Étude des propriétés antidiabétiques de Nigella sativa : sites d’action cellulaires et moléculaires

Nigella sativa ou cumin noir est une plante et un condiment populaires. Les graines de N. sativa sont très utilisées en médecine traditionnelle des pays nord africains pour le traitement du diabète. Cependant, les mécanismes d'actions cellulaires et moléculaires via lesquels cette plante exerce son effet euglycémiant restent encore mal compris. Le but de notre étude est d'examiner l’effet de N. sativa sur la sécrétion d’insuline, le transport de glucose et sur les voies de signalisation impliquées dans l’homéostasie et le métabolisme de glucose, en utilisant des essais biologiques sur des cultures cellulaires murines (cellules β pancréatiques βTC, myoblastes C2C12, hépatocytes H4IIE et adipocytes 3T3-L1) et des études in vivo chez le rat normoglycémique et le Meriones shawi (rongeur) diabétique. Chez les cellules β pancréatiques, N. sativa a augmenté leur prolifération ainsi que la sécrétion basale et gluco-stimulée de l’insuline. N. sativa a augmenté aussi la prise de glucose de 50% chez les cellules musculaires alors que chez les cellules graisseuses, la prise de glucose est augmentée jusqu’au 400%. Les expériences d’immunobuvardage de type western ont montré que N. sativa stimule les voies de signalisation de l’insuline (Akt et ERKs) et aussi celle insulino-indépendante (AMPK) chez les cellules C2C12. Par contre, chez les 3T3-L1, l’augmentation de transport de glucose est plutôt reliée à une activation de la voie de peroxisome proliferator activated receptor γ (PPARγ). Chez les hépatocytes, N. sativa augmente la stimulation des protéines intracellulaires Akt et 5' adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK). Cette activation de l’AMPK est associée à un effet découpleur de la plante au niveau de la phosphorylation oxydative mitochondriale. Par ailleurs, chez les Meriones shawi diabétiques, N. sativa diminue graduellement la glycémie à jeun ainsi que la réponse glycémique (AUC) à une charge orale en glucose (OGTT) pour atteindre des valeurs semblables aux animaux témoins après quatre semaines de traitement. Une amélioration du profile lipidique est observée autant chez les Meriones shawi diabétiques que chez les rats normaux. Au niveau moléculaire, N. sativa augmente le contenu musculaire en glucose transporter 4 Glut4 et la phosphorylation de l’acetyl-coenzyme A carboxylase ACC dans le muscle soléaire et le foie chez les Mériones shawi diabétiques. Par contre, chez le rat normal, on assiste à une stimulation des voies de signalisation de l’insuline (Akt et ERK) au niveau hépatique. En conclusion, nous avons confirmé l’action insulinotropique de N. sativa au niveau des cellules β pancréatiques et mis en évidence un effet proliférateur pouvant potentiellement s’avérer utile pour contrecarrer la perte de masse cellulaire observée chez les diabétiques. Notre étude a également mis en évidence pour la première fois que N. sativa exerce son activité antidiabétique par une combinaison d’effets insulino-mimétiques et insulino-sensibilisateurs directs permettant ainsi d’augmenter le transport de glucose des tissus périphériques. Cette action de N. sativa est liée à une stimulation des voies de signalisation intracellulaires insulinodépendantes et -indépendantes (AMPK) chez le muscle squelettique et le foie alors qu’elle passe par la voie des PPARγ au niveau du tissu adipeux. Finalement, l’étude in vivo vient confirmer l’effet antidiabétique de N. sativa. Notre apport novateur se situe au niveau de la démonstration que l’activité antidiabétique de N. sativa chez le Meriones shawi diabétique est la résultante des mêmes activités que celles déterminées au niveau de l’étude in vitro. En effet, N. sativa active la voie de l’AMPK, améliore la sensibilité à l’insuline et augmente l’insulinémie. Notre étude montre aussi que N. sativa possède une activité antilipidémiante. Ces résultats confirment le bien-fondé de l'utilisation ethnopharmacologique de N. sativa comme traitement du diabète et des perturbations du métabolisme lipidique qui y sont associées. De plus, les actions pléiotropiques de N. sativa en font un traitement alternatif ou complémentaire du diabète très prometteur qui encouragent à présent la tenue d’études cliniques de bonne qualité.

