Nietzsche's physiological philosophy of history

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Improvements in Fermentative Hydrogen Production through Physiological Manipulation and Metabolic Engineering

La production biologique d'hydrogène (H2) représente une technologie possible pour la production à grande échelle durable de H2 nécessaire pour l'économie future de l'hydrogène. Cependant, l'obstacle majeur à l'élaboration d'un processus pratique a été la faiblesse des rendements qui sont obtenus, généralement autour de 25%, bien en sous des rendements pouvant être atteints pour la production de biocarburants à partir d'autres processus. L'objectif de cette thèse était de tenter d'améliorer la production d'H2 par la manipulation physiologique et le génie métabolique. Une hypothèse qui a été étudiée était que la production d'H2 pourrait être améliorée et rendue plus économique en utilisant un procédé de fermentation microaérobie sombre car cela pourrait fournir la puissance supplémentaire nécessaire pour une conversion plus complète du substrat et donc une production plus grande d'H2 sans l'aide de l'énergie lumineuse. Les concentrations optimales d’O2 pour la production de H2 microaérobie ont été examinées ainsi que l'impact des sources de carbone et d'azote sur le processus. La recherche présentée ici a démontré la capacité de Rhodobacter capsulatus JP91 hup- (un mutant déficient d’absorption-hydrogénase) de produire de l'H2 sous condition microaérobie sombre avec une limitation dans des quantités d’O2 et d'azote fixé. D'autres travaux devraient être entrepris pour augmenter les rendements d'H2 en utilisant cette technologie. De plus, un processus de photofermentation a été créé pour améliorer le rendement d’H2 à partir du glucose à l'aide de R. capsulatus JP91 hup- soit en mode non renouvelé (batch) et / ou en conditions de culture en continu. Certains défis techniques ont été surmontés en mettant en place des conditions adéquates de fonctionnement pour un rendement accru d'H2. Un rendement maximal de 3,3 mols de H2/ mol de glucose a été trouvé pour les cultures en batch tandis que pour les cultures en continu, il était de 10,3 mols H2/ mol de glucose, beaucoup plus élevé que celui rapporté antérieurement et proche de la valeur maximale théorique de 12 mols H2/ mol de glucose. Dans les cultures en batch l'efficacité maximale de conversion d’énergie lumineuse était de 0,7% alors qu'elle était de 1,34% dans les cultures en continu avec un rendement de conversion maximum de la valeur de chauffage du glucose de 91,14%. Diverses autres approches pour l'augmentation des rendements des processus de photofermentation sont proposées. Les résultats globaux indiquent qu'un processus photofermentatif efficace de production d'H2 à partir du glucose en une seule étape avec des cultures en continu dans des photobioréacteurs pourrait être développé ce qui serait un processus beaucoup plus prometteur que les processus en deux étapes ou avec les co-cultures étudiés antérieurément. En outre, l'expression hétérologue d’hydrogenase a été utilisée comme une stratégie d'ingénierie métabolique afin d'améliorer la production d'H2 par fermentation. La capacité d'exprimer une hydrogénase d'une espèce avec des gènes de maturation d'une autre espèce a été examinée. Une stratégie a démontré que la protéine HydA orpheline de R. rubrum est fonctionnelle et active lorsque co-exprimée chez Escherichia coli avec HydE, HydF et HydG provenant d'organisme différent. La co-expression des gènes [FeFe]-hydrogénase structurels et de maturation dans des micro-organismes qui n'ont pas une [FeFe]-hydrogénase indigène peut entraîner le succès dans l'assemblage et la biosynthèse d'hydrogénase active. Toutefois, d'autres facteurs peuvent être nécessaires pour obtenir des rendements considérablement augmentés en protéines ainsi que l'activité spécifique des hydrogénases recombinantes. Une autre stratégie a consisté à surexprimer une [FeFe]-hydrogénase très active dans une souche hôte de E. coli. L'expression d'une hydrogénase qui peut interagir directement avec le NADPH est souhaitable car cela, plutôt que de la ferrédoxine réduite, est naturellement produit par le métabolisme. Toutefois, la maturation de ce type d'hydrogénase chez E. coli n'a pas été rapportée auparavant. L'opéron hnd (hndA, B, C, D) de Desulfovibrio fructosovorans code pour une [FeFe]-hydrogénase NADP-dépendante, a été exprimé dans différentes souches d’E. coli avec les gènes de maturation hydE, hydF et hydG de Clostridium acetobutylicum. L'activité de l'hydrogénase a été détectée in vitro, donc une NADP-dépendante [FeFe]-hydrogénase multimérique active a été exprimée avec succès chez E. coli pour la première fois. Les recherches futures pourraient conduire à l'expression de cette enzyme chez les souches de E. coli qui produisent plus de NADPH, ouvrant la voie à une augmentation des rendements d'hydrogène via la voie des pentoses phosphates.

