Genomic variation in recombination patterns : implications for disease and cancer

Durant la méiose, il se produit des échanges réciproques entre fragments de chromosomes homologues par recombinaison génétique. Les chromosomes parentaux ainsi modifiés donnent naissance à des gamètes uniques. En redistribuant les mutations génétiques pour générer de nouvelles combinaisons, ce processus est à l’origine de la diversité haplotypique dans la population. Dans cette thèse, je présente des résultats décrivant l’implication de la recombinaison méiotique dans les maladies chez l’humain. Premièrement, l'analyse statistique de données de génotypage de familles québécoises démontre une importante hétérogénéité individuelle et sexe-spécifique des taux de recombinaisons. Pour la première fois chez l’humain, nous avons observé que le taux de recombinaison maternel diminue avec l'âge de la mère, un phénomène potentiellement impliqué dans la régulation du taux d’aneuploïdie associé à l’âge maternel. Ensuite, grâce à l’analyse de données de séquençage d’exomes de patients atteints de leucémie et de ceux de leurs parents, nous avons découvert une localisation anormale des évènements de recombinaison chez les enfants leucémiques. Le gène PRDM9, principal déterminant de la localisation des recombinaisons chez l’humain, présente des formes alléliques rares dans ces familles. Finalement, en utilisant un large spectre de variants génétiques identifiés dans les transcriptomes d’individus Canadiens Français, nous avons étudié et comparé le fardeau génétique présent dans les régions génomiques à haut et à faible taux de recombinaison. Le fardeau génétique est substantiellement plus élevé dans les régions à faible taux de recombinaison et nous démontrons qu’au niveau individuel, ce fardeau varie selon la population humaine. Grâce à l’utilisation de données génomiques de pointe pour étudier la recombinaison dans des cohortes populationnelles et médicales, ce travail démontre de quelle façon la recombinaison peut affecter la santé des individus.

Approches bio-informatiques appliquées aux technologies émergentes en génomique

Les études génétiques, telles que les études de liaison ou d’association, ont permis d’acquérir une plus grande connaissance sur l’étiologie de plusieurs maladies affectant les populations humaines. Même si une dizaine de milliers d’études génétiques ont été réalisées sur des centaines de maladies ou autres traits, une grande partie de leur héritabilité reste inexpliquée. Depuis une dizaine d’années, plusieurs percées dans le domaine de la génomique ont été réalisées. Par exemple, l’utilisation des micropuces d’hybridation génomique comparative à haute densité a permis de démontrer l’existence à grande échelle des variations et des polymorphismes en nombre de copies. Ces derniers sont maintenant détectables à l’aide de micropuce d’ADN ou du séquençage à haut débit. De plus, des études récentes utilisant le séquençage à haut débit ont permis de démontrer que la majorité des variations présentes dans l’exome d’un individu étaient rares ou même propres à cet individu. Ceci a permis la conception d’une nouvelle micropuce d’ADN permettant de déterminer rapidement et à faible coût le génotype de plusieurs milliers de variations rares pour un grand ensemble d’individus à la fois. Dans ce contexte, l’objectif général de cette thèse vise le développement de nouvelles méthodologies et de nouveaux outils bio-informatiques de haute performance permettant la détection, à de hauts critères de qualité, des variations en nombre de copies et des variations nucléotidiques rares dans le cadre d’études génétiques. Ces avancées permettront, à long terme, d’expliquer une plus grande partie de l’héritabilité manquante des traits complexes, poussant ainsi l’avancement des connaissances sur l’étiologie de ces derniers. Un algorithme permettant le partitionnement des polymorphismes en nombre de copies a donc été conçu, rendant possible l’utilisation de ces variations structurales dans le cadre d’étude de liaison génétique sur données familiales. Ensuite, une étude exploratoire a permis de caractériser les différents problèmes associés aux études génétiques utilisant des variations en nombre de copies rares sur des individus non reliés. Cette étude a été réalisée avec la collaboration du Wellcome Trust Centre for Human Genetics de l’University of Oxford. Par la suite, une comparaison de la performance des algorithmes de génotypage lors de leur utilisation avec une nouvelle micropuce d’ADN contenant une majorité de marqueurs rares a été réalisée. Finalement, un outil bio-informatique permettant de filtrer de façon efficace et rapide des données génétiques a été implémenté. Cet outil permet de générer des données de meilleure qualité, avec une meilleure reproductibilité des résultats, tout en diminuant les chances d’obtenir une fausse association.

