Tesis Doctorals en Xarxa
Not a member yet
46997 research outputs found
Sort by
Investigating protein functions of understudied genes, proteoforms and novel localisations
No full textThe eukaryotic protein landscape, although extensively studied, still harbors a vast array of uncharacterized functional proteoforms that limit our understanding of biological processes. This thesis explores three aspects: (1) the functional characterization of understudied proteins across the proteome using a next-generation covariation map; (2) a workflow for differentially identifying peptidoforms from bottom-up proteomics data, enabling the investigation of the proteoform landscape under various perturbations; and (3) the identification of a novel nuclear subcellular localization for Peroxiredoxin 1 (PRDX1) and its moonlighting role in chromatin during DNA damage recovery. This work puts the explored topics in the context of protein homeostasis, protein functions, modifications, and the challenges in investigating protein function.El panorama de las proteínas eucariotas, aunque ampliamente estudiado, todavía alberga una amplia gama de proteoformas funcionales no caracterizadas que limitan nuestra comprensión de los procesos biológicos. Esta tesis explora tres aspectos: (1) la caracterización funcional de proteínas poco estudiadas en todo el proteoma utilizando un mapa de covariación de próxima generación; (2) un flujo de trabajo para identificar diferencialmente peptidoformas a partir de datos proteómicos bottom-up, lo que permite la investigación del panorama de proteoformas bajo diversas perturbaciones; y (3) la identificación de una nueva localización subcelular nuclear para la peroxiredoxina 1 (PRDX1) y su papel de pluriempleo en la cromatina durante la recuperación del DNA-damage. Este trabajo sitúa los temas explorados en el contexto de la homeostasis de las proteínas, las funciones de las proteínas, las modificaciones y los desafíos en la investigación de la función de las proteínas.Programa de Doctorat en Biomedicin
Entornos digitales en el tratamiento de la obesidad una aproximación desde la comunicación en salud y el análisis del framing
No full textAquesta tesi doctoral per compendi té com a objectiu explorar i analitzar els diversos entorns digitals que es poden emprar en el tractament de l’obesitat. Per això, es fa un abordatge des de la comunicació salut, partint de la teoria d’usos i gratificacions i passant per la teoria cognitiva social, i des de l’anàlisi del framing, agafant els critical weight studies i les narratives de la malaltia com a punt de partida. Les publicacions que formen aquest compendi estudien qüestions com: com emmarquen la pèrdua de pes els usuaris d’una comunitat online pel tractament de l’obesitat; les percepcions dels usuaris d’una aplicació complementaria a un tractament comercial; la qualitat de les aplicacions per a la pèrdua de pes i la seva presentació a les app stores. Per a dur a terme la investigació, s’han combinat metodologies quantitatives i qualitatives. Els resultats contribueixen a l’exploració dels mitjans digitals com eines mitjançant les quals articular els tractaments de l’obesitat.Esta tesis doctoral por compendio tiene como objetivo explorar y analizar los distintos entornos digitales que se pueden emplear para el tratamiento de la obesidad. Para ello, se hace un abordaje desde la comunicación salud, partiendo de la teoría de usos y gratificaciones y pasando por la teoría cognitiva social, y desde el análisis del framing, partiendo de los critical weight studies y las narrativas de la enfermedad. Las publicaciones que comprenden este compendio estudian cuestiones como cómo enmarcan la pérdida de peso usuarios de una comunidad online para el tratamiento de la obesidad; las percepciones en usuarios de una aplicación complementaria a un tratamiento comercial; y la calidad de las aplicaciones comerciales para la pérdida de peso y su presentación en las app stores. Para llevarlo a cabo se han combinado metodologías cuantitativas y cualitativas. Los resultados contribuyen a la exploración de los medios digitales como herramientas a través de la cuál articular los tratamientos para la obesidad.This doctoral thesis by portfolio aims to explore and analyse the digital environments that can be used for the treatment of obesity. The theoretical framework is informed by health communication -from uses and gratifications theory to social cognitive theoryand by framing theory -drawing from critical weight studies and illness narratives. The publications comprised in this portfolio study matters such as how users of an obesity treatment health community frame their experience with the treatment; user perceptions on a mobile application complementary to a commercial treatment; and the quality of commercial weight-loss app and their presentation in app stores. To conduct this research, qualitative and quantitative methodologies were used. Findings of this study contribute to the exploration of the digital medial media as tools to articulate obesity treatments.Programa de Doctorat en Comunicaci
In vitro diagnostic tests and biosensing devices for pathogenic bacteria in clinical and environmental settings
No full textUn dels principals objectius al segle XXI és la necessitat de proves de diagnòstic ràpid, eficients i altament sensibles, especialment per a patògens emergents, noves malalties i biomarcadors, com una intervenció clau per reduir la mortalitat i prevenir la transmissió. La importància de les proves de diagnòstic ràpid s'ha destacat encara més amb l'esdevenir de la pandèmia. Aquesta tesi doctoral es centra en el disseny i el desenvolupament de proves de diagnòstic in vitro i dispositius biosensors per al diagnòstic i detecció de bacteris patògens tant en aplicacions ambientals com clíniques en entorns amb recursos limitats, amb l'objectiu principal d'aconseguir un dispositiu de fàcil ús mitjançant una intervenció mínima de l'usuari. En aquesta tesi s'han combinat múltiples elements per oferir una solució única i completa per resoldre els principals desafiaments en detectar bacteris en concentracions molt baixes i en grans volums de mostres. Així, es va dissenyar una estratègia pionera de preconcentració que integra partícules magnètiques i filtració. Aquesta nova tècnica millora significativament la capacitat de capturar i concentrar bacteris directament en filtres mitjançant la separació immunomagnètica per a la seva anàlisi posterior. La simplificació analítica s'aborda combinant la separació immunomagnètica i la marcació en un pas únic, amb l'objectiu de reduir significativament el temps d'anàlisi. Un altre objectiu és la incorporació d'un cartutx que realitza l'actuació magnètica i el rentat amb una operació simple, minimitzant la necessitat d'intervenció de l'usuari. Aquesta innovació contribueix a la simplicitat en l'ús i la reproductibilitat, eliminant etapes d'addició de reactius i rentat. Finalment, la lectura electroquímica en un dispositiu portàtil també és una innovació clau, permetent proves al lloc i al punt d'atenció. Aquesta portabilitat representa un canvi fonamental en l'aplicació dels biosensors electroquímics en entorns amb recursos limitats. Aquest procés simplificat és un avenç notable al camp, que permetrà estalviar temps i recursos valuosos. Finalment, s'explora l'ús de telèfons intel·ligents operats amb una aplicació per fer les mesures, amb l'objectiu de presentar estratègies que es puguin integrar en el disseny de proves de diagnòstic ràpid, fent-les més accessibles i rendibles per a entorns amb recursos limitats. Totes aquestes característiques podrien tenir implicacions rellevants en aplicacions del món real, duent a una millora significativa en el límit de detecció per a diverses aplicacions, superant els límits legislats en el monitoratge ambiental per a la detecció de Legionella pneumophila, E. coli i micobacteris ambientals, així com a la salut global per a la detecció de la tuberculosi.Uno de los principales objetivos en el siglo XXI es la necesidad de pruebas de diagnóstico rápidas, eficientes y altamente sensibles, especialmente para patógenos emergentes, enfermedades novedosas y biomarcadores, como una intervención clave para reducir mortalidad y prevenir transmisión. La importancia de las pruebas de diagnóstico rápido se ha destacado aún más con el devenir de la pandemia. Esta tesis doctoral se centra en el diseño y desarrollo de pruebas de diagnóstico in vitro y dispositivos biosensores para el diagnóstico y detección de bacterias patógenas tanto en aplicaciones ambientales como clínicas en entornos con recursos limitados, con el objetivo principal de conseguir un dispositivo fácil de usar mediante una mínima intervención del usuario. En esta tesis se han combinado