Cholinergic enhancement of perceptual learning : behavioral, physiological, and neuro-pharmacological study in the rat primary visual cortex

Les cortices sensoriels sont des régions cérébrales essentielles pour la perception. En particulier, le cortex visuel traite l’information visuelle en provenance de la rétine qui transite par le thalamus. Les neurones sont les unités fonctionnelles qui transforment l'information sensorielle en signaux électriques, la transfèrent vers le cortex et l'intègrent. Les neurones du cortex visuel sont spécialisés et analysent différents aspects des stimuli visuels. La force des connections entre les neurones peut être modulée par la persistance de l'activité pré-synaptique et induit une augmentation ou une diminution du signal post-synaptique à long terme. Ces modifications de la connectivité synaptique peuvent induire la réorganisation de la carte corticale, c’est à dire la représentation de ce stimulus et la puissance de son traitement cortical. Cette réorganisation est connue sous le nom de plasticité corticale. Elle est particulièrement active durant la période de développement, mais elle s’observe aussi chez l’adulte, par exemple durant l’apprentissage. Le neurotransmetteur acétylcholine (ACh) est impliqué dans de nombreuses fonctions cognitives telles que l’apprentissage ou l’attention et il est important pour la plasticité corticale. En particulier, les récepteurs nicotiniques et muscariniques du sous-type M1 et M2 sont les récepteurs cholinergiques impliqués dans l’induction de la plasticité corticale. L’objectif principal de la présente thèse est de déterminer les mécanismes de plasticité corticale induits par la stimulation du système cholinergique au niveau du télencéphale basal et de définir les effets sur l’amélioration de la perception sensorielle. Afin d’induire la plasticité corticale, j’ai jumelé des stimulations visuelles à des injections intracorticales d’agoniste cholinergique (carbachol) ou à une stimulation du télencéphale basal (neurones cholinergiques qui innervent le cortex visuel primaire). J'ai analysé les potentiels évoqués visuels (PEVs) dans le cortex visuel primaire des rats pendant 4 à 8 heures après le couplage. Afin de préciser l’action de l’ACh sur l’activité des PEVs dans V1, j’ai injecté individuellement l’antagoniste des récepteurs muscariniques, nicotiniques, α7 ou NMDA avant l’infusion de carbachol. La stimulation du système cholinergique jumelée avec une stimulation visuelle augmente l’amplitude des PEVs durant plus de 8h. Le blocage des récepteurs muscarinique, nicotinique et NMDA abolit complètement cette amélioration, tandis que l’inhibition des récepteurs α7 a induit une augmentation instantanée des PEVs. Ces résultats suggèrent que l'ACh facilite à long terme la réponse aux stimuli visuels et que cette facilitation implique les récepteurs nicotiniques, muscariniques et une interaction avec les récepteur NMDA dans le cortex visuel. Ces mécanismes sont semblables à la potentiation à long-terme, évènement physiologique lié à l’apprentissage. L’étape suivante était d’évaluer si l’effet de l’amplification cholinergique de l’entrée de l’information visuelle résultait non seulement en une modification de l’activité corticale mais aussi de la perception visuelle. J’ai donc mesuré l’amélioration de l’acuité visuelle de rats adultes éveillés exposés durant 10 minutes par jour pendant deux semaines à un stimulus visuel de type «réseau sinusoïdal» couplé à une stimulation électrique du télencéphale basal. L’acuité visuelle a été mesurée avant et après le couplage des stimulations visuelle et cholinergique à l’aide d’une tâche de discrimination visuelle. L’acuité visuelle du rat pour le stimulus