La asociación entre un parásito y un hospedador ofrece una excelente oportunidad para el estudio de tazas de especiación y evolución. La base para dichos estudios sólo puede ser enfocada mediante el análisis de filogenético de la asociación parásito-hospedador. Los elementos transponibles son secuencias cortas de ADN que se comportan como parásitos intragenómicos. Ellos son transmitidos verticalmente a través de las generaciones, aunque la transferencia horizontal ha sido propuesta como un paso esencial en su dinámica evolutiva a largo plazo. Galileo es un miembro de la Superfamilia P de transposones de ADN. Galileo fue inicialmente descubierto en Drosophila buzzatii, en donde es responsable de la generación de tres inversiones cromosómicas y subsecuentemente reportado en especies cercanas y en seis genomas secuenciados de Drosophila. En este estudio se ha ejecutado una búsqueda exhaustiva del transposon Galileo en 234 muestras de 133 especies de los géneros Drosophila, Scaptodrosophila, Scaptomyza and Zaprionus con muestras provenientes de ocho regiones zoo-geográficas. Para detectar Galileo se realizaron búsquedas bioinformáticas y experimentales mediante PCR + clonación de la región más conservada de la transposasa. Galileo fue detectado en 152 muestras de 51 especies de Drosophila de los subgéneros Sophophora, Drosophila y Siphlodora. Simultáneamente, la filogenia de 174 especies de Drosophilidae (que incluye todas las especies en las que se realizó la búsqueda de Galileo) se construyó con secuencias parciales de cuatro genes: SinA, ND2, COI y COII. Los resultados son consistentes con una antigua coevolución de Galileo en el género Drosophila. Galileo ha sido encontrado en especies de los subgéneros Sophophora, Drosophila and Siphlodora, que divergieron hace ca. 40-57 millones de años. Un hecho interesante es que Galileo fue detectado en varias poblaciones del subgénero Sophophora de Asia, en donde se piensa ha tenido su origen el ancestro de dicho subgénero. En comparaciones de ambas filogenias, de las especies y Galileo se han encontrado: 1) ocurrencia discontinua (distribución parcheada) entre 31 grupos de especies, 2) incongruencias entre las topologías de los árboles filogenéticos de las especies hospedadoras y Galileo, 3) en el último caso, la divergencia las secuencias de Galileo fue más pequeña entre los genes de las especies hospedadoras, y 4) una señal biogeográfica en la filogenia de Galileo. Los resultados encontrados en este estudio sugieren que el transposon Galileo estuvo presente en el ancestro común más reciente del subgénero Sophophora. La invasión de Galileo en el subgénero Drosophila y Siphlodora puede ser datada en ca. 40-56 Ma, cuando estos clados se separaron. Dentro de su hospedador, Galileo ha sido mayoritariamente transmitido verticalmente con pérdidas estocásticas y propagaciones horizontales antiguas. / Host-parasite assemblages offer exciting possibilities for the comparative study of rates of speciation and evolution. The basis for such studies can only be approached from a phylogenetic analysis of host-parasite association. Transposable elements are short DNA sequences that behave as intragenomic parasites. They are vertically transmitted through many generations, although horizontal transfer has been proposed as an essential step in their long-term evolutionary dynamics. Galileo is a member of the P superfamily of DNA transposons. It was initially discovered in Drosophila buzzatii, where it is responsible for the generation of three chromosomal inversions, and subsequently reported in closely related species and in six Drosophila genomes sequenced. Here in a thorough search of the Galileo transposon has been carried out in 234 samples of 133 species from the genera Drosophila, Scaptodrosophila, Scaptomyza and Zaprionus. The samples come from eight zoo-geographical regions. In order to detect Galileo, in silico BLAST searches and experimental searches by PCR + cloning of the most conserved region of the TPase were performed. Galileo was unequivocally detected in 152 samples of 51 Drosophila species from the subgenera Sophophora, Drosophila and Siphlodora. Simultaneously, the phylogeny of 174 Drosophilid species (including all taxa in which Galileo was searched) was inferred from partial coding sequences of four genes: SinA, ND2, COI and COII. The results are consistent with an ancient coevolution of Galileo in the genus Drosophila. Galileo has been found in species of the subgenera Sophophora, Drosophila and Siphlodora, that diverged ca. 40-57 million years ago. An interesting fact is that Galileo was detected in several populations of the subgenus Sophophora from Asia, where it is thought the ancestor of Sophophora has its origin. In comparisons of both, the Drosophila species and Galileo transposon phylogenies, it was found: 1) discontinuous occurrence of Galileo across 31 species groups (patchy distribution), 2) incongruence between host and TE tree topologies, 3) in the latter case, divergence between Galileo sequences was smaller than between genes of the host species, and 4) a bio-geographical signal in the Galileo phylogeny. These results found herein suggest that the Galileo transposon was present in the most recent common ancestor of the Sophophora subgenus. The invasion of Galileo in the subgenera Drosophila and Siphlodora could be dated at ca. 40-56 Mya, when this clades split. Inside its host, Galileo has been mostly vertically transmitted with stochastic losses and occasional ancient horizontal spreads.

