Les symbioses industrielles : une nouvelle stratégie pour l'amélioration de l'utilisation des ressources matérielles et énergétiques par les activités économiques

RésuméCette thèse traite d'un domaine d'application de l'écologie industrielle, les symbioses industrielles, comme stratégie d'amélioration de la consommation des ressources matérielles et énergétiques et de la gestion des déchets par les activités économiques. Les symbioses industrielles cherchent à créer de nouvelles collaborations directement entre les acteurs économiques d'un territoire dans le but d'échanger de l'information, des matières premières et des déchets, et d'intensifier les mutualisations de services et d'infrastructures possibles entre entreprises voisines. Ces quatre types de collaboration sont représentés schématiquement dans la figure ci-dessous.Dans ce travail, la détection et la mise en oeuvre de symbioses industrielles sont abordées sous plusieurs angles. Les recherches réalisées concernent le développement de procédures de mise en oeuvre s'adressant aux collectivités publiques, aux institutions académiques et aux bureaux de conseil dans le domaine de l'environnement. Les objectifs des procédures sont de créer une dynamique de collaboration et de confiance entre les acteurs économiques et l'administration publique d'un territoire afin de détecter des symbioses industrielles potentielles. Ces procédures requièrent la gestion de grandes quantités d'informations relatives aux flux de matière et d'énergie.Un travail de terrain, réalisé sur les territoires du canton de Genève et de Lausanne Région et utilisé comme études de cas, a permis de mettre en évidence un grand nombre de symbioses industrielles qui existent déjà en Suisse romande. Plusieurs dizaines d'exemples ont été identifiés principalement dans lesdomaines de la gestion de l'eau, de l'énergie, des produits chimiques et des matériaux de construction. La législation suisse autoriserait cependant la concrétisation de nombreuses autres opportunités. Dans cette recherche, celles-ci sont évaluées techniquement, légalement, économiquement et environnementalement. La création d'un référentiel d'évaluation des opportunités permet de déterminer quelles sont les symbioses industrielles techniquement réalisables et pertinentes dans le contexte suisse et dans quels cas celles-ci représenteraient une réelle plus-value par rapport à l'utilisation actuelle de la ressource et aux filières existantes de collecte et de valorisation des déchets.Finalement, un logiciel, SymbioGIS, destiné à soutenir la détection et l'évaluation de symbioses industrielles potentielles a été développé. Il s'agit d'une interface web accessible pour de nombreux utilisateurs, couplée à une interface de systèmes d'information géographique. En plus de la détection de symbioses industrielles, plusieurs fonctionnalités sont proposées pour faciliter la prise en compte des flux de matière et d'énergie dans les problématiques liées à l'aménagement du territoire et au positionnement des activités économiques.En conclusion, cette recherche met en évidence la nécessité de rapprocher les institutions publiques en charge de la protection de l'environnement, de la promotion économique et de l'aménagement du territoire pour favoriser l'essor des symbioses industrielles comme stratégie pour la gestion des ressources matérielles et énergétiques. Elle propose des pistes pour intensifier les collaborations entre ces domaines et accélérer le partage des connaissances liées aux flux de matière et d'énergie et à leur cheminement au sein des activités économiques afin de rendre le système industriel existant en Suisse romande viable à long terme. Parallèlement, elle étudie les possibilités de transposer ces considérations et les procédures et outils développés dans le contexte économique et social de la région Asie-Pacifique, où se trouvent aujourd'hui de nombreuses activités de production.SummaryIndustrial symbioses: A new strategy for improving how economic activities use material and energy resourcesThis thesis focuses on one application of industrial ecology, industrial symbioses, as a strategy for improving how economic activities consume material and energy resources. Industrial symbioses seek to create new collaborations among economic players with the goal of exchanging information, raw materials, and waste directly among area businesses, and to step up the potential pooling of services and infrastructure among neighboring companies.The identification and implementation of industrial symbioses are studied from several angles. The research first examines the development of implementation procedures for government bodies, academic institutions, and environmental consulting services. The purpose of the procedures is to create a dynamic of collaboration and trust between the economic players and the public officials in a region in order to identify potential industrial symbioses. The procedures necessitate managing large amounts of information about material and energy flows.Fieldwork conducted in the canton of Geneva and the Lausanne region, and used as case studies for the research, highlights a great number of industrial symbioses that already exist in French-speaking Switzerland. Several dozen examples are identified, primarily in the areas of water management, energy, chemical products, and building materials; however, Swiss law would permit many others. The research evaluates these opportunities from a technical, legal, economic, and environmental standpoint. By developing an assessment framework it is possible to determine which industrial symbioses are technically feasible and pertinent in Switzerland, and under what circumstances they would represent real added value compared to the current use of the resource and to existing systems for collecting and reusing waste.Lastly, SymbioGIS software was developed to help identify and assess potential industrial symbioses. The program's Web-based interface can be accessed by multiple users and is coupled with an interface that provides geographic information. In addition to identifying industrial symbioses, several program functionalities make it easier to consider material and energy flows with regard to local development issues and siting economic activities.In conclusion, the research highlights the need to bring together public institutions charged with protecting the environment, promoting economic activity, and overseeing development in order to foster the expansion of industrial symbioses as a strategy for managing material and energy resources. It proposes solutions for stepping up collaboration among these players and accelerating the sharing of knowledge about material and energy flows and their paths within economic activities with the goal of making theexisting industrial system in French-speaking Switzerland viable long-term. Also examined were thepossibilities of transposing these considerations and the study's findings about Switzerland to the economic and social context of the Asia-Pacific region, where much production is now located.

