Towards the validation of "in silico" models and physicochemical filters to identify and characterize new chemical entities

Summary: Lipophilicity plays an important role in the determination and the comprehension of the pharmacokinetic behavior of drugs. It is usually expressed by the partition coefficient (log P) in the n-octanol/water system. The use of an additional solvent system (1,2-dichlorethane/water) is necessary to obtain complementary information, as the log Poct values alone are not sufficient to explain ail biological properties. The aim of this thesis is to develop tools allowing to predict lipophilicity of new drugs and to analyze the information yielded by those log P values. Part I presents the development of theoretical models used to predict lipophilicity. Chapter 2 shows the necessity to extend the existing solvatochromic analyses in order to predict correctly the lipophilicity of new and complex neutral compounds. In Chapter 3, solvatochromic analyses are used to develop a model for the prediction of the lipophilicity of ions. A global model was obtained allowing to estimate the lipophilicity of neutral, anionic and cationic solutes. Part II presents the detailed study of two physicochemical filters. Chapter 4 shows that the Discovery RP Amide C16 stationary phase allows to estimate lipophilicity of the neutral form of basic and acidic solutes, except of lipophilic acidic solutes. Those solutes present additional interactions with this particular stationary phase. In Chapter 5, 4 different IANI stationary phases are investigated. For neutral solutes, linear data are obtained whatever the IANI column used. For the ionized solutes, their retention is due to a balance of electrostatic and hydrophobie interactions. Thus no discrimination is observed between different series of solutes bearing the same charge, from one column to an other. Part III presents two examples illustrating the information obtained thanks to Structure-Properties Relationships (SPR). Comparing graphically lipophilicity values obtained in two different solvent systems allows to reveal the presence of intramolecular effects .such as internai H-bond (Chapter 6). SPR is used to study the partitioning of ionizable groups encountered in Medicinal Chemistry (Chapter7). Résumé La lipophilie joue un .rôle important dans la détermination et la compréhension du comportement pharmacocinétique des médicaments. Elle est généralement exprimée par le coefficient de partage (log P) d'un composé dans le système de solvants n-octanol/eau. L'utilisation d'un deuxième système de solvants (1,2-dichloroéthane/eau) s'est avérée nécessaire afin d'obtenir des informations complémentaires, les valeurs de log Poct seules n'étant pas suffisantes pour expliquer toutes les propriétés biologiques. Le but de cette thèse est de développer des outils permettant de prédire la lipophilie de nouveaux candidats médicaments et d'analyser l'information fournie par les valeurs de log P. La Partie I présente le développement de modèles théoriques utilisés pour prédire la lipophilie. Le chapitre 2 montre la nécessité de mettre à jour les analyses solvatochromiques existantes mais inadaptées à la prédiction de la lipophilie de nouveaux composés neutres. Dans le chapitre 3, la même méthodologie des analyses solvatochromiques est utilisée pour développer un modèle permettant de prédire la lipophilie des ions. Le modèle global obtenu permet la prédiction de la lipophilie de composés neutres, anioniques et cationiques. La Partie II présente l'étude approfondie de deux filtres physicochimiques. Le Chapitre 4 montre que la phase stationnaire Discovery RP Amide C16 permet la détermination de la lipophilie de la forme neutre de composés basiques et acides, à l'exception des acides très lipophiles. Ces derniers présentent des interactions supplémentaires avec cette phase stationnaire. Dans le Chapitre 5, 4 phases stationnaires IAM sont étudiées. Pour les composés neutres étudiés, des valeurs de rétention linéaires sont obtenues, quelque que soit la colonne IAM utilisée. Pour les composés ionisables, leur rétention est due à une balance entre des interactions électrostatiques et hydrophobes. Donc aucune discrimination n'est observée entre les différentes séries de composés portant la même charge d'une colonne à l'autre. La Partie III présente deux exemples illustrant les informations obtenues par l'utilisation des relations structures-propriétés. Comparer graphiquement la lipophilie mesurée dans deux différents systèmes de solvants permet de mettre en évidence la présence d'effets intramoléculaires tels que les liaisons hydrogène intramoléculaires (Chapitre 6). Cette approche des relations structures-propriétés est aussi appliquée à l'étude du partage de fonctions ionisables rencontrées en Chimie Thérapeutique (Chapitre 7) Résumé large public Pour exercer son effet thérapeutique, un médicament doit atteindre son site d'action en quantité suffisante. La quantité effective de médicament atteignant le site d'action dépend du nombre d'interactions entre le médicament et de nombreux constituants de l'organisme comme, par exemple, les enzymes du métabolisme ou les membranes biologiques. Le passage du médicament à travers ces membranes, appelé perméation, est un paramètre important à optimiser pour développer des médicaments plus puissants. La lipophilie joue un rôle clé dans la compréhension de la perméation passive des médicaments. La lipophilie est généralement exprimée par le coefficient de partage (log P) dans le système de solvants (non miscibles) n-octanol/eau. Les valeurs de log Poct seules se sont avérées insuffisantes pour expliquer la perméation à travers toutes les différentes membranes biologiques du corps humain. L'utilisation d'un système de solvants additionnel (le système 1,2-dichloroéthane/eau) a permis d'obtenir les informations complémentaires indispensables à une bonne compréhension du processus de perméation. Un grand nombre d'outils expérimentaux et théoriques sont à disposition pour étudier la lipophilie. Ce travail de thèse se focalise principalement sur le développement ou l'amélioration de certains de ces outils pour permettre leur application à un champ plus large de composés. Voici une brève description de deux de ces outils: 1)La factorisation de la lipophilie en fonction de certaines propriétés structurelles (telle que le volume) propres aux composés permet de développer des modèles théoriques utilisables pour la prédiction de la lipophilie de nouveaux composés ou médicaments. Cette approche est appliquée à l'analyse de la lipophilie de composés neutres ainsi qu'à la lipophilie de composés chargés. 2)La chromatographie liquide à haute pression sur phase inverse (RP-HPLC) est une méthode couramment utilisée pour la détermination expérimentale des valeurs de log Poct.

