Direct visualization of supercoiled DNA molecules in solution.

The shape of supercoiled DNA molecules in solution is directly visualized by cryo-electron microscopy of vitrified samples. We observe that: (i) supercoiled DNA molecules in solution adopt an interwound rather than a toroidal form, (ii) the diameter of the interwound superhelix changes from about 12 nm to 4 nm upon addition of magnesium salt to the solution and (iii) the partition of the linking deficit between twist and writhe can be quantitatively determined for individual molecules.

The development of a stable oral solution of captopril for paediatric patients

Study objectives: Many major drugs are not available in paediatric form. The aim of this study was to develop a stable liquid solution of captopril for oral paediatric use allowing individualised dosage and easy administration to newborn and young patients. Methods: A specific HPLC-UV method was developed. In a pilot study, a number of formulations described in the literature as affording one-month stability were examined. In the proper long-term study, the formulation that gave the best results was then prepared in large batches and its stability monitored for two years at 5°C and room temperature, and for one year at 40°C. Results: Most formulations described in the literature were found wanting in our pilot study. A simple solution of the drug (1 mg/mL) in purified water (European Pharmacopeia) containing 0.1% disodium edetate (EDTA-Na) as preservative proved chemically and microbiologically stable at 5°C and room temperature for two years. Conclusion: The proposed in-house formulation fulfils stringent criteria of purity and stability and is fully acceptable for oral administration to newborn and young patients.

Generalized Multiobjective Multitree model solution using MOEA

In a previous paper a novel Generalized Multiobjective Multitree model (GMM-model) was proposed. This model considers for the first time multitree-multicast load balancing with splitting in a multiobjective context, whose mathematical solution is a whole Pareto optimal set that can include several results than it has been possible to find in the publications surveyed. To solve the GMM-model, in this paper a multi-objective evolutionary algorithm (MOEA) inspired by the Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA) is proposed. Experimental results considering up to 11 different objectives are presented for the well-known NSF network, with two simultaneous data flows

Chemical changes in argisols under irrigated grape production in the central São Francisco river valley, Brazil

This study compares the chemical composition of the solution and exchange complex of soil in a 3-year-old irrigated vineyard (Vitis vinifera L., Red Globe cultivar) with that of adjacent clearing in the native hyperxerophyllic 'caatinga' vegetation. The soils are classified as Plinthic Eutrophic Red-Yellow Argisol; according to Soil Taxonomy they are isohyperthermic Plinthustalfs. Detailed physiographic characterization revealed an impermeable gravel and cobble covering the crystalline rocks; the relief of this layer was more undulating than the level surface. Significant higher concentrations of extractable Na, K, Mg and Ca were observed within the vineyard. Lower soil acidity, higher Ca/Mg ratios, as well as lower sodium adsorption and Na/K ratios reflected additions of dolomitic lime, superphosphate and K-bearing fertilizers. As the water of the São Francisco River is of good quality for irrigation (C1S1), the increases in Na were primarily attributed to capillary rise from the saline groundwater table. None of the soil in the study area was found to be sodic. About 62% of the vineyard had an Ap horizon with salinity levels above 1.5dSm-1 (considered detrimental for grape production); according to average values for this horizon, a potential 13% reduction in grape production was predicted. Differences in chemical composition in function of distance to the collector canals were observed in the clearing, but not in the vineyard. The influence of differences in the elevations of the surface and impermeable layers, as well as pediment thickness, was generally weaker under irrigation. Under irrigation, soil moisture was greater in points of convergent surface waterflow; the effect of surface curvature on chemical properties, though less consistent, was also stronger in the vineyard.

Time-lapse and probabilistic inversion strategies for plane-wave electromagnetic data.