Exposition aux bioaérosols dans deux milieux professionnels : les cabinets de dentistes et les cultures de concombres et tomates

L'exposition aux bioaérosols (endotoxines, bactéries et spores de champignons en suspension dans l'air) et les problèmes de santé qui en découlent sont bien connus dans certains milieux professionnels (station d'épuration des eaux usées, élevages d'animaux, traitements des déchets organiques, travailleurs du bois, récolte et manutention des céréales, agriculture...). Cependant, les études avec investigations des concentrations aéroportées d'endotoxines et de micro-organismes se font très rares dans d'autres milieux professionnels à risque. Cette note d'actualité scientifique présente la synthèse de deux publications visant à quantifier les bioaérosols dans deux milieux professionnels rarement étudiés : les cabinets dentaires et les cultures maraîchères de concombres et tomates. Les dentistes ainsi que leurs assistants sont souvent bien informés sur les risques chimiques, les risques liés aux postures et les risques d'accidents avec exposition au sang. En revanche, le risque infectieux lié à une exposition aux bioaérosols est la plupart du temps méconnu. La flore bactérienne buccale est très riche et l'utilisation d'instruments tels que la fraise, le détartreur à ultrasons et le pistolet air-eau entraîne la dissémination aéroportée d'une grande quantité de bactéries. De plus, la conception des instruments générant un jet d'eau (diamètre des tubulures) favorise la formation de biofilm propice à l'adhérence et à la multiplication de micro-organismes à l'intérieur même des tuyaux. Ces micro-organismes se retrouvent alors en suspension dans l'air lors de l'utilisation de ces pistolets.L'inhalation de grandes quantités de ces micro-organismes pourrait alors engendrer des problèmes respiratoires (hypersensibilisation, asthme). De plus la présence de pathogènes, tels que les légionelles, les pseudomonas et les mycobactéries à croissance rapide, dans l'eau de ces unités dentaires peut aussi entraîner des risques infectieux pour les patients et pour les soignants. La production de tomates et concombres en Europe en 2008, était respectivement de 17 et 2 millions de tonnes dont 850 000 et 140 000 tonnes pour la France. La récolte, le tri et la mise en cageots ou en barquette individuelle de ces légumes génèrent de la poussière riche en matières organiques. Très peu d'études ont investigué l'exposition à ces poussières et aux endotoxines dans les serres de cultures intensives. Notamment, les données concernant les cultures de tomates sont inexistantes bien que ce légume soit un des plus cultivés en Europe. [Auteur]

Cryo-negative staining reveals conformational flexibility within yeast RNA polymerase I.

The structure of the yeast DNA-dependent RNA polymerase I (RNA Pol I), prepared by cryo-negative staining, was studied by electron microscopy. A structural model of the enzyme at a resolution of 1.8 nm was determined from the analysis of isolated molecules and showed an excellent fit with the atomic structure of the RNA Pol II Delta4/7. The high signal-to-noise ratio (SNR) of the stained molecular images revealed a conformational flexibility within the image data set that could be recovered in three-dimensions after implementation of a novel strategy to sort the "open" and "closed" conformations in our heterogeneous data set. This conformational change mapped in the "wall/flap" domain of the second largest subunit (beta-like) and allows a better accessibility of the DNA-binding groove. This displacement of the wall/flap domain could play an important role in the transition between initiation and elongation state of the enzyme. Moreover, a protrusion was apparent in the cryo-negatively stained model, which was absent in the atomic structure and was not detected in previous 3D models of RNA Pol I. This structure could, however, be detected in unstained views of the enzyme obtained from frozen hydrated 2D crystals, indicating that this novel feature is not induced by the staining process. Unexpectedly, negatively charged molybdenum compounds were found to accumulate within the DNA-binding groove, which is best explained by the highly positive electrostatic potential of this region of the molecule, thus, suggesting that the stain distribution reflects the overall surface charge of the molecule.