Trypanosoma cruzi: metacyclogenesis in vitro - I. Changes in the properties of metacyclic trypomastigotes maintained in the laboratory by different methods

In this work we have studied the modifications in the biological properties of Trypanosoma cruzi when the parasite is maintained for a long time in axenic culture. The studies were done with a clone from an avirulent strain (Dm30L) and a non-cloned virulent strain (EP) of T. cruzi. Both parasiteswere maintained, for at least three years, by successive triatomine/mouse alternate passage (control condition), or by serial passage in axenic medium (culture condition), or only in the mouse (mouse condition). The comparison between parasites of culture and control condition showed that metacyclogenesis capacity was reduced in the former and that the resulting metacyclics displayed an attenuatedvirulence. In order to compare the virulence of metacyclics from the urine of the insect vector, Rhodnius prolixus were infected by artificial feeding with parasites of the control or culture condition. After three triatomine/triatomine passages, there was observed an almost identical biological behavior for these parasites, hence indicating that the maintenance of T. cruzi for a long time in axenic culture affects the differentiation capacity and the virulence of the parasite. Additionally, it was demonstrated that it is possible to maintain T. cruzi exclusively through passages in the invertebrate host.

Possible absence of attraction to odor in Panstrongylus megistus (Hemiptera: Reduviidae) under laboratory conditions

We tested the attraction of Panstrongylus megistus odor under laboratory conditons, between males and females of this species and by individuals of each sex on recently fed virgin couples. We employed a system of choice boxes both with or without aeration over the stimuli in the tested situations. We also observed a clear trend among the insects to remain in the central box where they had been placed in the beginning of the tests.

Multivariate contemporaneous-threshold autoregressive models

This paper proposes a contemporaneous-threshold multivariate smooth transition autoregressive (C-MSTAR) model in which the regime weights depend on the ex ante probabilities that latent regime-specific variables exceed certain threshold values. A key feature of the model is that the transition function depends on all the parameters of the model as well as on the data. Since the mixing weights are also a function of the regime-specific innovation covariance matrix, the model can account for contemporaneous regime-specific co-movements of the variables. The stability and distributional properties of the proposed model are discussed, as well as issues of estimation, testing and forecasting. The practical usefulness of the C-MSTAR model is illustrated by examining the relationship between US stock prices and interest rates.

State-dependent threshold STAR models

In this paper we consider extensions of smooth transition autoregressive (STAR) models to situations where the threshold is a time-varying function of variables that affect the separation of regimes of the time series under consideration. Our specification is motivated by the observation that unusually high/low values for an economic variable may sometimes be best thought of in relative terms. State-dependent logistic STAR and contemporaneous-threshold STAR models are introduced and discussed. These models are also used to investigate the dynamics of U.S. short-term interest rates, where the threshold is allowed to be a function of past output growth and inflation.

