Current millennium biotechniques for biomedical research on parasites and host-parasite interactions

The development of biotechnology in the last three decades has generated the feeling that the newest scientific achievements will deliver high standard quality of life through abundance of food and means for successfully combating diseases. Where the new biotechnologies give access to genetic information, there is a common belief that physiological and pathological processes result from subtle modifications of gene expression. Trustfully, modern genetics has produced genetic maps, physical maps and complete nucleotide sequences from 141 viruses, 51 organelles, two eubacteria, one archeon and one eukaryote (Saccharomices cerevisiae). In addition, during the Centennial Commemoration of the Oswaldo Cruz Institute the nearly complete human genome map was proudly announced, whereas the latest Brazilian key stone contribution to science was the publication of the Shillela fastidiosa genomic sequence highlythed on a Nature cover issue. There exists a belief among the populace that further scientific accomplishments will rapidly lead to new drugs and methodological approaches to cure genetic diseases and other incurable ailments. Yet, much evidence has been accumulated, showing that a large information gap exists between the knowledge of genome sequence and our knowledge of genome function. Now that many genome maps are available, people wish to know what are we going to do with them. Certainly, all these scientific accomplishments will shed light on many more secrets of life. Nevertheless, parsimony in the weekly announcements of promising scientific achievements is necessary. We also need many more creative experimental biologists to discover new, as yet un-envisaged biotechnological approaches, and the basic resource needed for carrying out mile stone research necessary for leading us to that "promised land"often proclaimed by the mass media.

The category 'natural' in the discourse of couples who used medically assisted procreation

As a constantly evolving set of complex biotechnologies, medically assisted procreation (MAP) jeopardises a category that seems to be taken for granted: that of 'natural'. What is 'natural' or not when MAP is used to procreate? What are the boundaries between a 'natural' and a 'non-natural' fertilisation? Drawing upon a dialogical approach to language and cognition, our study examined the semantic field of the category 'natural' as expressed in interviews between a psychiatrist and seven couples who resorted to MAP and had to decide whether to keep their frozen pre-embryonic cells (zygotes) for further procreation or to allow them be destroyed. We examined how these couples evoked the category 'natural' and showed that in their argumentation, the category 'natural' encompassed a wide variety of phenomena, which shifted the boundaries between the 'natural' and 'non-natural'. In so doing, the couples 'renaturalised' MAP, normalized it, moved the boundaries between what is legitimate or not, and showed their accountability. Hence, reference to the category 'natural' seemed to act both as an argumentative and a psychological resource in the elaboration of the person's experience in resorting to MAP.

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.

Genetics of cadmium hyperaccumulation variance in Thlaspi caerulescens natural populations from Switzerland