Assessment of meat authenticity using bioinformatics, targeted peptide biomarkers and high-resolution mass spectrometry

In recent years, we observed a significant increase of food fraud ranging from false label claims to the use of additives and fillers to increase profitability. Recently in 2013, horse and pig DNA were detected in beef products sold from several retailers. Mass spectrometry has become the workhorse in protein research and the detection of marker proteins could serve for both animal species and tissue authentication. Meat species authenticity will be performed using a well defined proteogenomic annotation, carefully chosen surrogate tryptic peptides and analysis using a hybrid quadrupole-Orbitrap mass spectrometer. Selected mammalian meat samples were homogenized, proteins were extracted and digested with trypsin. The samples were analyzed using a high-resolution mass spectrometer. The chromatography was achieved using a 30 minutes linear gradient along with a BioBasic C8 100 × 1 mm column at a flow rate of 75 µL/min. The mass spectrometer was operated in full-scan high resolution and accurate mass. MS/MS spectra were collected for selected proteotypic peptides. Muscular proteins were methodically analyzed in silico in order to generate tryptic peptide mass lists and theoretical MS/MS spectra. Following a comprehensive bottom-up proteomic analysis, we were able to detect and identify a proteotypic myoglobin tryptic peptide [120-134] for each species with observed m/z below 1.3 ppm compared to theoretical values. Moreover, proteotypic peptides from myosin-1, myosin-2 and -hemoglobin were also identified. This targeted method allowed a comprehensive meat speciation down to 1% (w/w) of undesired product.

Prevalence et caracterisation de Staphylococcus aureus resistant a la methicilline d'origine aviaire au Quebec

Le Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM) est un enjeu majeur en santé publique. Il est responsable d’une grande variété d’infections. Les “Livestock Associated-MRSA” (LA-MRSA) sont des SARM ayant comme origine les animaux de production tels le porc ou la volaille. Ils constituent un risque de transmission à l’humain via la chaîne alimentaire. Les LA-MRSA peuvent former du biofilm ce qui augmente leur tolérance aux stress environnementaux. Le biofilm est partiellement régulé par le système Agr. Il n’existe aucune donnée sur les ‘LA-MRSA’ d’origine aviaire au Québec. Les objectifs de ce projet étaient : (i) de déterminer la prévalence de ces SARM dans la viande de poulet et le poulet à griller de la province de Québec et (ii) de caractériser les isolats retrouvés. La collecte d’échantillons s’est effectuée dans 43 épiceries (309 cuisses et pilons de poulet) et dans deux abattoirs (échantillons nasaux et fécaux de 200 poulets) de la Montérégie. La prévalence de SARM a été évaluée à 1.29% (IC 95%: 0.35-3.28) et 0% dans la viande et les oiseaux respectivement. Les isolats testés se sont révélés résistants aux bêta-lactamines (n=15), à la tétracycline (n=10), à l’oxytétracycline (n=10), à la spectinomycine (n=10) et à la tobramycine (n=1). Le typage a révélé deux clones différents (ST398-V, n=10; et ST8-IVa ’USA300’, n=5). La présence de gènes de résistance aux antibiotiques (blaZ, blaR, blaI, erm(A), lnu(A), aad(D), fosB, tet(K), tet(L) et spc) ainsi que plusieurs gènes codant pour l’évasion du système immunitaire (IEC), la production de toxines ou encore pour la production de biofilm ont aussi été détectés. Une forte production de biofilm a été observée pour la majorité des isolats (n=11) à l’exception de certains isolats ST398. Le taux d’expression du système Agr n’a révélé aucune différence particulière entre les SARM testés. Pour conclure, nos données indiquent une faible prévalence de SARM chez la volaille et la viande de poulet. Les isolats ont été catégorisés en deux génotypes, dont un portant plus de gènes de résistance aux antibiotiques (ST398) et l’autre possédant plus de gènes de virulence (ST8).

lncidence of enterotoxigenic Staphylococcus aureus in relation to the microbial safety of seafood

A detailed study was made on the microbial quality, with special reference to food safety, of the fish and fishery products in the retail trade in Cochin and around. Also, farmed molluscan shellfishes like mussels and oysters were investigated for the microbial quality including the presence of pathogenic bacteria. Special stress has been given to monitor the incidence of coagulase positive as well as coagulase negative Staphylococcus in these products and their relative incidence have been recorded.In the next part, the investigation was centered mainly on toxigenic S.aureus. This is because among the Gram positive toxigenic bacteria, the Saureus with potential to produce thermostable enterotoxins are more relavent in food safety conceming seafoods in comparison with the Gram-negative pathogens like Salmonella and V.cholerae.The incidence, toxigenic potential and conditions of toxin production by S.aureus have been investigated in detail. An attempt has also been made to relate the toxigenisis with the presence of the concerned toxigenic genes in the genomes of S. aureus strains.