La régulation génique chez Solanum chacoense : de la pollinisation jusqu’à l’embryogenèse

Chez les végétaux supérieurs, l’embryogenèse est une phase clé du développement au cours de laquelle l’embryon établit les principales structures qui formeront la future plante et synthétise et accumule des réserves définissant le rendement et la qualité nutritionnelle des graines. Ainsi, la compréhension des évènements moléculaires et physiologiques menant à la formation de la graine représente un intérêt agronomique majeur. Toutefois, l'analyse des premiers stades de développement est souvent difficile parce que l'embryon est petit et intégré à l'intérieur du tissu maternel. Solanum chacoense qui présente des fleurs relativement grande facilitant l’isolation des ovules, a été utilisée pour l’étude de la biologie de la reproduction plus précisément la formation des gamètes femelles, la pollinisation, la fécondation et le développement des embryons. Afin d'analyser le programme transcriptionnel induit au cours de la structuration de ces étapes de la reproduction sexuée, nous avons mis à profit un projet de séquençage de 7741 ESTs (6700 unigènes) exprimés dans l’ovule à différents stades du développement embryonnaire. L’ADN de ces ESTs a été utilisé pour la fabrication de biopuces d’ADN. Dans un premier temps, ces biopuces ont été utilisé pour comparer des ADNc issus des ovules de chaque stade de développement embryonnaire (depuis le zygote jusqu’au embryon mature) versus un ovule non fécondé. Trois profils d’expression correspondant au stade précoce, intermédiaire et tardive ont été trouvés. Une analyse plus approfondie entre chaque point étudié (de 0 à 22 jours après pollinisation), a permis d'identifier des gènes spécifiques caractérisant des phases de transition spécifiques. Les annotations Fonctionnelles des gènes differentiellement exprimés nous ont permis d'identifier les principales fonctions cellulaires impliquées à chaque stade de développement, révélant que les embryons sont engagés dans des actifs processus de différenciation. Ces biopuces d’ADN ont été par la suite utilisé pour comparer différent types de pollinisation (compatible, incompatible, semi-compatible et inter-espèce) afin d’identifier les gènes répondants à plusieurs stimuli avant l'arrivé du tube pollinique aux ovules (activation à distance). Nous avons pu démontrer que le signal perçu par l’ovaire était différent et dépend de plusieurs facteurs, incluant le type de pollen et la distance parcourue par le pollen dans le style. Une autre analyse permettant la comparaison des différentes pollinisations et la blessure du style nous a permis d’identifier que les programmes génétiques de la pollinisation chevauchent en partie avec ceux du stress. Cela était confirmé en traitant les fleurs par une hormone de stress, méthyle jasmonate. Dans le dernier chapitre, nous avons utilisé ces biopuces pour étudier le changement transcriptionnel d’un mutant sur exprimant une protéine kinase FRK2 impliqué dans l’identité des ovules. Nous avons pu sélectionner plusieurs gènes candidat touchés par la surexpression de cette kinase pour mieux comprendre la voie se signalisation. Ces biopuces ont ainsi servi à déterminer la variation au niveau transcriptionnelle des gènes impliqués lors de différents stades de la reproduction sexuée chez les plantes et nous a permis de mieux comprendre ces étapes.

Identification de composés naturels contre Saprolegnia sp., un champignon pathogène en aquaculture

