Indicateurs de la performance des soins infirmiers ambulatoires : une scoping review

Travail dirigé présenté à la Faculté des sciences infirmières en vue de l’obtention du grade de maîtrise en sciences infirmières option administration des services infirmiers

Implanter et pérenniser un système de gestion de la performance des services infirmiers

Travail dirigé présenté à la Faculté des sciences infirmières en vue de l’obtention du grade de Maître ès sciences (M.Sc.) en sciences infirmières option administration en sciences infirmières

Recherche et développement dans les sciences de l’environnement : l’Université entre impératifs scientifico-techniques, économiques et socio-politiques. Le cas du Réseau de centres d’excellence ArcticNet.

Cette thèse cible l’étude d’une organisation sociotechnique pluraliste, le Réseau de centres d’excellence ArcticNet, établi depuis 2003 au sein de l’Université Laval et financé par le programme fédéral des Réseaux de centres d’excellence (RCE). Ce programme, effectif depuis 1988, est issu d’une initiative du ministère de l’Industrie Canada et des trois Conseils fédéraux de financement de la recherche scientifique (CRSNG, CRSH et IRSC). Par sa dimension interdisciplinaire et interinstitutionnelle, le RCE ArcticNet sollicite la mise en place de divers accommodements sur une thématique environnementale controversée, celle du développement de l’Arctique canadien côtier. Notre approche se concentre sur la description de ces collaborations pluralistes et l’analyse des stratégies de consensus mises en place par une organisation universitaire médiatrice. Si cette étude illustre le cas d’ArcticNet, elle questionne toutefois deux réalités d’ensemble: (1) D’un point de vue théorique, prépondérant dans cette thèse, les enjeux environnementaux et de développement durable s’inscrivent dans les nouvelles réalités de la production des connaissances portées par une coévolution entre science et société, contribuant à l’expansion des domaines de R&D ciblés; et, (2) D’un point de vue empirique illustratif, les éléments de formation et d’évolution d’un réseau sociotechnique intersectoriel et les stratégies des scientifiques dans la recherche et le développement de l’Arctique canadien côtier présentent un profil basé sur l’accommodement des parties prenantes. Cette recherche adhère au postulat épistémologique des théories des organisations sociotechniques pluralistes, plutôt qu’aux modèles théoriques de la société/économie de la connaissance. L’étude regroupe un total de 23 entrevues recueillies en 2008 et en 2010 auprès de l’administration, de membres scientifiques et de partenaires d’ArcticNet, suivant une logique de témoignage. Elle ouvre ainsi une nouvelle réflexion sur leur milieu de pratique de la science, plus particulièrement des sciences de l’environnement, vers lequel la société actuelle oriente la nouvelle production des connaissances, à travers les divers financements de la recherche et du développement.

Differential regulation of early response genes by fibroblast growth factor (FGF) 8 and FGF18 in bovine granulosa cells in vitro

Les « Facteurs de croissance des fibroblastes» (FGF) agissent comme des régulateurs locaux sur la qualité des follicules et sont connus pour promouvoir la prolifération des cellules de granulosa, réduire l’apoptose et la stéroïdogenèse. Parmi la sous-famille FGF8, FGF18 est une exception puisqu’il semblerait avoir une fonction pro-apoptotique alors que FGF8 n’a pas été jusqu’à présent rapporté comme altérant la viabilité des cellules de la granulosa. Ces deux ligands ont un mode d’activation similaire et il pourrait être proposé que toute la sous-famille FGF8 ait la même réponse. L’objectif de cette étude était de déterminer si FGF8 et FGF18 activaient la même réponse précoce de gènes dans des cultures de granulosa bovine. Pour répondre à cette question, nous avons cultivé des cellules de la granulosa dans du milieu de culture sans sérum pendant 5 jours. Le jour 5, les cellules ont été traitées avec FGF8 ou FGF18. Nous avons eu recours à une approche de « puce à ADN » afin d’identifier la réponse précoce de gènes induite par FGF8 et FGF18, et les données ont été confirmées par des PCRs en temps réel lors d’une expérience in vitro où les cellules de granulosa ont été traitées avec FGF8 et FGF18 pendant différents temps. L’analyse du puce à ADN a identifié 12 gènes surexprimés par FGF8, incluant SPRY2, NR4A1, XIRP1, BAMBI, EGR1, FOS et FOSL1. A l’inverse, FGF18 n’a régulé aucun gène de manière significative. Les analyses de PCR ont confirmé l’augmentation d’ARNm codant pour EGR1, EGR3, FOS, XIRP1, FOSL1, SPRY2, NR4A1 et BAMBI après 2 h de traitement. FGF18 a entrainé seulement une augmentation de l’expression de EGR1 après 2 h de traitement parmi tous les gènes testés. Ces résultats démontrent donc que FGF8 et FGF18, malgré leur similarité dans le mode d’activation de leurs récepteurs, agissent sur les cellules de la granulosa via différentes voies de signalisation. FGF8 et FGF18, sont donc tous les deux capables de stimuler l’expression de EGR1, mais les voies de signalisation induites par la suite divergent.