Biofilm Forming Multi Drug Resistant Staphylococcus spp. Among Patients with Conjunctivitis

Biofilm forming multidrug resistant Staphylococcus spp. are major reservoirs for transmission of ophthalmic infections. They were isolated from ocular patients suffering from conjunctivitis. In this study we analyzed biofilm forming ability, antibiotic resistance profile of the Staphylococcus spp. isolated from clinical ocular patients, and their phylogenetic relationship with other community MRSA. Sixty Staphylococcus spp. strains isolated from clinical subjects were evaluated for their ability to form biofilm and express biofilm encoding ica gene. Among them 93% were slime producers and 87% were slime positive. Staphylococcus aureus and S. epidermidis were dominant strains among the isolates obtained from ocular patients. The strains also exhibited a differential biofilm formation quantitatively. Antibiotic susceptibility of the strains tested with Penicillin G, Ciprofloxacin, Ofloxacin, Methicillin, Amikacin, and Gentamicin indicated that they were resistant to more than one antibiotic. The amplicon of ica gene of strong biofilm producing S. aureus strains, obtained by polymerase chain reaction, was sequenced and their close genetic relationship with community acquired MRSA was analyzed based on phylogenetic tree. Our results indicate that they are genetically close to other community acquired MRSA

Bioinformatics & Operational Research

Challenges for Web Science - applications in Bio & OR

Genotyping Klebsiella pneumoniae isolated from hepatic abscesses in three patients from Bogota, Colombia

Pyogenic liver abscess caused by Klebsiella pneumoniae represents an ever increasing entity which has mainly been described as occurring in Asia, even though, on a smaller scale, cases are being more frequently described from the USA and Europe, 13% overall mortality being reached worldwide. Affected patients are severely sick, suffering from fever, sweating, having increased acute phase reactants and risk factors such as Diabetes Mellitus, alcoholism and the inherent characteristics of the bacteria causing the disease. Objective: in this work we used a Multilocus Sequencing Typing (MLST), a nucleotide sequence-based method in order to characterize the genetic relationships among bacterial isolates. Materials and methods: the report is focused on three cases involving patients suffering from pyogenic liver abscess caused by Klebsiella pneumoniae in two hospitals in Bogota, Colombia, where phenotyping and hypermucoviscosity studies were carried out, as well as the genotyping of cultured Klebsiella isolates. Reults: it was found that the isolated microorganism in cases I and II corresponded to the same K. pneumoniae strain, having 100% sequence identity for the 5 genes being studied while the strain in Case III was genotypically different. Conclusion: it is important to carry out multidisciplinary studies allowing all pyogenic liver abscess cases reported in Colombia to be complied to ascertain the frequency of microorganisms causing this pathology in our country, as well as a genotyping study of different K. pneumoniae strains to compare them and confirm clonal and pathogenicity relationships through housekeeping gene analysis.

Infecciones recurrentes por staphylococcus aureus en paciente con piercing nasal asociado al estado de portador: estudio de caso

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Characterization of resistance in vitro to different antimicrobial in strains of Staphylococcus spp. in a hospital of the city of Valledupar between January and July 2009

The Staphylococcus spp. they can cause a wide range of infections systemic and located in community and hospital patients. Its high pathogenicity and growing resistance to multiple antimicrobials including methicillin, causes high morbiditymortality rates, causing a high epidemiological impact. Objective: to determine the phenotypic profile of resistance to different antimicrobials in strains of the genus Staphylococcus spp. Materials and methods: collected 75 strains and determined them susceptibility to different antibiotics by the Kirby-Bauer method. The production of betalactamasecheck using the nitrocefin test. (Resistance to Methicillin in S. aureus was conductedusing Mueller Hinton with 4% NaCl and oxacillin 6 μg/mL). Inducible clindamycin resistance tamizo by D-Test test. Results: they were isolated by 38% of staphylococcus coagulase negative (SNA) and 62% of S. aureus. 53% were penicillin resistant staphylococci: S. aureus with 58% and 42% SNA. 47% of the strains showed resistance to methicillin: S. aureus with 61% and SNA with 39%. A strain of S. aureus showed inducible resistance to clindamycin (1.33%). Coagulase negative staphylococci were isolated mostly from blood samples (31%), blood (29%), tip of catheter (5%) and came mostly from neonatal ICU (25%), medical (21%) and surgery (16%).Conclusions: S. aureus and SNA were isolated with greater frequency in blood and wounds from surgery and neonatal ICU. The predominant resistance phenotypes were penicillin and oxacillin.