El trabajo recoge los principales aspectos de la producción recombinante de una lipasa del hongo Rhizopus oryzae (ROL) expresada en la levadura Pichia pastoris. El sistema de expresión empleado está basado en la utilización del promotor de la alcohol oxidasa (PAOX1) de la levadura y, por lo tanto es dependiente de la utilización de metanol como substrato inductor. El trabajo recoge una serie de estudios de producción en bioreactor, operando en fed-batch, en los que la productividad del sistema se incrementa hasta en un factor de 11, mediante el estudio de la estrategia de adición del metanol a lo largo de la etapa de producción. Asimismo, estos cultivos se han realizado utilizando un medio de composición sintética, mucho mas económico que el complejo. La optimización de la producción también se ha abordado mediante la construcción de cepas multicopia para el gen ROL, estudiando igualmente, el efecto de la expresión recombinante de la lipasa sobre la cepa hospedadota.Por otro lado, se han construido vectores de expresión basados en la utilización de promotores independientes de la utilización del metanol. Se han obtenido cepas de P. pastoris que expresan la ROL de forma constitutiva y mediante inducción por fuente de nitrógeno.El trabajo recoge en último lugar un protocolo para la recuperación de la ROL recombinante desde el caldo de cultivo hasta la obtención de un extracto liofilizado de lipasa ROL. La purificación de la lipasa se ha llevado a acabo a través de la combinación de los pasos de cromatografía, de intercambio catiónico e interacción hidrofóbica. El grado de pureza obtenido es el adecuado para la utilización de la enzima como biocatalizador en reacciones de química fina y para la obtención de anticuerpos contra la misma. / This work summarises the main aspects of the recombinant production of a lipase of the fungi Rhizopus oryzae (ROL) expressed in the yeast Pichia pastoris. The expression system used is based on the utilization of the alcohol oxidase promoter (PAOX1) of the yeast and therefore is dependent on methanol as the inductor substrate. The productivity of this system has been increased by a factor of 11 by studying the methanol feeding strategy during fed-batch fermentations in bioreactors. Moreover, a synthetic cultivation media has been used for these experiments, which is much more inexpensive than the regular complex ones. Furthermore, ROL multicopy strains have been also developed in order to optimise the final lipase production of the system.In addition, the study of the ROL production has been carried out based on the development of different expression vectors independent of the use of methanol as an inductor of the expression. In this context, we have developed new recombinant P. pastoris strains for the constitutive and nitrogen-dependent expression of ROL.Finally, a down-stream process for the recovery of the lipolitic enzyme has been defined through all stages: from the broth media to the final lyophilised product. The ROL purification has been achieved through two single-chromatography steps, which are cationic exchange and hydrophobic interaction. The final product has a purity which is appropriate for its use in fine chemical reactions and the development of antibodies against it.