SUMMARY Heavy metal presence in the environment is a serious concern since some of them can be toxic to plants, animals and humans once accumulated along the food chain. Cadmium (Cd) is one of the most toxic heavy metal. It is naturally present in soils at various levels and its concentration can be increased by human activities. Several plants however have naturally developed strategies allowing them to grow on heavy metal enriched soils. One of them consists in the accumulation and sequestration of heavy metals in the above-ground biomass. Some plants present in addition an extreme strategy by which they accumulate a limited number of heavy metals in their shoots in amounts 100 times superior to those expected for a non-accumulating plant in the same conditions. Understanding the genetic basis of the hyperaccumulation trait - particularly for Cd - remains an important challenge which may lead to biotechnological applications in the soil phytoremediation. In this thesis, Thlaspi caerulescens J. & C. Presl (Brassicaceae) was used as a model plant to study the Cd hyperaccumulation trait, owing to its physiological and genetic characteristics. Twenty-four wild populations were sampled in different regions of Switzerland. They were characterized for environmental and soil parameters as well as intrinsic characteristics of plants (i.e. metal concentrations in shoots). They were as well genetically characterized by AFLPs, plastid DNA polymorphism and genes markers (CAPS and microsatellites) mainly developed in this thesis. Some of the investigated genes were putatively linked to the Cd hyperaccumulation trait. Since the study of the Cd hyperaccumulation in the field is important as it allows the identification of patterns of selection, the present work offered a methodology to define the Cd hyperaccumulation capacity of populations from different habitats permitting thus their comparison in the field. We showed that Cd, Zn, Fe and Cu accumulations were linked and that populations with higher Cd hyperaccumulation capacity had higher shoot and reproductive fitness. Using our genetic data, statistical methods (Beaumont & Nichols's procedure, partial Mantel tests) were applied to identify genomic signatures of natural selection related to the Cd hyperaccumulation capacity. A significant genetic difference between populations related to their Cd hyperaccumulation capacity was revealed based on somè specific markers (AFLP and candidate genes). Polymorphism at the gene encoding IRTl (Iron-transporter also participating to the transport of Zn) was suggested as explaining part of the variation in Cd hyperaccumulation capacity of populations supporting previous physiological investigations. RÉSUMÉ La présence de métaux lourds dans l'environnement est un phénomène préoccupant. En effet, certains métaux lourds - comme le cadmium (Cd) -sont toxiques pour les plantes, les animaux et enfin, accumulés le long de la chaîne alimentaire, pour les hommes. Le Cd est naturellement présent dans le sol et sa concentration peut être accrue par différentes activités humaines. Certaines plantes ont cependant développé des stratégies leur permettant de pousser sur des sols contaminés en métaux lourds. Parmi elles, certaines accumulent et séquestrent les métaux lourds dans leurs parties aériennes. D`autres présentent une stratégie encore plus extrême. Elles accumulent un nombre limité de métaux lourds en quantités 100 fois supérieures à celles attendues pour des espèces non-accumulatrices sous de mêmes conditions. La compréhension des bases génétiques de l'hyperaccumulation -particulièrement celle du Cd - représente un défi important avec des applications concrètes en biotechnologies, tout particulièrement dans le but appliqué de la phytoremediation des sols contaminés. Dans cette thèse, Thlaspi caerulescens J. & C. Presl (Brassicaceae) a été utilisé comme modèle pour l'étude de l'hyperaccumulation du Cd de par ses caractéristiques physiologiques et génétiques. Vingt-quatre populations naturelles ont été échantillonnées en Suisse et pour chacune d'elles les paramètres environnementaux, pédologique et les caractéristiques intrinsèques aux plantes (concentrations en métaux lourds) ont été déterminés. Les populations ont été caractérisées génétiquement par des AFLP, des marqueurs chloroplastiques et des marqueurs de gènes spécifiques, particulièrement ceux potentiellement liés à l'hyperaccumulation du Cd (CAPS et microsatellites). La plupart ont été développés au cours de cette thèse. L'étude de l'hyperaccumulation du Cd en conditions naturelles est importante car elle permet d'identifier la marque, éventuelle de sélection naturelle. Ce travail offre ainsi une méthodologie pour définir et comparer la capacité des populations à hyperaccumuler le Cd dans différents habitats. Nous avons montré que les accumulations du Cd, Zn, Fe et Cu sont liées et que les populations ayant une grande capacité d'hyperaccumuler le Cd ont également une meilleure fitness végétative et reproductive. Des méthodes statistiques (l'approche de Beaumont & Nichols, tests de Martel partiels) ont été utilisées sur les données génétiques pour identifier la signature génomique de la sélection naturelle liée à la capacité d'hyperaccumuler le Cd. Une différenciation génétique des populations liée à leur capacité d'hyperaccumuler le Cd a été mise en évidence sur certains marqueurs spécifiques. En accord avec les études physiologiques connues, le polymorphisme au gène codant IRT1 (un transporteur de Fe impliqué dans le transport du Zn) pourrait expliquer une partie de la variance de la capacité des populations à hyperaccumuler le Cd.

Analyse des modifications de la chromatine impliquées dans l'effet barrière de CTF1 aux télomères humains