A comparison of input-output models: ghosh reduces to leontief (but "closing" ghosh makes it more plausible)

Ghosh's model is discussed in this paper under two alternative scenarios. In an open version we compare it with Leontief's model and prove that they reduce to each other under some specific productive conditions. We then move onto reconsidering Ghosh's model alleged implausibility and we do so reformulating the model to incorporate a closure rule. The closure solves, to some extent, the implausibility problem very clearly put out by Oosterhaven for then value-added is correctly computed and responsive to allocation changes resulting from supply shocks.

New developments and applications in modelling occupational exposure to airborne contaminants

Résumé: L'évaluation de l'exposition aux nuisances professionnelles représente une étape importante dans l'analyse de poste de travail. Les mesures directes sont rarement utilisées sur les lieux même du travail et l'exposition est souvent estimée sur base de jugements d'experts. Il y a donc un besoin important de développer des outils simples et transparents, qui puissent aider les spécialistes en hygiène industrielle dans leur prise de décision quant aux niveaux d'exposition. L'objectif de cette recherche est de développer et d'améliorer les outils de modélisation destinés à prévoir l'exposition. Dans un premier temps, une enquête a été entreprise en Suisse parmi les hygiénistes du travail afin d'identifier les besoins (types des résultats, de modèles et de paramètres observables potentiels). Il a été constaté que les modèles d'exposition ne sont guère employés dans la pratique en Suisse, l'exposition étant principalement estimée sur la base de l'expérience de l'expert. De plus, l'émissions de polluants ainsi que leur dispersion autour de la source ont été considérés comme des paramètres fondamentaux. Pour tester la flexibilité et la précision des modèles d'exposition classiques, des expériences de modélisations ont été effectuées dans des situations concrètes. En particulier, des modèles prédictifs ont été utilisés pour évaluer l'exposition professionnelle au monoxyde de carbone et la comparer aux niveaux d'exposition répertoriés dans la littérature pour des situations similaires. De même, l'exposition aux sprays imperméabilisants a été appréciée dans le contexte d'une étude épidémiologique sur une cohorte suisse. Dans ce cas, certains expériences ont été entreprises pour caractériser le taux de d'émission des sprays imperméabilisants. Ensuite un modèle classique à deux-zone a été employé pour évaluer la dispersion d'aérosol dans le champ proche et lointain pendant l'activité de sprayage. D'autres expériences ont également été effectuées pour acquérir une meilleure compréhension des processus d'émission et de dispersion d'un traceur, en se concentrant sur la caractérisation de l'exposition du champ proche. Un design expérimental a été développé pour effectuer des mesures simultanées dans plusieurs points d'une cabine d'exposition, par des instruments à lecture directe. Il a été constaté que d'un point de vue statistique, la théorie basée sur les compartiments est sensée, bien que l'attribution à un compartiment donné ne pourrait pas se faire sur la base des simples considérations géométriques. Dans une étape suivante, des données expérimentales ont été collectées sur la base des observations faites dans environ 100 lieux de travail différents: des informations sur les déterminants observés ont été associées aux mesures d'exposition des informations sur les déterminants observés ont été associé. Ces différentes données ont été employées pour améliorer le modèle d'exposition à deux zones. Un outil a donc été développé pour inclure des déterminants spécifiques dans le choix du compartiment, renforçant ainsi la fiabilité des prévisions. Toutes ces investigations ont servi à améliorer notre compréhension des outils des modélisations ainsi que leurs limitations. L'intégration de déterminants mieux adaptés aux besoins des experts devrait les inciter à employer cet outil dans leur pratique. D'ailleurs, en augmentant la qualité des outils des modélisations, cette recherche permettra non seulement d'encourager leur utilisation systématique, mais elle pourra également améliorer l'évaluation de l'exposition basée sur les jugements d'experts et, par conséquent, la protection de la santé des travailleurs. Abstract Occupational exposure assessment is an important stage in the management of chemical exposures. Few direct measurements are carried out in workplaces, and exposures are often estimated based on expert judgements. There is therefore a major requirement for simple transparent tools to help occupational health specialists to define exposure levels. The aim of the present research is to develop and improve modelling tools in order to predict exposure levels. In a first step a survey was made among professionals to define their expectations about modelling tools (what types of results, models and potential observable parameters). It was found that models are rarely used in Switzerland and that exposures are mainly estimated from past experiences of the expert. Moreover chemical emissions and their dispersion near the source have also been considered as key parameters. Experimental and modelling studies were also performed in some specific cases in order to test the flexibility and drawbacks of existing tools. In particular, models were applied to assess professional exposure to CO for different situations and compared with the exposure levels found in the literature for similar situations. Further, exposure to waterproofing sprays was studied as part of an epidemiological study on a Swiss cohort. In this case, some laboratory investigation have been undertaken to characterize the waterproofing overspray emission rate. A classical two-zone model was used to assess the aerosol dispersion in the near and far field during spraying. Experiments were also carried out to better understand the processes of emission and dispersion for tracer compounds, focusing on the characterization of near field exposure. An experimental set-up has been developed to perform simultaneous measurements through direct reading instruments in several points. It was mainly found that from a statistical point of view, the compartmental theory makes sense but the attribution to a given compartment could ñó~be done by simple geometric consideration. In a further step the experimental data were completed by observations made in about 100 different workplaces, including exposure measurements and observation of predefined determinants. The various data obtained have been used to improve an existing twocompartment exposure model. A tool was developed to include specific determinants in the choice of the compartment, thus largely improving the reliability of the predictions. All these investigations helped improving our understanding of modelling tools and identify their limitations. The integration of more accessible determinants, which are in accordance with experts needs, may indeed enhance model application for field practice. Moreover, while increasing the quality of modelling tool, this research will not only encourage their systematic use, but might also improve the conditions in which the expert judgments take place, and therefore the workers `health protection.

