Variability of voriconazole plasma levels measured by new high-performance liquid chromatography and bioassay methods.

Voriconazole (VRC) is a broad-spectrum antifungal triazole with nonlinear pharmacokinetics. The utility of measurement of voriconazole blood levels for optimizing therapy is a matter of debate. Available high-performance liquid chromatography (HPLC) and bioassay methods are technically complex, time-consuming, or have a narrow analytical range. Objectives of the present study were to develop new, simple analytical methods and to assess variability of voriconazole blood levels in patients with invasive mycoses. Acetonitrile precipitation, reverse-phase separation, and UV detection were used for HPLC. A voriconazole-hypersusceptible Candida albicans mutant lacking multidrug efflux transporters (cdr1Delta/cdr1Delta, cdr2Delta/cdr2Delta, flu1Delta/flu1Delta, and mdr1Delta/mdr1Delta) and calcineurin subunit A (cnaDelta/cnaDelta) was used for bioassay. Mean intra-/interrun accuracies over the VRC concentration range from 0.25 to 16 mg/liter were 93.7% +/- 5.0%/96.5% +/- 2.4% (HPLC) and 94.9% +/- 6.1%/94.7% +/- 3.3% (bioassay). Mean intra-/interrun coefficients of variation were 5.2% +/- 1.5%/5.4% +/- 0.9% and 6.5% +/- 2.5%/4.0% +/- 1.6% for HPLC and bioassay, respectively. The coefficient of concordance between HPLC and bioassay was 0.96. Sequential measurements in 10 patients with invasive mycoses showed important inter- and intraindividual variations of estimated voriconazole area under the concentration-time curve (AUC): median, 43.9 mg x h/liter (range, 12.9 to 71.1) on the first and 27.4 mg x h/liter (range, 2.9 to 93.1) on the last day of therapy. During therapy, AUC decreased in five patients, increased in three, and remained unchanged in two. A toxic encephalopathy probably related to the increase of the VRC AUC (from 71.1 to 93.1 mg x h/liter) was observed. The VRC AUC decreased (from 12.9 to 2.9 mg x h/liter) in a patient with persistent signs of invasive aspergillosis. These preliminary observations suggest that voriconazole over- or underexposure resulting from variability of blood levels might have clinical implications. Simple HPLC and bioassay methods offer new tools for monitoring voriconazole therapy.

Assessment of transcript reconstruction methods for RNA-seq.

We evaluated 25 protocol variants of 14 independent computational methods for exon identification, transcript reconstruction and expression-level quantification from RNA-seq data. Our results show that most algorithms are able to identify discrete transcript components with high success rates but that assembly of complete isoform structures poses a major challenge even when all constituent elements are identified. Expression-level estimates also varied widely across methods, even when based on similar transcript models. Consequently, the complexity of higher eukaryotic genomes imposes severe limitations on transcript recall and splice product discrimination that are likely to remain limiting factors for the analysis of current-generation RNA-seq data.

An evaluation of new parsimony-based versus parametric inference methods in biogeography: a case study using the globally distributed plant family Sapindaceae

Aim  Recently developed parametric methods in historical biogeography allow researchers to integrate temporal and palaeogeographical information into the reconstruction of biogeographical scenarios, thus overcoming a known bias of parsimony-based approaches. Here, we compare a parametric method, dispersal-extinction-cladogenesis (DEC), against a parsimony-based method, dispersal-vicariance analysis (DIVA), which does not incorporate branch lengths but accounts for phylogenetic uncertainty through a Bayesian empirical approach (Bayes-DIVA). We analyse the benefits and limitations of each method using the cosmopolitan plant family Sapindaceae as a case study.Location  World-wide.Methods  Phylogenetic relationships were estimated by Bayesian inference on a large dataset representing generic diversity within Sapindaceae. Lineage divergence times were estimated by penalized likelihood over a sample of trees from the posterior distribution of the phylogeny to account for dating uncertainty in biogeographical reconstructions. We compared biogeographical scenarios between Bayes-DIVA and two different DEC models: one with no geological constraints and another that employed a stratified palaeogeographical model in which dispersal rates were scaled according to area connectivity across four time slices, reflecting the changing continental configuration over the last 110 million years.Results  Despite differences in the underlying biogeographical model, Bayes-DIVA and DEC inferred similar biogeographical scenarios. The main differences were: (1) in the timing of dispersal events - which in Bayes-DIVA sometimes conflicts with palaeogeographical information, and (2) in the lower frequency of terminal dispersal events inferred by DEC. Uncertainty in divergence time estimations influenced both the inference of ancestral ranges and the decisiveness with which an area can be assigned to a node.Main conclusions  By considering lineage divergence times, the DEC method gives more accurate reconstructions that are in agreement with palaeogeographical evidence. In contrast, Bayes-DIVA showed the highest decisiveness in unequivocally reconstructing ancestral ranges, probably reflecting its ability to integrate phylogenetic uncertainty. Care should be taken in defining the palaeogeographical model in DEC because of the possibility of overestimating the frequency of extinction events, or of inferring ancestral ranges that are outside the extant species ranges, owing to dispersal constraints enforced by the model. The wide-spanning spatial and temporal model proposed here could prove useful for testing large-scale biogeographical patterns in plants.