Detection of methotrexate using surface plasmon resonance biosensors for chemotherapy monitoring

Le méthotrexate (MTX), un agent anti-cancéreux fréquemment utilisé en chimiothérapie, requiert généralement un suivi thérapeutique de la médication (Therapeutic Drug Monitoring, TDM) pour surveiller son niveau sanguin chez le patient afin de maximiser son efficacité tout en limitant ses effets secondaires. Malgré la fenêtre thérapeutique étroite entre l’efficacité et la toxicité, le MTX reste, à ce jour, un des agents anti-cancéreux les plus utilisés au monde. Les techniques analytiques existantes pour le TDM du MTX sont coûteuses, requièrent temps et efforts, sans nécessairement fournir promptement les résultats dans le délai requis. Afin d’accélérer le processus de dosage du MTX en TDM, une stratégie a été proposée basée sur un essai compétitif caractérisé principalement par le couplage plasmonique d’une surface métallique et de nanoparticules d’or. Plus précisément, l’essai quantitatif exploite la réaction de compétition entre le MTX et une nanoparticule d’or fonctionnalisée avec l’acide folique (FA-AuNP) ayant une affinité pour un récepteur moléculaire, la réductase humaine de dihydrofolate (hDHFR), une enzyme associée aux maladies prolifératives. Le MTX libre mixé avec les FA-AuNP, entre en compétition pour les sites de liaison de hDHFR immobilisés sur une surface active en SPR ou libres en solution. Par la suite, les FA-AuNP liées au hDHFR fournissent une amplification du signal qui est inversement proportionnelle à la concentration de MTX. La résonance des plasmons de surface (SPR) est généralement utilisée comme une technique spectroscopique pour l’interrogation des interactions biomoléculaires. Les instruments SPR commerciaux sont généralement retrouvés dans les grands laboratoires d’analyse. Ils sont également encombrants, coûteux et manquent de sélectivité dans les analyses en matrice complexe. De plus, ceux-ci n’ont pas encore démontré de l’adaptabilité en milieu clinique. Par ailleurs, les analyses SPR des petites molécules comme les médicaments n’ont pas été explorés de manière intensive dû au défi posé par le manque de la sensibilité de la technique pour cette classe de molécules. Les développements récents en science des matériaux et chimie de surfaces exploitant l’intégration des nanoparticules d’or pour l’amplification de la réponse SPR et la chimie de surface peptidique ont démontré le potentiel de franchir les limites posées par le manque de sensibilité et l’adsorption non-spécifique pour les analyses directes dans les milieux biologiques. Ces nouveaux concepts de la technologie SPR seront incorporés à un système SPR miniaturisé et compact pour exécuter des analyses rapides, fiables et sensibles pour le suivi du niveau du MTX dans le sérum de patients durant les traitements de chimiothérapie. L’objectif de cette thèse est d’explorer différentes stratégies pour améliorer l’analyse des médicaments dans les milieux complexes par les biocapteurs SPR et de mettre en perspective le potentiel des biocapteurs SPR comme un outil utile pour le TDM dans le laboratoire clinique ou au chevet du patient. Pour atteindre ces objectifs, un essai compétitif colorimétrique basé sur la résonance des plasmons de surface localisée (LSPR) pour le MTX fut établi avec des nanoparticules d’or marquées avec du FA. Ensuite, cet essai compétitif colorimétrique en solution fut adapté à une plateforme SPR. Pour les deux essais développés, la sensibilité, sélectivité, limite de détection, l’optimisation de la gamme dynamique et l’analyse du MTX dans les milieux complexes ont été inspectés. De plus, le prototype de la plateforme SPR miniaturisée fut validé par sa performance équivalente aux systèmes SPR existants ainsi que son utilité pour analyser les échantillons cliniques des patients sous chimiothérapie du MTX. Les concentrations de MTX obtenues par le prototype furent comparées avec des techniques standards, soit un essai immunologique basé sur la polarisation en fluorescence (FPIA) et la chromatographie liquide couplée avec de la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) pour valider l’utilité du prototype comme un outil clinique pour les tests rapides de quantification du MTX. En dernier lieu, le déploiement du prototype à un laboratoire de biochimie dans un hôpital démontre l’énorme potentiel des biocapteurs SPR pour utilisation en milieux clinique.