múltiples elementos para ofrecer una solución única y completa para solventar los principales desafíos al detectar bacterias en concentraciones muy bajas y en grandes volúmenes de muestras. Así, se diseñó una estrategia pionera de preconcentración que integra partículas magnéticas y filtración. Esta novedosa técnica mejora significativamente la capacidad de capturar y concentrar bacterias directamente en filtros mediante la separación inmunomagnética para su análisis posterior. La simplificación analítica se aborda combinando la separación inmunomagnética y la marcación en un único paso, con el objetivo de reducir significativamente el tiempo de análisis. Otro objetivo es la incorporación de un cartucho que realizó la actuación magnética y el lavado en un modo de operación sencillo, minimizando la necesidad de intervención del usuario. Esta innovación contribuye a la simplicidad en el uso y la reproducibilidad, eliminando los pasos de pipeteo y lavado. Finalmente, la lectura electroquímica en un dispositivo portátil también es una innovación clave, permitiendo pruebas en el lugar y en el punto de atención. Esta portabilidad representa un cambio fundamental en la aplicación de los biosensores electroquímicos en entornos con recursos limitados. Este proceso simplificado es un avance notable en el campo, que permitirán ahorrar tiempo y recursos valiosos. Finalmente, se explora el uso de teléfonos inteligentes operados con una aplicación para realizar las mediciones, con el objetivo de presentar estrategias que puedan integrarse en el diseño de pruebas de diagnóstico rápido, haciéndolas más accesibles y rentables para entornos con recursos limitados. Todas estas características podrían tener implicaciones relevantes en aplicaciones del mundo real, llevando a una mejora significativa en el límite de detección para diversas aplicaciones, superando los límites regulatorios en la monitorización ambiental para la detección de Legionella pneumophila, E. coli y micobacterias ambientales, así como en la salud global para la detección de la tuberculosis.The 21st century place crucial emphasis on the need for efficient and highly sensitive, rapid diagnostic tests, especially in dealing with emerging pathogens, novel diseases and biomarkers, as a key intervention to reduce mortality and prevent transmission. The significance of rapid diagnostic testing has been further highlighted by the onset of the pandemic. The purpose of this doctoral thesis is to contribute to this field by enhancing the detection of pathogenic bacteria through electrochemical biosensing and in vitro diagnostic tests. This involves combining multiple elements to offer a unique and comprehensive solution to the challenges faced in detecting bacteria at very low concentration levels in large volumes of samples. According to this goal, this doctoral thesis introduces a pioneering preconcentration strategy that integrates magnetic particles and filtration. This novel technique significantly improves the ability to capture and concentrate bacteria directly on filters by immunomagnetic separation for downstream analysis. The analytical simplification is addressed by combining the immunomagnetic separation and labeling into a single step, aiming to significantly reduce the analysis time. Another goal is the incorporation of a cartridge to perform magnetic actuation and washing in a user-friendly operation mode, minimizing the need for user intervention. This innovation contributes to the ease of use and reproducibility, eliminating pipetting and washing steps. Finally, the electrochemical readout in a handheld device is also a key innovation, enabling on-site and point-of-care testing. This portability represents a fundamental shift in how electrochemical sensing can be applied in low-resource settings. This streamlined process is a noteworthy advancement in the field, saving valuable time and resources. Finally, the use of smart phones operated with an app to perform the measurements is explored, with the aim of presenting strategies that can be integrated into the design of rapid diagnostic tests, making them more accessible and cost-effective for low-resource settings. All these features could have significant implications for real-world applications, leading to a significant improvement in the limit of detections for various applications, surpassing regulatory limits in environmental monitoring for the detection of Legionella pneumophila, E. coli, and environmental mycobacteria and in global health for the detection of tuberculosis.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Químic
Difusión y recepción de la literatura latinoamericana en China desde 1949 hasta 2022
No full textNo accepto que la tesi sigui publicada als repositoris institucionals (TDX i DDD) de seguida, ja que vull sol·licitar un embargament de la visualització del contingut de la tesi.No acepto que la tesis se haga pública a los repositorios institucionales (TDX y DDD) enseguida, porque quiero solicitar un embargo de la visualización del contenido de la tesis.I do not agree to immediately publish the thesis to institutional repositories (TDX and DDD) because I want to request an embargo on the visibility of the thesis content.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Teoria de la Literatura i Literatura Comparad
Scaling-up and future perspectives of bioelectrochemical systems for wastewater treatment and hydrogen production
No full textEntre la multitud d'oportunitats per a recuperar recursos de les aigües residuals, les cel·les d'electròlisi microbianes (MECs) ofereixen un enfocament prometedor, ja que tracten simultàniament les aigües residuals i produeixen hidrogen, una font d'energia renovable. Les MECs han obtingut resultats prometedors a escala laboratori, però la seva rellevància pràctica està molt menys estudiada. De fet, la major part de la recerca sobre les MECs es centra en els aspectes fonamentals de la producció bioelectroquímica d'hidrogen en condicions controlades, amb reactors de baix volum i emprant substrats fàcilment biodegradables. Amb aquesta visió, aquesta tesi es centra en els factors crítics que influeixen en el rendiment a escala pilot de les MECs per al tractament d'aigües residuals.
En primer lloc, es va avaluar el funcionament d'una MEC de doble cambra de 135 L sota diferents condicions operacionals (concentració de demanda química d'oxigen (DQO), temperatura, temps de residència hidràulic i potencial aplicat) per a determinar com es pot millorar la producció d'hidrogen i l'eficiència energètica modificant els paràmetres operatius. Els resultats experimentals es van utilitzar per a avaluar el tractament d'1 m3 d'aigües residuals urbanes mitjançant una MEC i els resultats es van comparar amb dues tecnologies existents reportades a la bibliografia: llots actius convencionals (CAS) i llots actius d'alta velocitat (HRAS). D'altra banda, es va estudiar per primera vegada a escala pilot, l'efecte de l'escuma de níquel (Ni) en la generació de corrent i la producció d'hidrogen, desenvolupant una nova configuració de càtode basada en dues làmines d'escuma de Ni interconnectades. El rendiment de l'escuma es va comparar amb un càtode de llana d'acer inoxidable (SS).
En base als coneixements adquirits a escala pilot, es va escalar i construir una MEC d'1 m3 dins per a avaluar el seu rendiment en condicions reals d'una planta de tractament d'aigües residuals. Els resultats experimentals es van utilitzar per a estudiar la viabilitat tecnoeconòmica del procés i es va comparar amb la del CAS.
En conjunt, aquesta tesi situa les MEC en el context actual del tractament d'aigües residuals, aportant idees valuoses per a reduir la distància entre la recerca a escala laboratori i l'aplicació pràctica. Si bé encara existeixen reptes per superar, el desenvolupament i la reducció de costos són l'esperança de cara a la seva aplicació a gran escala i a la gestió sostenible de les aigües residuals.Entre la multitud de oportunidades para recuperar recursos de las aguas residuales, las celdas de electrólisis microbianas (MECs) ofrecen un enfoque prometedor, ya que tratan simultáneamente las aguas residuales y producen hidrógeno, una fuente de energía renovable. Las MECs han obtenido resultados prometedores a escala laboratorio, pero su relevancia práctica está mucho menos estudiada. De hecho, la mayor parte de la investigación sobre las MECs se centra en los aspectos fundamentales de la producción bioelectroquímica de hidrógeno en condiciones controladas, con reactores de bajo volumen y empleando sustratos fácilmente biodegradables. Con esta visión, esta tesis se centra en los factores críticos que influyen en el rendimiento a escala piloto de las MECs para el tratamiento de aguas residuales.