Esta disertación, propone estrategias para sistemas urbanos sustentables introduciendo aspectos de eco-innovación en edificios con especial énfasis en reducir la energía y las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI). El estudio se desarrolla en dos contextos economicos, social y climáticamente diferentes. Por una parte la mejora ambiental y energética de la vivienda social en México a través de estrategias de eco rehabilitación en el interior y exterior de la misma: eco-tecnologías (equipos eficientes), sombreado y aislamiento (sombra sobre el techo, volados en muros, louvers en ventanas y techo verde) y producción de alimentos (tomates). Se calcularon os requerimientos de energía para enfriamiento de la vivienda social así como la demanda de energía acumulada y emisiones de CO2 asociadas con los materiales usados en las estrategias de sombreamiento. En la producción de alimentos el sistema fue expandido para determinar los impactos respecto a la logística de alimentos (distribución, empaque y pérdidas de producto). Por otra parte, la implementación de invernaderos de producción intensiva de alimentos en las cubiertas de edificios de Ciudades Mediterráneas de Europa, estudiando la barreras y oportunidades ambientales, sociales, económicas y tecnológicas de su implantación. El método de trabajó consistió en grupos multidisciplinarios de discusión a través de seminarios con expertos en diferentes áreas. El potencial de sinergia entre el edificio y el invernadero en términos de flujos de calor fue identificado focalizando únicamente en los requerimientos de energía para calefacción en invierno en un edificio de servicios en Barcelona, España. Para desarrollar esta investigación fue necesario integrar herramientas multidisciplinares y programas de: simulación energética (DesignBuilder, Ecotect), análisis de flujos (CFD), análisis de ciclo de vida (SimaPro) y herramientas sociales como seminarios y grupos focales. Según los resultados, para la vivienda social, las eco-tecnologías pueden proveer una reducción annual del 31% del consumo de energía (35.7 kWh/m2/año). Con la estrategia de sombreado del techo se obtuvo un ahorro de 126 kWh/m2/año. La producción de tomates en las áreas de la vivienda social de Mérida (México) puede aportar ahorros de 662 gCO2eq por kg de tomates producidos. En orden descendiente, los principales contribuyentes de estos ahorros son: requerimientos de transporte (57.7%), pérdida de producto (37.2%) y empaque (5.1%). Respecto al sistema invernadero-edificio, el grupo de expertos coincidió en definir la interconexión entre ambos como una de las oportunidades del sistema al hacer sinergia con los flujos de agua, energía y CO2, así como la reducción del transporte de los alimentos. La metodología aplicada a este estudio resultó positiva debido a la participación interdisciplinaria de expertos lo cual facilitó una visión global de la implementación del proyecto. De acuerdo al análisis energético, un total de 87 kWh/día de calor fue removido del invernadero con la finalidad de disminuir su temperatura. Este dato indica una estimación del potencial del calor que puede ser transferido al edificio en un día típico de invierno. Basado en los resultados generados en esta investigación, futuras líneas de investigación pueden ser desarrolladas con la finalidad de determinar otros beneficios energéticos y ambientales del sistema. Las estrategias presentadas en esta disertación tienen el objetivo de facilitar el desarrollo sustentable en sistemas urbanos através de la investigaciones para mejorar la vivienda social en países en vías de desarrollo e implementar la agricultura urbana en ciudades compactas. / This dissertation proposes strategies for sustainable urban systems, introducing eco-innovation in buildings and paying particular attention to energy and GHG emissions. The study was developed in two diferent social, economical and climatic contexts. Firstly, environmental and energy improvement of social housing in a warm-humid climate in Merida (Mexico) is investigated, through eco-rehabilitation strategies such as ecotechnologies (efficient equipment), shading and insulation (Above roof shade, overhangs on walls, louvers in windows and green roof) and food production (tomato). Energy requirements for cooling in social housing, cumulative energetic demand and CO2 emissions associated with the materials used in shading and insulative strategies were calculated. In food production, the expanded system is considered, in order to determine impacts related to food logistics (distribution, packaging, retail). Secondly, Rooftop Eco-Greenhouse (RTEG) is presented as an eco-innovative system that incorporates agriculture into the rooftops of buildings