Biotechnology to improve health in developing countries: a review

The growing health disparities between the developing and the developed world call for urgent action from the scientific community. Science and technology have in the past played a vital role in improving public health. Today, with the tremendous potential of genomics and other advances in the life sciences, the contribution of science to improve public health and reduce global health disparities is more pertinent than ever before. Yet the benefits of modern medicine still have not reached millions of people in developing countries. It is crucial to recognize that science and technology can be used very effectively in partnership with public health practices in developing countries and can enhance their efficacy. The fight to improve global health needs, in addition to effective public health measures, requires rapid and efficient diagnostic tools; new vaccines and drugs, efficient delivery methods and novel approaches to therapeutics; and low-cost restoration of water, soil and other natural resources. In 2002, the University of Toronto published a report on the "Top 10 Biotechnologies for Improving Health in Developing Countries". Here we review these new and emerging biotechnologies and explore how they can be used to support the goals of developing countries in improving health.

New human kallikrein 14: enzymatic characterization and inhibitors development.

RESUME DESTINE A UN LARGE PUBLIC En biologie, si une découverte permet de répondre à quelques questions, en général elle en engendre beaucoup d'autres. C'est ce qui s'est produit récemment dans le monde des kallicréines. De la famille des protéases, protéines ayant la faculté de couper plus ou moins spécifiquement d'autres protéines pour exercer un rôle biologique, la famille des kallicréines humaines n'était composée que de 3 membres lors du siècle dernier. Parmi eux, une kallicréine mondialement utilisée pour détecter le cancer de la prostate, le PSA. En 2000, un chercheur de l'hôpital universitaire Mont Sinaï à Toronto, le Professeur Eleftherios Diamandis, a découvert la présence de 12 nouveaux gènes appartenant à cette famille, situés sur le même chromosome que les 3 premières kallicréines. Cette découverte majeure a placé les spécialistes des kallicréines face à une montagne d'interrogations car les fonctions de ces nouvelles protéases étaient totalement inconnues. La kallicréine humaine 14 (hK14) présente un intérêt particulier, car elle se retrouve associée à différents cancers, notamment les carcinomes ovariens et mammaires. Cette association ne répond cependant pas à la fonction de cette protéase. L'objectif de ce travail de thèse était donc de découvrir, dans un premier temps, la spécificité de cette nouvelle kallicréine, c'est-à-dire le type de coupure qu'elle engendre au niveau des protéines qu'elle cible. Utilisant une technologie de pointe qui exploite la propriété des bactériophages à se répliquer dans les bactéries à l'infini, des dizaines de millions de combinaisons protéiques aléatoires ont été présentées à hK14, qui a pu sélectionner celles qui lui étaient favorables pour la coupure. Cette technique qualitative porte le nom de Phage Display Substrate. Une fois la sélection réalisée, il fallait transférer ces séquences coupées ou substrats dans un système permettant de donner une valeur quantitative à l'efficacité de coupure. Pour cela nous avons développé une technologie qui permet d'évaluer cette efficacité en utilisant des protéines fluorescentes de méduse, modifiées génétiquement, dont l'excitation de la première (CFP : cyan fluorescent protein) par la lumière à une certaine longue d'onde permet le transfert d'énergie à la seconde (YFP : yellow fluorescent protein), via un substrat qui les lie. Pour que ce transfert d'énergie se produise, il faut que les deux protéines fluorescentes soient proches, comme c'est le cas lorsqu'elles sont liées par un substrat. La coupure de ce lien provoque un changement de transfert d'énergie qui est quantifiable en utilisant un spectrofluoromètre. Cette technologie permet donc de suivre la réaction d'hydrolyse (coupure) des protéases. Afin de poursuivre certaines expériences permettant de mieux comprendre la fonction biologique d'hK14 ainsi que son éventuelle implication dans le cancer, nous avons développé des inhibiteurs spécifiques d'hK14. Les séquences qui on été le plus efficacement coupées par hK14 ont été utilisées pour transformer deux types d'inhibiteurs classiques, qui circulent dans notre sang, en inhibiteurs d'hK14 hautement efficaces et spécifiques. Selon les résultats obtenus in vitro, ils pourront être évalués in vivo en tant que traitement potentiel contre le cancer. RESUME Les protéases sont des enzymes impliquées dans des processus physiologiques mais aussi parfois pathologiques. La famille des kallicréines tissulaires humaines représente le plus grand groupe de protéases humaines, dont plusieurs pourraient participer au développement de certaines maladies. D'autre part, ces protéases sont apparues comme des marqueurs de pathogénicité potentiels, notamment dans les cas de cancers hormono-dépendants. La kallicréine humaine 14 a été récemment découverte et son implication dans quelques maladies, particulièrement dans le cas de tumeurs, semble probable. En effet, son expression génique est augmentée au niveau des tissus cancéreux de la prostate et du sein et son expression protéique s'est révélée plus élevée dans le sérum de patientes atteintes d'un cancer du sein ou des ovaires. Cependant, comme c'est le cas pour la plupart des kallicréines, sa fonction est encore inconnue. Afin de mieux connaître son rôle biologique et/ou pathologique, nous avons décidé de caractériser son activité enzymatique. Nous avons tout d'abord mis au point un système de substrats entièrement biologique permettant d'étudier in vitro l'activité des protéases. Ce système est basé sur le phénomène de FRET, à savoir le transfert d'énergie de résonance fluorescente qui intervient entre deux molécules fluorescentes voisines si le spectre d'émission de la protéine donneuse chevauche le spectre d'excitation de la