Chimpanzees and supporting models in the study of malaria pre-erythrocytic stages

Chimpanzees are being used in the study of immune response to Plasmodium falciparum malaria pre-erythrocytic stages (MPES). Responses induced by immunisation with recombinant/synthetic antigens and by irradiated sporozoites are being evaluated in a model system that is phylogenetically close to humans and that is amenable to limited manipulation not possible in humans. The value of chimpanzees for the in-depth study of immunological mechanisms at work in MPES-induced protection are discussed. A total number of 7 chimpanzees have been used to evaluate the immune response to recombinant antigens, and 5 have been challenged with large numbers of sporozoites, followed by surgical liver-wedge resection, in order to generate infected liver tissue for histological and immunological studies. As a complementary model, SCID mice carrying live, transplanted human and primate hepatocytes have been inoculated with sporozoites and infection of transplanted cells has been monitored by histological and immunological methods. In ongoing experiments chimpanzees are being immunised with MPES-derived lipopeptides that have been shown to overcome MHC restriction in mice, and with irradiated sporozoites.

Effect of Niclosamide (Bayluscide WP 70 (R)), Anacardium occidentale hexane extract and Euphorbia splendens latex on behavior of Biomphalaria glabrata (Say, 1818), under laboratory conditions

The repellent effect of the molluscicides Niclosamide (Bayluscide WP 70 (R)), Anacardium occidentale and the latex of Euphorbia splendens on Biomphalaria glabrata was observed through the investigation of the occurrence of escape behavior among molluscs that were exposed to dosages lower than the LD 50. The total number of individuals out of water among the surviving snails in the control group provided a "Natural Escape Index". The comparison between this total and the total number of surviving snails in each group exposed to the different dosages of the molluscicides after 24 hr provided the "Molluscicide Escape Index" and the detection of a "Repellency Range" to these snails. The escape indexes for Niclosamide, A. occidentale and E. splendens were 10, 6.22 and 6.44 respectively. Repellency occurred at the following concentration ranges: 0.01, 0.02 and 0.03 ppm Bayluscide, 0.1, 0.2 and 0.3 ppm A. occidentale and 0.05, 0.10, 0.15 and 0.20 ppm E. splendens. The Natural Escape Index obtained in the control group was zero.

Development of a vaccine strategy against human and bovine schistosomiasis: background and update