La saprolégniose est une maladie fongique causée par le champignon aquatique Saprolegnia sp. qui affecte les poissons sauvages et ceux provenant des piscicultures. L’apparition de touffes cotonneuses semblables à de la ouate de couleur blanche à grise est souvent la première indication de l’infection. Ce saprophyte ubiquitaire se nourrit habituellement des œufs de poissons morts, mais peut se propager rapidement aux œufs sains causant la mort de ces derniers. La saprolégniose est souvent une infection secondaire, mais des souches virulentes peuvent facilement se développer sur les salmonidés ayant subi un stress ou une mauvaise manipulation. De grandes pertes économiques associées à la saprolégniose sont rapportées chaque année à travers le monde surtout dans l’industrie de la pisciculture. Jusqu’en 2002, le contrôle de la saprolégniose pouvait se faire par l’utilisation du vert de malachite, un colorant organique ayant une grande activité antifongique. Malheureusement, cette molécule a été bannie à cause de ses propriétés cancérigènes. Aucun composé aussi efficace n’est actuellement disponible pour traiter les infections de la saprolégniose. Des molécules ou extraits naturels ayant un potentiel antifongique ont donc été testés à l’aide de deux techniques (par graines de chanvre et par cylindre d’agar). Les molécules d’un extrait de propolis (cire de ruches d’abeilles) démontrant de l’activité anti-Saprolegnia ont été identifiées. De plus, une bactérie, Pseudomonas aeruginosa, pouvant être retrouvée dans le même environnement que Saprolegnia sp. a démontré un effet antagoniste au champignon. Une molécule de signalisation intercellulaire produite par P. aeruginosa, 4-hydroxy-2-heptylquinoline (HHQ), a été identifiée comme responsable de l’effet antagoniste contre Saprolegnia sp.

Effets des pratiques sylvicoles sur les traits fonctionnels des communautés végétales de friches arbustives

Différents modes de réhabilitation forestière des sites agricoles abandonnés peuvent affecter la diversité végétale des sites. L’analyse des traits fonctionnels des plantes pourrait permettre de révéler l’effet des différentes pratiques sylvicoles suggérées. L’étude porte sur deux communautés de friches arbustives ayant reçu la plantation de trois espèces d’arbres feuillus. La préparation des sites par un débroussaillement total ou par bande, combinés ou non d’herbicide offre l’occasion de mesurer l’effet de ces traitements sur la distribution des traits fonctionnels des communautés végétales après onze ans. Les résultats d’une analyse du 4e coin montrent un effet des traitements sur les traits fonctionnels des communautés et ce, davantage sur le site où la transmission de la lumière est supérieure. Un débroussaillement par bande permet un recul successionnel moins grand que total, avec la présence de plusieurs traits fonctionnels liés aux espèces de fin de succession tels que les phanérophytes et les espèces à semences de plus grande taille Un débroussaillement total résulte plutôt en une présence accrue des espèces exogènes et des intolérantes à la lumière. L’application d’herbicide influence peu la distribution des traits mais augmente la croissance du noyer noir lors de débroussaillement total et dans une moindre mesure lors de débroussaillement en bande. Le peu de différenciation significative de survie et de croissance en hauteur des arbres entre les traitements permet de proposer un débroussaillement par bande plutôt que total, afin de diminuer le recul successionnel, tout en nécessitant un moins grand recours à l’herbicide.

Diversité des champignons endophytes mycorhiziens et de classe II chez le pois chiche, et influence du génotype de la plante

réalisé en cotutelle avec la Faculté des Sciences de Tunis, Université Tunis El Manar.

Algal Biofuels: Challenges and Opportunities

Biodiesel production using microalgae is attractive in a number of respects. Here a number of pros and cons to using microalgae for biofuels production are reviewed. Algal cultivation can be carried out using non-arable land and non-potable water with simple nutrient supply. In addition, algal biomass productivities are much higher than those of vascular plants and the extractable content of lipids that can be usefully converted to biodiesel, triacylglycerols (TAGs) can be much higher than that of the oil seeds now used for first generation biodiesel. On the other hand, practical, cost-effective production of biofuels from microalgae requires that a number of obstacles be overcome. These include the development of low-cost, effective growth systems, efficient and energy saving harvesting techniques, and methods for oil extraction and conversion that are environmentally benign and cost-effective. Promising recent advances in these areas are highlighted.