L'utilisation efficace des systèmes géothermaux, la séquestration du CO2 pour limiter le changement climatique et la prévention de l'intrusion d'eau salée dans les aquifères costaux ne sont que quelques exemples qui démontrent notre besoin en technologies nouvelles pour suivre l'évolution des processus souterrains à partir de la surface. Un défi majeur est d'assurer la caractérisation et l'optimisation des performances de ces technologies à différentes échelles spatiales et temporelles. Les méthodes électromagnétiques (EM) d'ondes planes sont sensibles à la conductivité électrique du sous-sol et, par conséquent, à la conductivité électrique des fluides saturant la roche, à la présence de fractures connectées, à la température et aux matériaux géologiques. Ces méthodes sont régies par des équations valides sur de larges gammes de fréquences, permettant détudier de manières analogues des processus allant de quelques mètres sous la surface jusqu'à plusieurs kilomètres de profondeur. Néanmoins, ces méthodes sont soumises à une perte de résolution avec la profondeur à cause des propriétés diffusives du champ électromagnétique. Pour cette raison, l'estimation des modèles du sous-sol par ces méthodes doit prendre en compte des informations a priori afin de contraindre les modèles autant que possible et de permettre la quantification des incertitudes de ces modèles de façon appropriée. Dans la présente thèse, je développe des approches permettant la caractérisation statique et dynamique du sous-sol à l'aide d'ondes EM planes. Dans une première partie, je présente une approche déterministe permettant de réaliser des inversions répétées dans le temps (time-lapse) de données d'ondes EM planes en deux dimensions. Cette stratégie est basée sur l'incorporation dans l'algorithme d'informations a priori en fonction des changements du modèle de conductivité électrique attendus. Ceci est réalisé en intégrant une régularisation stochastique et des contraintes flexibles par rapport à la gamme des changements attendus en utilisant les multiplicateurs de Lagrange. J'utilise des normes différentes de la norme l2 pour contraindre la structure du modèle et obtenir des transitions abruptes entre les régions du model qui subissent des changements dans le temps et celles qui n'en subissent pas. Aussi, j'incorpore une stratégie afin d'éliminer les erreurs systématiques de données time-lapse. Ce travail a mis en évidence l'amélioration de la caractérisation des changements temporels par rapport aux approches classiques qui réalisent des inversions indépendantes à chaque pas de temps et comparent les modèles. Dans la seconde partie de cette thèse, j'adopte un formalisme bayésien et je teste la possibilité de quantifier les incertitudes sur les paramètres du modèle dans l'inversion d'ondes EM planes. Pour ce faire, je présente une stratégie d'inversion probabiliste basée sur des pixels à deux dimensions pour des inversions de données d'ondes EM planes et de tomographies de résistivité électrique (ERT) séparées et jointes. Je compare les incertitudes des paramètres du modèle en considérant différents types d'information a priori sur la structure du modèle et différentes fonctions de vraisemblance pour décrire les erreurs sur les données. Les résultats indiquent que la régularisation du modèle est nécessaire lorsqu'on a à faire à un large nombre de paramètres car cela permet d'accélérer la convergence des chaînes et d'obtenir des modèles plus réalistes. Cependent, ces contraintes mènent à des incertitudes d'estimations plus faibles, ce qui implique des distributions a posteriori qui ne contiennent pas le vrai modèledans les régions ou` la méthode présente une sensibilité limitée. Cette situation peut être améliorée en combinant des méthodes d'ondes EM planes avec d'autres méthodes complémentaires telles que l'ERT. De plus, je montre que le poids de régularisation des paramètres et l'écart-type des erreurs sur les données peuvent être retrouvés par une inversion probabiliste. Finalement, j'évalue la possibilité de caractériser une distribution tridimensionnelle d'un panache de traceur salin injecté dans le sous-sol en réalisant une inversion probabiliste time-lapse tridimensionnelle d'ondes EM planes. Etant donné que les inversions probabilistes sont très coûteuses en temps de calcul lorsque l'espace des paramètres présente une grande dimension, je propose une stratégie de réduction du modèle ou` les coefficients de décomposition des moments de Legendre du panache de traceur injecté ainsi que sa position sont estimés. Pour ce faire, un modèle de résistivité de base est nécessaire. Il peut être obtenu avant l'expérience time-lapse. Un test synthétique montre que la méthodologie marche bien quand le modèle de résistivité de base est caractérisé correctement. Cette méthodologie est aussi appliquée à un test de trac¸age par injection d'une solution saline et d'acides réalisé dans un système géothermal en Australie, puis comparée à une inversion time-lapse tridimensionnelle réalisée selon une approche déterministe. L'inversion probabiliste permet de mieux contraindre le panache du traceur salin gr^ace à la grande quantité d'informations a priori incluse dans l'algorithme. Néanmoins, les changements de conductivités nécessaires pour expliquer les changements observés dans les données sont plus grands que ce qu'expliquent notre connaissance actuelle des phénomenès physiques. Ce problème peut être lié à la qualité limitée du modèle de résistivité de base utilisé, indiquant ainsi que des efforts plus grands devront être fournis dans le futur pour obtenir des modèles de base de bonne qualité avant de réaliser des expériences dynamiques. Les études décrites dans cette thèse montrent que les méthodes d'ondes EM planes sont très utiles pour caractériser