protéine receveuse. Nous avons fusionné de manière covalente une protéine fluorescente bleue (CFP) et une jaune (YFP) en les liant avec diverses séquences. Par clivage de la séquence de liaison, une perte du transfert d'énergie peut être mesurée par un spectrofluoromètre. Cette technologie représente un moyen facile de suivre la réaction d'hydrolyse des protéases. Les conditions optimales de production de ces substrats CFP-YFP ont été déterminées, de même que les paramètres pouvant éventuellement influencer le FRET. Ce système possède une grande résistance à la protéolyse non spécifique et est applicable à un grand nombre de protéase. Contrairement aux substrats fluorogéniques, il permet d'étudier les acides aminés se trouvant des deux côtés du site de clivage. Ce système étant entièrement biologique, il est le reflet des interactions protéine-protéine et représente un outil biologique facile, bon marché et rapide pour caractériser les protéases. Dans un premier temps, hK14 a été mise en présence d' une banque de haute diversité de pentapeptides aléatoires présentée à la surface de phages afin d'identifier des substrats spécifiques. Ensuite, le système CFP-YFP a été employé pour trier les peptides sélectionnés afin d'identifier les séquences de substrats les plus sensibles et spécifiques pour hK14. Nous avons montré, qu'en plus de sa prévisible activité de type trypsine, hK14 possède aussi une très surprenante activité de type chymotrypsine. Les séquences les plus sensibles ont été choisies pour cribler la banque de donnée Swissprot, permettant ainsi l'identification de 6 substrats protéiques humains potentiels pour hK14. Trois d'entre eux, la laminine α-5, le collagène IV et la matriline-4, qui sont des composants de la matrice extracellulaire, ont démontré une grande susceptibilité à l'hydrolyse par hK14. De plus, la séparation éléctrophorétique a montré que la dégradation de la laminine α-5 et de la matriline-4 par hK14 devait se produire aux sites identifiés par la technologie du phage display. Pour terminer, nous avons transformé, par mutagenèse dirigée, deux serpines (inhibiteurs de protéases de type sérine) connues, AAT et ACT (alpha anti-trypsine et alpha anti-chymotrypsine), qui inhibent un vaste éventail d'enzymes humaines en inhibiteurs d'hK14 hautement efficaces et spécifiques. Ces inhibiteurs pourront être utilisés d'une part pour poursuivre certaines expériences permettant de mieux comprendre l'implication d'hK14 dans des voies physiologiques ou dans le cancer et d'autre part pour les évaluer in vivo en tant que traitement potentiel contre le cancer. SUMMARY Proteases consist of enzymes involved in physiological events, but also, in case of dysregulation, in pathogenicity. The human tissue kallikrein family represents the largest human protease cluster and includes several members that either could participate in the course of certain diseases or emerged as potential biological markers, especially in hormone dependent cancers. The human kallikrein 14 has been recently discovered and suggested implications in some disorders, particularly in tumors since its gene expression is up-regulated in prostate and breast cancer tissues and its protein expression increased in the serum of patients with breast and ovarian cancers. However, like most kallikreins, its function remains unknown. To better understand hK14 biological and/or pathological role, we decided to characterize its enzymatic activity. First of all, we developped a biological system suitable for in vitro study of protease activity. This system is based on the so-called FRET phenomenon, that is the Fluorescence Resonance Energy Transfer that occurs between two nearby fluorescent proteins if the emission spectrum of the donor overlaps the excitation spectrum of the acceptor. We fused covalently a cyan fluorescent protein (CFP) and a yellow fluorescent protein (YFP) with diverses sequences. Upon cleavage of the linker sequence by protease, the loss of energy transfer can be measured by a spectrofluorometer allowing an easy following of hydrolysis reaction. The optimal conditions to produce in bacterial system these CFP-YFP substrates were determined as well as the parameters that could eventually influence the FRET. This system demonstrated a high degree of resistance to non-specific proteolysis and applicability to various conditions corresponding to a great number of existing proteases. Other avantages are the possibility to study the amino acids located both sides of the cleavage site as well as the interest to work in a full biological system reflecting protein-protein interaction. A phage substrate library with exhaustive diversity was used prior to CFP-substrate-YFP system to isolate specific human kallikrein 14 substrates. After that the CFP-YFP system was used to sort peptides and identify highly sensitive and specific substrate sequences for hK14. We showed that besides its predictable trypsin-like activity, hK14 also possesses a surprising chymotrypsin-like activity. The screening of the Swissprot database was achieved with the most sensitive sequences and allowed the identification of 6 potential human protein substrates for hK14. Three of them, laminin α-5, collagen IV and matrilin-4, which are components of the extracellular matrix were incubated with hK14, by which they were efficiently hydrolyzed. Moreover, electrophoretic separation revealed that degradation of laminin α-5 and matrilin-4 by hK14 generated fragments with identical molecular size than the predicted N-terminal fragments that would result from hK14 specific cleavage, proving the value of phage display substrate to identify potential substrates. Finally, with site-directed mutagenesis, we transformed two well-known serpins (serine protease inhibitors), AAT and ACT (alpha anti-trypsin and alpha anti-chymotrypsin), which inhibit a vast spectrum of human enzymes into highly efficient and specific hK14 inhibitors. These inhibitors will be used to pursue experiments that could help understand hK14 implication in physiological pathways as well as in cancer biology and also to perform their in vivo evalution as potential cancer treatment.