Isolation and identification of native microalgae for biodiesel production

La demande croissante en carburants, ainsi que les changements climatiques dus au réchauffement planétaire poussent le monde entier à chercher des sources d’énergie capables de produire des combustibles alternatifs aux combustibles fossiles. Durant les dernières années, plusieurs sources potentielles ont été identifiées, les premières à être considérées sont les plantes oléagineuses comme source de biocarburant, cependant l’utilisation de végétaux ou d’huiles végétales ayant un lien avec l’alimentation humaine peut engendrer une hausse des prix des denrées alimentaires, sans oublier les questions éthiques qui s’imposent. De plus, l'usage des huiles non comestibles comme sources de biocarburants, comme l’huile de jatropha, de graines de tabac ou de jojoba, révèle un problème de manque de terre arable ce qui oblige à réduire les terres cultivables de l'industrie agricole et alimentaire au profit des cultures non comestibles. Dans ce contexte, l'utilisation de microorganismes aquatiques, tels que les microalgues comme substrats pour la production de biocarburant semble être une meilleure solution. Les microalgues sont faciles à cultiver et peuvent croitre avec peu ou pas d'entretien. Elles peuvent ainsi se développer dans des eaux douces, saumâtres ou salées de même que dans les terres non cultivables. Le rendement en lipide peut être largement supérieur aux autres sources de biocarburant potentiel, sans oublier qu’elles ne sont pas comestibles et sans aucun impact sur l'industrie alimentaire. De plus, la culture intensive de microalgues pour la production de biodiesel pourrait également jouer un rôle important dans l'atténuation des émissions de CO2. Dans le cache de ce travail, nous avons isolé et identifié morphologiquement des espèces de microalgues natives du Québec, pour ensuite examiner et mesurer leur potentiel de production de lipides (biodiesel). L’échantillonnage fut réalisé dans trois régions différentes du Québec: la région de Montréal, la gaspésie et le nord du Québec, et dans des eaux douces, saumâtres ou salées. Cent souches ont été isolées à partir de la région de Montréal, caractérisées et sélectionnées selon la teneur en lipides et leur élimination des nutriments dans les eaux usées à des températures différentes (10 ± 2°C et 22 ± 2°C). Les espèces ayant une production potentiellement élevée en lipides ont été sélectionnées. L’utilisation des eaux usées, comme milieu de culture, diminue le coût de production du biocarburant et sert en même temps d'outil pour le traitement des eaux usées. Nous avons comparé la biomasse et le rendement en lipides des souches cultivées dans une eau usée par apport à ceux dans un milieu synthétique, pour finalement identifié un certain nombre d'isolats ayant montré une bonne croissance à 10°C, voir une teneur élevée en lipides (allant de 20% à 45% du poids sec) ou une grande capacité d'élimination de nutriment (>97% d'élimination). De plus, nous avons caractérisé l'une des souches intéressantes ayant montré une production en lipides et une biomasse élevée, soit la microalgue Chlorella sp. PCH90. Isolée au Québec, sa phylogénie moléculaire a été établie et les études sur la production de lipides en fonction de la concentration initiale de nitrate, phosphate et chlorure de sodium ont été réalisées en utilisant de la méthodologie des surfaces de réponse. Dans les conditions appropriées, cette microalgue pourrait produire jusqu'à 36% de lipides et croitre à la fois dans un milieu synthétique et un milieu issu d'un flux secondaire de traitement des eaux usées, et cela à 22°C ou 10°C. Ainsi, on peut conclure que cette souche est prometteuse pour poursuivre le développement en tant que productrice potentielle de biocarburants dans des conditions climatiques locales.

Modélisation systémique d’une pratique infirmière d’interface en contexte de vulnérabilité sociale

Dans les services de première ligne des Centres de santé et de services sociaux (CSSS) au Québec, les infirmières sont des acteurs clés des programmes destinés à des populations vulnérables. Ces programmes créent des opportunités pour les infirmières de développer une pratique à l’interface du CSSS et des ressources de la communauté afin d’agir pour réduire la vulnérabilité sociale. Des infirmières commencent d’ailleurs à se mobiliser au-delà de leurs frontières disciplinaires, organisationnelles et sectorielles pour s’engager dans l’environnement de personnes vulnérables, ce que nous désignons ici comme pratique infirmière d’interface. Aucune étude n’a toutefois été repérée en regard de cette pratique infirmière en émergence. Fondée sur une perspective constructiviste et systémique, de même qu’une analyse des conceptions de théoriciennes infirmières sur la pratique, notre recherche doctorale avait pour but de modéliser la pratique infirmière d’interface en contexte de vulnérabilité sociale. Elle a également constitué un cas à partir duquel contribuer aux savoirs théoriques sur le concept de pratique en sciences infirmières. Une étude qualitative exploratoire a été entreprise dans trois CSSS d’une région urbaine. Des entretiens semi-dirigés ont été réalisés avec quinze infirmières. La pratique d’interface de deux infirmières a ensuite fait l’objet d’une année d’observation directe et participante, ce qui a permis de procéder à des entretiens informels avec des gestionnaires ainsi que des membres des équipes interprofessionnelles et communautaires. Une analyse de documents programmatiques et gouvernementaux a complété notre description du contexte de la pratique d’interface. Une analyse thématique amorcée en cours de collecte de données ainsi que la méthode de modélisation systémique de Le Moigne ont permis de soutenir la démarche interprétative et de rendre compte des résultats. Quatre thèmes inter-reliés qualifient la pratique infirmière d’interface. Le premier met en évidence une finalité d’autonomie qui se traduit comme exigence de conformité sociale à l’endroit des personnes vulnérables. Le second porte sur des processus d’engagement relationnels des infirmières pour créer des liens et mettre en relation la clientèle et les acteurs du milieu. Le troisième thème est celui de l’action stratégique de l’infirmière. Enfin, le quatrième fait état d’un espace contradictoire à l’intérieur duquel se déroule la pratique d’interface, lequel comporte un processus de (re)configuration identitaire pour les infirmières. Une réflexion approfondie sur nos résultats, appuyée sur des savoirs disciplinaires en sciences infirmières et en sciences sociales, souligne des dimensions essentielles à considérer pour poursuivre le développement du concept de pratique en sciences infirmières. Spécifiquement, notre thèse permet de réfléchir les concepts centraux de soin et d’environnement en sciences infirmières, en plus d’expliciter le caractère fondamental de deux autres composantes à intégrer dans nos conceptions disciplinaires de la pratique, soit les savoirs et les projets. Cette thèse démontre la pertinence de contribuer à la création d’un « réseau de savoirs » avec d’autres disciplines pour soutenir notre capacité de théoriser la pratique et de renforcer l’intervention en contexte de vulnérabilité sociale.