Méthodes sismiques actives adaptées à l'étude de milieux hétérogènes : application aux glissements de terrain

Résumé Les glissements de terrain représentent un des principaux risques naturels dans les régions montagneuses. En Suisse, chaque année les glissements de terrains causent des dégâts qui affectent les infrastructures et ont des coûts financiers importants. Une bonne compréhension des mécanismes des glissements peut permettre d'atténuer leur impact. Celle-ci passe notamment par la connaissance de la structure interne du glissement, la détermination de son volume et de son ou ses plans de glissement. Dans un glissement de terrain, la désorganisation et la présence de fractures dans le matériel déplacé engendre un changement des paramètres physiques et en particulier une diminution des vitesses de propagation des ondes sismiques ainsi que de la densité du matériel. Les méthodes sismiques sont de ce fait bien adaptées à l'étude des glissements de terrain. Parmi les méthodes sismiques, l'analyse de la dispersion des ondes de surface est une méthode simple à mettre en oeuvre. Elle présente l'avantage d'estimer les variations des vitesses de cisaillement avec la profondeur sans avoir spécifiquement recours à l'utilisation d'une source d'onde S et de géophones horizontaux. Sa mise en oeuvre en trois étapes implique la mesure de la dispersion des ondes de surface sur des réseaux étendus, la détermination des courbes de dispersion pour finir par l'inversion de ces courbes. Les modèles de vitesse obtenus à partir de cette procédure ne sont valides que lorsque les milieux explorés ne présentent pas de variations latérales. En pratique cette hypothèse est rarement vérifiée, notamment pour un glissement de terrain dans lequel les couches remaniées sont susceptibles de présenter de fortes hétérogénéités latérales. Pour évaluer la possibilité de déterminer des courbes de dispersion à partir de réseaux de faible extension des mesures testes ont été effectuées sur un site (Arnex, VD) équipé d'un forage. Un profil sismique de 190 m de long a été implanté dans une vallée creusée dans du calcaire et remplie par des dépôts glacio-lacustres d'une trentaine de mètres d'épaisseur. Les données acquises le long de ce profil ont confirmé que la présence de variations latérales sous le réseau de géophones affecte l'allure des courbes de dispersion jusqu'à parfois empêcher leur détermination. Pour utiliser l'analyse de la dispersion des ondes de surface sur des sites présentant des variations latérales, notre approche consiste à déterminer les courbes de dispersions pour une série de réseaux de faible extension, à inverser chacune des courbes et à interpoler les différents modèles de vitesse obtenus. Le choix de la position ainsi que de l'extension des différents réseaux de géophones est important. Il tient compte de la localisation des hétérogénéités détectées à partir de l'analyse de sismique réfraction, mais également d'anomalies d'amplitudes observées sur des cartes qui représentent dans le domaine position de tir - position du récepteur, l'amplitude mesurée pour différentes fréquences. La procédure proposée par Lin et Lin (2007) s'est avérée être une méthode efficace permettant de déterminer des courbes de dispersion à partir de réseaux de faible extension. Elle consiste à construire à partir d'un réseau de géophones et de plusieurs positions de tir un enregistrement temps-déports qui tient compte d'une large gamme de distances source-récepteur. Au moment d'assembler les différentes données une correction de phase est appliquée pour tenir compte des hétérogénéités situées entre les différents points de tir. Pour évaluer cette correction nous suggérons de calculer pour deux tir successif la densité spectrale croisée des traces de même offset: Sur le site d'Arnex, 22 courbes de dispersions ont été déterminées pour de réseaux de géophones de 10 m d'extension. Nous avons également profité du forage pour acquérir un profil de sismique verticale en ondes S. Le modèle de vitesse S déduit de l'interprétation du profil de sismique verticale est utilisé comme information à priori lors l'inversion des différentes courbes de dispersion. Finalement, le modèle en deux dimension qui a été établi grâce à l'analyse de la dispersion des ondes de surface met en évidence une structure tabulaire à trois couches dont les limites coïncident bien avec les limites lithologiques observées dans le forage. Dans celui-ci des argiles limoneuses associées à une vitesse de propagation des ondes S de l'ordre de 175 m/s surmontent vers 9 m de profondeur des dépôts de moraine argilo-sableuse caractérisés par des vitesses de propagation des ondes S de l'ordre de 300 m/s jusqu'à 14 m de profondeur et supérieur ou égal à 400 m/s entre 14 et 20 m de profondeur. Le glissement de la Grande Combe (Ballaigues, VD) se produit à l'intérieur du remplissage quaternaire d'une combe creusée dans des calcaires Portlandien. Comme dans le cas du site d'Arnex les dépôts quaternaires correspondent à des dépôts glacio-lacustres. Dans la partie supérieure la surface de glissement a été localisée à une vingtaine de mètres de profondeur au niveau de l'interface qui sépare des dépôts de moraine jurassienne et des dépôts glacio-lacustres. Au pied du glissement 14 courbes de dispersions ont été déterminées sur des réseaux de 10 m d'extension le long d'un profil de 144 m. Les courbes obtenues sont discontinues et définies pour un domaine de fréquence de 7 à 35 Hz. Grâce à l'utilisation de distances source-récepteur entre 8 et 72 m, 2 à 4 modes de propagation ont été identifiés pour chacune des courbes. Lors de l'inversion des courbes de dispersion la prise en compte des différents modes de propagation a permis d'étendre la profondeur d'investigation jusqu'à une vingtaine de mètres de profondeur. Le modèle en deux dimensions permet de distinguer 4 couches (Vs1 < 175 m/s, 175 m/s < Vs2 < 225 