Applications of perceptual sparse representation (Spikegram) for copyright protection of audio signals

Chaque année, le piratage mondial de la musique coûte plusieurs milliards de dollars en pertes économiques, pertes d’emplois et pertes de gains des travailleurs ainsi que la perte de millions de dollars en recettes fiscales. La plupart du piratage de la musique est dû à la croissance rapide et à la facilité des technologies actuelles pour la copie, le partage, la manipulation et la distribution de données musicales [Domingo, 2015], [Siwek, 2007]. Le tatouage des signaux sonores a été proposé pour protéger les droit des auteurs et pour permettre la localisation des instants où le signal sonore a été falsifié. Dans cette thèse, nous proposons d’utiliser la représentation parcimonieuse bio-inspirée par graphe de décharges (spikegramme), pour concevoir une nouvelle méthode permettant la localisation de la falsification dans les signaux sonores. Aussi, une nouvelle méthode de protection du droit d’auteur. Finalement, une nouvelle attaque perceptuelle, en utilisant le spikegramme, pour attaquer des systèmes de tatouage sonore. Nous proposons tout d’abord une technique de localisation des falsifications (‘tampering’) des signaux sonores. Pour cela nous combinons une méthode à spectre étendu modifié (‘modified spread spectrum’, MSS) avec une représentation parcimonieuse. Nous utilisons une technique de poursuite perceptive adaptée (perceptual marching pursuit, PMP [Hossein Najaf-Zadeh, 2008]) pour générer une représentation parcimonieuse (spikegramme) du signal sonore d’entrée qui est invariante au décalage temporel [E. C. Smith, 2006] et qui prend en compte les phénomènes de masquage tels qu’ils sont observés en audition. Un code d’authentification est inséré à l’intérieur des coefficients de la représentation en spikegramme. Puis ceux-ci sont combinés aux seuils de masquage. Le signal tatoué est resynthétisé à partir des coefficients modifiés, et le signal ainsi obtenu est transmis au décodeur. Au décodeur, pour identifier un segment falsifié du signal sonore, les codes d’authentification de tous les segments intacts sont analysés. Si les codes ne peuvent être détectés correctement, on sait qu’alors le segment aura été falsifié. Nous proposons de tatouer selon le principe à spectre étendu (appelé MSS) afin d’obtenir une grande capacité en nombre de bits de tatouage introduits. Dans les situations où il y a désynchronisation entre le codeur et le décodeur, notre méthode permet quand même de détecter des pièces falsifiées. Par rapport à l’état de l’art, notre approche a le taux d’erreur le plus bas pour ce qui est de détecter les pièces falsifiées. Nous avons utilisé le test de l’opinion moyenne (‘MOS’) pour mesurer la qualité des systèmes tatoués. Nous évaluons la méthode de tatouage semi-fragile par le taux d’erreur (nombre de bits erronés divisé par tous les bits soumis) suite à plusieurs attaques. Les résultats confirment la supériorité de notre approche pour la localisation des pièces falsifiées dans les signaux sonores tout en préservant la qualité des signaux. Ensuite nous proposons une nouvelle technique pour la protection des signaux sonores. Cette technique est basée sur la représentation par spikegrammes des signaux sonores et utilise deux dictionnaires (TDA pour Two-Dictionary Approach). Le spikegramme est utilisé pour coder le signal hôte en utilisant un dictionnaire de filtres gammatones. Pour le tatouage, nous utilisons deux dictionnaires différents qui sont sélectionnés en fonction du bit d’entrée à tatouer et du contenu du signal. Notre approche trouve les gammatones appropriés (appelés noyaux de tatouage) sur la base de la valeur du bit à tatouer, et incorpore les bits de tatouage dans la phase des gammatones du tatouage. De plus, il est montré que la TDA est libre d’erreur dans le cas d’aucune situation d’attaque. Il est démontré que la décorrélation des noyaux de tatouage permet la conception d’une méthode de tatouage sonore très robuste. Les expériences ont montré la meilleure robustesse pour la méthode proposée lorsque le signal tatoué est corrompu par une compression MP3 à 32 kbits par seconde avec une charge utile de 56.5 bps par rapport à plusieurs techniques récentes. De plus nous avons étudié la robustesse du tatouage lorsque les nouveaux codec USAC (Unified Audion and Speech Coding) à 24kbps sont utilisés. La charge utile est alors comprise entre 5 et 15 bps. Finalement, nous utilisons les spikegrammes pour proposer trois nouvelles méthodes d’attaques. Nous les comparons aux méthodes récentes d’attaques telles que 32 kbps MP3 et 24 kbps USAC. Ces attaques comprennent l’attaque par PMP, l’attaque par bruit inaudible et l’attaque de remplacement parcimonieuse. Dans le cas de l’attaque par PMP, le signal de tatouage est représenté et resynthétisé avec un spikegramme. Dans le cas de l’attaque par bruit inaudible, celui-ci est généré et ajouté aux coefficients du spikegramme. Dans le cas de l’attaque de remplacement parcimonieuse, dans chaque segment du signal, les caractéristiques spectro-temporelles du signal (les décharges temporelles ;‘time spikes’) se trouvent en utilisant le spikegramme et les spikes temporelles et similaires sont remplacés par une autre. Pour comparer l’efficacité des attaques proposées, nous les comparons au décodeur du tatouage à spectre étendu. Il est démontré que l’attaque par remplacement parcimonieux réduit la corrélation normalisée du décodeur de spectre étendu avec un plus grand facteur par rapport à la situation où le décodeur de spectre étendu est attaqué par la transformation MP3 (32 kbps) et 24 kbps USAC.