Les rapports entre les amateurs et les professionnels dans les sciences participatives basées sur Internet : une exploration de Foldit

Cette recherche explore les rapports entre les amateurs et les professionnels scientifiques dans Foldit, une expérience de science participative sur Internet. Foldit est un jeu vidéo en ligne qui permet aux participants de trouver la façon dont les protéines se plient. Amateurs et professionnels de la science ont traversé une longue route colorée de partenariats et de démarcations. À l'heure actuelle, cette démarche se voit complexifiée par un environnement numérique qui relève le phénomène de la participation et la montée de la figure de l'amateur, notamment dans la production de connaissance. Si cette participation sur la Toile est considérée, par certains courants de pensée, comme le germe d'une nouvelle économie voire d'une nouvelle société (Benkler, 2006 ; Bauwens, 2012b), elle est aussi dénoncée par l'approche critique du capitalisme informationnel, comme une sorte de travail immatériel non rémunéré soumis à des relations d'exploitation (Moulier Boutang, 2007 ; Pasquinelli, 2010). Dans ce contexte, ce mémoire propose une exploration des sciences participatives, afin d'examiner les rapports qui s'établissent entre les acteurs de ces expériences productrices de connaissance et de données immatérielles. Ces rapports s'expriment à travers les échanges qui se déroulent sur le site web Foldit. La méthodologie qualitative mise en oeuvre a été complétée par l'observation de terrain et les entretiens semi-structurés avec des participants-joueurs et des membres de l'équipe scientifique du jeu. Les rapports trouvés dans Foldit se révèlent contextualisés, performatifs et sont façonnés par les compétences mises en jeu par les acteurs. Des rapports d'asymétrie, de coopération et de négociation sont repérés dans Foldit. Cette recherche veut contribuer ainsi à une meilleure compréhension des collectifs présents sur Internet ainsi que des rapports établis entre eux.

La problématique de l'effectivité du droit de l'enfant à la santé et à l'éducation dans les situations de conflit armé interne en Afrique: réflexions à la lumière de la crise en Côte d'Ivoire

Avec l’entrée en vigueur de la Convention des droits de l’enfant (CDE) en 1990, la communauté internationale a formellement matérialisé sa volonté de faire des droits de l’enfant, des droits à protéger en tout temps. La CDE vient compléter le dispositif juridique mis en place par le droit international humanitaire (DIH) pour protéger lesdits droits en période de conflit et inspirera la Charte africaine des droits et bien-être de l’enfant. Les Etats s’engagent ainsi à en faire une réalité, quelles que soient les circonstances. Mais l’engagement juridique est confronté aux conflits armés internes qui remettent en cause les droits fondamentaux clairement énoncés, notamment le droit à la santé et à l’éducation et qui favorisent la violation de ces droits. Dans ce mémoire, nous nous sommes interrogés sur les éventuelles causes qui peuvent expliquer que les engagements juridiques ne soient pas politiquement traduits en réalité concrète. Il s’agit de vérifier si le dispositif juridique de protection ne porte pas en lui-même les germes de cette violation. Une autre hypothèse serait que l’absence de reconnaissance formelle de la responsabilité des groupes armés non étatiques impliqués dans ces conflits, en ce qui concerne le respect des droits pourrait être un élément qui favorise les violations. Ainsi, dans la première partie, après avoir retracé l’évolution historique et juridique de la reconnaissance des droits de l’enfant, nous nous sommes inscrits dans le contexte du conflit en Côte d’Ivoire entre 2002 et 2011, pour montrer les impacts des conflits armés internes sur la jouissance des droits de l’enfant, notamment à la santé et à l’éducation. La deuxième partie nous permet de relever d’une part, les insuffisances du dispositif de protection, les lacunes relatives à la non prise en compte formelle des entités armées non étatiques, et de faire des réflexions en termes de perspectives pour une meilleure effectivité du respect des droits de l’enfant en période de conflit armé non international, d’autre part.

Choosing the Lesser of Two Evils: Explaining Multinational Banking Groups’ Push for Supranational Oversight in the EU

European Union Series

STUDIES ON TAXONOMY, DISTRIBUTION, ECOLOGY AND REPRODUCTIVE POTENTIAL OF ROTIFERS FROM SELECTED CENTRES IN COCHIN BACKWATER SYSTEM, KERALA