m/s, 225 m/s < Vs3 < 400 m/s et Vs4 >.400 m/s) qui présentent des variations d'épaisseur. Des profils de sismiques réflexion en ondes S acquis avec une source construite dans le cadre de ce travail, complètent et corroborent le modèle établi à partir de l'analyse de la dispersion des ondes de surface. Un réflecteur localisé entre 5 et 10 m de profondeur et associé à une vitesse de sommation de 180 m/s souligne notamment la géométrie de l'interface qui sépare la deuxième de la troisième couche du modèle établi à partir de l'analyse de la dispersion des ondes de surface. Abstract Landslides are one of the main natural hazards in mountainous regions. In Switzerland, landslides cause damages every year that impact infrastructures and have important financial costs. In depth understanding of sliding mechanisms may help limiting their impact. In particular, this can be achieved through a better knowledge of the internal structure of the landslide, the determination of its volume and its sliding surface or surfaces In a landslide, the disorganization and the presence of fractures in the displaced material generate a change of the physical parameters and in particular a decrease of the seismic velocities and of the material density. Therefoe, seismic methods are well adapted to the study of landslides. Among seismic methods, surface-wave dispersion analysis is a easy to implement. Through it, shearwave velocity variations with depth can be estimated without having to resort to an S-wave source and to horizontal geophones. Its 3-step implementation implies measurement of surface-wave dispersion with long arrays, determination of the dispersion curves and finally inversion of these curves. Velocity models obtained through this approach are only valid when the investigated medium does not include lateral variations. In practice, this assumption is seldom correct, in particular for landslides in which reshaped layers likely include strong lateral heterogeneities. To assess the possibility of determining dispersion curves from short array lengths we carried out tests measurements on a site (Arnex, VD) that includes a borehole. A 190 m long seismic profile was acquired in a valley carved into limestone and filled with 30 m of glacio-lacustrine sediments. The data acquired along this profile confirmed that the presence of lateral variations under the geophone array influences the dispersion-curve shape so much that it sometimes preventes the dispersion curves determination. Our approach to use the analysis of surface-wave dispersion on sites that include lateral variations consists in obtaining dispersion curves for a series of short length arrays; inverting each so obtained curve and interpolating the different obtained velocity model. The choice of the location as well as the geophone array length is important. It takes into account the location of the heterogeneities that are revealed by the seismic refraction interpretation of the data but also, the location of signal amplitude anomalies observed on maps that represent, for a given frequency, the measured amplitude in the shot position - receiver position domain. The procedure proposed by Lin and Lin (2007) turned out to be an efficient one to determine dispersion curves using short extension arrays. It consists in building a time-offset from an array of geophones with a wide offset range by gathering seismograms acquired with different source-to-receiver offsets. When assembling the different data, a phase correction is applied in order to reduce static phase error induced by lateral variation. To evaluate this correction, we suggest to calculate, for two successive shots, the cross power spectral density of common offset traces. On the Arnex site, 22 curves were determined with 10m in length geophone-arrays. We also took advantage of the borehole to acquire a S-wave vertical seismic profile. The S-wave velocity depth model derived from the vertical seismic profile interpretation is used as prior information in the inversion of the dispersion-curves. Finally a 2D velocity model was established from the analysis of the different dispersion curves. It reveals a 3-layer structure in good agreement with the observed lithologies in the borehole. In it a clay layer with a shear-wave of 175 m/s shear-wave velocity overlies a clayey-sandy till layer at 9 m depth that is characterized down to 14 m by a 300 m/s S-wave velocity; these deposits have a S-wave velocity of 400 m/s between depths of 14 to 20 m. The La Grand Combe landslide (Ballaigues, VD) occurs inside the Quaternary filling of a valley carved into Portlandien limestone. As at the Arnex site, the Quaternary deposits correspond to glaciolacustrine sediments. In the upper part of the landslide, the sliding surface is located at a depth of about 20 m that coincides with the discontinuity between Jurassian till and glacio-lacustrine deposits. At the toe of the landslide, we defined 14 dispersion curves along a 144 m long profile using 10 m long geophone arrays. The obtained curves are discontinuous and defined within a frequency range of 7 to 35 Hz. The use of a wide range of offsets (from 8 to 72 m) enabled us to determine 2 to 4 mode of propagation for each dispersion curve. Taking these higher modes into consideration for dispersion curve inversion allowed us to reach an investigation depth of about 20 m. A four layer 2D model was derived (Vs1< 175 m/s, 175 m/s <Vs2< 225 m/s, 225 m/s < Vs3 < 400 m/s, Vs4> 400 m/s) with variable layer thicknesses. S-wave seismic reflection profiles acquired with a source built as part of this work complete and the velocity model revealed by surface-wave analysis. In particular, reflector at a depth of 5 to 10 m associated with a 180 m/s stacking velocity image the geometry of the discontinuity between the second and third layer of the model derived from the surface-wave dispersion analysis.