Évaluation du projet Hôpital promoteur de santé en contexte de périnatalité : analyse logique et analyse d’implantation

Problématique : Le concept d’« Hôpital promoteur de santé » (HPS) a émergé dans le sillon de la Charte d’Ottawa (1986) qui plaide notamment pour une réorientation des services de santé vers des services plus promoteurs de santé. Il cible la santé des patients, du personnel, de la communauté et de l’organisation elle-même. Dans le cadre de la réforme du système de santé au Québec qui vise à rapprocher les services de la population et à faciliter le cheminement de toute personne au sein d’un réseau local de services de santé et de services sociaux (RLS), l’adoption du concept HPS semble constituer une fenêtre d’opportunité pour les CHU, désormais inclus dans des réseaux universitaires intégrés de soins de santé et rattachés aux RLS, pour opérer des changements organisationnels majeurs. Face au peu de données scientifiques sur l’implantation des dimensions des projets HPS, les établissements de santé ont besoin d’être accompagnés dans ce processus par le développement de stratégies claires et d’outils concrets pour soutenir l’implantation. Notre étude porte sur le premier CHU à Montréal qui a décidé d’adopter le concept et d’implanter notamment un projet pilote HPS au sein de son centre périnatal. Objectifs : Les objectifs de la thèse sont 1) d’analyser la théorie d’intervention du projet HPS au sein du centre périnatal; 2) d’analyser l’implantation du projet HPS et; 3) d’explorer l’intérêt de l’évaluation développementale pour appuyer le processus d’implantation. Méthodologie : Pour mieux comprendre l’implantation du projet HPS, nous avons opté pour une étude de cas qualitative. Nous avons d’abord analysé la théorie d’intervention, en procédant à une revue de la littérature dans le but d’identifier les caractéristiques du projet HPS ainsi que les conditions nécessaires à son implantation. En ce qui concerne l’analyse d’implantation, notre étude de cas unique a intégré deux démarches méthodologiques : l’une visant à apprécier le niveau d’implantation et l’autre, à analyser les facteurs facilitants et les contraintes. Enfin, nous avons exploré l’intérêt d’une évaluation développementale pour appuyer le processus d’implantation. À partir d’un échantillonnage par choix raisonnés, les données de l’étude de cas ont été collectées auprès d’informateurs clés, des promoteurs du projet HPS, des gestionnaires, des professionnels et de couples de patients directement concernés par l’implantation du projet HPS au centre périnatal. Une analyse des documents de projet a été effectuée et nous avons procédé à une observation participante dans le milieu. Résultats : Le premier article sur l’analyse logique présente les forces et les faiblesses de la mise en oeuvre du projet HPS au centre périnatal et offre une meilleure compréhension des facteurs susceptibles d’influencer l’implantation. Le second article apprécie le niveau d’implantation des quatre dimensions du projet HPS. Grâce à la complémentarité des différentes sources utilisées, nous avons réussi à cerner les réussites globales, les activités partiellement implantées ou en cours d’implantation et les activités reposant sur une théorie d’intervention inadéquate. Le troisième article met en évidence l’influence des caractéristiques de l’intervention, des contextes externe et interne, des caractéristiques individuelles sur le processus d’implantation à partir du cadre d’analyse de l’implantation développé par Damschroder et al. (2009). Enfin, le dernier article présente les défis rencontrés par la chercheure dans sa tentative d’utilisation de l’évaluation développementale et propose des solutions permettant d’anticiper les difficultés liées à l’intégration des exigences de recherche et d’utilisation. Conclusion : Cette thèse contribue à enrichir la compréhension de l’implantation du projet HPS dans les établissements de santé et, particulièrement, en contexte périnatal. Les résultats obtenus sont intéressants pour les chercheurs et les gestionnaires d’hôpitaux ou d’établissements de santé qui souhaitent implanter ou évaluer les projets HPS dans leurs milieux.

Utilisation de systèmes d'information géographique pour l'évaluation des risques liés à la dégradation du pergélisol. Étude de cas : Tasiujaq, Nunavik, Québec

Les régions nordiques à pergélisol seront largement affectées par l'augmentation prévue des températures. Un nombre croissant d’infrastructures qui étaient autrefois construites avec confiance sur des sols gelés en permanence commencent déjà à montrer des signes de détérioration. Les processus engendrés par la dégradation du pergélisol peuvent causer des dommages importants aux infrastructures et entrainer des coûts élevés de réparation. En conséquence, le contexte climatique actuel commande que la planification des projets dans les régions nordiques s’effectue en tenant compte des impacts potentiels de la dégradation du pergélisol. Ce mémoire porte sur l’utilisation de systèmes d’information géographique (SIG) appliqués à l’évaluation du potentiel d’aménagement des territoires situés en milieu de pergélisol. En utilisant une approche SIG, l’objectif est d’élaborer une méthodologie permettant de produire des cartes d'évaluation des risques afin d’aider les collectivités nordiques à mieux planifier leur environnement bâti. Une analyse multi-échelle du paysage est nécessaire et doit inclure l'étude des dépôts de surface, la topographie, ainsi que les conditions du pergélisol, la végétation et les conditions de drainage. La complexité de l'ensemble des interactions qui façonnent le paysage est telle qu'il est pratiquement impossible de rendre compte de chacun d'eux ou de prévoir avec certitude la réponse du système suite à des perturbations. Ce mémoire présente aussi certaines limites liées à l’utilisation des SIG dans ce contexte spécifique et explore une méthode innovatrice permettant de quantifier l'incertitude dans les cartes d'évaluation des risques.