A microcomputer program to analyze the CD spectrum of proteins and nucleic acids—Use of LOTUS 1-2-3 spread sheet

A user friendly interactive computer program, CIRDIC, is developed which calculates the molar ellipticity and molar circular dichroic absorption coefficients from the CD spectrum. This, in combination with LOTUS 1-2-3 spread sheet, will give the spectra of above parameters vs wavelength. The code is implemented in MicroSoft FORTRAN 77 which runs on any IBM compatible PC under MSDOS environment.

Measurement of chirp parameter and modulation index of a semiconductor laser based on optical spectrum analysis

A novel and simple method for measuring the chirp parameter, frequency, and intensity modulation indexes of directly modulated lasers is proposed in a small-signal modulation scheme. A graphical approach is presented. An analytical solution to the measurement of low chirp parameters is also given. The measured results agree well with those obtained using the conventional methods.

Testing second order cyclostationarity in the squared envelope spectrum of non-white vibration signals

Cyclostationary models for the diagnostic signals measured on faulty rotating machineries have proved to be successful in many laboratory tests and industrial applications. The squared envelope spectrum has been pointed out as the most efficient indicator for the assessment of second order cyclostationary symptoms of damages, which are typical, for instance, of rolling element bearing faults. In an attempt to foster the spread of rotating machinery diagnostics, the current trend in the field is to reach higher levels of automation of the condition monitoring systems. For this purpose, statistical tests for the presence of cyclostationarity have been proposed during the last years. The statistical thresholds proposed in the past for the identification of cyclostationary components have been obtained under the hypothesis of having a white noise signal when the component is healthy. This need, coupled with the non-white nature of the real signals implies the necessity of pre-whitening or filtering the signal in optimal narrow-bands, increasing the complexity of the algorithm and the risk of losing diagnostic information or introducing biases on the result. In this paper, the authors introduce an original analytical derivation of the statistical tests for cyclostationarity in the squared envelope spectrum, dropping the hypothesis of white noise from the beginning. The effect of first order and second order cyclostationary components on the distribution of the squared envelope spectrum will be quantified and the effectiveness of the newly proposed threshold verified, providing a sound theoretical basis and a practical starting point for efficient automated diagnostics of machine components such as rolling element bearings. The analytical results will be verified by means of numerical simulations and by using experimental vibration data of rolling element bearings.