The studies were conducted in nine stations with varying ecological characteristics along Cochin backwaters and adjoining canals. Many workers opined that the distribution of rotifers is cosmopolitan. The significance of rotifers as first food for early larvae was indicated by Fujita. Aquaculture is a fast growing field in fisheries sector and it is gaining more importance as the fish landings and supply are getting irregular. A consistent supply of fish/shellfish can only be achieved through aquaculture. The success of any culture activity depends on the timely production of seeds of finfishes/shellfishes. The availability of wild seed is seasonal and erratic. So, a dependable source of seed of fishes and shellfishes is possible only through large scale production in hatchery. A successful seed production activity depends on the availability of a variety of suitable live feed organisms in sufficient quantities at the proper time for use in the larval stages. As the live feeds promote high growth rates, easy digestion, assimilation and the quality of not contaminating the culture water when compared to other artificial feeds, make the culture of live feed organisms the principal means of providing food for the larvae of finfishes and shellfishes. Rotifers are considered to be an excellent and indispensable food for larvae of many finfishes and crustaceans. It (1960) was the first to culture Brachionus plicatilis for feeding marine fish larvae, and now it is being extensively used as live feed in hatcheries all over the world. They are a group of microscopic organisms coming under the Phylum Rotifera which comprises of about 2000 species. Their slow swimming habits, ability to tolerate a wide range of salinities, parthenogenetic mode of reproduction and ability to get enriched easily, make rotifers an ideal live feed organism. The major factors such as temperature, salinity and food that influence the reproductive potential and thereby the population size of rotifer, Salinity is one of the most important aspect influencing the reproductive rate of rotifers. The feed type and feed concentration play a vital role in influencing the reproductive rate of rotifers. For culture of rotifers, the commonly used micro algae belong to Chlorella, Nannochloropsis, Isochrysis and Tetraselmis. While some studies have suggested that, algal diet has little effect on reproductive rates in 1979 while using the rotifer, Brachionus plicatilis as feed for the larvae of red sea bream, Pagrus major. It is generally accepted that rotifers play a pivotal role in the successful rearing of marine fish larvae.

An Evaluation of Extension Activities in the Development of Aquaculture in Kerala

Aquaculture is one of the prime catalysts for the socio-economic development of Indian economy contributing to the nations food and nutritional security, export earnings, income and employment generation. In this study an evaluation of extension activities in the development of aquaculture in Kerala. This study was conducted with a view to examine how the Kerala fisheries department offered extension services to the aquaculture farmers in the freshwater and brackish water sectors of the state through various agencies like Fish Farmers Development Agency(FFDA), Brackish water Fish Farmers Development Agency (BFFDA). In this study there are 3 category of respondent’s fresh water beneficiary farmers, brackish water beneficiary farmers and fisheries extension officers. The main motive of the thesis is to make an attempt to explore the responses of local producers to the extension programs of the state with special reference to the aquaculture sector of Kerala, India. The most important technical constraint faced by the fresh water farmers was lack of knowledge followed by non-availability of quality seeds. In the case of brackish water farming, it was infection of disease followed by lack of knowledge. The overall activities of the department of fisheries were ‘fairly good’. It indicate the need for improvements in the delivery of extension services to various target groups. The state fisheries department has already moving towards evolving these modes of extension activities by community participation.

Chemical and Biochemical Studies on Natural Antioxidants from sesamum Species

In the present study on natural antioxidants, the focus has been kept mainly on oil seeds, especially sesame and its by-products. Sesame, which has been under cultivation in India for centuries is called the 'Queen of oil seed crops' because of the high yield of oil obtained and the nutritional qualities of the seed, oil, and meal. Though India is the largest producer of sesame in the world, research on the various health benefits of sesame has been carried out by Japanese Sesame has an important place in the foods and tradit..ional medicine of India from time immemorial. Foreseeing the potential of sesame and its byproducts as an important antioxidant source and its availability in bulk, the present study was focussed on Sesamum species. There are not many reports on the wild species of Sesamum in India, especially of the Kerala region. Hence, in the present study we also included antioxidants of Sesamurnrnalabaricumdistributed throughout the coastal region.The important characteristics of sesame are attributed to the presence of the umquc compounds lignans. Lignans arc a group of natural products of phenyl propanoid ongm, whieh are widely distributed in nature. They display important physiological functions in plants, in human nutrition and medicine, given their extensive health promotive and curative properties. Much interest has been focussed on their effectiveness as antineoplastic agents and research in this area has revealed several modes of action by which they can regulate the growth of mammalian cells. Sesame is an important source of furofuran lignans, of which sesamin and the rare oxygenated derivative sesamoIin are the most abundant. Others include sesamol and glucosides of lignans. Sesarnin and episesamin are reported to have hypocholesterolemic effect, suppressive effect on chemically induced cancer, alleviation of allergy symptoms etc. Sesamol, sesamolin and the lignan glycosides are reported to inhibit lipid peroxidation. Present investigation on sesame and its byproducts have been carried out to explore the possibility of developing a natural antioxidant extract from available resources to be used as a substitute to synthetic ones in vegetable oils and foods. Preliminary analysis showed that sesame cake, a byproduct could still be utilized as a major source of lignans. Sesame cake, which is now used only as a cattlefeed, can be better utilized in the form of a valuable antioxidant source. The present study explains the development of a feasible process for the extraction of antioxidant compounds from sesame cake. The antioxidant extract so prepared from sesame cake has been tested for vegetable oil protection and is found to be effective at low concentration. In addition, studies also include the antioxidant, radical scavenging, anticancer, mosquitocidal and pesticidal activities of extract and individual compounds.