et suivre les variations temporelles du sous-sol sur de larges échelles. Les présentes approches améliorent l'évaluation des modèles obtenus, autant en termes d'incorporation d'informations a priori, qu'en termes de quantification d'incertitudes a posteriori. De plus, les stratégies développées peuvent être appliquées à d'autres méthodes géophysiques, et offrent une grande flexibilité pour l'incorporation d'informations additionnelles lorsqu'elles sont disponibles. -- The efficient use of geothermal systems, the sequestration of CO2 to mitigate climate change, and the prevention of seawater intrusion in coastal aquifers are only some examples that demonstrate the need for novel technologies to monitor subsurface processes from the surface. A main challenge is to assure optimal performance of such technologies at different temporal and spatial scales. Plane-wave electromagnetic (EM) methods are sensitive to subsurface electrical conductivity and consequently to fluid conductivity, fracture connectivity, temperature, and rock mineralogy. These methods have governing equations that are the same over a large range of frequencies, thus allowing to study in an analogous manner processes on scales ranging from few meters close to the surface down to several hundreds of kilometers depth. Unfortunately, they suffer from a significant resolution loss with depth due to the diffusive nature of the electromagnetic fields. Therefore, estimations of subsurface models that use these methods should incorporate a priori information to better constrain the models, and provide appropriate measures of model uncertainty. During my thesis, I have developed approaches to improve the static and dynamic characterization of the subsurface with plane-wave EM methods. In the first part of this thesis, I present a two-dimensional deterministic approach to perform time-lapse inversion of plane-wave EM data. The strategy is based on the incorporation of prior information into the inversion algorithm regarding the expected temporal changes in electrical conductivity. This is done by incorporating a flexible stochastic regularization and constraints regarding the expected ranges of the changes by using Lagrange multipliers. I use non-l2 norms to penalize the model update in order to obtain sharp transitions between regions that experience temporal changes and regions that do not. I also incorporate a time-lapse differencing strategy to remove systematic errors in the time-lapse inversion. This work presents improvements in the characterization of temporal changes with respect to the classical approach of performing separate inversions and computing differences between the models. In the second part of this thesis, I adopt a Bayesian framework and use Markov chain Monte Carlo (MCMC) simulations to quantify model parameter uncertainty in plane-wave EM inversion. For this purpose, I present a two-dimensional pixel-based probabilistic inversion strategy for separate and joint inversions of plane-wave EM and electrical resistivity tomography (ERT) data. I compare the uncertainties of the model parameters when considering different types of prior information on the model structure and different likelihood functions to describe the data errors. The results indicate that model regularization is necessary when dealing with a large number of model parameters because it helps to accelerate the convergence of the chains and leads to more realistic models. These constraints also lead to smaller uncertainty estimates, which imply posterior distributions that do not include the true underlying model in regions where the method has limited sensitivity. This situation can be improved by combining planewave EM methods with complimentary geophysical methods such as ERT. In addition, I show that an appropriate regularization weight and the standard deviation of the data errors can be retrieved by the MCMC inversion. Finally, I evaluate the possibility of characterizing the three-dimensional distribution of an injected water plume by performing three-dimensional time-lapse MCMC inversion of planewave EM data. Since MCMC inversion involves a significant computational burden in high parameter dimensions, I propose a model reduction strategy where the coefficients of a Legendre moment decomposition of the injected water plume and its location are estimated. For this purpose, a base resistivity model is needed which is obtained prior to the time-lapse experiment. A synthetic test shows that the methodology works well when the base resistivity model is correctly characterized. The methodology is also applied to an injection experiment performed in a geothermal system in Australia, and compared to a three-dimensional time-lapse inversion performed within a deterministic framework. The MCMC inversion better constrains the water plumes due to the larger amount of prior information that is included in the algorithm. The conductivity changes needed to explain the time-lapse data are much larger than what is physically possible based on present day understandings. This issue may be related to the base resistivity model used, therefore indicating that more efforts should be given to obtain high-quality base models prior to dynamic experiments. The studies described herein give clear evidence that plane-wave EM methods are useful to characterize and monitor the subsurface at a wide range of scales. The presented approaches contribute to an improved appraisal of the obtained models, both in terms of the incorporation of prior information in the algorithms and the posterior uncertainty quantification. In addition, the developed strategies can be applied to other geophysical methods, and offer great flexibility to incorporate additional information when available.