Comparison of active-set method deconvolution and matched-filtering for derivation of an ultrasound transit time spectrum

The quality of ultrasound computed tomography imaging is primarily determined by the accuracy of ultrasound transit time measurement. A major problem in analysis is the overlap of signals making it difficult to detect the correct transit time. The current standard is to apply a matched-filtering approach to the input and output signals. This study compares the matched-filtering technique with active set deconvolution to derive a transit time spectrum from a coded excitation chirp signal and the measured output signal. The ultrasound wave travels in a direct and a reflected path to the receiver, resulting in an overlap in the recorded output signal. The matched-filtering and deconvolution techniques were applied to determine the transit times associated with the two signal paths. Both techniques were able to detect the two different transit times; while matched-filtering has a better accuracy (0.13 μs vs. 0.18 μs standard deviation), deconvolution has a 3.5 times improved side-lobe to main-lobe ratio. A higher side-lobe suppression is important to further improve image fidelity. These results suggest that a future combination of both techniques would provide improved signal detection and hence improved image fidelity.

Detection, epidemiology and host spectrum of cowpox and Borna disease virus infections

Several orthopoxviruses (OPV) and Borna disease virus (BDV) are enveloped, zoonotic viruses with a wide geographical distribution. OPV antibodies cross-react, and former smallpox vaccination has therefore protected human populations from another OPV infection, rodent-borne cowpox virus (CPXV). Cowpox in humans and cats usually manifests as a mild, self-limiting dermatitis and constitutional symptoms, but it can be severe and even life-threatening in the immunocompromised. Classical Borna disease is a progressive meningoencephalomyelitis in horses and sheep known in central Europe for centuries. Nowadays the virus or its close relative infects humans and also several other species in central Europe and elsewhere, but the existence of human Borna disease with its suspected neuropsychiatric symptoms is controversial. The epidemiology of BDV is largely unknown, and the present situation is even more intriguing following the recent detection of several-million-year-old, endogenized BDV genes in primate and various other vertebrate genomes. The aims of this study were to elucidate the importance of CPXV and BDV in Finland and in possible host species, and particularly to 1) establish relevant methods for the detection of CPXV and other OPVs as well as BDV in Finland, 2) determine whether CPXV and BDV exist in Finland, 3) discover how common OPV immunity is in different age groups in Finland, 4) characterize possible disease cases and clarify their epidemiological context, 5) establish the hosts and possible reservoir species of these viruses and their geographical distribution in wild rodents, and 6) elucidate the infection kinetics of BDV in the bank vole. An indirect immunofluorescence assay and avidity measurement were established for the detection, timing and verification of OPV or BDV antibodies in thousands of blood samples from humans, horses, ruminants, lynxes, gallinaceous birds, dogs, cats and rodents. The mostly vaccine-derived OPV seroprevalence was found to decrease gradually according to the year of birth of the sampled human subjects from 100% to 10% in those born after 1977. On the other hand, OPV antibodies indicating natural contact with CPXV or other OPVs were commonly found in domestic and wild animals: the horse, cow, lynx, dog, cat and, with a prevalence occasionally even as high as 92%, in wild rodents, including some previously undetected species and new regions. Antibodies to BDV were detected in humans, horses, a dog, cats, and for the first time in wild rodents, such as bank voles (Myodes glareolus). Because of the controversy within the human Borna disease field, extra verification methods were established for BDV antibody findings: recombinant nucleocapsid and phosphoproteins were produced in Escherichia coli and in a baculovirus system, and peptide arrays were additionally applied. With these verification assays, Finnish human, equine, feline and rodent BDV infections were confirmed. Taken together, wide host spectra were evident for both OPV and BDV infections based on the antibody findings, and OPV infections were found to be geographically broadly distributed. PCR amplification methods were utilised for hundreds of blood and tissue samples. The methods included conventional, nested and real-time PCRs with or without the reverse transcription step and detecting four or two genes of OPVs and BDV, respectively. OPV DNA could be amplified from two human patients and three bank voles, whereas no BDV RNA was detected in naturally infected individuals. Based on the phylogenetic analyses, the Finnish OPV sequences were closely related although not identical to a Russian CPXV isolate, and clearly different from other CPXV strains. Moreover, the Finnish sequences only equalled each other, but the short amplicons obtained from German rodents were identical to monkeypox virus, in addition to German CPXV variants. This reflects the close relationship of all OPVs. In summary, RNA of the Finnish BDV variant could not be detected with the available PCR methods, but OPV DNA infrequently could. The OPV species infecting the patients of this study was proven to be CPXV, which is most probably also responsible for the rodent infections. Multiple cell lines and some newborn rodents were utilised in the isolation of CPXV and BDV from patient and wildlife samples. CPXV could be isolated from a child with severe, generalised cowpox. BDV isolation attempts from rodents were unsuccessful in this study. However, in parallel studies, a transient BDV infection of cells inoculated with equine brain material was detected, and BDV antigens discovered in archival animal brains using established immunohistology. Thus, based on several independent methods, both CPXV and BDV (or a closely related agent) were shown to be present in Finland. Bank voles could be productively infected with BDV. This experimental infection did not result in notable pathological findings or symptoms, despite the intense spread of the virus in the central and peripheral nervous system. Infected voles commonly excreted the virus in urine and faeces, which emphasises their possible role as a BDV reservoir. Moreover, BDV RNA was regularly reverse transcribed into DNA in bank voles, which was detected by amplifying DNA by PCR without reverse transcription, and verified with nuclease treatments. This finding indicates that BDV genes could be endogenized during an acute infection. Although further transmission studies are needed, this experimental infection demonstrated that the bank vole can function as a potential BDV reservoir. In summary, multiple methods were established and applied in large panels to detect two zoonoses novel to Finland: cowpox virus and Borna disease virus. Moreover, new information was obtained on their geographical distribution, host spectrum, epidemiology and infection kinetics.