d’entrainement a été augmentée après la période d’entrainement. L’augmentation de l’acuité visuelle n’a pas été observée lorsque la stimulation visuelle seule ou celle du télencéphale basal seul, ni lorsque les fibres cholinergiques ont été lésées avant la stimulation visuelle. Une augmentation à long terme de la réactivité corticale du cortex visuel primaire des neurones pyramidaux et des interneurones GABAergiques a été montrée par l’immunoréactivité au c-Fos. Ainsi, lorsque couplé à un entrainement visuel, le système cholinergique améliore les performances visuelles pour l’orientation et ce probablement par l’optimisation du processus d’attention et de plasticité corticale dans l’aire V1. Afin d’étudier les mécanismes pharmacologiques impliqués dans l’amélioration de la perception visuelle, j’ai comparé les PEVs avant et après le couplage de la stimulation visuelle/cholinergique en présence d’agonistes/antagonistes sélectifs. Les injections intracorticales des différents agents pharmacologiques pendant le couplage ont montré que les récepteurs nicotiniques et M1 muscariniques amplifient la réponse corticale tandis que les récepteurs M2 muscariniques inhibent les neurones GABAergiques induisant un effet excitateur. L’infusion d’antagoniste du GABA corrobore l’hypothèse que le système inhibiteur est essentiel pour induire la plasticité corticale. Ces résultats démontrent que l’entrainement visuel jumelé avec la stimulation cholinergique améliore la plasticité corticale et qu’elle est contrôlée par les récepteurs nicotinique et muscariniques M1 et M2. Mes résultats suggèrent que le système cholinergique est un système neuromodulateur qui peut améliorer la perception sensorielle lors d’un apprentissage perceptuel. Les mécanismes d’amélioration perceptuelle induits par l’acétylcholine sont liés aux processus d’attention, de potentialisation à long-terme et de modulation de la balance d’influx excitateur/inhibiteur. En particulier, le couplage de l’activité cholinergique avec une stimulation visuelle augmente le ratio de signal / bruit et ainsi la détection de cibles. L’augmentation de la concentration cholinergique corticale potentialise l’afférence thalamocorticale, ce qui facilite le traitement d’un nouveau stimulus et diminue la signalisation cortico-corticale minimisant ainsi la modulation latérale. Ceci est contrôlé par différents sous-types de récepteurs cholinergiques situés sur les neurones GABAergiques ou glutamatergiques des différentes couches corticales. La présente thèse montre qu’une stimulation électrique dans le télencéphale basal a un effet similaire à l’infusion d’agoniste cholinergique et qu’un couplage de stimulations visuelle et cholinergique induit la plasticité corticale. Ce jumelage répété de stimulations visuelle/cholinergique augmente la capacité de discrimination visuelle et améliore la perception. Cette amélioration est corrélée à une amplification de l’activité neuronale démontrée par immunocytochimie du c-Fos. L’immunocytochimie montre aussi une différence entre l’activité des neurones glutamatergiques et GABAergiques dans les différentes couches corticales. L’injection pharmacologique pendant la stimulation visuelle/cholinergique suggère que les récepteurs nicotiniques, muscariniques M1 peuvent amplifier la réponse excitatrice tandis que les récepteurs M2 contrôlent l’activation GABAergique. Ainsi, le système cholinergique activé au cours du processus visuel induit des mécanismes de plasticité corticale et peut ainsi améliorer la capacité perceptive. De meilleures connaissances sur ces actions ouvrent la possibilité d’accélérer la restauration des fonctions visuelles lors d’un déficit ou d’amplifier la fonction cognitive.