PROTEOMICS OF OXIDATIVE LESIONS OCCURRING DURING TRANSFUSION-PURPOSED STORAGE OF ERYTHROCYTE CONCENTRATES

Erythrocyte concentrates (ECs) are the major labile blood product being transfused worldwide, aiming at curing anemia of diverse origins. In Switzerland, ECs are stored at 4 °C up to 42 days in saline-adenine-glucose-mannitol (SAGM). Such storage induces cellular lesions, altering red blood cells (RBCs) metabolism, protein content and rheological properties. A hot debate exists regarding the impact of the storage lesions, thus the age of ECs on transfusion-related clinical adverse outcomes. Several studies tend to show that poorer outcomes occur in patients receiving older blood products. However, no clear association was demonstrated up to date. While metabolism and early rheological changes are reversible through transfusion of the blood units, oxidized proteins cannot be repaired, and it is likely such irreversible damages would affect the quality of the blood product and the efficiency of the transfusion. In vivo, RBCs are constantly exposed to oxygen fluxes, and are thus well equipped to deal with oxidative challenges. Moreover, functional 20S proteasome complexes allow for recognition and proteolysis of fairly oxidized protein, and some proteins can be eliminated from RBCs by the release of microvesicles. The present PhD thesis is involved in a global research project which goal is to characterize the effect of processing and storage on the quality of ECs. Assessing protein oxidative damages during RBC storage is of major importance to understand the mechanisms of aging of stored RBCs. To this purpose, redox proteomic-based investigations were conducted here. In a first part, cysteine oxidation and protein carbonylation were addressed via 2D-DIGE and derivatization-driven immunodetection approaches, respectively. Then, the oxidized sub- proteomes were characterized through LC-MS/MS identification of proteins in spots of interest (cysteine oxidation) or affinity-purified carbonylated proteins. Gene ontology annotation allowed classifying targets of oxidation according to their molecular functions. In a third part, the P20S activity was evaluated throughout the storage period of ECs, and its susceptibility to highly oxidized environment was investigated. The potential defensive role of microvesiculation was also addressed through the quantification of eliminated carbonylated proteins. We highlighted distinct protein groups differentially affected by cysteine oxidation, either reversibly or irreversibly. In addition, soluble extracts showed a decrease in carbonylation at the beginning of the storage and membrane extracts revealed increasing carbonylation after 4 weeks of storage. Engaged molecular functions revealed that antioxidant (AO) are rather reversibly oxidized at their cysteine residue(s), but are irreversibly oxidized through carbonylation. In the meantime, the 20S proteasome activity is decreased by around 40 % at the end of the storage period. Incubation of fresh RBCs extracts with exogenous oxidized proteins showed a dose-dependent and protein-dependent inhibitory effect. Finally, we proved that the release of microvesicles allows the elimination of increasing quantities of carbonylated proteins. Taken together, these results revealed an oxidative pathway model of RBCs storage, on which further investigation towards improved storage conditions will be based. -- Les concentrés érythrocytaires (CE) sont le produit sanguin le plus délivré