Use of flow cytometric methods for single-cell analysis in environmental microbiology

Flow cytometry (FCM) is emerging as an important tool in environmental microbiology. Although flow cytometry applications have to date largely been restricted to certain specialized fields of microbiology, such as the bacterial cell cycle and marine phytoplankton communities, technical advances in instrumentation and methodology are leading to its increased popularity and extending its range of applications. Here we will focus on a number of recent flow cytometry developments important for addressing questions in environmental microbiology. These include (i) the study of microbial physiology under environmentally relevant conditions, (ii) new methods to identify active microbial populations and to isolate previously uncultured microorganisms, and (iii) the development of high-throughput autofluorescence bioreporter assays

The molecular basis of social behavior: models, methods and advances.

Elucidating the molecular and neural basis of complex social behaviors such as communal living, division of labor and warfare requires model organisms that exhibit these multi-faceted behavioral phenotypes. Social insects, such as ants, bees, wasps and termites, are attractive models to address this problem, with rich ecological and ethological foundations. However, their atypical systems of reproduction have hindered application of classical genetic approaches. In this review, we discuss how recent advances in social insect genomics, transcriptomics, and functional manipulations have enhanced our ability to observe and perturb gene expression, physiology and behavior in these species. Such developments begin to provide an integrated view of the molecular and cellular underpinnings of complex social behavior.