Studies on the Bioactive Natural Antioxidants From Oilseeds

Antioxidants are substances that when present at low concentrations compared to that of an oxidisable substrate significantly delays or inhibits oxidation of that substrate in food products or in living systems. Antioxidants are either endogenous to the body or derived from the diet. Several types of synthetic antioxidants like BHT, BHA, TBHQ etc. are also used in the food industry. However, findings and subsequent publicity has fostered significant consumer resistance to the use of synthetic food additives as antioxidants, colourants etc. and therefore food industry is in search of potential natural antioxidants from edible sources.The major dietary sources of antioxidant phytochemicals are cereals, legumes, fruits, vegetables, oilseeds, beverages, spices and herbs. In the present study, we have focused on rice bran and its byproducts. Rice is one of the oldest of food crops and has been a staple food in India from very ancient times. It is also the staple food for about 60% of the world's population. Rice bran is a byproduct of the rice milling industry and is a potential commercial source of a healthy edible oil viz. rice bran oil and a variety of bio-active phytochemicals.Defatted rice bran (DRB), a byproduct of rice bran oil extraction, is also a good source of insoluble dietary fiber, protein, phytic acid, inosito I, vitamin B and a variety of other phytochemicals. Though the antioxidant potential of DRB has been demonstrated, it still remained a relatively unexplored source material, which demanded further investigation especially with regard to its detailed phytochemical profile leading to practical application. The focus of the present investigation therefore has been on DRB primarily to establish its phytochemical status and feasibility of using it as a source of bio-active phytochemicals and natural antioxidants leading to value addition of DRB otherwise used as cattle feed. To gain a better understanding of the value of rice bran as a source of phytochemicals, five popular rice varieties of the region viz. PTB 50, PTB 39, PTB 38, JA Y A, and MO 10 and a wild variety (oryza nivara) that is mainly used for medicinal applications in traditional ayurvedic system were characterized along with commercial samples of rice bran. The present study also explains the feasibility of a process for the extraction, enrichment, and isolation of antioxidant compounds from DRB. The antioxidant potential of the extracts were evaluated both in bulk oils and in food relevant model emulsions, using standard in vitro models. Radical scavenging effects, indicative of possible biological effects, were also evaluated.

Development of Safety and Quality Management System in Shrimp Farming

Shrimp Aquaculture has provided tremendous opportunity for the economic and social upliftment of rural communities in the coastal areas of our country Over a hundred thousand farmers, of whom about 90% belong to the small and marginal category, are engaged in shrimp farming. Penaeus monodon is the most predominant cultured species in India which is mainly exported to highly sophisticated, quality and safety conscious world markets. Food safety has been of concem to humankind since the dawn of history and the concern about food safety resulted in the evolution of a cost effective, food safety assurance method, the Hazard Analysis Critical Control Point (HACCP). Considering the major contribution of cultured Penaeus monodon to the total shrimp production and the economic losses encountered due to disease outbreak and also because traditional methods of quality control and end point inspection cannot guarantee the safety of our cultured seafood products, it is essential that science based preventive approaches like HACCP and Pre requisite Programmes (PRP) be implemented in our shrimp farming operations. PRP is considered as a support system which provides a solid foundation for HACCP. The safety of postlarvae (PL) supplied for brackish water shrimp farming has also become an issue of concern over the past few years. The quality and safety of hatchery produced seeds have been deteriorating and disease outbreaks have become very common in hatcheries. It is in this context that the necessity for following strict quarantine measures with standards and code of practices becomes significant. Though there were a lot of hue and cry on the need for extending the focus of seafood safety assurance from processing and exporting to the pre-harvest and hatchery rearing phases, an experimental move in this direction has been rare or nil. An integrated management system only can assure the effective control of the quality, hygiene and safety related issues. This study therefore aims at designing a safety and quality management system model for implementation in shrimp farming and hatchery operations by linking the concepts of HACCP and PRP.