STUDIES ON THE PHYSIOLOGICAL AND BIOCHEMICAL ASPECTS OF OSMOREGULATION IN TWO INTERTIDAL BIVALVE MOLLUSCS

Division of Marine Biology, Microbiology and Biochemistry, School of Marine Sciences, Cochin University of Science and Technology

Physiological and Genetic Diversity Studies on Regeneration of Santalum Album L.

S. album L. is the source of highly priced and fragrant heartwood which on steam distillation yields on an average 57 per cent oil of high perfumery value. Global demand for sandalwood is about 5000-6000 tons/year and that of oil is 100 tons/year. Heartwood of sandal is estimated to fetch up to Rs. 3.7 million/ton and wood oil Rs.70,000-100,000/ kg in the international market. Sandal heartwood prices have increased from Rs. 365/ton in 1900 to Rs. 6.5 lakhs/ton in 1999-2000 and to Rs. 37 lakhs/ton in 2007. Substantial decline in sandalwood production has occurred from 3176 tons/year during 1960-‘ 65 to 1500 tons/year in 1997-98, and to 500 tons/year in 2007.Depletion of sandal resources is attributed to several factors, both natural and anthropogenic. Low seed setting, poor seed germination, seedling mortality, lack of haustorial connection with host plant roots, recurrent annual fires in natural sandal forests, lopping of trees for fodder, excessive grazing, hacking, encroachments, seedling diseases and spread of sandal spike disease are the major problems facing sandal. While these factors hinder sandal regeneration in forest areas, the situation is accelerated by human activities of chronic overexploitation and illicit felling.Deterioration of natural sandal populations due to illicit felling, encroachments and diseases has an adverse effect on genetic diversity of the species. The loss of genetic diversity has aggravated during recent years due to extensive logging, changing landuse patterns and poor natural regeneration. The consequent genetic erosion is of serious concern affecting tree improvement programme in sandal. Conservation as well as mass propagation are the two strategies to be given due importance. To initiate any conservation programme, precise knowledge of the factors influencing regeneration and survival of the species is essential. Hence, the present study was undertaken with the objective of investigating the autotrophic and parasitic phase of sandal seedlings growth, the effects of shade on morphology, chlorophyll concentration and chlorophyll fluorescence of sandal seedlings, genetic diversity in sandal seed stands using ISSR markers, and the diversity of fungal isolates causing sandal seedling wilt using RAPD markers. All these factors directly influence regeneration and survival of sandal seedlings in natural forests and plantations.

Synthesis, characterization and kinetic studies on complex formed between amantadine hydrochloride and sodium molybdate at physiological pH

The title reaction was undertaken to establish the interaction between amantadine and molybdate at physiological pH. Identical FTIR spectra, TG-DTA curves and CHN data of the complexes formed from three solutions at pH 1.5, 7.4 and 8.0 indicate that the same complex was formed at all the three pHs. The FTIR spectrum shows shift in peaks corresponding to primary amino group of the drug due to coordination to molybdate. An octahedral geometry is assigned to the complex. The kinetics of the complexation has been studied at low concentrations of the reactants using UV-visible spectrophotometry. At pH 7.4, the initial rate varies linearly with [molybdate]. A plot of initial rate versus [drug] is linear passing through origin. These results indicate that the drug and molybdate react at pH 7.4 even at low concentrations. At pH 1.5, the rate increases linearly with increase in [drug] but decreases with [molybdate]. The effect of pH and ionic strength on the rate of the reaction has also been studied. A suitable mechanism has been proposed for the reaction. Reaction between the drug and molybdate even at low concentrations and the fact that the amino group of amantadine required to be free for its function as antiviral, is bound to molybdate in the complex suggests that simultaneous administration of the drug and molybdate supplements should be avoided.

Nutritional studies in juvenile penaeus indicus with fererence to protein and vitamin requirements

Man in his quest to explore food has turned towards the oceans and during the last five decades there has been phenomenal increase in the exploitation of the marine fisheries resources. The present study is carried out to determine the requirement of protein and water-soluble vitamins in the diet of juveniles of the Indian white prawn p.indicus using purified diets and to evaluate the nutritive value of a few plant and animal protein sources for the same species. A total of ten statistically designed experiments are conducted in the laboratory undermost identical conditions and following similar methodologies. The study also tries to suggest the essential and optimal requirements for protein as well as water-soluble vitamins in the diet of juvenile p.indicus

Physiological effects of copper (II) on sunetta scripta L.

In India industrial pollution has become a subject of increasing concern.Incidents of industrial pollution have been reported from many parts of the country. Cochin, the collection site of the present study, being the industrial capital of Kerela is also a harbour, is vulnerable to pollution by trace metal contaminants. In the recent times, pollutants of greatest concern in the aquatic environment are those which are persistent such as toxic heavy metals and the chlorinated hydrocarbons which include insecticides and pesticides.The animals collected from the clam bed situated on the northern side af Cochin bermouth are subject to wide fluctuations in salinity both seasonal and tidal. also; salinity is considered as an important parameter influencing the.-physiological functioning of an organism. Hence, the salinity tolerance of the animal is worked out. Considering the potential vulnerability of Cochin backwaters to heavy metal pollution, the impact of heavy metal copper (II) on the bivalve Sunetta sripta was conceived. Static bioassays were conducted for the determination of the sublethal concentrations of the metal as a preliminary step towards the toxicity studies. Oxygen consumption and filtration rate which are considered as reliable sublethal toxicity indices were employed for investigating the toxic effects of the metal. Bioaccumulation, a physiological phenomenon which can be of importance from the public health point of view, and also in the assessment of environmental quality is also dealt with.