Exposition environmentale à certains virus

Les virus sont présents dans la plupart des environnements. Grâce aux outils moléculaires, il est maintenant possible de les mettre en évidence facilement, ce qui était difficile auparavant car cela nécessitait une infrastructure relativement complexe (cultures cellulaires ou inoculation à des animaux). En 2002, à l'aide de la métagénomique, une approche expérimentale a permis de montrer la présence de > 5 000 virus différents dans 200 litres d'eau de mer (Breitbart et al., 2002). Tous ces virus étaient essentiellement de nouvelles espèces. Ainsi, les études cherchant à détecter des virus pathogènes dans des échantillons environnementaux se sont multipliées afin de mieux comprendre leurs cycles vitaux, leurs voies de contamination et leur survie dans la nature. L'homme et les animaux contractent des virus essentiellement par ingestion d'eau contaminée ou par voies manuportée et aéroportée. Certains de ces virus (i.e. virus de la grippe aviaire H5N1, SRAS) sont à l'origine de sérieux problèmes de santé publique de par : leur dissémination rapide, leur caractère zoonotique et la difficulté à traiter les personnes atteintes.Les trois articles présentés dans cette note montrent 1) les propriétés de survie étonnantes de l'adénovirus dans les eaux souterraines ; 2) la dynamique saisonnière du norovirus également dans les eaux souterraines et 3) le rôle de la toux dans la dissémination du virus de la grippe. [Auteurs]

Qualité microbiologique de l'air des écuries et conséquences pour la santé des travailleurs du secteur équestre

Les sports équestres sont en plein développement en France où l'on compte plus d'un million de chevaux. Le nombre de cavaliers pratiquant en club ou chez eux est estimé à 600 000 et l'on dénombre plus de 68 000 emplois en France dans tous les domaines : agriculture, environnement, courses, loisirs, sports (www.haras-nationaux.fr). On trouve également dans les métiers du cheval les vétérinaires spécialisés ainsi que les maréchaux-ferrants. De plus, la France est un pays reconnu pour son activité d'élevage avec une production de chevaux de concours de très grande qualité.Récemment, plusieurs études relatant les expositions professionnelles à la poussière des écuries ont paru dans les journaux scientifiques. Les résultats montrent que la poussière issue des écuries contient, entre autres, des concentrations relativement élevées d'endotoxines (1) et de ?(1-3)-glucan (2) pouvant avoir des conséquences sur la santé respiratoire des travailleurs. En effet, des études précédentes ont montré que le fait de travailler ou de côtoyer des chevaux était associé avec une augmentation des risques de problèmes des voies respiratoires supérieures tels que des irritations du nez, de la toux (sèche et productive), de l'asthme, des bronchites chroniques et des épisodes d'" organic dust toxic syndrome (3) " (Gallagher et al., 2007 ; Mazan et al., 2009). [Auteure]

Identification of proteoglycans as the APRIL-specific binding partners.

B cell activating factor of the tumor necrosis factor (TNF) family (BAFF) and a proliferation-inducing ligand (APRIL) are closely related ligands within the TNF superfamily that play important roles in B lymphocyte biology. Both ligands share two receptors--transmembrane activator and calcium signal--modulating cyclophilin ligand interactor (TACI) and B cell maturation antigen (BCMA)--that are predominantly expressed on B cells. In addition, BAFF specifically binds BAFF receptor, whereas the nature of a postulated APRIL-specific receptor remains elusive. We show that the TNF homology domain of APRIL binds BCMA and TACI, whereas a basic amino acid sequence (QKQKKQ) close to the NH2 terminus of the mature protein is required for binding to the APRIL-specific "receptor." This interactor was identified as negatively charged sulfated glycosaminoglycan side chains of proteoglycans. Although T cell lines bound little APRIL, the ectopic expression of glycosaminoglycan-rich syndecans or glypicans conferred on these cells a high binding capacity that was completely dependent on APRIL's basic sequence. Moreover, syndecan-1-positive plasma cells and proteoglycan-rich nonhematopoietic cells displayed high specific, heparin-sensitive binding to APRIL. Inhibition of BAFF and APRIL, but not BAFF alone, prevented the survival and/or the migration of newly formed plasma cells to the bone marrow. In addition, costimulation of B cell proliferation by APRIL was only effective upon APRIL oligomerization. Therefore, we propose a model whereby APRIL binding to the extracellular matrix or to proteoglycan-positive cells induces APRIL oligomerization, which is the prerequisite for the triggering of TACI- and/or BCMA-mediated activation, migration, or survival signals.