Les discours ruraux, urbains et périurbains du cinéma québécois

Ce projet s’intéresse aux représentations que fait le cinéma des territoires et à la manière dont ces représentations reflètent des grands enjeux socio-spatiaux. L’espace cinématographique devient une clé d’entrée pour l’analyse géographique. Cette analyse porte plus particulièrement sur les représentations que fait le cinéma québécois contemporain des espaces urbains, ruraux et périurbains. Les récits et les représentations spatiales qui les composent se positionnent souvent sur les enjeux socio-spatiaux, produits par l’histoire nationale et les processus socioéconomiques. La proposition d’analyser les représentations cinématographiques en lien avec le contexte socioéconomique vise deux principaux objectifs conceptuels. D’une part, elle s’intéresse à une meilleure compréhension du façonnement des discours sur l’espace, en ce qui a trait à leur émergence et leur négociation. D’autre part, l’analyse vise une définition élargie des espaces ruraux, urbains et périurbains contemporains, en révélant la complexité et simultanément, la simplification dont ils font l’objet, ainsi que les enjeux qui leurs sont associés. Il s’agit d’exploiter la cinématographie québécoise comme un outil d’analyse qui permet de dévoiler la diversité des discours socio-spatiaux. Des approches quantitatives et qualitatives d’interprétation des discours sont jumelées pour réaliser une analyse complète. La méthode retenue est l’analyse critique du discours (ACD), qui tient compte des rapports idéologiques et vise à la dénaturalisation du discours. En quelques mots, l’analyse consiste en l’identification de relations entre les représentations spatiales et le contexte socioéconomique duquel elles ont émergé. Le cadre opérationnel est constitué d’un corpus de 50 films québécois réalisés entre 1980-2008, « lus » à l’aide d’une grille de lecture originale et analysés avec des méthodes d’analyse spatiale et statistique, combinées à une interprétation qualitative. L’analyse quantitative révèle que le monde urbain et le monde rural sont souvent mis en opposition. Les films font de Montréal le principal pôle urbain, tandis que le reste du Québec est associé au milieu rural. Influencées par les flux culturels et économiques globaux, les représentations montréalaises suggèrent une ville fragmentée et continuellement en mouvement. En opposition à ces représentations urbaines, les cinéastes envisagent l’espace rural comme étant exempt de travail, axé sur le chez-soi et doté d’un esprit communautaire. Il est suggéré que la ville, toujours en croissance, restreint les possibilités d’un développement communautaire fort. Face à une ville transformée par la globalisation et en perte d’authenticité, une forme de régionalisme est observée. Ce dernier associe un ensemble de valeurs à une communauté ou à un territoire, afin de se distinguer devant des forces globalisantes qui semblent homogénéiser les valeurs. Pourtant, l’analyse quantitative laisse voir des contradictions au sein de chaque entité géographique ou milieu. L’analyse qualitative permet d’approfondir l’interprétation et révèle sept grands discours sur les espaces urbains et ruraux. Sont notamment identifiés des discours sur la contestation de la modernité urbaine, sur la réappropriation du milieu de vie par les citoyens et sur un espace rural parfois brutal. Cette analyse amène à conclure que la diversité des discours s’explique par l’hétérogénéité des pratiques socio-spatiales, qui remettent en question l’idée d’un discours national homogène. Cela témoigne de l’évolution et la négociation des regards que nous posons sur nos espaces. Au final, cette thèse contribue à une meilleure utilisation du matériel cinématographique comme support d’étude géographique en proposant une approche méthodologique claire et originale. Sur un plan conceptuel, elle rappelle la complexité et le dynamisme des représentations territoriales québécoises, ainsi que les stratégies de négociation des cinéastes face aux enjeux socio-spatiaux vécus dans la province.