Schistosomiasis is a chronic and debilitating parasitic disease that affects over 200 million people throughout the world and causes about 500,000 deaths annually. Two specific characteristics of schistosome infection are of primordial importance to the development of a vaccine: schistosomes do not multiply within the tissues of their definitive hosts (unlike protozoan parasites) and a partial non-sterilizing immunity can have a marked effect on the incidence of pathology and on disease transmission. Since viable eggs are the cause of disease pathology, a reduction in worm fecundity whether or not accompanied by a reduction in parasite burden is a sufficient goal for vaccine induced immunity. We originally showed that IgE antibodies played in experimental models a pivotal role for the development of protective immunity. These laboratory findings have been now confirmed in human populations. Following the molecular cloning and expression of a protein 28 kDa protein of Schistosoma mansoni and its identification as a glutathion S-transferase, immunization experiments have been undertaken in several animal species (rats, mice, baboons). Together with a significant reduction in parasite burden, vaccination with Sm28 GST was recently shown to reduce significantly parasite fecundity and egg viability leading to a decrease in liver pathology. Whereas IgE antibodies were shown to be correlated with protection against infection, IgA antibodies have been identified as one of the factors affecting egg laying and viability. In human populations, a close association was found between IgA antibody production to Sm28 GST and the decrease of egg output. The use of appropriate monoclonal antibody probes has allowed the demonstration that the inhibition of parasite fecundity following immunization was related to the inhibition of enzymatic activity of the molecule. Epitope mapping of Sm28 GST has indicated the prominent role of the N and C terminal domains. Immunization with the corresponding synthetic peptides was followed by a decrease of 70% of parasite fecundity and egg viability. As a preliminary step towards phase I human trials, vaccination experiments have been performed in cattle, a natural model for Schistosoma bovis. Vaccination of calves with the S. bovis GST has led to a reduction of ever 80% of egg output and tissue egg count. Significant levels of protection were also observed in goats after immunization with the recombinant S. bovis GST. Increasing evidence of the participation of IgA antibodies in protective immunity has prompted us toward the development of mucosal immunization. Preliminary results indicate that significant levels of protection can be achieved following oral immunization with live attenuated vectors or liposomes. These studies seem to represent a promising approach towards the future development of a vaccine strategy against one of major human parasitic diseases.

Glioprotective impact of cell-permeable peptides in preclinical models of amyotrophic lateral sclerosis

Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder characterized by progressive degeneration of upper and lower motor neurons. It is mostly sporadic, but about 2% of cases are associated with mutations in the gene encoding the enzyme superoxide dismutase 1 (SOD1). A major constraint to the comprehension of the pathogenesis of ALS has been long represented by the conviction that this disorder selectively affects motor neurons in a cell-autonomous manner. However, the failure to identify the events underlying the neurodegenerative process and the increased knowledge of the complex cellular interactions necessary for the correct functioning of the CNS has recently focused the attention on the contribution to neurodegeneration of glial cells, including astrocytes. Astrocytes can hurt motor neurons directly by secreting neurotoxic factors, but they can also play a deleterious role indirectly by losing functions that are supportive for neurons. Recently, we reported that a subpopulation of astrocytes degenerates in the spinal cord of hSOD1G93A transgenic mouse model of ALS. Mechanistic studies in cultured astrocytes revealed that such effect is mediated by the excitatory amino acid glutamate.On the bsis of these observations, we next used the established cell culture model as a tool to screen the glioprotective effect of innovative drugs, namely cell-permeable therapeutics. These consist of peptidic effector moieties coupled to the selective intracellular peptide transporter TAT protein. We initially validated the usefulness of these molecules demonstrating that a control fluorescent peptide enters astrocytes in culture and is retained within the cells up to 24-48 h, according to the timing of our cytotoxicity experiments. We then tested the impact of specific intracellular peptides with antiapoptotic properties on glutamate-treated hSOD1G93A- expressing astrocytes and we identified one molecule that protects the cells from death. Chronic treatment of ALS mice with this peptide had a positive impact on the outcome of the disease.

Species distribution models for conservation-oriented studies in Switzerland : filling data and tools gaps