PchC thioesterase optimizes nonribosomal biosynthesis of the peptide siderophore pyochelin in Pseudomonas aeruginosa.

In Pseudomonas aeruginosa, the antibiotic dihydroaeruginoate (Dha) and the siderophore pyochelin are produced from salicylate and cysteine by a thiotemplate mechanism involving the peptide synthetases PchE and PchF. A thioesterase encoded by the pchC gene was found to be necessary for maximal production of both Dha and pyochelin, but it was not required for Dha release from PchE and could not replace the thioesterase function specified by the C-terminal domain of PchF. In vitro, 2-aminobutyrate, a cysteine analog, was adenylated by purified PchE and PchF proteins. In vivo, this analog strongly interfered with Dha and pyochelin formation in a pchC deletion mutant but affected production of these metabolites only slightly in the wild type. Exogenously supplied cysteine overcame the negative effect of a pchC mutation to a large extent, whereas addition of salicylate did not. These data are in agreement with a role for PchC as an editing enzyme that removes wrongly charged molecules from the peptidyl carrier protein domains of PchE and PchF.

Selection of peptides and synthesis of pentameric peptabody molecules reacting specifically with ErbB-2 receptor.

The HER-2/ErbB-2 oncoprotein is overexpressed in human breast and ovarian adenocarcinomas and is clearly associated with the malignant phenotype. Although no specific ligand for this receptor has been positively identified, ErbB-2 was shown to play a central role in a network of interactions with the related ErbB-1, ErbB-3 and ErbB-4 receptors. We have selected new peptides binding to ErbB-2 extracellular domain protein (ECD) by screening 2 newly developed constrained and unconstrained random hexapeptide phage libraries. Out of 37 phage clones, which bound specifically to ErbB-2 ECD, we found 6 constrained and 10 linear different hexapeptide sequences. Among the latter, 5 consensus motifs, all with a common methionine and a positively charged residue at positions 1 and 3, respectively, were identified. Furthermore, 3 representative hexapeptides were fused to a coiled-coil pentameric recombinant protein to form the so-called peptabodies recently developed in our laboratory. The 3 peptabodies bound specifically to the ErbB-2 ECD, as determined by enzyme-linked immunosorbent assay and BIAcore analysis and to tumor cells overexpressing ErbB-2, as shown by flow cytometry. Interestingly, one of the free selected linear peptides and all 3 peptabodies inhibited the proliferation of tumor cells overexpressing ErbB-2. In conclusion, a novel type of ErbB-2-specific ligand is described that might complement presently available monoclonal antibodies.

Molecular design of the Calphabeta interface favors specific pairing of introduced TCRalphabeta in human T cells.

A promising approach to adoptive transfer therapy of tumors is to reprogram autologous T lymphocytes by TCR gene transfer of defined Ag specificity. An obstacle, however, is the undesired pairing of introduced TCRalpha- and TCRbeta-chains with the endogenous TCR chains. These events vary depending on the individual endogenous TCR and they not only may reduce the levels of cell surface-introduced TCR but also may generate hybrid TCR with unknown Ag specificities. We show that such hybrid heterodimers can be generated even by the pairing of human and mouse TCRalpha- and TCRbeta-chains. To overcome this hurdle, we have identified a pair of amino acid residues in the crystal structure of a TCR that lie at the interface of associated TCR Calpha and Cbeta domains and are related to each other by both a complementary steric interaction analogous to a "knob-into-hole" configuration and the electrostatic environment. We mutated the two residues so as to invert the sense of this interaction analogous to a charged "hole-into-knob" configuration. We show that this inversion in the CalphaCbeta interface promotes selective assembly of the introduced TCR while preserving its specificity and avidity for Ag ligand. Noteworthily, this TCR modification was equally efficient on both a Mu and a Hu TCR. Our data suggest that this approach is generally applicable to TCR independently of their Ag specificity and affinity, subset distribution, and species of origin. Thus, this strategy may optimize TCR gene transfer to efficiently and safely reprogram random T cells into tumor-reactive T cells.

