antiangiogenic and neuroprotective properties. AAV2-mediated PEDF gene transfer led to long-term production of PEDF and to a striking inhibition of intravitreal neovascularization, normalization of retinal capillary density, and prevention of retinal detachment. This was parallel to a reduction in the intraocular levels of Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), that was consistent with a downregulation of downstream effectors of angiogenesis. These results demonstrate long-term efficacy of AAV-mediated PEDF overexpression in counteracting retinal neovascularization and provide evidence towards the use of this strategy to treat angiogenesis in DR and other chronic proliferative retinal disorders.