in Mediterranean European cities. A list of environmental, economical, technological and social barriers, as well as opportunities for the implementation of the RTEG system, were obtained. The work method consisted of discussion seminars involving an interdisciplinary group of experts from different areas. In addition, the potential for synergies between buildings and RTEG systems in terms of heat flows was identified, focusing only on heating requirements in winter, in an office building in Barcelona (Spain). To develop this research, multidisciplinary tools and software programs such as energy simulation (DesignBuilder, Ecotect), flow analysis (CFD), life cycle analysis (SimaPro) were used. Social tools, such as seminars and focus groups, were also utilised. According to the results for social housing, eco-technologies could potentially provide reduce annual energy consumption by 31% (35.7kWh/m2/year). The ‘Above roof shade’ strategy can provide a saving of 126kWh/m2/year. Production of tomatoes in social housing areas in Merida (Mexico) could provide a savings of 662 gCO2eq per kg of tomatoes produced. In descending order, the main contributors to these savings are transport requirements (57.7%), retail phase (37.2%) and re-usable packaging (5.1%). In respect to RTEG, we would highlight the interconnection of the building and the greenhouse as an opportunity for RTEG, making use of water, energy and CO2 flows between both, as well as reducing food transportation requirements. The participation of experts helped to produce a global vision for the implementation of the project. According to energy analysis, a total of 87 kWh/day of heat was removed from the greenhouse, in order to reduce its temperature. This data indicates the potential amount of heat that could be transferred to the building in a study day. Based on the results generated by this research, further lines of research can be investigated, in order to determine other energy and environmental benefits of the RTEG system. All strategies presented in this dissertation aim to facilitate the sustainable development of urban systems, through researching eco-innovation in the field of improvement of social housing in Developing Countries and urban agriculture in compact cities.

La història evolutiva dels insectes és llarga i complexa. Inferir les relacions evolutives dels insectes, amb la seva fascinant diversitat, és encara avui un gran repte, fins i tot amb les recents aportacions teòriques i tecnològiques. Aquesta tesi tracta de resoldre un seguit d’exigents qüestions relacionades amb l’evolució dels insectes, tot mitjançant mètodes d’inferència filogenètica. Donat l’ample ventall de divergències en que la reconstrucció d’arbres filogenètics es pot dur a terme, s’adrecen sis casos d’estudi a diferents nivells taxonòmics, cobrint un ampli espectre de divergències filogenètiques. A nivells taxonòmics profunds, s’estudia l’aplicabilitat d’utilitzar genomes mitocondrials complets com a marcadors filogenètics per a resoldre relacions entre ordres d’insectes. Es demostra que certs biaixos sistemàtics es poden eliminar substancialment si s’utilitza una metodologia adient, per així finalment obtenir filogènies en acord amb les hipòtesis més acceptades que es deriven de dades morfològiques i nuclears. A divergències intermitges, es realitza una revisió taxonòmica del grup de les papallones blaves Polyommatus mitjançant la reconstrucció d’una filogènia sòlida. Mitjançant l’establiment d’un marc temporal flexible que pugui incorporar incertesa filogenètica així com les actuals delineacions taxonòmiques, es defineixen un seguit de criteris pràctics per tal de consolidar la sistemàtica dels gèneres d’aquest grup de papallones d’enorme complexitat. Quant a divergències recents entre taxons estretament relacionats, s’exploren questions sobre límits entre espècies. En primer lloc, s’avalua el model GMYC per a delimitació d’espècies basant-se en arbres d’un sol locus, tot fent servir una exhaustiva matriu de dades de lepidòpters amb informació taxonòmica creïble. Els resultats mostren que aquest mètode per estudiar massivament la biodiversitat és capaç d’identificar entre un 80% i un 90% d’espècies correctament, i que és força estable sota una gran diversitat de circumstàncies com ara una elevada presència de llinatges únics, un ampli nivell taxonòmic o amb la presència de buits en una cobertura de mostratge intraespecífic. Seguidament, s’estudia l’estatus d’una possible nova espècie de formiga del gènere Lasius provinent de les cotes altes de l’illa de Mallorca. L’evidència morfològica, molecular i ecològica explorada confirma l’estatus d’espècie i així es descriu la primera formiga endèmica de les Illes Balears. Donada