Industrie laitière : de la vache à la fromagerie, identification des tâches générant de fortes quantités de bioaérosols

La France possède le plus grand cheptel bovin d'Europe, dont environ la moitié de vaches laitières (82 000 exploitations de vaches laitières avec 45 vaches en moyenne (RGA 2010, agreste)). La forte densité des animaux, l'utilisation de litière d'origine organique (copeaux de bois, paille), la distribution de fourrage sec (foin, grain) et l'accumulation d'excréments génèrent d'énormes quantités de poussières organiques. De plus, la taille des exploitations a tendance à s'agrandir avec une mise à l'herbe des animaux de moins en moins importante et donc une exposition des travailleurs plus importante à la poussière organique. Cette poussière peut être très riche en endotoxines(1) issues de la membrane cellulaire de certaines bactéries. Les effets sur la santé d'une exposition chronique aux endotoxines sont bien connus et concernent principalement des atteintes du système respiratoire (1-4) ainsi que des atteintessystémiques, avec l'apparition d'un état fébrile, lors d'exposition aiguë à de fortes concentrations. La plupart du temps, les études ayant mesuré l'exposition des fermiers aux endotoxines n'ont pas déterminé précisément quelle(s) tâche(s) spécifique(s) ou quelles caractéristiques de l'élevage étaient associées avec la plus forte exposition. Pourtant, une meilleure identification de ces tâches est essentielle à la mise en place de mesures de prévention ciblée. La première étude présentée a analysé, à l'aide d'outils statistiques performants, les déterminants de l'exposition personnelle à la poussière inhalable et aux endotoxines des travailleurs de fermes de vaches laitières. La seconde étude s'est intéressée à l'exposition aux bioaérosols lors des étapes de maturation du fromage. En effet, celle-ci nécessite l'utilisation délibérée de bactéries et de moisissures spécifiques qui sont facilement aérosolisées. L'exposition des travailleurs à ces microorganismes peut être responsable de maladies respiratoires de type allergique (5-7) dont la maladie des laveurs de fromages.

Homology modeling and metabolism prediction of human carboxylesterase-2 using docking analyses by GriDock: a parallelized tool based on AutoDock 4.0.

Metabolic problems lead to numerous failures during clinical trials, and much effort is now devoted to developing in silico models predicting metabolic stability and metabolites. Such models are well known for cytochromes P450 and some transferases, whereas less has been done to predict the activity of human hydrolases. The present study was undertaken to develop a computational approach able to predict the hydrolysis of novel esters by human carboxylesterase hCES2. The study involved first a homology modeling of the hCES2 protein based on the model of hCES1 since the two proteins share a high degree of homology (congruent with 73%). A set of 40 known substrates of hCES2 was taken from the literature; the ligands were docked in both their neutral and ionized forms using GriDock, a parallel tool based on the AutoDock4.0 engine which can perform efficient and easy virtual screening analyses of large molecular databases exploiting multi-core architectures. Useful statistical models (e.g., r (2) = 0.91 for substrates in their unprotonated state) were calculated by correlating experimental pK(m) values with distance between the carbon atom of the substrate's ester group and the hydroxy function of Ser228. Additional parameters in the equations accounted for hydrophobic and electrostatic interactions between substrates and contributing residues. The negatively charged residues in the hCES2 cavity explained the preference of the enzyme for neutral substrates and, more generally, suggested that ligands which interact too strongly by ionic bonds (e.g., ACE inhibitors) cannot be good CES2 substrates because they are trapped in the cavity in unproductive modes and behave as inhibitors. The effects of protonation on substrate recognition and the contrasting behavior of substrates and products were finally investigated by MD simulations of some CES2 complexes.

Characterization of a cAMP-regulated enhancer-binding protein.

The transcription regulation of many hormone genes is modulated by intracellular second messengers such as cAMP. The cAMP response element binding protein, CREB, binds to the 8 base pair CRE enhancer, TGACGTCA, that is found in the 5'-flank of certain genes including those for somatostatin and the alpha-subunit of human chorionic gonadotropin. The recent characterization of CREB and CREB-related cDNA clones, combined with Southwesterns and Northern blot analyses, reveals a family of transcription factors that dimerize via a leucine zipper motif and bind to the CRE through positively charged basic regions. The CREB cDNA encoding a 327 residue protein is transcriptionally activated via phosphorylation by protein kinases, including the cAMP-dependent protein kinase-A.