En primer lugar, se evaluó el funcionamiento de una MEC de doble cámara de 135 L en una amplia gama de condiciones operacionales (concentración de demanda química de oxígeno (DQO), temperatura, tiempo de residencia hidráulico y potencial aplicado) para determinar cómo se puede mejorar la producción de hidrógeno y la eficiencia energética modificando los parámetros operativos. Los resultados experimentales se utilizaron para evaluar el tratamiento de 1 m3 de aguas residuales urbanas mediante una MEC y los resultados se compararon con dos tecnologías existentes reportadas en la bibliografía: lodos activos convencionales (CAS) y lodos activos de alta velocidad (HRAS). Por otra parte, se estudió por primera vez a escala piloto el efecto de la espuma de níquel (Ni) en la generación de corriente y la producción de hidrógeno, desarrollando una novedosa configuración de cátodo basada en dos láminas de espuma de Ni interconectadas. El rendimiento de la espuma de Ni se comparó con un cátodo de lana de acero inoxidable (SS).
En base a los conocimientos adquiridos a escala piloto, se escaló y construyó una MEC de 1 m³ para evaluar su rendimiento en condiciones reales de una planta de tratamiento de aguas residuales urbanas. Los resultados experimentales se utilizaron para estudiar la viabilidad tecnoeconómica del proceso y se compararon con los del CAS.
En conjunto, esta tesis sitúa a las MECs en el contexto actual del tratamiento de aguas residuales, aportando ideas valiosas para reducir la distancia entre la investigación a escala laboratorio y su aplicación práctica. Aunque todavía existen retos por superar, el desarrollo y la reducción de costes son la esperanza de cara a su aplicación a gran escala y a la gestión sostenible de las aguas residuales.Among the plethora of opportunities to recover resources from wastewater, microbial electrolysis cells (MECs) offer a promising approach, simultaneously treating wastewater and producing hydrogen, a renewable energy source. MECs have reported promising results at lab-scale, but its practical relevance is less explored. In fact, most of the research about MECs focuses on fundamental aspects of bioelectrochemical hydrogen production under controlled conditions, low reactors volumes, and employing easily biodegradable substrates. With this view, this thesis focuses into the critical factors influencing the pilot-scale performance of MECs for wastewater treatment.
Initially, a 135 L double-chamber MEC was operated under a wide range of operational conditions (chemical oxygen demand (COD) concentration, temperature, hydraulic residence time and applied potential) to determine how hydrogen yield and energy efficiency can be improved by modifying the operational parameters. The experimental outcomes were used to evaluate the treatment of 1 m3 of urban wastewater by an MEC and the results were compared with two existing technologies reported in the literature: conventional activated sludge (CAS) and high-rate activated sludge (HRAS). Furthermore, the effect of nickel (Ni) foam in current generation and hydrogen production was studied for the first time at pilot-scale, developing a novel cathode configuration based on two interconnected Ni-foam sheets. The performance of Ni-foam was compared to a cassette operating with stainless-steel (SS) wool cathode.
Building upon the pilot-scale knowledge, a 1 m³ MEC pilot reactor was scaled up within a real wastewater treatment plant to assess its performance under real-conditions. The experimental outcomes were used to evaluate the techno-economic viability of the process and the results were compared to CAS.
Overall, this thesis places MECs in the current context of wastewater treatment, providing valuable insights for bridging the gap between lab-scale research and real-world applications. While challenges remain, further development and cost reduction hold promise for large-scale implementation and sustainable wastewater managementUniversitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Ciència i Tecnologia Ambiental
Boosting circular economy to combat climate change: from biomass wastes to bio-based added-value products
No full textEn la societat actual, hi ha una forta dependència dels productes derivats dels combustibles fòssils, i és aconsellable reduir aquesta dependència per al futur de la societat. Addicionalment, a l'àrea de Tarragona, hi ha presència de la indústria agroalimentària relacionada amb els fruits secs, amb la consegüent producció de residus lignocel·lulòsics, com ara les closques d'ametlla, que es podrien valoritzar per obtenir compostos químics amb les mateixes funcions que actualment compleixen els derivats del petroli. En aquesta tesi, la fracció de lignina obtinguda a partir de closques d'ametlla triturades s'ha utilitzat per produir carbons mesoporosos ordenats (OMC), d'elevada àrea superficial (948-711 m2/g) i cristal·linitat, mitjançant el mètode “hard template”. Aquests OMC s'han utilitzat com a suport catalític per preparar catalitzadors de Ni per a la reacció d'hidrodesoxigenació (HDO) del guaiacol, una molècula model que es pot obtenir a partir de la lignina, per produir biocombustibles, a baixa temperatura i pressió d'hidrogen. També s'han utilitzat síliques mesoporoses, argiles i zeolites, com a suports catalítics pels catalitzadors de Ni en aquesta reacció. S'ha aconseguit un 78% de la selectivitat al ciclohexà per a una conversió total utilitzant OMC com a suport catalític d'un catalitzador de Ni combinat amb H-β. A més, s'han sintetitzat punts de carboni (CDs) a partir de glucosa i xilosa comercials, les quals es poden obtenir a partir de biomassa, a diferents valors pH mitjançant síntesi hidrotermal assistida per microones. A més també s’han sintetitzat, mitjançant síntesi hidrotermal convencional i assistida per microones, CDs a partir de lignina obtinguda de les closques d'ametlla triturades. S'ha avaluat l'estructura, morfologia i propietats òptiques dels CDs. I, finalment, s’ha analitzat la possibilitat d’utilitzar aquests CDs com a sensors termomètrics luminescents.En la sociedad actual existe una fuerte dependencia de los productos derivados de combustibles fósiles y es aconsejable reducir esta dependencia para el futuro de la sociedad. Además, en la zona de Tarragona hay presencia de industria agroalimentaria relacionada con los frutos secos, con la consecuente producción de residuos lignocelulósicos, como la cáscara de almendra, que podrían valorizarse para obtener compuestos químicos con las mismas funciones que cumplen actualmente los derivados del petróleo. En esta tesis, la fracción de lignina obtenida de cáscaras de almendras trituradas se ha utilizado para producir Carbones Mesoporosos Ordenados (OMC) mediante el método de “hard template”. Estos se han utilizado como soportes catalíticos para preparar catalizadores de Ni para la reacción de hidrodesoxigenación (HDO) del guaiacol, una molécula modelo de lignina, para producir biocombustibles, a baja temperatura y presión de hidrógeno. También se han silicas mesoporosas, arcillas y zeolitas, para preparar los catalizadores de Ni probados en esta reacción. Se ha conseguido un 78% de la selectividad en el ciclohexano para una conversión total utilizando OMC como soporte catalítico de un catalizador de Ni combinado con H-β. Además, se han sintetizado puntos de carbono (CDs) a partir de glucosa y xilosa comerciales, que se pueden obtener a partir de biomasa, a diferentes valores pH mediante síntesis hidrotermal asistida por microondas. Así como CDs a partir de lignina procedente de cáscaras de almendras trituradas, que han sido sintetizados mediante síntesis hidrotermal convencional y asistida por microondas. Se ha evaluado la estructura, morfología y propiedades ópticas de los CDs. Y, por último, se ha estudiado el rendimiento óptico de los CD derivados de glucosa y xilosa a diferentes temperaturas, para utilizarlos como sensores termométricos luminiscentes.In today's society, there is a strong reliance on fossil fuel-derived products, and it is advisable to reduce this dependency for the future of society. Additionally, in the Tarragona area, there is a presence of agri-food industry related to nuts, with the consequent production of lignocellulosic waste, such as almond shells, which could be valorised to obtain chemical compounds with the same functions as petroleum derivatives currently serve. In this thesis, the lignin fraction obtained from crushed almond shells has been used to produce Ordered Mesoporous Carbons (OMCs) through the hard-templating method. These have been used as catalytic supports to prepare Ni catalysts for the reaction of hydrodeoxygenation (HDO) of guaiacol, a lignin model molecule, to produce biofuels, at low temperature and hydrogen pressure. Mesoporous silicas, clays and zeolites have also been used as catalytic supports to prepare the Ni catalysts tested in this reaction. Moreover, carbon dots (CDs) from commercial glucose and xylose, which can be obtained from biomass, have been synthesised at different pH media through microwave-assisted hydrothermal synthesis. As well as CDs from lignin from crushed almond shells, which have been synthesised through hydrothermal and microwave-assisted hydrothermal synthesis. Their structure, morphology and optical properties has been evaluated. And lastly, the optical performance of glucose-derived and xylose-derived CDs has been studied under different temperatures, so as to use them as luminescent thermometric sensors
Horizontal transfer to Salmonella of bacteriophage defence systems in the broiler intestinal tract and role of the plasmid-encoded ibfA gene as a defence mechanism
No full textLa resistència als antibiòtics és una amenaça global preocupant, amb prediccions de fins a 10 milions de morts per al 2050. La teràpia fàgica és una alternativa als antibiòtics prometedora, però és necessari comprendre l'emergència de resistència i mecanismes de defensa front els bacteriòfags i els processos moleculars subjacents.