Mapping of Environmental Data Using Kernel-Based Methods

Recently, kernel-based Machine Learning methods have gained great popularity in many data analysis and data mining fields: pattern recognition, biocomputing, speech and vision, engineering, remote sensing etc. The paper describes the use of kernel methods to approach the processing of large datasets from environmental monitoring networks. Several typical problems of the environmental sciences and their solutions provided by kernel-based methods are considered: classification of categorical data (soil type classification), mapping of environmental and pollution continuous information (pollution of soil by radionuclides), mapping with auxiliary information (climatic data from Aral Sea region). The promising developments, such as automatic emergency hot spot detection and monitoring network optimization are discussed as well.

Comparison of Energy Minimization Methods for 3-D Brain Tissue Classification

This paper presents 3-D brain tissue classificationschemes using three recent promising energy minimizationmethods for Markov random fields: graph cuts, loopybelief propagation and tree-reweighted message passing.The classification is performed using the well knownfinite Gaussian mixture Markov Random Field model.Results from the above methods are compared with widelyused iterative conditional modes algorithm. Theevaluation is performed on a dataset containing simulatedT1-weighted MR brain volumes with varying noise andintensity non-uniformities. The comparisons are performedin terms of energies as well as based on ground truthsegmentations, using various quantitative metrics.

Fracture network characterization using hydrological and geophysical data

Les décisions de gestion des eaux souterraines doivent souvent être justiffées par des modèles quantitatifs d'aquifères qui tiennent compte de l'hétérogénéité des propriétés hydrauliques. Les aquifères fracturés sont parmi les plus hétérogènes et très difficiles à étudier. Dans ceux-ci, les fractures connectées, d'ouverture millimètrique, peuvent agir comme conducteurs hydrauliques et donc créer des écoulements très localisés. Le manque général d'informations sur la distribution spatiale des fractures limite la possibilité de construire des modèles quantitatifs de flux et de transport. Les données qui conditionnent les modèles sont généralement spatialement limitées, bruitées et elles ne représentent que des mesures indirectes de propriétés physiques. Ces limitations aux données peuvent être en partie surmontées en combinant différents types de données, telles que les données hydrologiques et de radar à pénétration de sol plus commun ément appelé géoradar. L'utilisation du géoradar en forage est un outil prometteur pour identiffer les fractures individuelles jusqu'à quelques dizaines de mètres dans la formation. Dans cette thèse, je développe des approches pour combiner le géoradar avec les données hydrologiques affn d'améliorer la caractérisation des aquifères fracturés. Des investigations hydrologiques intensives ont déjà été réalisées à partir de trois forage adjacents dans un aquifère cristallin en Bretagne (France). Néanmoins, la dimension des fractures et la géométrie 3-D des fractures conductives restaient mal connue. Affn d'améliorer la caractérisation du réseau de fractures je propose dans un premier temps un traitement géoradar avancé qui permet l'imagerie des fractures individuellement. Les résultats montrent que les fractures perméables précédemment identiffées dans les forages peuvent être caractérisées géométriquement loin du forage et que les fractures qui ne croisent pas les forages peuvent aussi être identiffées. Les résultats d'une deuxième étude montrent que les données géoradar peuvent suivre le transport d'un traceur salin. Ainsi, les fractures qui font partie du réseau conductif et connecté qui dominent l'écoulement et le transport local sont identiffées. C'est la première fois que le transport d'un traceur salin a pu être imagé sur une dizaines de mètres dans des fractures individuelles. Une troisième étude conffrme ces résultats par des expériences répétées et des essais de traçage supplémentaires dans différentes parties du réseau local. En outre, la combinaison des données de surveillance hydrologique et géoradar fournit la preuve que les variations temporelles d'amplitude des signaux géoradar peuvent nous informer sur les changements relatifs de concentrations de traceurs dans la formation. Par conséquent, les données géoradar et hydrologiques sont complémentaires. Je propose ensuite une approche d'inversion stochastique pour générer des modèles 3-D de fractures discrètes qui sont conditionnés à toutes les données disponibles en respectant leurs incertitudes. La génération stochastique des modèles conditionnés par géoradar est capable de reproduire les connexions hydrauliques observées et leur contribution aux écoulements. L'ensemble des modèles conditionnés fournit des estimations quantitatives des dimensions et de l'organisation spatiale des fractures hydrauliquement importantes. Cette thèse montre clairement que l'imagerie géoradar est un outil utile pour caractériser les fractures. La combinaison de mesures géoradar avec des données hydrologiques permet de conditionner avec succès le réseau de fractures et de fournir des modèles quantitatifs. Les approches présentées peuvent être appliquées dans d'autres types de formations rocheuses fracturées où la roche est électriquement résistive.