au monde, permettant de traiter différentes formes d'anémies. En Suisse, les CE sont stocké à 4 °C pendant 42 jours dans une solution saline d'adénine, glucose et mannitol (SAGM). Une telle conservation induit des lésions de stockage qui altèrent le métabolisme, les protéines et les propriétés rhéologique du globule rouge (GR). Un débat important concerne l'impact du temps de stockage des CE sur les risques de réaction transfusionnelles, certaines études tentant de démontrer que des transfusions de sang vieux réduiraient l'espérance de vie des patients. Cependant, aucune association concrète n'a été prouvée à ce jour. Alors que les modifications du métabolisme et changement précoces des propriétés rhéologiques sont réversibles suite à la transfusion du CE, les protéines oxydées ne peuvent être réparées, et il est probable que de telles lésions affectent la qualité et l'efficacité des produits sanguins. In vivo, les GR sont constamment exposés à l'oxygène, et sont donc bien équipés pour résister aux lésions oxydatives. De plus, les complexes fonctionnels de proteasome 20S reconnaissent et dégradent les protéines modérément oxydées, et certaines protéines peuvent être éliminées par les microparticules. Cette thèse de doctorat est imbriquée dans un projet de recherche global ayant pour objectif la caractérisation des effets de la préparation et du stockage sur la qualité des GR. Evaluer les dommages oxydatifs du GR pendant le stockage est primordial pour comprendre les mécanismes de vieillissement des produits sanguin. Dans ce but, des recherches orientées redoxomique ont été conduites. Dans une première partie, l'oxydation des cystéines et la carbonylation des protéines sont évaluées par électrophorèse bidimensionnelle différentielle et par immunodétection de protéines dérivatisées. Ensuite, les protéines d'intérêt ainsi que les protéines carbonylées, purifiées par affinité, sont identifiées par spectrométrie de masse en tandem. Les protéines cibles de l'oxydation sont classées selon leur fonction moléculaire. Dans une troisième partie, l'activité protéolytique du protéasome 20S est suivie durant la période de stockage. L'impact du stress oxydant sur cette activité a été évalué en utilisant des protéines exogènes oxydées in vitro. Le potentiel rôle défensif de la microvesiculation a également été étudié par la quantification des protéines carbonylées éliminées. Dans ce travail, nous avons observé que différents groupes de protéines sont affectés par l'oxydation réversible ou irréversible de leurs cystéines. De plus, une diminution de la carbonylation en début de stockage dans les extraits solubles et une augmentation de la carbonylation après 4 semaines dans les extraits membranaires ont été montrées. Les fonctions moléculaires engagées par les protéines altérées montrent que les défenses antioxydantes sont oxydées de façon réversible sur leurs résidus cystéines, mais sont également irréversiblement carbonylées. Pendant ce temps, l'activité protéolytique du protéasome 20S décroit de 40 % en fin de stockage. L'incubation d'extraits de GR en début de stockage avec des protéines oxydées exogènes montre un effet inhibiteur « dose-dépendant » et « protéine-dépendant ». Enfin, les microvésicules s'avèrent éliminer des quantités croissantes de protéines carbonylées. La synthèse de ces résultats permet de modéliser une voie oxydative du stockage des GRs, à partir de laquelle de futures recherches seront menées avec pour but l'amélioration des conditions de stockage.