Active phase control and frequency chirp effects on supercontinuum generation in high birefringence photonic crystal fiber

An acoustic-optics programmable dispersive filter (AOPDF) was first employed to actively control the linearly polarized femtosecond pump pulse frequency chirp for supercontinuum (SC) generation in a high birefringence photonic crystal fiber (PCF). By accurately controlling the second order phase distortion and polarization direction of incident pulses, the output SC spectrum can be tuned to various spectral energy distributions and bandwidths. The pump pulse energy and bandwidth are preserved in our experiment. It is found that SC with broader bandwidth can be generated with positive chirped pump pulses except when the chirp value is larger than the optimal value, and the same optimal value exists for the pump pulses polarized along the two principal axes. With optimal positive chirp, more than 78% of the pump energy can be transferred to below 750 nm. Otherwise, negative chirp will weaken the blue-shift broadening and the SC bandwidth. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Public health risks of enterobacterial isolates producing extended-spectrum β-lactamases or AmpC β-lactamases in food and food-producing animals: an EU perspective of epidemiology, analytical methods, risk factors, and control options

The blaESBL and blaAmpC genes in Enterobacteriaceae are spread by plasmid-mediated integrons, insertion sequences, and transposons, some of which are homologous in bacteria from food animals, foods, and humans. These genes have been frequently identified in Escherichia coli and Salmonella from food animals, the most common being blaCTX-M-1, blaCTX-M-14, and blaCMY-2. Identification of risk factors for their occurrence in food animals is complex. In addition to generic antimicrobial use, cephalosporin usage is an important risk factor for selection and spread of these genes. Extensive international trade of animals is a further risk factor. There are no data on the effectiveness of individual control options in reducing public health risks. A highly effective option would be to stop or restrict cephalosporin usage in food animals. Decreasing total antimicrobial use is also of high priority. Implementation of measures to limit strain dissemination (increasing farm biosecurity, controls in animal trade, and other general postharvest controls) are also important.

Extended-spectrum cephalosporin-resistant Gram-negative organisms in livestock: an emerging problem for human health?

