Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

Retour post-isolement en milieu psychiatrique : développement, implantation et évaluation d’une intervention en soins aigus

L’isolement avec ou sans contention (IC) en milieu psychiatrique touche près d’un patient sur quatre au Québec (Dumais, Larue, Drapeau, Ménard, & Giguère-Allard, 2011). Il est pourtant largement documenté que cette pratique porte préjudice aux patients, aux infirmières et à l’organisation (Stewart, Van der Merwe, Bowers, Simpson, & Jones, 2010). Cette mesure posant un problème éthique fait l’objet de politiques visant à la restreindre, voire à l’éliminer. Les études sur l’expérience de l’isolement du patient de même que sur la perception des infirmières identifient le besoin d'un retour sur cet évènement. Plusieurs équipes de chercheurs proposent un retour post-isolement (REPI) intégrant à la fois l’équipe traitante, plus particulièrement les infirmières, et le patient comme intervention afin de diminuer l’incidence de l’IC. Le REPI vise l’échange émotionnel, l’analyse des étapes ayant mené à la prise de décision d’IC et la projection des interventions futures. Le but de cette étude était de développer, implanter et évaluer le REPI auprès des intervenants et des patients d’une unité de soins psychiatriques aigus afin d’améliorer leur expérience de soins. Les questions de recherche étaient : 1) Quel est le contexte d’implantation du REPI? 2) Quels sont les éléments facilitants et les obstacles à l’implantation du REPI selon les patients et les intervenants? 3) Quelle est la perception des patients et des intervenants des modalités et retombées du REPI?; et 4) L’implantation du REPI est-elle associée à une diminution de la prévalence et de la durée des épisodes d’IC? Cette étude de cas instrumentale (Stake, 1995, 2008) était ancrée dans une approche participative. Le cas était celui de l’unité de soins psychiatriques aigus pour premier épisode psychotique où a été implanté le REPI. En premier lieu, le développement du REPI a d’abord fait l’objet d’une documentation du contexte par une immersion dans le milieu (n=56 heures) et des entretiens individuels avec un échantillonnage de convenance (n=3 patients, n=14 intervenants). Un comité d’experts (l’étudiante-chercheuse, six infirmières du milieu et un patient partenaire) a par la suite développé le REPI qui comporte deux volets : avec le patient et en équipe. L’évaluation des retombées a été effectuée par des entretiens individuels (n= 3 patients, n= 12 intervenants) et l’examen de la prévalence et de la durée des IC six mois avant et après l’implantation du REPI. Les données qualitatives ont été examinées selon une analyse thématique (Miles, Huberman, & Saldana, 2014), tandis que les données quantitatives ont fait l’objet de tests descriptifs et non-paramétriques. Les résultats proposent que le contexte d’implantation est défini par des normes implicites et explicites où l’utilisation de l’IC peut générer un cercle vicieux de comportements agressifs nourris par un profond sentiment d’injustice de la part des patients. Ceux-ci ont l’impression qu’ils doivent se conformer aux attentes du personnel et aux règles de l’unité. Les participants ont exprimé le besoin de créer des opportunités pour une communication authentique qui pourrait avoir lieu lors du REPI, bien que sa pratique soit variable d’un intervenant à un autre. Les résultats suggèrent que le principal élément ayant facilité l’implantation du REPI est l’approche participative de l’étude, alors que les obstacles rencontrés relèvent surtout de la complexité de la mise en œuvre du REPI en équipe. Lors du REPI avec le patient, les infirmières ont pu explorer ses sentiments et son point de vue, ce qui a favorisé la reconstruction de la relation thérapeutique. Quant au REPI avec l’équipe de soins, il a été perçu comme une opportunité d’apprentissage, ce qui a permis d’ajuster le plan d’intervention des patients. Suite à l’implantation du REPI, les résultats ont d’ailleurs montré une réduction significative de l’utilisation de l’isolement et du temps passé en isolement. Les résultats de cette thèse soulignent la possibilité d’outrepasser le malaise initial perçu tant par le patient que par l’infirmière en systématisant le REPI. De plus, cette étude met l’accent sur le besoin d’une présence authentique pour atteindre un partage significatif dans la relation thérapeutique, ce qui est la pierre d’assise de la pratique infirmière en santé mentale. Cette étude contribue aux connaissances sur la prévention des comportements agressifs en milieu psychiatrique en documentant le contexte dans lequel se situe l’IC, en proposant un REPI comportant deux volets de REPI et en explorant ses retombées. Nos résultats soutiennent le potentiel du développement d’une prévention tertiaire qui intègre à la fois la perspective des patients et des intervenants.

Origine de la réduction de la durée de vie des photoporteurs dans le InGaAsP implanté à basse température

Un matériau semi-conducteur utilisé lors de la fabrication d’antennes térahertz (THz), le quaternaire InGaAsP (E_g = 0,79 eV), subit une implantation ionique de Fe suivi d’un recuit thermique rapide (RTA) dans le but d’améliorer ses propriétés d’émission. Le recuit est nécessaire afin de recristalliser la couche amorphisée lors de l’implantation, donnant lieu à un polycristal rempli de défauts de recristallisation. On constate cependant que les matériaux implantés Fe offrent de meilleures performances que ceux simplement endommagés au Ga. Dans le but de départager l’effet des défauts de recristallisation et des impuretés de Fe, des mesures de spectroscopie transitoire des niveaux profonds (DLTS) et de DLTS en courant (I-DLTS), ainsi que de spectrométrie de masse d’ions secondaires par temps de vol (ToF-SIMS) ont été effectuées sur des échantillons non implantés et d’autres recristallisés. Les mesures DLTS et I-DLTS ont pour but de caractériser les niveaux profonds générés par ces deux procédures postcroissance, tout en identifiant le rôle que jouent les impuretés de Fe sur la formation de ces niveaux profonds. De plus, le voisinage des atomes de Fe dans le matériau recristallisé a été étudié à l’aide des mesures ToF-SIMS. Les mesures DLTS sur matériau recristallisé sont peu concluantes, car la mesure de capacité est faussée par la haute résistivité du matériau. Par contre, les mesures I-DLTS sur matériau recristallisé ont permis de conclure que les impuretés de Fe sont responsables de la formation d’une grande variété de niveaux d’énergie se trouvant entre 0,25 et 0,40 eV, alors que les défauts de structure induisent des niveaux de moins de 0,25 eV. La concentration de Fe est élevée par rapport au seuil de solubilité du Fe dans le matériau recristallisé. Il serait donc plausible que des agrégats de Fe se forment. Toutefois, cette hypothèse est infirmée par l'absence de pic aux masses correspondant à la molécule ^(56)Fe_2^+ sur les spectres ToF-SIMS. De plus, un modèle simple est utilisé afin d’estimer si certaines masses présentes sur les spectres ToF-SIMS correspondent à des liaisons non induites par la mesure dans le matériau recristallisé. Bien qu’aucune liaison avec le Ga et l'As n’est détectable, ce modèle n’exclut pas la possibilité de liens préférentiels avec l’In.