Personality and repeated suicide attempts in dependent adolescents and young adults.

This study compared personality characteristics of subjects with dependence disorders who had previously made a suicide attempt. The population, recruited in France, Belgium, and Switzerland, was composed of 570 subjects (225 females, 345 males, mean age = 27.3, SD = 8.5). The subjects' psychological dimensions were investigated by means of several self-report questionnaires including: BDI-13 (Beck), Sensation-Seeking Scale (Zuckerman), Toronto Alexithymia Scale (Taylor), Interpersonal Dependency Inventory (Hirschfeld), MMPI-2, and some additional scales. For most dimensions, repeat attempters, both past and recent, but more specifically the recent repeaters, had a more severe psychological profile compared to the other suicide attempters.

Sequential estimation of time-varying multipath channel for MIMO-OFDM systems

In this paper, we introduce a pilot-aided multipath channel estimator for Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) systems. Typical estimation algorithms assume the number of multipath components and delays to be known and constant, while theiramplitudes may vary in time. In this work, we focus on the more realistic assumption that also the number of channel taps is unknown and time-varying. The estimation problem arising from this assumption is solved using Random Set Theory (RST), which is a probability theory of finite sets. Due to the lack of a closed form of the optimal filter, a Rao-Blackwellized Particle Filter (RBPF) implementation of the channel estimator is derived. Simulation results demonstrate the estimator effectiveness.

Large-system analysis of a CDMA dynamic channel under a Markovian input process

We study the minimum mean square error (MMSE) and the multiuser efficiency η of large dynamic multiple access communication systems in which optimal multiuser detection is performed at the receiver as the number and the identities of active users is allowed to change at each transmission time. The system dynamics are ruled by a Markov model describing the evolution of the channel occupancy and a large-system analysis is performed when the number of observations grow large. Starting on the equivalent scalar channel and the fixed-point equation tying multiuser efficiency and MMSE, we extend it to the case of a dynamic channel, and derive lower and upper bounds for the MMSE (and, thus, for η as well) holding true in the limit of large signal–to–noise ratios and increasingly large observation time T.

Generalized low-density codes with BCH constituents for full-diversity near-outage performance

A new graph-based construction of generalized low density codes (GLD-Tanner) with binary BCH constituents is described. The proposed family of GLD codes is optimal on block erasure channels and quasi-optimal on block fading channels. Optimality is considered in the outage probability sense. Aclassical GLD code for ergodic channels (e.g., the AWGN channel,the i.i.d. Rayleigh fading channel, and the i.i.d. binary erasure channel) is built by connecting bitnodes and subcode nodes via a unique random edge permutation. In the proposed construction of full-diversity GLD codes (referred to as root GLD), bitnodes are divided into 4 classes, subcodes are divided into 2 classes, and finally both sides of the Tanner graph are linked via 4 random edge permutations. The study focuses on non-ergodic channels with two states and can be easily extended to channels with 3 states or more.