l’isolament altitudinal, l’extremadament baixa diversitat intraespecífica, rang de distribució i densitat de nius que es documenten, fan que la predicció mitjançant models climàtics per a condicions futures suggereixi una alta probabilitat d’extinció a curt termini per a Lasius balearicus sp. nov. Finalment, s’adrecen qüestions sobre límits entre espècies dins de dos llinatges relacionats de les papallones Polyommatina, les quals presenten fascinants diferències en el nombre cromosòmic, així com radiacions ràpides d’espècies, dos fenòmens molt probablement relacionats. Dins d’Agrodiaetus, s’avalua una tendència a la divisió de taxa en múltiples espècies tot contrastant dades genètiques i cromosòmiques per a espècies europees amb distribucions extremadament puntuals. Així, es realitza una reorganització taxonòmica i una avaluació sobre les necessitats de conservació. Dins de Lysandra, un gènere en què la morfologia és poc útil, s’obtenen relacions filogenètiques incertes donada una segregació incompleta de llinatges així com per freqüents casos d’hibridació. La inestabilitat cromosòmica s’hauria originat com a mínim en tres ocasions i en alguns casos s’observa fins i tot dins una mateixa espècie. Basant-se en l’evidència filogenètica i noves dades de cariotips, es proposa una reorganització que reconeix deu espècies dins del gènere. / Insects have had a complex and long evolutionary history. Mapping the evolutionary relationships of insects, with their stunning diversity, remains a challenge, even in light of new theory and technology. This thesis aims to face a variety of challenging questions on systematics and evolution of the insects, methodologically conducted by phylogenetic inference. Given the enormous range of divergences at which tree reconstruction can be done, six study cases are addressed at different taxonomic levels, covering a wide spectrum of phylogenetic divergence. At deep taxon levels, the feasibility of using complete mitochondrial genomes as phylogenetic markers to resolve inter-ordinal relationships of insects is studied. It is shown that systematic biases can be substantially avoided by using the proper methodology, to finally reconcile mitochondrial phylogenies with the most generally accepted hypotheses bases on morphological and nuclear data. At intermediate divergences, a taxonomic revision of the Polyommatus butterflies is performed, based on constructing a reliable phylogenetic framework. Establishing a flexible temporal threshold to accommodate phylogenetic uncertainty and current taxonomic delineations, helps to set practical criteria to consolidate the generic systematics of such a complex group of butterflies. At recent divergences among closely related taxa, limits among species are explored. First, the GMYC model for species delimitation based on single-locus trees is evaluated for a comprehensive dataset of butterfly fauna with credible taxonomic information. It is found that this method for assessing large-scale biodiversity surveys successfully identify a range between 80% and 90% of species, being remarkably stable under a wide array of circumstances including high singleton presence, taxon level and presence of gaps in intraspecific sampling coverage. Next, a potential new species of ant of the genus Lasius from Mallorca island high elevations is studied. All morphological, molecular and ecological evidence gathered confirm a specific status for the new taxon and thus the first endemic ant from the Balearic Islands is described. Given the altitudinal isolation, the extremely low intraspecific diversity, total range and nest densities documented, an assessment using climatic models for future conditions suggest a high probability of short-term extinction for Lasius balearicus sp. nov. Finally, species limits are assessed within two related lineages of Polyommatina butterflies displaying intriguing differences on chromosome numbers and fast species radiations, two phenomena most likely related. Within Agrodiaetus, taxonomic oversplitting is evaluated by contrasting chromosomal and genetic evidence for species with dot-like distributions in Europe. A taxonomic reorganization and evaluation of conservation efforts are conducted. Within Lysandra, a genus with difficult morphological diagnosability, uncertain phylogenetic relationships are found due to mixed incomplete lineage sorting and frequent hybridization. Chromosomal instability might have originated at least on three occasions, and variability in this character can be found even within the same species. Based on phylogenetic evidence and new karyotypic data, it is proposed a rearrangement recognizing ten species within the genus.

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.