La cinéphanie et sa réappropriation : l’«affect originel» et sa réactualisation par le fan, un spectateur néoreligieux

Thèse écrite grâce au financement du Fonds Québécois de la Recherche sur la Société et la Culture (FQRSC)

Carboxydothermus hydrogenoformans comme catalyseur biologique pour la conversion du monoxyde de carbone en hydrogène simultanément a la minéralisation de calcium et phosphate

La gazéification est aujourd'hui l'une des stratégies les plus prometteuses pour valoriser les déchets en énergie. Cette technologie thermo-chimique permet une réduction de 95 % de la masse des intrants et génère des cendres inertes ainsi que du gaz de synthèse (syngaz). Le syngaz est un combustible gazeux composé principalement de monoxyde de carbone (CO), d'hydrogène (H2) et de dioxyde de carbone (CO2). Le syngaz peut être utilisé pour produire de la chaleur et de l'électricité. Il est également la pierre angulaire d'un grand nombre de produits à haute valeur ajoutée, allant de l'éthanol à l'ammoniac et l'hydrogène pur. Les applications en aval de la production de syngaz sont dictées par son pouvoir calorifique, lui-même dépendant de la teneur du gaz en H2. L’augmentation du contenu du syngaz en H2 est rendu possible par la conversion catalytique à la vapeur d’eau, largement répandu dans le cadre du reformage du méthane pour la production d'hydrogène. Au cours de cette réaction, le CO est converti en H2 et CO2 selon : CO + H2O → CO2 + H2. Ce processus est possible grâce à des catalyseurs métalliques mis en contact avec le CO et de la vapeur. La conversion catalytique à la vapeur d’eau a jusqu'ici été réservé pour de grandes installations industrielles car elle nécessite un capital et des charges d’exploitations très importantes. Par conséquent, les installations de plus petite échelle et traitant des intrants de faible qualité (biomasse, déchets, boues ...), n'ont pas accès à cette technologie. Ainsi, la seule utilisation de leur syngaz à faible pouvoir calorifique, est limitée à la génération de chaleur ou, tout au plus, d'électricité. Afin de permettre à ces installations une gamme d’application plus vaste de leurs syngaz, une alternative économique à base de catalyseur biologique est proposée par l’utilisation de bactéries hyperthermophiles hydrogénogènes. L'objectif de cette thèse est d'utiliser Carboxydothermus hydrogenoformans, une bactérie thermophile carboxydotrophe hydrogénogène comme catalyseur biologique pour la conversion du monoxyde de carbone en hydrogène. Pour cela, l’impact d'un phénomène de biominéralisation sur la production d’H2 a été étudié. Ensuite, la faisabilité et les limites de l’utilisation de la souche dans un bioréacteur ont été évaluées. Tout d'abord, la caractérisation de la phase inorganique prédominante lorsque C. hydrogenoformans est inoculé dans le milieu DSMZ, a révélé une biominéralisation de phosphate de calcium (CaP) cristallin en deux phases. L’analyse par diffraction des rayons X et spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier de ce matériau biphasique indique une signature caractéristique de la Mg-whitlockite, alors que les images obtenues par microscopie électronique à transmission ont montré l'existence de nanotiges cristallines s’apparentant à de l’hydroxyapatite. Dans les deux cas, le mode de biominéralisation semble être biologiquement induit plutôt que contrôlé. L'impact du précipité de CaP endogène sur le transfert de masse du CO et la production d’H2 a ensuite été étudié. Les résultats ont été comparés aux valeurs obtenues dans un milieu où aucune précipitation n'est observée. Dans le milieu DSMZ, le KLa apparent (0.22 ± 0.005 min-1) et le rendement de production d’H2 (89.11 ± 6.69 %) étaient plus élevés que ceux obtenus avec le milieu modifié (0.19 ± 0.015 min-1 et 82.60 ± 3.62% respectivement). La présence du précipité n'a eu aucune incidence sur l'activité microbienne. En somme, le précipité de CaP offre une nouvelle stratégie pour améliorer les performances de transfert de masse du CO en utilisant les propriétés hydrophobes de gaz. En second lieu, la conversion du CO en H2 par la souche Carboxydothermus hydrogenoformans fut étudiée et optimisée dans un réacteur gazosiphon de 35 L. Parmi toutes les conditions opérationnelles, le paramètre majeur fut le ratio du débit de recirculation du gaz sur le débit d'alimentation en CO (QR:Qin). Ce ratio impacte à la fois l'activité biologique et le taux de transfert de masse gaz-liquide. En effet, au dessus d’un ratio de 40, les performances de conversion du CO en H2 sont limitées par l’activité biologique alors qu’en dessous, elles sont limitées par le transfert de masse. Cela se concrétise par une efficacité de conversion maximale de 90.4 ± 0.3 % et une activité spécifique de 2.7 ± 0.4 molCO·g–1VSS·d–1. Malgré des résultats prometteurs, les performances du bioréacteur ont été limitées par une faible densité cellulaire, typique de la croissance planctonique de C. hydrogenoformans. Cette limite est le facteur le plus contraignant pour des taux de charge de CO plus élevés. Ces performances ont été comparées à celles obtenues dans un réacteur à fibres creuses (BRFC) inoculé par la souche. En dépit d’une densité cellulaire et d’une activité volumétrique plus élevées, les performances du BRFC à tout le moins cinétiquement limitées quand elles n’étaient pas impactées par le transfert de masse, l'encrassement et le vieillissement de la membrane. Afin de parer à la dégénérescence de C. hydrogenoformans en cas de pénurie de CO, la croissance de la bactérie sur pyruvate en tant que seule source de carbone a été également caractérisée. Fait intéressant, en présence simultanée de pyruvate et de CO, C. hydrogenoformans n’a amorcé la consommation de pyruvate qu’une fois le CO épuisé. Cela a été attribué à un mécanisme d'inhibition du métabolisme du pyruvate par le CO, faisant ainsi du pyruvate le candidat idéal pour un système in situ de secours.