El nostre grup prèviament havia aïllat set variants de Salmonella enterica serovar Typhimurium ATCC14028 RifR d’un estudi de teràpia fàgica en pollastres dengreix aplicant un còctel de tres bacteriòfags (UAB_Phi20, UAB_Phi78 i UAB_Phi87), que presentaven susceptibilitat reduïda als tres bacteriòfags o només a UAB_Phi78 i UAB_Phi87, no deguda a canvis en el seu receptor. Aquesta tesi pretén dilucidar les causes de la susceptibilitat reduïda als bacteriòfags del còctel observada en aquestes variants.
L’estudi de la constant d’adsorció dels bacteriòfags UAB_Phi20 i UAB_Phi78 va mostrar que s’adsorbien normalment a les set variants, en canvi, UAB_Phi87 mostrava una adsorció compromesa. Els resultats de l’eficiència de plaqueig (EOP), l’eficiència de centres infectius (ECOI) i mida d’explosió, juntament amb els de cinètiques d’infecció prèvies, indicaven que la interferència contra els fags era compatible amb una infecció abortiva.
L’anàlisi de les lectures no mapejades obtingudes amb Illumina va demostrar que les set variants portaven un plasmidi conjugatiu del grup d’incompatibilitat IncI1α. Experiments de conjugació i curació dels plasmidis van confirmar que aquests plasmidis eren totalment responsables de la interferència amb UAB_Phi20 i UAB_Phi78, i parcialment responsables de la interferència amb UAB_Phi87. Un d’aquests plasmidis, el pUA1135, contenia el gen ibfA dins de la seva regió variable, regions que s'ha suggerit porten gens de defensa contra fags. Aquest gen és homòleg al gen ibfA del plasmidi R64, relacionat amb la interferència amb diversos colifags i fags de S. Typhimurium, però el seu mecanisme d’acció és desconegut. La deleció i complementació d’ibfA va confirmar el seu paper en la defensa front UAB_Phi20. Addicionalment, l’anàlisi bioinformàtic de la proteïna IbfA va mostrar que consta d’un domini ATPasa i un TOPRIM, però, al contrari d’alguns sistemes de defensa contra fags, el domini ATPasa d’IbfA no és responsable d’interferir amb el cicle fàgic per esgotament d’ATP.
El nostre estudi de la EOP, ECOI, cinètiques d’infecció i mida d’explosió va mostrar que ibfA redueix la productivitat d’UAB_Phi20, induint una disminució de la viabilitat cel·lular sense lisi cel·lular observable, confirmant que aquest gen provocava una infecció abortiva. L’observació per microscòpia electrònica de transmissió de seccions transversals de cèl·lules infectades va corroborar aquests resultats. Posteriorment, vam observar que ibfA no interferia en la replicació del genoma d’UAB_Phi20, en canvi, la seva presència causava una desregulació de l’expressió gènica del fag. En atenció als resultats obtinguts, proposem que IbfA, directament o indirectament, altera el control de l’expressió del gen ant, provocant el segrest de la proteïna C2 present a la cèl·lula. El desequilibri en la concentració de les proteïnes Cro/C2 resultant causa l’expressió elevada dels gens d’expressió primerenca, excepte del que codifica l’antiterminador tardà, que exhibeix una expressió reduïda deguda a l’elevada expressió de C1. Conseqüentment, disminueix l’antiterminació del transcrit tardà, que produeix una disminució significativa de l’expressió dels gens que codifiquen les proteïnes estructurals i de lisi cel·lular.
En resum, en aquesta tesi es demostra per primera vegada, segons el nostre coneixement, que l’emergència de mecanismes de defensa contra bacteriòfags a Salmonella pot atribuir-se a l’adquisició de plasmidis conjugatius IncI1 per transferència horitzontal des de la microbiota de pollastres. També desxifrem el procés molecular, fins ara desconegut, subjacent a la defensa contra fags tipus P22, codificat pel gen ibfA, i descobrim l’àmplia distribució d’aquest gen en genomes i plasmidis de procariotes, suggerint que la seva presència podria conferir altres avantatges a aquestes cèl·lules.La resistencia a los antibióticos se está convirtiendo en una amenaza global preocupante, con predicciones de hasta 10 millones de muertes para 2050. La terapia fágica es una prometedora alternativa a los antibióticos, pero es necesario comprender la emergencia de resistencia y mecanismos de defensa frente a bacteriófagos y los procesos moleculares subyacentes.
Nuestro grupo ha aislado siete variantes de Salmonella enterica serovar Typhimurium ATCC14028 RifR de un estudio de terapia fágica en pollos de engorde utilizando un cóctel de tres bacteriófagos (UAB_Phi20, UAB_Phi78 y UAB_Phi87), que mostraron susceptibilidad reducida a los tres bacteriófagos o solo a UAB_Phi78 y UAB_Phi87, no causada por cambios en su receptor. Esta tesis pretende dilucidar las causas de la susceptibilidad reducida a los bacteriófagos del cóctel observada en dichas variantes.
El estudio de la constante de adsorción de UAB_Phi20 y UAB_Phi78 mostró que se adsorbían normalmente a las siete variantes, pero UAB_Phi87 mostró una adsorción comprometida. Los resultados de la eficiencia de plaqueo (EOP), la eficiencia de centros infectivos (ECOI) y el tamaño de explosión, junto con los de cinéticas de infección previas, indicaron que la interferencia coincidía con una infección abortiva.