SUMMARYSpecies distribution models (SDMs) represent nowadays an essential tool in the research fields of ecology and conservation biology. By combining observations of species occurrence or abundance with information on the environmental characteristic of the observation sites, they can provide information on the ecology of species, predict their distributions across the landscape or extrapolate them to other spatial or time frames. The advent of SDMs, supported by geographic information systems (GIS), new developments in statistical models and constantly increasing computational capacities, has revolutionized the way ecologists can comprehend species distributions in their environment. SDMs have brought the tool that allows describing species realized niches across a multivariate environmental space and predict their spatial distribution. Predictions, in the form of probabilistic maps showing the potential distribution of the species, are an irreplaceable mean to inform every single unit of a territory about its biodiversity potential. SDMs and the corresponding spatial predictions can be used to plan conservation actions for particular species, to design field surveys, to assess the risks related to the spread of invasive species, to select reserve locations and design reserve networks, and ultimately, to forecast distributional changes according to scenarios of climate and/or land use change.By assessing the effect of several factors on model performance and on the accuracy of spatial predictions, this thesis aims at improving techniques and data available for distribution modelling and at providing the best possible information to conservation managers to support their decisions and action plans for the conservation of biodiversity in Switzerland and beyond. Several monitoring programs have been put in place from the national to the global scale, and different sources of data now exist and start to be available to researchers who want to model species distribution. However, because of the lack of means, data are often not gathered at an appropriate resolution, are sampled only over limited areas, are not spatially explicit or do not provide a sound biological information. A typical example of this is data on 'habitat' (sensu biota). Even though this is essential information for an effective conservation planning, it often has to be approximated from land use, the closest available information. Moreover, data are often not sampled according to an established sampling design, which can lead to biased samples and consequently to spurious modelling results. Understanding the sources of variability linked to the different phases of the modelling process and their importance is crucial in order to evaluate the final distribution maps that are to be used for conservation purposes.The research presented in this thesis was essentially conducted within the framework of the Landspot Project, a project supported by the Swiss National Science Foundation. The main goal of the project was to assess the possible contribution of pre-modelled 'habitat' units to model the distribution of animal species, in particular butterfly species, across Switzerland. While pursuing this goal, different aspects of data quality, sampling design and modelling process were addressed and improved, and implications for conservation discussed. The main 'habitat' units considered in this thesis are grassland and forest communities of natural and anthropogenic origin as defined in the typology of habitats for Switzerland. These communities are mainly defined at the phytosociological level of the alliance. For the time being, no comprehensive map of such communities is available at the national scale and at fine resolution. As a first step, it was therefore necessary to create distribution models and maps for these communities across Switzerland and thus to gather and collect the necessary data. In order to reach this first objective, several new developments were necessary such as the definition of expert models, the classification of the Swiss territory in environmental domains, the design of an environmentally stratified sampling of the target vegetation units across Switzerland, the development of a database integrating a decision-support system assisting in the classification of the relevés, and the downscaling of the land use/cover data from 100 m to 25 m resolution.The main contributions of this thesis to the discipline of species distribution modelling (SDM) are assembled in four main scientific papers. In the first, published in Journal of Riogeography different issues related to the modelling process itself are investigated. First is assessed the effect of five different stepwise selection methods on model performance, stability and parsimony, using data of the forest inventory of State of Vaud. In the same paper are also assessed: the effect of weighting absences to ensure a prevalence of 0.5 prior to model calibration; the effect of limiting absences beyond the environmental envelope defined by presences; four different methods for incorporating spatial autocorrelation; and finally, the effect of integrating predictor interactions. Results allowed to specifically enhance the GRASP tool (Generalized Regression Analysis and Spatial Predictions) that now incorporates new selection methods and the possibility of dealing with interactions among predictors as well as spatial autocorrelation. The contribution of different sources of remotely sensed information to species distribution models was also assessed. The second paper (to be submitted) explores the combined effects of sample size and data post-stratification on the accuracy of models using data on grassland distribution across Switzerland collected within the framework of the Landspot project and supplemented with other important vegetation databases. For the stratification of the data, different spatial frameworks were compared. In particular, environmental stratification by Swiss Environmental Domains was compared to geographical stratification either by biogeographic regions or political states (cantons). The third paper (to be submitted) assesses the contribution of pre- modelled vegetation communities to the modelling of fauna. It is a two-steps approach that combines the disciplines of community ecology and spatial ecology and integrates their corresponding concepts of habitat. First are modelled vegetation communities per se and then these 'habitat' units are used in order to model animal species habitat. A case study is presented with grassland communities and butterfly species. Different ways of integrating vegetation information in the models of butterfly distribution were also evaluated. Finally, a glimpse to climate change is given in the fourth paper, recently published in Ecological Modelling. This paper proposes a conceptual framework for analysing range shifts, namely a catalogue of the possible patterns of change in the distribution of a species along elevational or other environmental gradients and an improved quantitative methodology to identify and objectively describe these patterns. The methodology was developed using data from the Swiss national common breeding bird survey and the article presents results concerning the observed shifts in the elevational distribution of breeding birds in Switzerland.The overall objective of this thesis is to improve species distribution models as potential inputs for different conservation tools (e.g. red lists, ecological networks, risk assessment of the spread of invasive species, vulnerability assessment in the context of climate change). While no conservation issues or tools are directly tested in this thesis, the importance of the proposed improvements made in species distribution modelling is discussed in the context of the selection of reserve networks.RESUMELes modèles de distribution d'espèces (SDMs) représentent aujourd'hui un outil essentiel dans les domaines de recherche de l'écologie et de la biologie de la conservation. En combinant les observations de la présence des espèces ou de leur abondance avec des informations sur les caractéristiques environnementales des sites d'observation, ces modèles peuvent fournir des informations sur l'écologie des espèces, prédire leur distribution à travers