Mean Squared Residue Based Biclustering Algorithms for the Analysis of Gene Expression Data

Computational Biology is the research are that contributes to the analysis of biological data through the development of algorithms which will address significant research problems.The data from molecular biology includes DNA,RNA ,Protein and Gene expression data.Gene Expression Data provides the expression level of genes under different conditions.Gene expression is the process of transcribing the DNA sequence of a gene into mRNA sequences which in turn are later translated into proteins.The number of copies of mRNA produced is called the expression level of a gene.Gene expression data is organized in the form of a matrix. Rows in the matrix represent genes and columns in the matrix represent experimental conditions.Experimental conditions can be different tissue types or time points.Entries in the gene expression matrix are real values.Through the analysis of gene expression data it is possible to determine the behavioral patterns of genes such as similarity of their behavior,nature of their interaction,their respective contribution to the same pathways and so on. Similar expression patterns are exhibited by the genes participating in the same biological process.These patterns have immense relevance and application in bioinformatics and clinical research.Theses patterns are used in the medical domain for aid in more accurate diagnosis,prognosis,treatment planning.drug discovery and protein network analysis.To identify various patterns from gene expression data,data mining techniques are essential.Clustering is an important data mining technique for the analysis of gene expression data.To overcome the problems associated with clustering,biclustering is introduced.Biclustering refers to simultaneous clustering of both rows and columns of a data matrix. Clustering is a global whereas biclustering is a local model.Discovering local expression patterns is essential for identfying many genetic pathways that are not apparent otherwise.It is therefore necessary to move beyond the clustering paradigm towards developing approaches which are capable of discovering local patterns in gene expression data.A biclusters is a submatrix of the gene expression data matrix.The rows and columns in the submatrix need not be contiguous as in the gene expression data matrix.Biclusters are not disjoint.Computation of biclusters is costly because one will have to consider all the combinations of columans and rows in order to find out all the biclusters.The search space for the biclustering problem is 2 m+n where m and n are the number of genes and conditions respectively.Usually m+n is more than 3000.The biclustering problem is NP-hard.Biclustering is a powerful analytical tool for the biologist.The research reported in this thesis addresses the problem of biclustering.Ten algorithms are developed for the identification of coherent biclusters from gene expression data.All these algorithms are making use of a measure called mean squared residue to search for biclusters.The objective here is to identify the biclusters of maximum size with the mean squared residue lower than a given threshold. All these algorithms begin the search from tightly coregulated submatrices called the seeds.These seeds are generated by K-Means clustering algorithm.The algorithms developed can be classified as constraint based,greedy and metaheuristic.Constarint based algorithms uses one or more of the various constaints namely the MSR threshold and the MSR difference threshold.The greedy approach makes a locally optimal choice at each stage with the objective of finding the global optimum.In metaheuristic approaches particle Swarm Optimization(PSO) and variants of Greedy Randomized Adaptive Search Procedure(GRASP) are used for the identification of biclusters.These algorithms are implemented on the Yeast and Lymphoma datasets.Biologically relevant and statistically significant biclusters are identified by all these algorithms which are validated by Gene Ontology database.All these algorithms are compared with some other biclustering algorithms.Algorithms developed in this work overcome some of the problems associated with the already existing algorithms.With the help of some of the algorithms which are developed in this work biclusters with very high row variance,which is higher than the row variance of any other algorithm using mean squared residue, are identified from both Yeast and Lymphoma data sets.Such biclusters which make significant change in the expression level are highly relevant biologically.