Développement de nouveaux sels Binol-imidazoliums : de la catalyse asymétrique aux applications biologiques

Le 1,1'-bi-2-naphtol ou Binol, présentant une chiralité axiale, est un ligand très utilisé en catalyse asymétrique. Au cours des vingt dernières années, le Binol a servi de synthon à l’élaboration de très nombreux ligands permettant la catalyse asymétrique de tous types de réactions, allant de l’hydrogénation, à l’alkylation, en passant par diverses réactions péricycliques. Le grand intérêt pour ce ligand vient de sa versatilité et des nombreuses possibilités de fonctionnalisation qu’il offre, permettant d’altérer ses propriétés catalytiques à volonté, aussi bien en modifiant son caractère électronique, qu’en introduisant des facteurs stériques autour du site catalytique. Parallèlement aux développements de la catalyse par des dérivés de Binol, le domaine des liquides ioniques a connu un intérêt croissant ces dernières années. Les liquides ioniques, sels dont le point de fusion est inférieur à 100°C, cumulent de nombreuses qualités convoitées : faible pression de vapeur, stabilité thermique et chimique et fort pouvoir de solvatation. Dû à ces propriétés, les liquides ioniques ont principalement été étudiés dans l’optique de développer une gamme de solvants recyclables. Alors que les propriétés des liquides ioniques sont facilement modulables en fonction de l’anion et du cation choisi, le concept de liquide ionique à tâche spécifique va plus loin et propose d’introduire directement, sur le cation ou l’anion, un groupement conférant une propriété particulière. En suivant cette approche, plusieurs ligands ioniques ont été rapportés, par simple couplage d’un cation organique à un ligand déjà connu. Étonnamment, le Binol a fait l’objet de très peu de travaux pour l’élaboration de ligands ioniques. Dans cette thèse, nous proposons l’étude d’une famille de composés de type Binol-imidazolium dont les unités Binol et imidazolium sont séparées par un espaceur méthylène. Différents homologues ont été synthétisés en variant le nombre d’unités imidazolium et leur position sur le noyau Binol, la longueur de la chaîne alkyle portée par les unités imidazolium et la nature du contre-anion. Après une étude des propriétés thermiques de ces composés, l’utilisation des Binol-imidazoliums en tant que ligands dans une réaction asymétrique d’éthylation d’aldéhydes aromatique a été étudiée en milieu liquide ionique. La réaction a été conduite en solvant liquide ionique dans le but de recycler aussi bien le ligand Binol-imidazolium que le solvant, en fin de réaction. Cette étude nous a permis de démontrer que la sélectivité de ces ligands ioniques dépend grandement de leur structure. En effet, seuls les Binols fonctionnalisés en positions 6 et 6’ permettent une sélectivité de la réaction d’éthylation. Alors que les dérivés de Binol fonctionnalisés en positions 3 et 3’ ne permettent pas une catalyse énantiosélective, il a déjà été rapporté que ces composés avaient la capacité de complexer des anions. D’autre part, il a déjà été rapporté par notre groupe, que les composés comportant des unités imidazolium pouvaient permettre le transport d’anions à travers des bicouches lipidiques en fonction de leur amphiphilie. Ceci nous a amenés à la deuxième partie de cette thèse qui porte sur les propriétés ionophores des Binols fonctionnalisés en positions 3 et 3’ par des unités imidazoliums. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l’étude de la relation structure-activité et au mécanisme de transport de ces composés. Le transport d’anions étant un processus clé dans la biologie cellulaire, l’activité biologique des composés présentant une activité ionophore dans des systèmes modèles (liposomes) a été étudiée par la suite. L’activité antibactérienne des nos composés a été testée sur quatre souches de bactéries. Il s’est avéré que les composés Binol-imidazolium sont actifs uniquement sur les bactéries Gram positives. Finalement, la cytotoxicité des composés présentant une activité antibactérienne a été étudiée sur des cellules humaines.