le paysage ou l'extrapoler dans l'espace et le temps. Le déploiement des SDMs, soutenu par les systèmes d'information géographique (SIG), les nouveaux développements dans les modèles statistiques, ainsi que la constante augmentation des capacités de calcul, a révolutionné la façon dont les écologistes peuvent comprendre la distribution des espèces dans leur environnement. Les SDMs ont apporté l'outil qui permet de décrire la niche réalisée des espèces dans un espace environnemental multivarié et prédire leur distribution spatiale. Les prédictions, sous forme de carte probabilistes montrant la distribution potentielle de l'espèce, sont un moyen irremplaçable d'informer chaque unité du territoire de sa biodiversité potentielle. Les SDMs et les prédictions spatiales correspondantes peuvent être utilisés pour planifier des mesures de conservation pour des espèces particulières, pour concevoir des plans d'échantillonnage, pour évaluer les risques liés à la propagation d'espèces envahissantes, pour choisir l'emplacement de réserves et les mettre en réseau, et finalement, pour prévoir les changements de répartition en fonction de scénarios de changement climatique et/ou d'utilisation du sol. En évaluant l'effet de plusieurs facteurs sur la performance des modèles et sur la précision des prédictions spatiales, cette thèse vise à améliorer les techniques et les données disponibles pour la modélisation de la distribution des espèces et à fournir la meilleure information possible aux gestionnaires pour appuyer leurs décisions et leurs plans d'action pour la conservation de la biodiversité en Suisse et au-delà. Plusieurs programmes de surveillance ont été mis en place de l'échelle nationale à l'échelle globale, et différentes sources de données sont désormais disponibles pour les chercheurs qui veulent modéliser la distribution des espèces. Toutefois, en raison du manque de moyens, les données sont souvent collectées à une résolution inappropriée, sont échantillonnées sur des zones limitées, ne sont pas spatialement explicites ou ne fournissent pas une information écologique suffisante. Un exemple typique est fourni par les données sur 'l'habitat' (sensu biota). Même s'il s'agit d'une information essentielle pour des mesures de conservation efficaces, elle est souvent approximée par l'utilisation du sol, l'information qui s'en approche le plus. En outre, les données ne sont souvent pas échantillonnées selon un plan d'échantillonnage établi, ce qui biaise les échantillons et par conséquent les résultats de la modélisation. Comprendre les sources de variabilité liées aux différentes phases du processus de modélisation s'avère crucial afin d'évaluer l'utilisation des cartes de distribution prédites à des fins de conservation.La recherche présentée dans cette thèse a été essentiellement menée dans le cadre du projet Landspot, un projet soutenu par le Fond National Suisse pour la Recherche. L'objectif principal de ce projet était d'évaluer la contribution d'unités 'd'habitat' pré-modélisées pour modéliser la répartition des espèces animales, notamment de papillons, à travers la Suisse. Tout en poursuivant cet objectif, différents aspects touchant à la qualité des données, au plan d'échantillonnage et au processus de modélisation sont abordés et améliorés, et leurs implications pour la conservation des espèces discutées. Les principaux 'habitats' considérés dans cette thèse sont des communautés de prairie et de forêt d'origine naturelle et anthropique telles que définies dans la typologie des habitats de Suisse. Ces communautés sont principalement définies au niveau phytosociologique de l'alliance. Pour l'instant aucune carte de la distribution de ces communautés n'est disponible à l'échelle nationale et à résolution fine. Dans un premier temps, il a donc été nécessaire de créer des modèles de distribution de ces communautés à travers la Suisse et par conséquent de recueillir les données nécessaires. Afin d'atteindre ce premier objectif, plusieurs nouveaux développements ont été nécessaires, tels que la définition de modèles experts, la classification du territoire suisse en domaines environnementaux, la conception d'un échantillonnage environnementalement stratifié des unités de végétation cibles dans toute la Suisse, la création d'une base de données intégrant un système d'aide à la décision pour la classification des relevés, et le « downscaling » des données de couverture du sol de 100 m à 25 m de résolution. Les principales contributions de cette thèse à la discipline de la modélisation de la distribution d'espèces (SDM) sont rassemblées dans quatre articles scientifiques. Dans le premier article, publié dans le Journal of Biogeography, différentes questions liées au processus de modélisation sont étudiées en utilisant les données de l'inventaire forestier de l'Etat de Vaud. Tout d'abord sont évalués les effets de cinq méthodes de sélection pas-à-pas sur la performance, la stabilité et la parcimonie des modèles. Dans le même article sont également évalués: l'effet de la pondération des absences afin d'assurer une prévalence de 0.5 lors de la calibration du modèle; l'effet de limiter les absences au-delà de l'enveloppe définie par les présences; quatre méthodes différentes pour l'intégration de l'autocorrélation spatiale; et enfin, l'effet de l'intégration d'interactions entre facteurs. Les résultats présentés dans cet article ont permis d'améliorer l'outil GRASP qui intègre désonnais de nouvelles méthodes de sélection et la possibilité de traiter les interactions entre variables explicatives, ainsi que l'autocorrélation spatiale. La contribution de différentes sources de données issues de la télédétection a également été évaluée. Le deuxième article (en voie de soumission) explore les effets combinés de la taille de l'échantillon et de la post-stratification sur le la précision des modèles. Les données utilisées ici sont celles concernant la répartition des prairies de Suisse recueillies dans le cadre du projet Landspot et complétées par d'autres sources. Pour la stratification des données, différents cadres spatiaux ont été comparés. En particulier, la stratification environnementale par les domaines environnementaux de Suisse a été comparée à la stratification géographique par les régions biogéographiques ou par les cantons. Le troisième article (en voie de soumission) évalue la contribution de communautés végétales pré-modélisées à la modélisation de la faune. C'est une approche en deux étapes qui combine les disciplines de l'écologie des communautés et de l'écologie spatiale en intégrant leurs concepts de 'habitat' respectifs. Les communautés végétales sont modélisées d'abord, puis ces unités de 'habitat' sont utilisées pour modéliser les espèces animales. Une étude de cas est présentée avec des communautés prairiales et des espèces de papillons. Différentes façons d'intégrer l'information sur la végétation dans les modèles de répartition des papillons sont évaluées. Enfin, un clin d'oeil aux changements climatiques dans le dernier article, publié dans Ecological Modelling. Cet article propose un cadre conceptuel pour l'analyse des changements dans la distribution des espèces qui comprend notamment un catalogue des différentes formes possibles de changement le long d'un gradient d'élévation ou autre gradient environnemental, et une méthode quantitative améliorée pour identifier et décrire ces déplacements. Cette méthodologie a été développée en utilisant des données issues du monitoring des oiseaux nicheurs répandus et l'article présente les résultats concernant les déplacements observés dans la distribution altitudinale des oiseaux nicheurs en Suisse.L'objectif général de cette thèse est d'améliorer les modèles de distribution des espèces en tant que source d'information possible pour les différents outils de conservation (par exemple, listes rouges, réseaux écologiques, évaluation des risques de propagation d'espèces envahissantes, évaluation de la vulnérabilité des espèces dans le contexte de changement climatique). Bien que ces questions de conservation ne soient pas directement testées dans cette thèse, l'importance des améliorations proposées pour la modélisation de la distribution des espèces est discutée à la fin de ce travail dans le contexte de la sélection de réseaux de réserves.