Reduction of symmetry in grandite solid solution

The results of a crystal structure refinement of an anisotropic grandite garnet specimen with composition Gro36-4 And63-6 are given. The structure obtained has orthorrombic symmetry (space group Fddd) and is compared with similar results obtained by other authors. In all cases the reduction of symmetry is due to the ordering of Fe3+ and Al in octahedral sites. Non cubic structures of grandites are discussed in connection with optical, morphological an grou-th features of these minerals.

Dynamics of 14C-labeled glucose and ammonium in saline arable soils

Organic matter dynamics and nutrient availability in saline agricultural soils of the State of Guanajuato might provide information for remediation strategies. 14C labeled glucose with or without 200 mg kg-1 of NH4+-N soil was added to two clayey agricultural soils with different electrolytic conductivity (EC), i.e. 0.94 dS m-1 (low EC; LEC) and 6.72 dS m-1 (high EC; HEC), to investigate the effect of N availability and salt content on organic material decomposition. Inorganic N dynamics and production of CO2 and 14CO2 were monitored. Approximately 60 % of the glucose-14C added to LEC soil evolved as 14CO2, but only 20 % in HEC soil after the incubation period of 21 days. After one day, < 200 mg 14C was extractable from LEC soil, but > 500 mg 14C from HEC soil. No N mineralization occurred in the LEC and HEC soils and glucose addition reduced the concentrations of inorganic N in unamended soil and soil amended with NH4+-N. The NO2- and NO3- concentrations were on average higher in LEC than in HEC soil, with exception of NO2- in HEC amended with NH4+-N. It was concluded that increases in soil EC reduced mineralization of the easily decomposable C substrate and resulted in N-depleted soil.

Von Neumann-Morgenstern solution and convex descompositions of TU games

We study under which conditions the core of a game involved in a convex decomposition of another game turns out to be a stable set of the decomposed game. Some applications and numerical examples, including the remarkable Lucas¿ five player game with a unique stable set different from the core, are reckoning and analyzed.

In vitro evaluation of staphylococcus aureus biofilm formation on bone grafts and bone substitues

Background: Bacteria form a biofilm on the surface of orthopaedic devices, causing persistent and infection. Little is known about biofilms formation on bone grafts and bone substitutes. We analyzed various representative materials regarding their propensity for biofilm formation caused by Staphylococcus aureus.Methods: As bone graft beta-tricalciumphosphate (b-TCP, CyclOsTM) and as bone substitute a tantalum metal mesh (trabecular metalTM) and PMMA (Pala-cosTM) were investigated. As test organism S. aureus (strain ATCC 29213) was used. Test materials were incubated with bacterial solution of 105 colony-forming units (cfu)/ml at 37°C for 24 h without shaking. After 24 h, the test materials were removed and washed 3 times in normal saline, followed by sonication in 50 ml Ringer solution at 40 kHz for 5 minutes. The resulting sonication fluid was plated in aliquots of 0.1 ml onto aerobe blood agar with 5% sheep blood and incubated at 37°C with 5% CO2 for 24 h. Then, bacterial counts were enumerated and expressed as cfu/ml. All experiments were performed in triplicate to calculate the mean ± standard deviation. The Wilcoxon test was used for statistical calculations.Results: The three investigated materials show a differing specific surface with b-TCB>trabecular metal>PMMA per mm2. S. aureus formed biofilm on all test materials as confirmed by quantitative culture after washing and sonication. The bacterial counts in sonication fluid (in cfu/ml) were higher in b-TCP (5.1 x 106 ± 0.6 x 106) and trabecular metal (3.7 x 106 ± 0.6 x 106) than in PMMA (3.9 x 104 ± 1.8 x 104), p<0.05.Conclusion: Our results demonstrate that about 100-times more bacteria adhere on b-TCP and trabecular metal than on PMMA, reflecting the larger surface of b-TCP and trabecuar metal compared to the one of PMMA. This in-vitro data indicates that bone grafts are susceptible to infection. Further studies are needed to evaluate efficient approaches to prevent and treat infections associated with bone grafts and substitutes, including modification of the surface or antibacterial coating.