Escherichia coli, Salmonella spp. and Acinetobacter spp. are important human pathogens. Serious infections due to these organisms are usually treated with extended-spectrum cephalosporins (ESCs). However, in the past two decades we have faced a rapid increasing of infections and colonization caused by ESC-resistant (ESC-R) isolates due to production of extended-spectrum-β-lactamases (ESBLs), plasmid-mediated AmpCs (pAmpCs) and/or carbapenemase enzymes. This situation limits drastically our therapeutic armamentarium and puts under peril the human health. Animals are considered as potential reservoirs of multidrug-resistant (MDR) Gram-negative organisms. The massive and indiscriminate use of antibiotics in veterinary medicine has contributed to the selection of ESC-R E. coli, ESC-R Salmonella spp. and, to less extent, MDR Acinetobacter spp. among animals, food, and environment. This complex scenario is responsible for the expansion of these MDR organisms which may have life-threatening clinical significance. Nowadays, the prevalence of food-producing animals carrying ESC-R E. coli and ESC-R Salmonella (especially those producing CTX-M-type ESBLs and the CMY-2 pAmpC) has reached worryingly high values. More recently, the appearance of carbapenem-resistant isolates (i.e., VIM-1-producing Enterobacteriaceae and NDM-1 or OXA-23-producing Acinetobacter spp.) in livestock has even drawn greater concerns. In this review, we describe the aspects related to the spread of the above MDR organisms among pigs, cattle, and poultry, focusing on epidemiology, molecular mechanisms of resistance, impact of antibiotic use, and strategies to contain the overall problem. The link and the impact of ESC-R organisms of livestock origin for the human scenario are also discussed.

High colonization rates of extended-spectrum β-lactamase (ESBL)-producing Escherichia coli in Swiss Travellers to South Asia- a prospective observational multicentre cohort study looking at epidemiology, microbiology and risk factors.

BACKGROUND International travel contributes to the worldwide spread of multidrug resistant Gram-negative bacteria. Rates of travel-related faecal colonization with extended-spectrum β-lactamase (ESBL)-producing Enterobacteriaceae vary for different destinations. Especially travellers returning from the Indian subcontinent show high colonization rates. So far, nothing is known about region-specific risk factors for becoming colonized. METHODS An observational prospective multicentre cohort study investigated travellers to South Asia. Before and after travelling, rectal swabs were screened for third-generation cephalosporin- and carbapenem-resistant Enterobacteriaceae. Participants completed questionnaires to identify risk factors for becoming colonized. Covariates were assessed univariately, followed by a multivariate regression. RESULTS Hundred and seventy persons were enrolled, the largest data set on travellers to the Indian subcontinent so far. The acquired colonization rate with ESBL-producing Escherichia coli overall was 69.4% (95% CI 62.1-75.9%), being highest in travellers returning from India (86.8%; 95% CI 78.5-95.0%) and lowest in travellers returning from Sri Lanka (34.7%; 95% CI 22.9-48.7%). Associated risk factors were travel destination, length of stay, visiting friends and relatives, and eating ice cream and pastry. CONCLUSIONS High colonization rates with ESBL-producing Enterobacteriaceae were found in travellers returning from South Asia. Though risk factors were identified, a more common source, i.e. environmental, appears to better explain the high colonization rates.

What are the causes for the spread of GLE parameters deduced from NM data?

Investigations have shown that the analysis results of ground level enhancements (GLEs) based on neutron monitor (NM) data for a selected event can differ considerably depending the procedure used. This may have significant consequences e.g. for the assessment of radiation doses at flight altitudes. The reasons for the spread of the GLE parameters deduced from NM data can be manifold and are at present unclear. They include differences in specific properties of the various analysis procedures (e.g. NM response functions, different ways in taking into account the dynamics of the Earth’s magnetospheric field), different characterisations of the solar particle flux near Earth as well as the specific selection of NM stations used for the analysis. In the present paper we quantitatively investigate this problem for a time interval during the maximum phase of the GLE on 13 December 2006. We present and discuss the changes in the resulting GLE parameters when using different NM response functions, different model representations of the Earth’s magnetospheric field as well as different assumptions for the solar particle spectrum and pitch angle distribution near Earth. The results of the study are expected to yield a basis for the reduction in the spread of the GLE parameters deduced from NM data.