Comparison of different methods for thin section EM analysis of Mycobacterium smegmatis.

Bacteria are generally difficult specimens to prepare for conventional resin section electron microscopy and mycobacteria, with their thick and complex cell envelope layers being especially prone to artefacts. Here we made a systematic comparison of different methods for preparing Mycobacterium smegmatis for thin section electron microscopy analysis. These methods were: (1) conventional preparation by fixatives and epoxy resins at ambient temperature. (2) Tokuyasu cryo-section of chemically fixed bacteria. (3) rapid freezing followed by freeze substitution and embedding in epoxy resin at room temperature or (4) combined with Lowicryl HM20 embedding and ultraviolet (UV) polymerization at low temperature and (5) CEMOVIS, or cryo electron microscopy of vitreous sections. The best preservation of bacteria was obtained with the cryo electron microscopy of vitreous sections method, as expected, especially with respect to the preservation of the cell envelope and lipid bodies. By comparison with cryo electron microscopy of vitreous sections both the conventional and Tokuyasu methods produced different, undesirable artefacts. The two different types of freeze-substitution protocols showed variable preservation of the cell envelope but gave acceptable preservation of the cytoplasm, but not lipid bodies, and bacterial DNA. In conclusion although cryo electron microscopy of vitreous sections must be considered the 'gold standard' among sectioning methods for electron microscopy, because it avoids solvents and stains, the use of optimally prepared freeze substitution also offers some advantages for ultrastructural analysis of bacteria.

Methods for integration site distribution analyses in animal cell genomes.

The question of where retroviral DNA becomes integrated in chromosomes is important for understanding (i) the mechanisms of viral growth, (ii) devising new anti-retroviral therapy, (iii) understanding how genomes evolve, and (iv) developing safer methods for gene therapy. With the completion of genome sequences for many organisms, it has become possible to study integration targeting by cloning and sequencing large numbers of host-virus DNA junctions, then mapping the host DNA segments back onto the genomic sequence. This allows statistical analysis of the distribution of integration sites relative to the myriad types of genomic features that are also being mapped onto the sequence scaffold. Here we present methods for recovering and analyzing integration site sequences.

Isolating DNA from sexual assault cases: a comparison of standard methods with a nuclease-based approach.

AbstractText BACKGROUND: Profiling sperm DNA present on vaginal swabs taken from rape victims often contributes to identifying and incarcerating rapists. Large amounts of the victim's epithelial cells contaminate the sperm present on swabs, however, and complicate this process. The standard method for obtaining relatively pure sperm DNA from a vaginal swab is to digest the epithelial cells with Proteinase K in order to solubilize the victim's DNA, and to then physically separate the soluble DNA from the intact sperm by pelleting the sperm, removing the victim's fraction, and repeatedly washing the sperm pellet. An alternative approach that does not require washing steps is to digest with Proteinase K, pellet the sperm, remove the victim's fraction, and then digest the residual victim's DNA with a nuclease. METHODS: The nuclease approach has been commercialized in a product, the Erase Sperm Isolation Kit (PTC Labs, Columbia, MO, USA), and five crime laboratories have tested it on semen-spiked female buccal swabs in a direct comparison with their standard methods. Comparisons have also been performed on timed post-coital vaginal swabs and evidence collected from sexual assault cases. RESULTS: For the semen-spiked buccal swabs, Erase outperformed the standard methods in all five laboratories and in most cases was able to provide a clean male profile from buccal swabs spiked with only 1,500 sperm. The vaginal swabs taken after consensual sex and the evidence collected from rape victims showed a similar pattern of Erase providing superior profiles. CONCLUSIONS: In all samples tested, STR profiles of the male DNA fractions obtained with Erase were as good as or better than those obtained using the standard methods.