El análisis de lecturas no mapeadas obtenidas con Illumina demostró que las siete variantes portaban un plásmido conjugativo del grupo de incompatibilidad IncI1α. Experimentos de conjugación y curación plasmídica confirmaron que dichos plásmidos eran totalmente responsables de la interferencia con UAB_Phi20 y UAB_Phi78, y parcialmente de la interferencia con UAB_Phi87. Uno de los plásmidos, pUA1135, contenía el gen ibfA en su región variable, regiones que se ha sugerido contienen genes de defensa contra fagos. Este es homólogo al gen ibfA del plásmido R64, que interfiere con varios colifagos y fagos de S. Typhimurium, aunque su mecanismo de acción es desconocido. La deleción y complementación de ibfA confirmó su papel en la interferencia con UAB_Phi20. Adicionalmente, análisis bioinformáticos de la proteína IbfA revelaron que consta de un dominio ATPasa y otro TOPRIM, pero, a diferencia de otros sistemas, el dominio ATPasa no es responsable de interferir con el ciclo fágico por agotamiento de ATP.
Nuestro estudio de EOP, ECOI, cinéticas de infección y tamaño de explosión mostró que ibfA reducía la productividad de UAB_Phi20, induciendo un declive de la viabilidad celular sin lisis observable, confirmando que ibfA provocaba una infección abortiva. La observación, mediante microscopia electrónica de transmisión, de secciones transversales de células infectadas corroboró estos hallazgos. Posteriormente, observamos que ibfA no interfería en la replicación del genoma de UAB_Phi20, pero su presencia causó una desregulación de la expresión génica del fago. Según los resultados obtenidos, proponemos que IbfA, directa o indirectamente, altera el control de la expresión del gen ant, provocando el secuestro de la proteína C2 presente en la célula. El desequilibrio resultante en la concentración de las proteínas Cro/C2 provoca la expresión elevada de los genes de expresión temprana, excepto del que codifica el antiterminador tardío, que exhibe una expresión reducida debido a la elevada expresión de C1. Consecuentemente, la antiterminación del transcrito tardío disminuye, conduciendo a una disminución significativa de la expresión de los genes que codifican las proteínas estructurales y de lisis celular.
En resumen, en esta tesis se demuestra por primera vez, según nuestro conocimiento, que la emergencia de mecanismos de defensa frente a bacteriófagos en Salmonella puede atribuirse a la adquisición de plásmidos conjugativos IncI1 por transferencia horizontal desde la microbiota de pollos. También desciframos el proceso molecular, hasta ahora desconocido, subyacente a la defensa contra fagos tipo P22, codificado en el gen ibfA, y descubrimos la amplia distribución de este gen en genomas y plásmidos de procariotas, sugiriendo que su presencia podría conferir ventajas a dichas células.Antibiotic resistance is becoming an increasingly worrying global threat, with predictions foreseeing up to 10 million deaths by 2050. Phage therapy is a promising alternative strategy to antibiotics yet understanding the emergence of resistance and/or defence mechanisms against bacteriophage and their underlying molecular process is necessary.
Our group has previously isolated seven Salmonella enterica serovar Typhimurium ATCC14028 RifR variants from an oral phage therapy study in broilers using a three-phage cocktail (UAB_Phi20, UAB_Phi78, and UAB_Phi87), which exhibited reduced susceptibility to either all three bacteriophages or only to UAB_Phi78 and UAB_Phi87, but without changes in the phage’s receptor. This thesis aims to elucidate the causes of the reduced susceptibility to the three bacteriophages observed in the seven Salmonella variants.
Examining of the adsorption constant of the bacteriophages found that UAB_Phi20 and UAB_Phi78 adsorbed normally onto the seven variants, while UAB_Phi87 exhibited a compromised adsorption. Determination of efficiency of plating (EOP), efficiency of centres of infection (ECOI), and burst size, combined with prior infection kinetics, indicated that the interference against the phages was compatible with an abortive infection.
Analysis of unmapped Illumina reads demonstrated that all seven variants carried a large IncI1α conjugative plasmid, which were fully responsible for the interference with UAB_Phi20 and UAB_Phi78, and partially responsible for interference with UAB_Phi87, as confirmed by conjugative experiments and plasmid curation. One of these plasmids, pUA1135, contained the ibfA gene within its variable region, regions which have been suggested to carry genes associated with phage defence. This gene shared homology with the ibfA gene of the R64 plasmid previously linked to interference against several coliphages and S. Typhimurium phages, although its mechanism of action remained undescribed. Deletion and complementation assays of ibfA confirmed its role in the interference with UAB_Phi20. Furthermore, examination of IbfA revealed it was a two-domain protein with an ATPase and a TOPRIM domain. However, unlike other defence systems, IbfA’s interference did not involve ATP depletion.
Our study of EOP, ECOI, infection kinetics, and burst size, revealed that ibfA reduces UAB_Phi20 productivity, inducing a decline in cellular viability without observable cell lysis, confirming that this gene gives rise to an abortive infection. Using transmission electron microscopy on cellular cross sections of infected cells we corroborated these findings. Subsequently, we observed that ibfA exhibited no influence on the replication of UAB_Phi20 genome, however, a its presence caused a dysregulation of UAB_Phi20 gene expression. We propose that IbfA, directly or indirectly, disrupts the control of the expression of ant leading to the sequestering of the C2 protein present in the cell. The resulting imbalance in the Cro/C2 concentration, prompts the elevated early gene expression levels, except for the gene that encodes the late antiterminator, which exhibited a reduced expression due to the elevated C1 expression. Consequently, antitermination of the late transcript was diminished, leading to significant underexpression of late genes encoding cellular lysis and structural proteins.
In summary, this thesis demonstrates for the first time to our knowledge, that the emergence of defense mechanisms against bacteriophages in Salmonella can be attributed to the acquisition by this bacterium of conjugative Inc1a plasmids by horizontal transfer from the microbiota of chickens. We also decipher the hitherto unknown molecular process underlying the defense against P22-type phage, encoded by the ibfA gene, and discover the wide distribution of this gene in prokaryotic genomes and plasmids, suggesting that its presence could confer other advantages to these cells.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Microbiologi
Development of PocketABLE Devices: The next generation of Point-Of-Care Biosensors
No full textCapítol 1: Introducció - FONAMENTS DELS DISPOSITIUS DE DIAGNÒSTIC PORTÀTILS
La introducció estableix les bases per a la tesi discutint els fonaments de la tecnologia de sensors i el paper de la comunicació de camp proper (NFC) en els biosensors. Revisa la literatura existent sobre biosensors òptics assistits per telèfons intel·ligents i la integració de NFC en aplicacions de sensors, destacant el potencial i els reptes d'aquestes tecnologies en escenaris del món real.
Capítol 2: Objectius
Es presenten els objectius de la tesi
Capítol 3: DESENVOLUPAMENT DE LES INTERFÀCIES DE SENSOR DE BUTXAQUES (LECTURA)
En aquest capítol es presenten dos microxips d'alta rellevància per a aquesta tesi: el SIC4340 i el SIC4341. El primer és una interfície de sensor genèrica, capaç de realitzar mesures de resistència i capacitat. El segon és una interfície de sensor potenciòstat, capaç de fer mesures electroquímiques. Ambdós circuits integrats s'alimenten mitjançant el protocol Near Field Communication (NFC), de manera que, a més de caracteritzar els xips, aquest capítol consisteix en el disseny i caracterització d'antenes aptes per a la comunicació NFC.