Molecular characterization of extended-spectrum cephalosporin-resistance in Escherichia coli in pigs on-farm and from clinical cases throughout Quebec, Canada during 16 years

Le développement de la multirésistance chez Escherichia coli est un problème important en médecine animale et humaine. En outre, l’émergence et la diffusion des déterminants de résistance aux céphalosporines à larges spectres de troisième génération (ESCs) parmi les isolats, incluant des céphalosporines essentielles en médecine humaine (ex. ceftriaxone et ceftiofur), est un problème majeur de santé publique. Cette thèse visait trois objectifs. D’abord étudier la dynamique de la résistance aux antimicrobiens (AMR) ainsi que la virulence et les profils génétiques de la AMR des E. coli isolées de porcs recevant une nourriture post-sevrage supplémentée avec de la chlortétracycline et de la pénicilline G, et, accessoirement, évaluer les effets d'additifs alimentaires sur cette dynamique en prenant pour exemple d'étude un minéral argileux, la clinoptilolite, étant donné son possible lien avec le gène blaCMY-2 qui confère la résistance au ceftiofur. L'objectif suivant était d'investiguer les mécanismes menant à une augmentation de la prévalence du gène blaCMY-2 chez les porcs qui reçoivent de la nourriture médicamentée et qui n'ont pas été exposés au ceftiofur Ici encore,nous avons examiné les effets d’un supplément alimentaire avec un minéral argileux sur ce phénomène. Enfin, notre dernier objectif était d’étudier, dans le temps, les génotypes des isolats cliniques d'E. coli résistant au ceftiofur, isolés de porcs malades au Québec à partir du moment où la résistance au ceftiofur a été rapportée, soit de 1997 jusqu'à 2012. Dans l'étude initiale, la prévalence de la résistance à 10 agents antimicrobiens, incluant le ceftiofur, s’accroît avec le temps chez les E.coli isolées de porcelets sevrés. Une augmentation tardive de la fréquence du gène blaCMY-2, encodant pour la résistance au ceftiofur, et la présence des gènes de virulence iucD et tsh a été observée chez les isolats. La nourriture supplémentée avec de la clinoptilolite a été associée à une augmentation rapide mais, par la suite, à une diminution de la fréquence des gènes blaCMY-2 dans les isolats. En parallèle, une augmentation tardive dans la fréquence des gènes blaCMY-2 et des gènes de virulence iucD et tsh a été observée dans les isolats des porcs contrôles, étant significativement plus élevé que dans les porcs ayant reçu l'additif au jour 28. La diversité, au sein des E. coli positives pour blaCMY-2 , a été observée au regard des profils AMR. Certaines lignées clonales d'E.coli sont devenues prédominantes avec le temps. La lignée clonale du phylotype A prédominait dans le groupe supplémenté, alors que les lignées clonales du phylotype B1, qui possèdent souvent le gène de virulence iucD associé aux ExPEC, prédominaient dans le groupe contrôle. Les plasmides d'incompatibilité (Inc) des groupes, I1, A/C, et ColE, porteurs de blaCMY-2, ont été observés dans les transformants. Parmi les souches cliniques d'E.coli ESC-résistantes, isolées de porcs malades au Québec de 1997 à 2012, blaCMY-2 était le gène codant pour une β-lactamase le plus fréquemment détecté; suivi par blaTEM et blaCTX-M,. De plus, les analyses clonales montrent une grande diversité génétique. Par contre, des isolats d'E. coli avec des profils PFGE identiques ont été retrouvés dans de multiples fermes la même année mais aussi dans des années différentes. La résistance à la gentamicine, kanamycine, chloramphenicol, et la fréquence de blaTEM et de IncA/C diminuent significativement au cour de la période étudiée, alors que la fréquence de IncI1 et de la multirésistance à sept catégories d'agents antimicrobiens augmente significativement avec le temps. L'émergence d'isolats d'E. coli positifs pour blaCTX-M, une β-lactamase à large spectre et produisant des ESBL, a été observée en 2011 et 2012 à partir de lignées clonales distinctes et chez de nombreuses fermes. Ces résultats, mis ensemble, apportent des précisions sur la dissémination de la résistance au ceftiofur dans les E. coli isolées de porcs. Au sein des échantillons prélevés chez les porcs sevrés recevant l'alimentation médicamentée sur une ferme, et pour laquelle une augmentation de la résistance au ceftiofur a été observée, les données révèlent que les souches d'E. coli positives pour blaCMY-2 et résistantes aux ESCs appartenaient à plusieurs lignées clonales différentes arborant divers profils AMR. Le gène blaCMY-2 se répand à la fois horizontalement et clonalement chez ces E. coli. L'ajout de clinoptilotite à la nourriture et le temps après le sevrage influencent la clonalité et la prévalence du gène blaCMY-2 dans les E. coli. Durant les 16 années d'étude, plusieurs lignées clonales différentes ont été observées parmi les souches d'E. coli résistantes au ceftiofur isolées de porc malades de fermes québécoises, bien qu’aucune lignée n'était persistante ou prédominante pendant l'étude. Les résultats suggèrent aussi que le gène blaCMY-2 s'est répandu à la fois horizontalement et clonalement au sein des fermes. De plus, blaCMY-2 est le gène majeur des β-lactamases chez ces isolats. À partir de 2011, nous rapportons l'émergence du gène blaCTX-M dans des lignées génétiques distinctes.