Eukaryotic genomes are compartmentalized in different structural domains that can affect positively or negatively gene expression. These regions of euchromatin and heterochromatin are characterized by distinct histones marks which can facilitate or repress gene transcription. The chromatin environment represents thus one of the main problems to control gene expression in biotechnological applications or gene therapy, since its expression is affected by the chromatin neighboring its locus of insertion. Some chromatin regions like telomeres are composed of constitutive heterochromatin which leads to the telomeric position effect (TPE) that silences genes adjacent to the telomere. TPE is known to spread by the selfrecruitment of the SIR histone deacetylase complex from the telomere in S.cerevisiae, but the histone marks that are associated to telomeric chromatin in mammalian cells remain mostly unknown. The transcription factor CTF1 has shown antisilencing properties in mammalian cells and also a boundary activity against TPE in yeast cells when fused to the yeast Gal4 DNA binding domain. In the work presented here, we describe a dual-reporter system to assess the boundary activity of proteins such as CTF1 at human telomeres. When located between the two reporter genes, CTF1 shields the telomere distal gene from TPE, while the telomereproximal gene remains silenced by telomeric heterochromatin. The boundary activity of CTF1 is shown to act regardless its function of transcriptional activator, by opposition to the transcriptional activator VP16 which activates indifferently both transgenes. Moreover, this study shows that CTF1 boundary activity is linked to its H3 binding function, as expected from a chromatin remodeler. ChIP experiments showed that histone deacetylation is the main histone modification involved in gene silencing at mammalian cell telomeres. Distinctly to yeast cells, the histone deacetylation signal in human cells extented over a short range along the chromosome. CTF1 may help to block this propagation and therefore to restore histones acetylation level on telomere protected locus. Surprisingly, other histone marks such as trimethyl-H3K9 or trimethyl-H4K20 were found on telomere protected locus, while in another clone, unsilencing of telomere distal transgene was associated with recruitment of the histone variant H2A.Z. Thus, I conclude that CTF1 displays a chromatin boundary function which is independent of its transcriptional activity and therefore exhibit features required for use as chromatin insulator in biotechnological applications. RESUME Les génomes eucaryotes sont compartementalisés en domaines structurels qui peuvent affecter positivement ou négativement l'expression des gènes avoisinants. Ces régions dites d'euchromatine ou d'hétérochromatine sont caractérisées par des modifications posttraductionnelles des histones qui peuvent faciliter ou au contraire inhiber la transcription des gènes qui s'y trouvent. Ainsi, isoler un gène de son environnement chromatinien est problème fréquent lorsqu'il s'agit de contrôler son expression dans le cadre d'applications en biotechnologie ou encore en thérapie génique. Certaines régions de chromatine telles que les télomères sont composées d'hétérochromatine constitutive qui mène au silençage des gènes avoisinants. Cet effet de position télomérique (TPE) est connu dans la levure S.cerevisiae comme se propageant par auto-recrutement du complexe de déacétylation d'histone SIR, alors que peu de modifications de chromatine ont pu être associées à ce phénomène dans les cellules de mammifères. Le facteur de transcription CTF1 a montré des propriétés d'anti-silençage dans les cellules de mammifères, ainsi qu'une activité barrière contre le silençage télomérique dans les cellules de levures lorsqu'il est fusionné au domaine de liaison à l'ADN de la protéine de levure Gal4. Dans le travail présenté ci-après est décrit un système à deux gènes rapporteurs permettant de mesurer l'activité barrière de protéines telles que CTF1 aux télomères humains, et les modifications de chromatine qui y sont associées. Lorsque CTF1 est placé entre les deux gènes rapporteurs, le gène distant du télomère est protégé du silençage qui lui est associé, alors que le gène proche du télomère reste soumis à ce silençage induit par l'hétérochromatine télomérique. L'activité barrière de CTF1 est montrée ici comme agissant indépendamment de son activité transcriptionnelle, par opposition à l'activateur transcriptionnel VP16 qui active indifféremment les deux transgènes. En outre, cette étude appuie l'hypothèse stipulant que CTF1 agisse comme remodeleur chromatinien puisqu'elle démontre que son activité barrière est directement dépendante de son activité de liaison avec l'histone H3. De plus, des expériences d'immuno-précipitation de la chromatine démontrent que la déacétylation des histones est le majeur phénomène intervenant dans le silençage télomérique. Par opposition à la levure, ce signal de déacétylation ne se propage dans les cellules humaines que sur une courte distance le long du chromosome. CTF1 agit ainsi en bloquant cette propagation et en restaurant le niveau d'acétylation des histones sur le locus protégé du télomère. De manière surprenante et inattendue, d'autres modifications d'histones telles que 4 les H3K9 et H4K20 triméthylées sont aussi observées à ce locus, tandis le recrutement du variant H2A.Z peut aussi être suffisant à restaurer l'expression du gène distant du télomère. En terme de cette analyse, CTF1 exhibe ainsi une fonction de barrière chromatinienne qui exclue une activité transcriptionnelle non désirée - propriété qui est requise dans l'établissement des isolateurs visant à permettre le contrôle d'un transgène dans le cadre d'applications en biotechnologies.