Capítol 4: SENSORS IMPRESOS PER A LES PORTABLES
Aquest capítol examina el potencial de les plataformes sense fil i sense bateries, basades en els xips SIC4340 i SIC4341, per al desenvolupament de dispositius portàtils. Aquest capítol es centrarà en la fabricació, caracterització i implementació de sensors d'humitat i temperatura basats en resistències reparadores de plata i resistències rGO. A més, demostrem les capacitats avançades d'aquestes plataformes desenvolupant un dispositiu simplificat per a l'electromiografia de superfície, il·lustrant així el potencial d'aquestes tecnologies innovadores per millorar les funcionalitats del sensor portàtil.
Capítol 5: TRANSDUCTORS PER A DISPOSITIUS I APLICACIONS DE DIAGNÒSTIC
Aquest capítol presenta una anàlisi en profunditat del desenvolupament de diversos transductors electroquímics, inclosos elèctrodes de nanobanda, elèctrodes de grafè induïts per làser i elèctrodes de PCB. Cada tipus de transductor se sotmet a un examen dels seus reptes de fabricació, mètriques de rendiment i aplicacions potencials en dispositius de diagnòstic. El capítol fa èmfasi en la sensibilitat
Capítol 6: APARELL ELECTROFORÈTIC PER A DIAGNÒSTIC PORTÀTIL
En aquest capítol es descriu el disseny, desenvolupament i validació d'un dispositiu electroforètic portàtil centrat en aplicacions de diagnòstic. Aquest capítol examina la integració de tècniques electroforètiques i electroquímiques dins d'una única plataforma, amb l'ús de la tecnologia NFC per a la recollida d'energia i la transmissió de dades. Aquest capítol tracta el procés de fabricació, la creació d'interfícies de programari fàcils d'utilitzar i la validació integral del rendiment mitjançant execucions experimentals. Es demostra que el dispositiu resultant té un potencial significatiu per al seu ús en diagnòstics mèdics i monitoratge ambiental, destacant la seva portabilitat, facilitat d'ús i eficiència en diversos escenaris de diagnòstic.
Capítol 7: Conclusió i orientació futura
El capítol final resumeix les conclusions clau de la investigació, posant èmfasi en les contribucions al camp del diagnòstic portàtil i portàtil. S'hi discuteixen les implicacions més àmplies del treball i es descriuen les possibles futures direccions de recerca, inclosos els avenços en tecnologia de sensors, tècniques d'integració i àrees d'aplicació.Capítulo 1: Introducción - FUNDAMENTOS DE LOS DISPOSITIVOS DE DIAGNÓSTICO PORTÁTIL
La introducción sienta las bases para la tesis al discutir los fundamentos de la tecnología de sensores y el papel de la comunicación de campo cercano (NFC) en los biosensores. Revisa la literatura existente sobre biosensores ópticos asistidos por teléfonos inteligentes y la integración de NFC en aplicaciones de sensores, destacando el potencial y los desafíos de estas tecnologías en escenarios del mundo real.
Capítulo 2: Objetivos
Se presentan los objetivos de la tesis.
Capítulo 3: DESARROLLO DE INTERFACES DE SENSORES DE BOLSILLO (LECTURA)
Este capítulo presenta dos microchips de gran relevancia para esta tesis: el SIC4340 y el SIC4341. La primera es una interfaz de sensor genérica, capaz de realizar mediciones de resistencia y capacitancia. El segundo es una interfaz de sensor potenciostato, capaz de realizar mediciones electroquímicas. Ambos circuitos integrados se alimentan a través del protocolo Near Field Communication (NFC), por lo que, además de caracterizar los chips, este capítulo consiste en el diseño y caracterización de antenas aptas para comunicación NFC.
Capítulo 4: SENSORES IMPRESOS PARA DISPONIBLES
Este capítulo examina el potencial de las plataformas inalámbricas y sin batería, basadas en los chips SIC4340 y SIC4341, para el desarrollo de dispositivos portátiles. Este capítulo se centrará en la fabricación, caracterización e implementación de sensores de humedad y temperatura basados en resistencias de plata y resistencias rGO. Además, demostramos las capacidades avanzadas de estas plataformas mediante el desarrollo de un dispositivo simplificado para electromiografía de superficie, lo que ilustra el potencial de estas tecnologías innovadoras para mejorar las funcionalidades de los sensores portátiles.
Capítulo 5: TRANSDUCTORES PARA DISPOSITIVOS Y APLICACIONES DE DIAGNÓSTICO
Este capítulo presenta un análisis en profundidad del desarrollo de varios transductores electroquímicos, incluidos electrodos de nanobanda, electrodos de grafeno inducidos por láser y electrodos de PCB. Cada tipo de transductor está sujeto a un examen de sus desafíos de fabricación, métricas de rendimiento y aplicaciones potenciales en dispositivos de diagnóstico. El capítulo enfatiza la sensibilidad
Capítulo 6: DISPOSITIVO ELECTROFORÉTICO PARA DIAGNÓSTICO PORTÁTIL
Este capítulo describe el diseño, desarrollo y validación de un dispositivo electroforético portátil centrado en aplicaciones de diagnóstico. Este capítulo examina la integración de técnicas electroforéticas y electroquímicas dentro de una única plataforma, con el uso de tecnología NFC para la recolección de energía y la transmisión de datos. Este capítulo cubre el proceso de fabricación, la creación de interfaces de software fáciles de usar y la validación integral del rendimiento a través de ejecuciones experimentales. Se ha demostrado que el dispositivo resultante tiene un potencial significativo para su uso en diagnóstico médico y monitoreo ambiental, enfatizando su portabilidad, facilidad de uso y eficiencia en diversos escenarios de diagnóstico.
Capítulo 7: Conclusión y dirección futura
El capítulo final resume los hallazgos clave de la investigación, enfatizando las contribuciones al campo de los diagnósticos portátiles y portátiles. Analiza las implicaciones más amplias del trabajo y describe posibles direcciones de investigación futuras, incluidos los avances en la tecnología de sensores, técnicas de integración y áreas de aplicación.Chapter 1: Introduction - FUNDAMENTALS OF PORTABLE DIAGNOSTIC DEVICES
The introduction lays the groundwork for the thesis by discussing the fundamentals of sensor
technology and the role of near-field communication (NFC) in biosensors. It reviews the existing
literature on smartphone-assisted optical biosensors and the integration of NFC in sensor applications,
highlighting the potential and challenges of these technologies in real-world scenarios.
Chapter 2: Objectives
The objectives of the thesis are presented
Chapter 3: DEVELOPMENT OF POCKETABLE SENSOR INTERFACES (READOUT)
This chapter introduces two microchips of high relevance to this thesis: the SIC4340 and the
SIC4341. The first one is a generic sensor interface, capable of performing resistance and capacitance
measurements. The second is a potentiostat sensor interface, capable of electrochemical
measurements. Both integrated circuits are powered through the Near Field Communication
(NFC) protocol, so, in addition to characterising the chips, this chapter consists of the design and
characterisation of antennas suitable for NFC communication.
Chapter 4: PRINTED SENSORS FOR WEARABLES
This chapter examines the potential of wireless and battery-free platforms, based on the SIC4340
and SIC4341 chips, for the development of wearable devices. This chapter will focus on the
fabrication, characterisation and implementation of humidity and temperature sensors based
on silver mender resistor and rGO resistors. Furthermore, we demonstrate the advanced capabilities
of these platforms by developing a simplified device for surface electromyography,
thereby illustrating the potential of these innovative technologies in enhancing wearable sensor
functionalities.
Chapter 5: TRANSDUCERS FOR DIAGNOSTIC DEVICES AND APPLICATIONS
This chapter presents an in-depth analysis of the development of various electrochemical transducers,
including nanoband electrodes, laser-induced graphene electrodes, and PCB electrodes.