Larval and pupal periods of Peckia chrysostoma and Adiscochaeta ingens (Diptera: Sarcophagidae) reared under laboratory conditions

Peckia chrysostoma obtained mean viability of 97.0±2.4% for larvae and of 96.9±2.5% for pupae (total viability of 94.0±3.7%). Adiscochaeta ingens obtained mean viability of 93.0±7.5% for larvae and of 92.8±7.6% for pupae (total viability of 86.0±7.3%). P. chrysostoma obtained mean larval period of 185±4 hr at 18ºC, of 94±2 hr at 27ºC and of 88±2 hr at room temperature (range of 23ºC and 29ºC). A. ingens obtained mean larval period of 169±1 hr at 18ºC, of 77±1 hr at 27ºC and of 84±2hr at room temperature. P. chrysostoma obtained mean pupal period of 23.5±1.3 days at 18ºC, of 12.5±0.7 days at 27ºC and of 15.5±0.7 days at room temperature. A. ingens obtained mean pupal period of 33.0±2.2 days at 18ºC, of 16.0±1.0 days at 27ºC and of 19.0±1.0 days at room temperature.

The influence of sugars and amino acids on the blood-feeding behaviour, oviposition and longevity of laboratory colony of Lutzomyia longipalpis (Lutz & Neiva, 1912) (Diptera: Psychodidae, Phlebotominae)

Schneider's Drosophila medium, a complex amino acid rich medium was tested alone and with seven different sugars for some aspects of the biology of Lutzomyia longipalpis. Statistically significant results were obtained when sucrose was used alone, indicating that among the sugars tested, this is still the most suitable and practical one for the maintenance of L. longipalpis colonies. However, the addition of Schneider's medium to a pool of different sugars, was suggested to be related with the acceptance of the first and second blood meals and to longevity, these being, obviously, quite relevant aspects when tansmission experiments are contemplated.