Naturaliser la procréation médicalement assistée : sens commun et représentations en dialogue

La constante évolution des biotechnologies de la procréation médicalement assistée (PMA) introduit des nouveautés qui perturbent les représentations de la famille et du « naturel » de la procréation notamment. Ces nouveautés engendrent des préoccupations aussi bien sociales qu'individuelles sur la légitimité et les conditions du recours à la PMA. Partant d'une approche dialogique de la communication, du langage et de la cognition ainsi que de la théorie des représentations sociales, nous faisons l'hypothèse que ces perturbations sont traitées différemment selon l'activité communicative dans laquelle les individus sont engagés. Nous avons alors travaillé à partir de deux corpus de données relevant d'un type d'activité communicative différent : un corpus de presse, de l'ordre d'un discours générique, portant sur la grossesse dite « tardive » (post-ménopause) et un corpus d'entretiens de recherche, de l'ordre d'un discours singulier, avec des couples qui ont recouru à la PMA, et portant sur la cryoconservation des zygotes. Nous appuyant sur les méthodes de l'analyse thématique et de l'analyse de discours, nous centrons notre examen sur les représentations sociales de la maternité (corpus de presse) et du « naturel » (corpus d'entretiens). Nous analysons ce que ces discours permettent d'accomplir socialement, étudions le rapport qu'ils établissent à l'ordre social et symbolique et interrogeons leurs fonctions en termes de processus de « naturalisation » de la PMA. Nos résultats montrent que les nouveautés de la PMA forcent les individus à se (re)positionner dans le champ des valeurs et des normes, lis montrent aussi que, dans ce contexte, les représentations sociales existantes sont mobilisées de différentes manières en fonction des visées argumentatives poursuivies. Ceci impliquant, par ailleurs, si ce n'est une transformation, du moins un renouvellement des représentations. Ils indiquent en outre que, bien que le discours de presse et celui des entretiens ne servent pas exactement les mêmes objectifs, leurs effets de « naturalisation » de la PMA sont comparables en termes de (re)construction de la norme. D'un point de vue dialogique, ils permettent aussi d'avancer que les polémiques sociales et individuelles sont non seulement articulées mais se co-constituent. Ils témoignent aussi du fait que la référence au « naturel » renvoie, plus qu'à un problème de perturbation de la « nature », à l'idée d'une menace de l'ordre social et symbolique. De ce point de vue, les réflexions sur les pratiques de PMA méritent d'être menées par la psychologie sociale et les sciences humaines et sociales plus largement. -- The constant evolution of biotechnologies of medically assisted procreation (MAP) introduces novelties that disturb representations of the family and, notably, of what is considered « natural » in procreation. These novelties give rise to social and individual questions about the legitimacy and the conditions of the use of MAP. Drawing upon a dialogical approach to communication, language and cognition, as well as social representations theory, a hypothesis is advanced that these disturbances are handled differently, depending on the communicative activity individuals are engaged in. Two corpuses of data, representing different communicative activity types, were used: a press corpus, reflecting a generic discourse on "late" pregnancy (post-menopause), and a research interviews corpus, reflecting particular discourses developed by couples who used MAP and have cryopreserved zygotes. Using methods of thematic and discourse analysis, the study focuses on social representations of pregnancy (press corpus) and of the "natural" (interviews corpus). The analysis questions what these discourses enable to achieve socially, how they relate to the social and symbolic order, as well as their function in "naturalising" MAP. The results show that MAP novelties force individuals to (re)position themselves in the field of values and norms. They also show that, in this context, existing social representations are mobilised in different ways depending on the argumentative aims that are being pursued. This implies, if not a transformation, at minimum a renewal of representations. Additionally the results indicate that, although press and interviews discourses might not serve the same aims, their effects on "naturalising" MAP are comparable in terms of (re)constructing the norm. From a dialogical perspective, the findings also allow us to argue that social and individual polemics are not only articulated with one another but are effectively co-constituted. They also evidence the fact that the reference to the "natural" brings forth, more than a problem of disturbing "nature", a threat to the social and symbolic order. From this perspective, reflections on MAP practices deserve further attention within social psychology and social and human sciences at large.