Regulation of gene expression in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires que l’on retrouve autant en eau douce qu’en milieu marin. Ils sont particulièrement connus pour causer des fleurs d’algues toxiques nommées ‘marée-rouge’, ainsi que pour leur symbiose avec les coraux et pour leur importante contribution à la fixation du carbone dans les océans. Au point de vue moléculaire, ils sont aussi connus pour leur caractéristiques nucléaires uniques, car on retrouve généralement une quantité immense d’ADN dans leurs chromosomes et ceux-ci sont empaquetés et condensés sous une forme cristalline liquide au lieu de nucléosomes. Les gènes encodés par le noyau sont souvent présents en multiples copies et arrangés en tandem et aucun élément de régulation transcriptionnelle, y compris la boite TATA, n’a encore été observé. L’organisation unique de la chromatine des dinoflagellés suggère que différentes stratégies sont nécessaires pour contrôler l’expression des gènes de ces organismes. Dans cette étude, j’ai abordé ce problème en utilisant le dinoflagellé photosynthétique Lingulodinium polyedrum comme modèle. L. polyedrum est d’un intérêt particulier, car il a plusieurs rythmes circadiens (journalier). À ce jour, toutes les études sur l’expression des gènes lors des changements circadiens ont démontrées une régulation à un niveau traductionnel. Pour mes recherches, j’ai utilisé les approches transcriptomique, protéomique et phosphoprotéomique ainsi que des études biochimiques pour donner un aperçu de la mécanique de la régulation des gènes des dinoflagellés, ceci en mettant l’accent sur l’importance de la phosphorylation du système circadien de L. polyedrum. L’absence des protéines histones et des nucléosomes est une particularité des dinoflagellés. En utilisant la technologie RNA-Seq, j’ai trouvé des séquences complètes encodant des histones et des enzymes modifiant les histones. L polyedrum exprime donc des séquences conservées codantes pour les histones, mais le niveau d’expression protéique est plus faible que les limites de détection par immunodétection de type Western. Les données de séquençage RNA-Seq ont également été utilisées pour générer un transcriptome, qui est une liste des gènes exprimés par L. polyedrum. Une recherche par homologie de séquences a d’abord été effectuée pour classifier les transcrits en diverses catégories (Gene Ontology; GO). Cette analyse a révélé une faible abondance des facteurs de transcription et une surprenante prédominance, parmi ceux-ci, des séquences à domaine Cold Shock. Chez L. polyedrum, plusieurs gènes sont répétés en tandem. Un alignement des séquences obtenues par RNA-Seq avec les copies génomiques de gènes organisés en tandem a été réalisé pour examiner la présence de transcrits polycistroniques, une hypothèse formulée pour expliquer le manque d’élément promoteur dans la région intergénique de la séquence de ces gènes. Cette analyse a également démontré une très haute conservation des séquences codantes des gènes organisés en tandem. Le transcriptome a également été utilisé pour aider à l’identification de protéines après leur séquençage par spectrométrie de masse, et une fraction enrichie en phosphoprotéines a été déterminée comme particulièrement bien adapté aux approches d’analyse à haut débit. La comparaison des phosphoprotéomes provenant de deux périodes différentes de la journée a révélée qu’une grande partie des protéines pour lesquelles l’état de phosphorylation varie avec le temps est reliées aux catégories de liaison à l’ARN et de la traduction. Le transcriptome a aussi été utilisé pour définir le spectre des kinases présentes chez L. polyedrum, qui a ensuite été utilisé pour classifier les différents peptides phosphorylés qui sont potentiellement les cibles de ces kinases. Plusieurs peptides identifiés comme étant phosphorylés par la Casein Kinase 2 (CK2), une kinase connue pour être impliquée dans l’horloge circadienne des eucaryotes, proviennent de diverses protéines de liaison à l’ARN. Pour évaluer la possibilité que quelques-unes des multiples protéines à domaine Cold Shock identifiées dans le transcriptome puissent moduler l’expression des gènes de L. polyedrum, tel qu’observé chez plusieurs autres systèmes procaryotiques et eucaryotiques, la réponse des cellules à des températures froides a été examinée. Les températures froides ont permis d’induire rapidement un enkystement, condition dans laquelle ces cellules deviennent métaboliquement inactives afin de résister aux conditions environnementales défavorables. Les changements dans le profil des phosphoprotéines seraient le facteur majeur causant la formation de kystes. Les phosphosites prédits pour être phosphorylés par la CK2 sont la classe la plus fortement réduite dans les kystes, une découverte intéressante, car le rythme de la bioluminescence confirme que l’horloge a été arrêtée dans le kyste.

Détermination de l’effet protecteur des liposomes non phospholipidiques à haute teneur en cholestérol

Nous démontrons qu'il est possible de former des bicouches fluides non phospholipides en milieu aqueux avec un mélange d'acide palmitique (PA), cholestérol (Chol) et sulfate de cholestérol (Schol) avec une proportion molaire de 30/28/42. Ces liposomes non phospholipidiques peuvent maintenir un gradient de pH (pHinterne 8 / pHexterne 6) sur une période 100 fois plus longue que les liposomes faits de 1-palmitoyl-2-oléoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (POPC) et de cholestérol (60/40 mol/mol). De plus, ces LUV non phospholipidiques protègent l'acide ascorbique d'un milieu oxydant (1 mM de fer (III)). Une fois piégé dans les liposomes, l'acide ascorbique présente une vitesse de dégradation similaire à celle obtenue en l'absence de fer(III). Ces performances illustrent la perméabilité exceptionnellement limitée de ces liposomes, ce qui implique qu'ils peuvent présenter des avantages comme nanocontenants pour certaines applications. D'autre part, des vésicules unilamellaires géantes (GUV pour Giant Unilamellar Vesicles) ont été formées à partir d'un mélange d'acide palmitique et de cholestérol (30/70 mol/mol). Ces GUV sont stables sur l'échelle de temps de semaines, elles ne s'agrègent pas et elles sont sensibles au pH. Afin d'établir la formation des GUV, l'imagerie par microscopie confocale à balayage laser a été utilisée. Deux sondes fluorescentes ont été utilisées: le rouge du Nile, une sonde hydrophobe qui s'insère dans le cœur hydrophobe des bicouches lipidiques, et la calcéine, une sonde hydrophile qui a été emprisonné dans le réservoir interne des GUV. Cette approche a permis l'observation des parois des GUV ainsi que de leur contenu. Ces résultats montrent la possibilité de former de nouveaux microcontenants à partir d'un mélange d'un amphiphile monoalkylé et de stérol.