Each type of transducer is subjected to an examination of its fabrication challenges, performance
metrics, and potential applications in diagnostic devices. The chapter emphasises the sensitivity
Chapter 6: ELECTROPHORETIC DEVICE FOR PORTABLE DIAGNOSTICS
This chapter outlines the design, development and validation of a portable electrophoretic device
focusing on diagnostic applications. This chapter examines the integration of electrophoretic and
electrochemical techniques within a single platform, with the use of NFC technology for energy
harvesting and data transmission. This chapter covers the fabrication process, the creation
of user-friendly software interfaces, and the comprehensive performance validation through
experimental runs. The resulting device is demonstrated to have significant potential for use in
medical diagnostics and environmental monitoring, emphasising its portability, ease of use, and
efficiency in diverse diagnostic scenarios.
Chapter 7: Conclusion and Future Direction
The final chapter summarizes the key findings of the research, emphasizing the contributions to
the field of wearable and portable diagnostics. It discusses the broader implications of the work
and outlines potential future research directions, including advancements in sensor technology,
integration techniques, and application areas.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Químic
Economic Behavior and Personality Traits
No full textThis thesis comprises three chapters focusing on economic behavior and personality traits.
In the first chapter, I investigate experimentally how subjects choose their partners and
how they play depending on their personality characteristics. In particular, I study the
role of narcissism within the context of games of collaboration, fairness, and competition.
I find that no matter how narcissistic participants are, they tend to prefer to be matched
with less narcissistic individuals in all games. Participants’ level of narcissism significantly
predicts behavior in all contexts. The higher their level of narcissism, the less they
contribute in a public goods game, the smaller the offer in an ultimatum game, and the
poorer the performance in competition is. In the context of collaboration, participants
adjust their behavior based on the characteristics of their partner; the more narcissistic
the partner, the less they contribute. Subjects do not adapt their behavior in the context
of competition and fairness. This paper sheds light on the under-investigated topic of
matching and economic behavior of individuals across different levels of narcissism. In
chapter 2, I investigate whether individuals of different narcissism levels and the same
ability differ in their selection into a competitive environment. I find that there are no
narcissism differences in performance ex ante. Among the participants who choose to enter
a competition in the effort task, the probability of succeeding is higher for individuals high
in narcissism because they self-select better. This difference is explained by the fact that
low-skilled individuals high in narcissism choose not to enter the competition since this
could be an ego-threatening situation. I do not find this difference in the luck task, where
the ego threat is no longer active, and high- and low-skilled narcissistic participants do
not differ in their selection. Finally, in the third chapter, I investigate the impact of the
Big Five personality traits on partner selection and performance.Aquesta tesi consta de tres capítols centrats en el comportament econòmic i els trets de
personalitat. En el primer capítol, examino si l’homof´ılia sorgeix de manera endògena, és
a dir, a través de l’elecció dels socis. Concretament, investigo com els tipus de jocs, ja
siguin col·laboratius, competitius o compartits, afecten la selecció de socis i el seu comportament
posterior. Aquest enfocament és aplicable a qualsevol característica individual
(per exemple, gènere, nacionalitat o trets de personalitat). Em concentro a estudiar el
paper del narcisisme. Trobo que, independentment dels nivells de narcisisme dels participants,
tendeixen a preferir ser emparellats amb individus menys narcisistes en tots els
jocs. Els participants anticipen correctament que emparejar-se amb un individu narcisista
donarà lloc a beneficis més baixos, cosa que els impulsar`a a ajustar el seu comportament
en conseqüència. A més, les persones amb nivells més alts de narcisisme contribueixen
o ofereixen menys en els contextos de col·laboració i equitat. A més, els participants responen
amb nivells més baixos de contribució als socis que puntuen alt en narcisisme. Al
capítol 2, investigo si els individus de diferents nivells de narcisisme i la mateixa capacitat
difereixen en la seva selecció en un entorn competitiu i el paper de la identificabilitat
en la presa de decisions. Trobo que no hi ha diferències de narcisisme en el rendiment
ex ante. Entre els participants que opten per participar en una competició en la tasca
d’esforç, la probabilitat d’èxit és més alta per als individus amb alt narcisisme perquè
s’autoseleccionen millor. Aquesta diferència s’explica pel fet que els individus poc qualificats
i alts en narcisisme opten per no participar en la competició, ja que aquesta podria
ser una situació que amenaça l’ego. Finalment, en el tercer capítol, investigo l’impacte
dels cinc grans trets de personalitat en la selecció i el rendiment de la parella.Programa de Doctorat en Economia, Finances i Empres
Ship emissions assessment in short sea shipping: application on weather ship routing, slow steaming and maritime education and training
No full text(English) A significant proportion of global carbon dioxide emissions are attributed to ocean-sailing ships. These shipping emissions are
predicted to double in less than 30 years. In this sense, it is mandatory to develop tools and methods for a proper assessment of
the air contaminants emitted by vessels as the basis for developing efficient policies also enhancing best practices on board.
From an academic point of view, the training of seafarers is the backbone of success in emissions abatement as their actions and
knowledge have a direct impact on ships operation. From a theoretical point of view, the objective of this thesis is to analyse the
effects on emissions abatement of the two operational techniques, i. e. weather ship routing and slow steaming, used in the
shipping industry to reduce fuel consumption taking also into consideration future seafarers’ education on the mentioned
techniques.
Firstly, this thesis merges the estimation of shipping pollutants and their mitigation through weather routing optimisation; two lines
of research widely analysed separately but seldom discussed together. An open software of weather ship routing is used to
obtain the minimum cost (i.e. optimised route) in terms of sailing time, using high-resolution wave forecasting analysing several
scenarios for a Ro-Pax vessel sailing in the Mediterranean Sea. The assessment of fuel consumption and ship emissions
calculations have been inspired by a bottom-up methodology, in conjunction with the estimation of the power increase needed to
overcome speed decrement due to waves. The ship routing optimisation reveals a reduction up to 30% of ship emissions during
severe storms on longer routes. Nevertheless, all the cases studied show emissions mitigation when ship routing optimisation is
used. The expected increase of extreme weather events, in terms of frequency, intensity and duration due to climate change,
suggests a gradual gain of implementing weather ship routing optimisation in all types of routes, regardless of the distance.
Secondly, this contribution also investigates the effect on fuel consumption and emissions when vessels are sailing below the
design speed (i.e. slow steaming), as a strategy to minimize fuel consumption. The estimation of fuel consumption is commonly
based on the cubic speed- power relation as a bottom-up approach. Nevertheless, the cubic relation could overestimate the
impact of slow steaming on fuel consumption reduction and the emissions assessment. Container ships real fuel consumption
data is compared with the results of assessing these parameters from a bottom-up approach. The exponential values obtained
for the speed- power relation show an overrating over 20%. Moreover, this section shows the results of the additional emissions
savings in the framework of ship-specific measures when weather ship routing and slow steaming are applied simultaneously.