Molecular characterization of extended-spectrum cephalosporin-resistance in Escherichia coli in pigs on-farm and from clinical cases throughout Quebec, Canada during 16 years

Le développement de la multirésistance chez Escherichia coli est un problème important en médecine animale et humaine. En outre, l’émergence et la diffusion des déterminants de résistance aux céphalosporines à larges spectres de troisième génération (ESCs) parmi les isolats, incluant des céphalosporines essentielles en médecine humaine (ex. ceftriaxone et ceftiofur), est un problème majeur de santé publique. Cette thèse visait trois objectifs. D’abord étudier la dynamique de la résistance aux antimicrobiens (AMR) ainsi que la virulence et les profils génétiques de la AMR des E. coli isolées de porcs recevant une nourriture post-sevrage supplémentée avec de la chlortétracycline et de la pénicilline G, et, accessoirement, évaluer les effets d'additifs alimentaires sur cette dynamique en prenant pour exemple d'étude un minéral argileux, la clinoptilolite, étant donné son possible lien avec le gène blaCMY-2 qui confère la résistance au ceftiofur. L'objectif suivant était d'investiguer les mécanismes menant à une augmentation de la prévalence du gène blaCMY-2 chez les porcs qui reçoivent de la nourriture médicamentée et qui n'ont pas été exposés au ceftiofur Ici encore,nous avons examiné les effets d’un supplément alimentaire avec un minéral argileux sur ce phénomène. Enfin, notre dernier objectif était d’étudier, dans le temps, les génotypes des isolats cliniques d'E. coli résistant au ceftiofur, isolés de porcs malades au Québec à partir du moment où la résistance au ceftiofur a été rapportée, soit de 1997 jusqu'à 2012. Dans l'étude initiale, la prévalence de la résistance à 10 agents antimicrobiens, incluant le ceftiofur, s’accroît avec le temps chez les E.coli isolées de porcelets sevrés. Une augmentation tardive de la fréquence du gène blaCMY-2, encodant pour la résistance au ceftiofur, et la présence des gènes de virulence iucD et tsh a été observée chez les isolats. La nourriture supplémentée avec de la clinoptilolite a été associée à une augmentation rapide mais, par la suite, à une diminution de la fréquence des gènes blaCMY-2 dans les isolats. En parallèle, une augmentation tardive dans la fréquence des gènes blaCMY-2 et des gènes de virulence iucD et tsh a été observée dans les isolats des porcs contrôles, étant significativement plus élevé que dans les porcs ayant reçu l'additif au jour 28. La diversité, au sein des E. coli positives pour blaCMY-2 , a été observée au regard des profils AMR. Certaines lignées clonales d'E.coli sont devenues prédominantes avec le temps. La lignée clonale du phylotype A prédominait dans le groupe supplémenté, alors que les lignées clonales du phylotype B1, qui possèdent souvent le gène de virulence iucD associé aux ExPEC, prédominaient dans le groupe contrôle. Les plasmides d'incompatibilité (Inc) des groupes, I1, A/C, et ColE, porteurs de blaCMY-2, ont été observés dans les transformants. Parmi les souches cliniques d'E.coli ESC-résistantes, isolées de porcs malades au Québec de 1997 à 2012, blaCMY-2 