Revitalização da Marginal do Mindelo

As relações das cidades com suas frentes de água (waterfront) têm-se tornado tema de grande actualidade do urbanismo contemporâneo. A revitalização de zonas, urbano-portuárias subutilizados é parte desse movimento e elemento paradigmático das políticas urbanísticas mais avançadas das cidades portuárias modernas. Reflectir sobre esses processos buscando parale-los para o contexto da cidade do Mindelo é a base principal desta dissertação. Desta forma, esta dissertação tem como tema de desenvolvimento “os espaços públicos e a revitalização da antiga área portuária e da faixa da marginal”.

L'utilisation de l'Evangile de Thomas dans la recherche actuelle sur les paroles de Jésus

(Résumé de l'ouvrage) Ce volume regroupe des travaux menés sur le Jésus de l'histoire par des spécialistes de cette question fondatrice. Celle-ci connait, en effet, de vigoureuses impulsions dues à l'application de nouvelles méthodologies aux effets inattendus: sociologie du judaisme ancien, anthropologie des sociétés agraires, utilisation des écrits apocryphes chrétiens. Pour la première fois, des savants mondialement réputés sont présentés en français tels John S. Kloppenborg (Toronto) ou Ed P. Sanders (Durham). L'ouvrage est construit en sept parties: l'état de la recherche, le judaisme au temps de Jésus, le coeur de la théologie de Jésus, la tradition extracanonique chrétienne et la question du Jésus historique, Jésus dans le Nouveau Testament, les lectures juives de Jésus, le Jésus historique et la théologie.

Jésus de Nazareth. Nouvelles approches d'une énigme

Ce volume rassemble des travaux présentés récemment dans le cadre d'un programme de recherches des universités de Suisse romande. Savants européens et américains font ici le point sur les développements les plus récents de la recherche sur le Jésus de l'histoire. Celle-ci connaît, actuellement, de vigoureuses impulsions dues à l'application de nouvelles méthodologies: sociologie du judaïsme ancien, étude des sociétés agraires, utilisation des écrits apocryphes chrétiens. Les effets sont inattendus; ils nous conduisent à revisiter le rapport de Jésus au judaïsme, les raisons de sa mort, le coeur de son message. Pour la première fois, des savants mondialement réputés sont présentés en français: John S. Kloppenborg (Toronto), Ed. P. Sanders (Durham) ou V. Fusco (Naples), par exemple. L'ouvrage est construit en sept parties: l'état de la recherche; le judaïsme au temps de Jésus; le coeur de la théologie de Jésus; la tradition extracanonique chrétienne et la question du Jésus historique; Jésus dans le Nouveau Testament; les lectures juives de Jésus; le Jésus historique et la théologie.

Changing healthcare: stakeholder perceptions of the burden of chronic disease and the value of teams, measurements and communication.

Canadian healthcare is changing. Over the course of the past decade, the Health Care in Canada Survey (HCIC) has annually measured the reactions of the public and professional stakeholders to many of these change forces. In HCIC 2008, for the first time, the public's perception of their health status and all stakeholders' views of the burden and effective management of chronic diseases were sought. Overall, Canadians perceive themselves as healthy, with 84% of adults reporting good-to-excellent health. However, good health decreased with age as the occurrence of chronic illness rose, from 12% in the age group 18-24 to 65% for the population =65 years. More than 70% of all stakeholders were strongly or somewhat supportive of the implementation of coordinated care, or disease management programs, to improve the care of patients with chronic illnesses. Concordant support was also expressed for key disease management components, including coordinated interventions to improve home, community and self-care; increased wellness promotion; and increased use of clinical measurements and feedback to all stakeholders. However, there were also important areas of non-concordance. For example, the public and doctors consistently expressed less support than other stakeholders for the value of team care, including the use of non-physician professionals to provide patient care; increased patient involvement in decision-making; and the use of electronic health records to facilitate communication. The actual participation in disease management programs averaged 34% for professionals and 25% for the public. We conclude that chronic diseases are common, age-related and burdensome in Canada. Disease management or coordinated intervention often delivered by teams is also relatively common, despite its less-than-universal acceptance by all stakeholders. Further insights are needed, particularly into the variable perceptions of the value and efficacy of team-delivered healthcare and its important components.