Variación del estado de portador de Staphylococcus aureus en una población de estudiantes de medicina

Para evaluar en estudiantes de medicina la variación del estado de portador de Staphylococcus aureus y su resistencia antimicrobiana, antes y después de la práctica clínica, se realizó un estudio longitudinal en una cohorte de 159 estudiantes de cuarto y noveno semestre universitario. Se tomaron muestras de las zonas periamigdalianas y/o pared posterior de orofaringe, de las fosas nasales y las manos, se cultivaron en agar sangre de cordero al 5% y se incubaron en aerobiosis a 37°C, durante 48 horas. La identificación de Staphylococcus aureus se realizó según las características macroscópicas y pruebas bioquímicas. La susceptibilidad a los antimicrobianos se evaluó mediante el método de difusión de disco, por la técnica de Kirby-Bauer, siguiendo las normas internacionales del Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI), con los siguientes antimicrobianos: ciprofloxacina, vancomicina, oxacilina, cefalotina,clindamicina y rifampicina. La edad promedio de los alumnos de cuarto semestre fue 19,1±1,2 años y el género femenino fue 2/1 más frecuente que el masculino. Se analizaron la presencia de antecedentes como: infecciones, alergias, estado de fumador, otras patologías no infecciosas, uso de antibióticos en los últimos tres meses y procedimientos quirúrgicos u hospitalizaciones seis meses previos a la toma de las muestras. No hubo relación significativa entre la incidencia del estado de portador y los antecedentes estudiados. Se observó un aumento significativo del 15,1%, con respecto al grupo de estudiantes de cuarto semestre, en el estado de portador de S. aureus en el grupo de estudiantes de noveno semestre, después de haber estado expuestos durante tres años al ambiente hospitalario, (p=0,001 Test exacto de Mc Nemar). De los portadores, el 16,4% presentó la bacteria en manos (p<0,001), el 13,8% en fosas nasales (p=0,0015) y el 3,2% en faringe. Por otra parte,el 35,8% de los portadores presentó persistencia, de los cuales el 25,2% fue en fosas nasales; el 4,4%, en faringe y el 3,8% en manos. En cuanto a la resistencia a los antimicrobianos, el 1,9% de las cepas aisladas de los estudiantes de cuarto semestre presentó resistencia: una a ciprofloxacina y dos a clindamicina (tres estudiantes). Por su parte, el 2,5% de las cepas aisladas de estudiantes de noveno semestre fue resistente: una a cefalotina, ciprofloxacina, oxacilina y clindamicina, una a cefalotina y oxacilina y dos a clindamicina (cuatro estudiantes). En el 1,3% del grupo estudiado se aislaron cepas de Staphylococcus aureus Resistentes a la Meticilina (MRSA, por sus siglas en inglés). Estos resultados no muestran diferencias significativas (p=1.000). 

Búsqueda de selección en el polimorfismo 677C>T (c.665C>T) del gen de la metilentetrahidrofolato reductasa (MTHFR) en una población Colombiana

Se realizó un estudio genético – poblacional en dos grupos etarios de población colombiana con la finalidad de evaluar las diferencias genéticas relacionadas con el polimorfismo MTHFR 677CT en busca de eventos genéticos que soporten la persistencia de este polimorfismo en la especie humana debido que este ha sido asociado con múltiples enfermedades. De esta manera se genotipificaron los individuos, se analizaron los genotipos, frecuencias alélicas y se realizaron diferentes pruebas genéticas-poblacionales. Contrario a lo observado en poblaciones Colombianas revisadas se identificó la ausencia del Equilibrio Hardy-Weinberg en el grupo de los niños y estructuras poblacionales entre los adultos lo que sugiere diferentes historias demográficas y culturales entre estos dos grupos poblacionales al tiempo, lo que soporta la hipótesis de un evento de selección sobre el polimorfismo en nuestra población. De igual manera nuestros datos fueron analizados junto con estudios previos a nivel nacional y mundial lo cual sustenta que el posible evento selectivo es debido a que el aporte de ácido fólico se ha incrementado durante las últimas dos décadas como consecuencia de las campañas de fortificación de las harinas y suplementación a las embarazadas con ácido fólico, por lo tanto aquí se propone un modelo de selección que se ajusta a los datos encontrados en este trabajo se establece una relación entre los patrones nutricionales de la especie humana a través de la historia que explica las diferencias en frecuencias de este polimorfismo a nivel espacial y temporal.  