était le gène codant pour une β-lactamase le plus fréquemment détecté; suivi par blaTEM et blaCTX-M,. De plus, les analyses clonales montrent une grande diversité génétique. Par contre, des isolats d'E. coli avec des profils PFGE identiques ont été retrouvés dans de multiples fermes la même année mais aussi dans des années différentes. La résistance à la gentamicine, kanamycine, chloramphenicol, et la fréquence de blaTEM et de IncA/C diminuent significativement au cour de la période étudiée, alors que la fréquence de IncI1 et de la multirésistance à sept catégories d'agents antimicrobiens augmente significativement avec le temps. L'émergence d'isolats d'E. coli positifs pour blaCTX-M, une β-lactamase à large spectre et produisant des ESBL, a été observée en 2011 et 2012 à partir de lignées clonales distinctes et chez de nombreuses fermes. Ces résultats, mis ensemble, apportent des précisions sur la dissémination de la résistance au ceftiofur dans les E. coli isolées de porcs. Au sein des échantillons prélevés chez les porcs sevrés recevant l'alimentation médicamentée sur une ferme, et pour laquelle une augmentation de la résistance au ceftiofur a été observée, les données révèlent que les souches d'E. coli positives pour blaCMY-2 et résistantes aux ESCs appartenaient à plusieurs lignées clonales différentes arborant divers profils AMR. Le gène blaCMY-2 se répand à la fois horizontalement et clonalement chez ces E. coli. L'ajout de clinoptilotite à la nourriture et le temps après le sevrage influencent la clonalité et la prévalence du gène blaCMY-2 dans les E. coli. Durant les 16 années d'étude, plusieurs lignées clonales différentes ont été observées parmi les souches d'E. coli résistantes au ceftiofur isolées de porc malades de fermes québécoises, bien qu’aucune lignée n'était persistante ou prédominante pendant l'étude. Les résultats suggèrent aussi que le gène blaCMY-2 s'est répandu à la fois horizontalement et clonalement au sein des fermes. De plus, blaCMY-2 est le gène majeur des β-lactamases chez ces isolats. À partir de 2011, nous rapportons l'émergence du gène blaCTX-M dans des lignées génétiques distinctes.

Towards a single crystal Raman spectrum of kaolinite at 77 K

The Raman spectra at 77 K of the hydroxyl stretching of kaolinite were obtained along the three axes perpendicular to the crystal faces. Raman bands were observed at 3616, 3658 and 3677 cm−1 together with a distinct band observed at 3691 cm−1 and a broad profile between 3695 and 3715 cm−1. The band at 3616 cm−1 is assigned to the inner hydroxyl. The bands at 3658 and 3677 cm−1 are attributed to the out-of-phase vibrations of the inner surface hydroxyls. The Raman spectra of the in-phase vibrations of the inner-surface hydroxyl-stretching region are described in terms of transverse and longitudinal optic splitting. The band at 3691 cm−1 is assigned to the transverse optic and the broad profile to the longitudinal optic mode. This splitting remained even at liquid nitrogen temperature. The transverse optic vibration may be curve resolved into two or three bands, which are attributed to different types of hydroxyl groups in the kaolinite.