Aproveitamento sustentável de biomassa e de recursos naturais na inovação química

Increased production of biomass is currently the only immediately accessible alternative for large-scale carbon sequestration and it can produce large amounts of food, fuel and raw materials for the chemical industry that can in turn growingly replace oil as a source of organic building blocks and also of hydrogen and sulfur. Development of processes for biomass and abundant minerals transformation into chemical raw materials should now benefit from large inputs from nanotechnologies, biotechnologies, information and micro-reactor technologies. Success in R&D&Innovation along this line can yield new products and processes needed to perform desirable functions within a sustainable development paradigm.

Insights on bovine genetic engineering and cloning

Transgenic technology has become an essential tool for the development of animal biotechnologies, and animal cloning through somatic cell nuclear transfer (SCNT) enabled the generation of genetically modified animals utilizing previously modified and selected cell lineages as nuclei donors, assuring therefore the generation of homogeneous herds expressing the desired modification. The present study aimed to discuss the use of SCNT as an important methodology for the production of transgenic herds, and also some recent insights on genetic modification of nuclei donors and possible effects of gene induction of pluripotency on SCNT.

Algorithmic Techniques in Gene Expression Processing. From Imputation to Visualization

The amount of biological data has grown exponentially in recent decades. Modern biotechnologies, such as microarrays and next-generation sequencing, are capable to produce massive amounts of biomedical data in a single experiment. As the amount of the data is rapidly growing there is an urgent need for reliable computational methods for analyzing and visualizing it. This thesis addresses this need by studying how to efficiently and reliably analyze and visualize high-dimensional data, especially that obtained from gene expression microarray experiments. First, we will study the ways to improve the quality of microarray data by replacing (imputing) the missing data entries with the estimated values for these entries. Missing value imputation is a method which is commonly used to make the original incomplete data complete, thus making it easier to be analyzed with statistical and computational methods. Our novel approach was to use curated external biological information as a guide for the missing value imputation. Secondly, we studied the effect of missing value imputation on the downstream data analysis methods like clustering. We compared multiple recent imputation algorithms against 8 publicly available microarray data sets. It was observed that the missing value imputation indeed is a rational way to improve the quality of biological data. The research revealed differences between the clustering results obtained with different imputation methods. On most data sets, the simple and fast k-NN imputation was good enough, but there were also needs for more advanced imputation methods, such as Bayesian Principal Component Algorithm (BPCA). Finally, we studied the visualization of biological network data. Biological interaction networks are examples of the outcome of multiple biological experiments such as using the gene microarray techniques. Such networks are typically very large and highly connected, thus there is a need for fast algorithms for producing visually pleasant layouts. A computationally efficient way to produce layouts of large biological interaction networks was developed. The algorithm uses multilevel optimization within the regular force directed graph layout algorithm.

Aspects of energetic substrate metabolism of in vitro and in vivo bovine embryos

Although the metabolism of early bovine embryos has not been fully elucidated, several publications have addressed this important issue to improve culture conditions for cattle reproductive biotechnologies, with the ultimate goal of producing in vitro embryos similar in quality to those developing in vivo. Here, we review general aspects of bovine embryo metabolism in vitro and in vivo, and discuss the use of metabolic analysis of embryos produced in vitro to assess viability and predict a viable pregnancy after transference to the female tract.

Liberté de la recherche et modification du génome humain : le cas du transfert d'ooplasme

"Mémoire présenté à la faculté des études supérieures en vue de l'obtention du grade de maîtrise en droit (LL.M.) option droit, biotechnologies et société"

Les registres médicaux et la confidentialité

"Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures en vue de l'obtention du grade de Maîtrise en LL.M. Droit - Recherche option Droit, Biotechnologies et Sociétés"

Encadrement normatif du dépistage par analyse de sérum maternel, une technique de dépistage prénatal

"Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures en vue de l'obtention du grade de maîtrise en droit (LL.M.) option Droit, biotechnologies et société"

L'effritement du consentement au profit d'une meilleure justice distributive de la recherche biomédicale avec des sujets humains : une étude comparative en situation d'urgence

"Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures en vue de l'obtention du grade de maîtrise en droit option Droit et Biotechnologies". Ce mémoire a été accepté à l'unanimité et classé parmi les 15% des mémoires de la discipline.

Le meilleur intérêt de l'enfant, les tests de paternité et le droit civil québécois

"Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures en vue de l'obtention du grade de maîtrise en Droit option Droit, Biotechnologies et Société"