Nutritional Requirements Of The Fry Of Gold-Spot Mullet Liza Parsa (Hamilton)

Most tropical aquatic environments are naturally fertile and their natural fertility is renewed very rapidly. Natural food for many cultivable organisms can be grown to the maximum by proper management. However, enrichment of the environment can be done through rational fertilization. Still further increase in stocking rates, can yield increased crop if adequate feeding is done. Thus fish and shellfish nutrition is an important aspect of the multidisciplinary subject of aquaculture. The oldest and most classical studies in physiology have investigated the nutritional needs of the species of interest to aquaculture. The alimentary requirements for proteins, lipids, mineral salts and vitamins have been established for some temperate species. But, the nutritional requirements of only few tropical species have been studied. Before formulating a diet, a thorough knowledge of the nutrient requirement of the species is essential. It is against this background that the present area of investigation has been identified. "Nutritional requirements of the fry of gold-spot mullet Liza parsia" is a comprehensive attempt to quantify the nutritional factors that are essential for producing healthy fingerlings for stocking the farms. Aspects such as the protein and lipid requirements of the fry, the vitamin essentiality, nutritive evaluation of protein and lipid sources suitable for compounding diets were covered in this research project. The ultimate aim has been to evolve practical diets which could be applied in the nursery phase for juvenile production.

Physiological Effects Of Some Heavy Metals On Perna Viridis (Linnaeus)

No serious attempt has so far been made in India to make use of the ‘Mussel watch’ concept as a useful tool for pollution monitoring of the marine and estuarine environment. The recently conducted 'National seminar on mussel watch’ by the Cochin University of Science and Technology (13-14 Feb, 1986) discussed the technical aspects related to mussel watch programme and the application of sentinel organism concept to the coastal areas of India. It is well known that the biological and physiological characteristics of the organism inhabiting tropical waters such as those prevailing in India, and the ecological as well as the environmental characteristics of temperate areas, where mussel watch programmes are already in existence differ greatly. So it is essential to adopt the techniques and standards developed for temperate species to the situations and conditions in India. In this context it is a prerequisite to collect information on physiology and other biological indices of stress of possible sentinel organisms like P.viridis. In consideration of the above, P. viridis which is a potential sentinel organism, is selected for the present study

Studies on the evaluation of different sources of proteins, carbohydrates and mineral requirements for juvenile penaeid prawn Penaeus Indicus H. Milne Edwards

In India, directed research on penaeid prawn nutrition was taken up only recently when the aquaculture of prawns gained momentum. One of the important penaeid prawns sought for culture and has great potential is Penagus indiggs, H.Milne Edwards. The Central Marine Fisheries Research Institute working on different aspects of culture of this species over the past one and half decades, has developed a hatchery technology for mass production of its seed and has suggested several improvements on its farming in the grow-out systems. One of the areas of active research in this direction has been on the nutrition of the species with a view to develop suitable feed not only for hatchery production of seed, but also in the field culture. As part of this investigation, the present study, on the evaluation of different protein and carbohydrate sources and mineral requirements for the juvenile E, indicus was taken up and the results obtained are embodied in the thesis

Biochemical and physiological characteristics of actinomycetes isolated from high altitude shola soils of tropical Montane forest

Actinomycetes are gram-positive, free-living, saprophytic bacteria widely distributed in soil, water and colonizing plants showing marked chemical and morphological diversity. They are potential source of many bioactive compounds, which have diverse clinical effects and important applications in human medicine. In the present work, we have studied some of the physiological and biochemical characteristics of 36 actinomycete strains isolated from the shola soils of tropical montane forest; a relatively unexplored biodiversity hotspot. Ability of actinomycetes isolates to ferment and produce acids from various carbohydrate sources such as innositol, mannose, sorbitol, galactose, mannitol, xylose, rhamnose, arabinose, lactose and fructose were studied. Almost all the carbon compounds were utilized by one or other actinomycete isolates. The most preferred carbon sources were found to be xylose (94.44%) followed by fructose and mannose (91.66%). Only 41.76% of the isolates were able to ferment lactose. The ability of actinomycetes isolates to decompose protein and amino acid differ considerably. 72.22% of the isolates were able to decompose milk protein casein and 61.11% of the isolates decompose tyrosine. Only 8.33% of the strains were able to decompose amino acid hypoxanthine and none of them were able to decompose amino acid xanthine. Potential of the actinomycetes isolates to reduce esculin, urea and hippurate and to resist lysozyme was also checked. 91.66% of the isolates showed ability to decompose esculin and 63.88% of the isolates had the capacity to produce urease and to decompose urea. Only 25% of the isolate were able to decompose hippurate and 94.44% showed lysozyme resistance