Based on the results obtained, the present thesis proposes a weather ship routing software developed at the Barcelona School
of Nautical Studies (UPC-Tech) as a new teaching tool for distance and face-to-face education, which has the aim to assess
some knowledge of several competences of the Standards of Training, Certification and Watchkeeping (STCW) code on
weather routing and emissions abatement. The results of a teaching trial carried out alternatively at sea (distance education) and
onshore (face-to-face education) are compared in terms of competences acquisition in the Maritime Education and Training
framework. Results indicate that, in the context of maritime training, there are no significant differences between students
enrolled in a face-to-face or in a distance environment and results also demonstrate that the proposed software represents an
innovative teaching tool that can be used by all Maritime Education and Traning Institutions.(Català) Una part important de les emissions mundials de diòxid de carboni s'atribueix als vaixells mercants i es preveu que les emissions del transport marítim es dupliquin en menys de 30 anys. En aquest sentit, és d’una importància cabdal desenvolupar eines i
mètodes per a una avaluació correcta de contaminants atmosfèrics emesos pels vaixells per tal que sigui la base del desenvolupament de polítiques eficients i de l’ús de les millors pràctiques a bord. Des del punt de vista acadèmic, la formació i
conscienciació de la gent de mar és l’eix vertebrador de l’èxit en la reducció d’emissions, ja que les seves accions i coneixements tenen un impacte directe en l’explotació dels vaixells. Des d’un punt de vista teòric, l’objectiu d’aquesta tesi és analitzar l’impacte en les emissions de l’aplicació de dues tècniques operatives, com són l’optimització meteorològica de rutes i la reducció de velocitat de navegació, utilitzades en la indústria naviliera per reduir les emissions, tenint en compte també la formació de la futura gent de mar sobre les esmentades tècniques. Conseqüentment, aquesta tesi contribueix a l’Objectiu de Desenvolupament Sostenible número 13 de les Nacions Unides d’Acció pel clima.
D'una banda, la present contribució combina l'estimació dels contaminants del transport marítim i la seva mitigació mitjançant l'optimització rutes. S'utilitza un programari obert d’optimització de rutes de vaixells mitjançant la meteorologia que ha estat desenvolupat a la Facultat de Nàutica de Barcelona per obtenir el cost mínim (és a dir, una ruta optimitzada) en termes de temps de navegació, utilitzant previsions d'onatge d'alta resolució per a un vaixell Ro-Pax navegant pel Mar Mediterrani. L'optimització de rutes revela una reducció de fins a un 30% de les emissions dels vaixells durant les tempestes severes en les rutes més llargues. No obstant això, tots els casos estudiats mostren una mitigació d'emissions quan s'utilitza l'optimització de rutes.
L'augment esperat d'esdeveniments meteorològics extrems, en termes de freqüència, intensitat i durada a causa del canvi climàtic, suggereix un guany gradual d'implementar l'optimització de rutes mitjançant la meteorologia en tot tipus de rutes,
independentment de la distància.
D'altra banda, aquesta contribució també investiga l'efecte sobre el consum de combustible i les emissions quan els vaixells naveguen per sota de la velocitat de disseny (és a dir, en condició de navegació lenta o ”slow steaming”, SS), com a estratègia per minimitzar el consum de combustible. L'estimació del consum de combustible es basa habitualment en la relació cúbica velocitat-potència. No obstant això, la relació cúbica podria sobreestimar l'impacte de l’”slow steaming” en la reducció del consum de combustible i l'avaluació d'emissions. Es comparen les dades de consum de combustible real de vaixells portacontenidors amb els resultats de l'avaluació d'aquests paràmetres des d'un enfocament ascendent mostrant una
sobreestimació dels beneficis de l’SS superior al 20%.
En funció dels resultats obtinguts, aquesta contribució proposa un programari d’optimització de rutes marítimes segons la meteorologia com a eina docent per a l'ensenyament a distància i presencial, que té com a objectiu avaluar alguns coneixements de diverses competències del codi Estàndards de Formació, Certificació i Vigilància de la gent de mar (STCW) sobre l’optimització de rutes i la reducció d'emissions. Es comparen els resultats d'un assaig docent realitzat alternativament al mar (educació a distància) i a terra (ensenyament presencial) pel que fa a l'adquisició de competències en el marc d'Educació i Formació Marítimes. Els resultats indiquen que, en el context de la formació marítima, no hi ha diferències significatives entre els
estudiants matriculats en un entorn presencial o a distancia i també demostren que el software proposat és una eina didàctica innovadora que pot ser utilitzada per qualsevol Institució d'Educació Marítima Superior.(Español) Una parte importante de las emisiones globales de dióxido de carbono se atribuyen a buques mercantes y se prevé que las emisiones del transporte marítimo se dupliquen en menos de 30 años. En este sentido, es de vital importancia desarrollar
herramientas y metodologías para una correcta evaluación de contaminantes atmosféricos emitidos por los buques para que sirva de base para el desarrollo de políticas eficientes y para el uso de buenas prácticas abordo. Desde el punto de vista
académico, la formación y concienciación de la gente de mar es el eje vertebrador del éxito en la reducción de emisiones, puesto que sus acciones y conocimientos tienen un impacto directo en la explotación de los buques. Desde un punto de vista teórico, el
objetivo de esta tesis es analizar el impacto sobre las emisiones de dos técnicas operativas, como son la optimización meteorológica de rutas y la reducción de la velocidad de navegación, utilizadas en la industria naviera para reducir emisiones,
teniendo en cuenta también la formación de los futuros marinos sobre las citadas técnicas.
En primer lugar, la presente contribución fusiona la estimación de los contaminantes del transporte marítimo y su mitigación a través de la optimización de las rutas según las condiciones meteo-oceanográficas encontradas. Para tal efecto, se utiliza un
software de optimización de rutas de navegación de acceso abierto desarrollado en la Facultad de Náutica de Barcelona (UPC-Tech) para obtener el costo mínimo (es decir, la ruta optimizada) en términos de tiempo de navegación, utilizando pronósticos de
oleaje de alta resolución para un buque Ro-Pax navegando en el Mar Mediterraneo. La optimización de las rutas estudiadas revela una reducción de hasta el 30% de las emisiones durante tormentas severas. Sin embargo, todos los casos estudiados
muestran mitigación de emisiones cuando se utiliza la optimización de rutas. El esperado aumento de eventos climáticos extremos, en términos de frecuencia, intensidad y duración debido al cambio climático, sugiere una ganancia gradual en la
implementación de la optimización de rutas de buques en todo tipo de rutas, independientemente de la distancia.
En segundo lugar, esta contribución también investiga el efecto sobre el consumo de combustible y las emisiones cuando los buques navegan por debajo de la velocidad de diseño (i.e. slow steaming, SS), como estrategia para minimizar el consumo de
combustible. La estimación del consumo de combustible se basa comúnmente en la relación cúbica velocidad-potencia. Sin embargo, la relación cúbica aplicada a cualquier velocidad de navegación podría sobrestimar el beneficio del slow steaming en la reducción del consumo de combustible y la evaluación de emisiones derivadas de dicho consumo. En esta contribución, se comparan los datos de consumo real de combustible de varios buques portacontenedores con los resultados de la evaluación
teórica de estos parámetros desde un enfoque ascendente mostrando una sobrevaloración de los beneficios del SS superior al 20%. En base a los resultados obtenidos, esta contribución propone un software de optimización de rutas como herramienta didáctica para la educación a distancia y presencial, que tiene como objetivo evaluar parte del conocimiento de algunas competencias del código Estándares de Formación, Certificación y Vigilancia de la gente de mar (STCW) sobre optimización de rutas y mitigación de emisiones. Se comparan los resultados de la enseñanza realizada alternativamente a distancia (en la mar) y presencial (en tierra) en términos de adquisición de competencias en el marco de la Educación y Formación Marítimas. Los resultados indican que, en el contexto de la formación marítima, no existen diferencias significativas entre los alumnos matriculados en un entorno presencial o a distancia y también demuestran que el software propuesto es una herramienta de enseñanza innovadora que puede ser utilizada por cualquier Institución de Educación Marítima Superior.DOCTORAT EN ENGINYERIA NÀUTICA, MARINA I RADIOELECTRÒNICA NAVAL (Pla 2014