Carga viral de seis tipos de Virus del Papiloma Humano de alto riesgo y su asociacion con lesiones cervicales

Introducción: La infección por un tipo de Virus del Papiloma Humano de alto riesgo (VPH-AR), es el factor principal en el desarrollo de Cáncer de Cérvix (CC). La carga viral puede modular esta asociación, por lo que resulta importante su cuantificación y el establecimiento de su relación con lesiones precursoras de CC. Metodología: 60 mujeres con lesiones escamosas intraepiteliales (LEI) y 120 mujeres sin LEI, confirmadas por colposcopia, fueron incluidas en el estudio. Se determinó la carga viral de 6 tipos de VPH-AR, mediante PCR en tiempo real. Se estimaron OR crudos y ajustados para evaluar la asociación entre la carga viral de cada tipo y las lesiones cervicales. Resultados: 93.22% de mujeres con LEI y 91.23% de mujeres negativas, fueron positivas para al menos un tipo de VPH. VPH-18 y VPH-16 fueron los tipos más prevalentes, junto con VPH-31 en mujeres sin LEI. No se encontraron diferencias estadísticamente significativas de las cargas virales entre éstos dos grupos, aunque se observó un mayor carga viral en lesiones para algunos tipos virales. Una mayor frecuencia de lesiones se asoció a infecciones con carga baja de VPH-16 (ORa: 3.53; IC95%: 1.16 – 10.74), en comparación a mujeres con carga alta de VPH-16, (ORa: 2.63; IC95%: 1.09 – 6.36). En infecciones por VPH-31, la presencia de carga viral alta, se asoció con una menor frecuencia de lesiones (ORa: 0.34; IC95%: 0.15 – 0.78). Conclusiones: La prevalencia tipo-específica de VPH se corresponde con las reportadas a nivel mundial. La asociación entre la carga viral del VPH y la frecuencia de LEI es tipo específica y podría depender de la duración de la infección, altas cargas relacionadas con infecciones transitorias, y bajas cargas con persistentes. Este trabajo contribuye al entendimiento del efecto de la carga viral en la historia natural del CC; sin embargo, estudios prospectivos son necesarios para confirmar estos resultados.

Endocarditis infecciosa por Staphylococcus Aureus Meticilino sensible y resistente en la Fundación Cardioinfantil – Instituto de Cardiología

Introducción y objetivos: La endocarditis infecciosa (EI) es una enfermedad grave producida por diversos gérmenes que afectan las válvulas cardiacas y el tejido endomiocárdico. El objetivo fue describir las características epidemiológicas, clínicas, ecocardiográficas y microbiológicas de la endocarditis infecciosa por Staphylococcus aureus (S. aureus) meticilino sensible y resistente de la Fundación Cardioinfantil – Instituto de Cardiología (FCI-IC) en el periodo de tiempo 2010- 2015. Métodos: Cohorte retrospectiva de casos de EI por S. aureus en la FCIIC para el período 2010-2015. Se realizó descripción de las variables generales de la población a estudio utilizando medidas de tendencia central y dispersión. Análisis de desenlaces teniendo cuenta la concentración inhibitoria mínima de vancomicina. Resultados: En el estudio se presentaron 27 casos de EI, con una mayor proporción de pacientes de sexo masculino, con hipertensión, diabetes y hemodiálisis. La fiebre fue la manifestación más frecuente seguida de fenómenos vasculares. La válvula más comprometida fue la mitral, principalmente nativa. Discusión: La presentación clínica de los pacientes con EI por S. aureus es aguda por lo que la fiebre es la principal manifestación clínica presentada, lo anterior favorece un rápido diagnóstico clínico. De las cepas de S. aureus causante de EI no se encontró gérmenes con sensibilidad intermedia ni resistente a la vancomicina según criterios establecidos por CLSI. Se encontró mayor proporción de pacientes con un valor de CMI para vancomicina mayor a 0,5μg/ml lo cual es importante dado que podemos estar enfrentándonos a cepas hetero VISA (hVISA).