Validation of PigBal model predictions for pig manure production

PigBal is a mass balance model that uses pig diet, digestibility and production data to predict the manure solids and nutrients produced by pig herds. It has been widely used for designing piggery effluent treatment systems and sustainable reuse areas at Australian piggeries. More recently, PigBal has also been used to estimate piggery volatile solids production for assessing greenhouse gas emissions for statutory reporting purposes by government, and for evaluating the energy potential from anaerobic digestion of pig effluent. This paper has compared PigBal predictions of manure total, volatile, and fixed solids, and nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K), with manure production data generated in a replicated trial, which involved collecting manure from pigs housed in metabolic pens. Predictions of total, volatile, and fixed solids and K in the excreted manure were relatively good (combined diet R2 ≥ 0.79, modelling efficiency (EF) ≥ 0.70) whereas predictions of N and P, were generally less accurate (combined diet R2 0.56 and 0.66, EF 0.19 and -0.22, respectively). PigBal generally under-predicted lower N values while over-predicting higher values, and generally over-predicted manure P production for all diets. The most likely causes for this less accurate performance were ammonium-N volatilisation losses between manure excretion and sample analysis, and the inability of PigBal to account for higher rates of P uptake by pigs fed diets containing phytase. The outcomes of this research suggest that there is a need for further investigation and model development to enhance PigBal's capabilities for more accurately assessing nutrient loads. However, PigBal's satisfactory performance in predicting solids excretion demonstrates that it is suitable for assessing the methane component of greenhouse gas emission and the energy potential from anaerobic digestion of volatile solids in piggery effluent. The apparent overestimation of N and P excretion may result in conservative nutrient application rates to land and the over-prediction of the nitrous oxide component of greenhouse gas emissions. © CSIRO 2016.

Olive water use and crop coefficients from energy balance and radiometric canopy temperatures

Biophysical and meteorological variables as well as radiometric canopy temperatures were collected in an intensive orchard near Évora, Portugal, with 28% ground cover by canopy and combined in a simplified two-source energy balance model (STSEB) to independently calculate the olive tree transpiration (T_STSEB) component of the total evapotranspiration (ETc). Sap flow observations were simultaneously taken in the same orchard allowing also for independent calculations of tree transpiration (T_SF). Model water use results were compared with water use estimates from the sap flow measurements. Good agreement was observed (R2=0.86, RMSE=0.20 mm d-1), with an estimation average absolute error (AAE) of 0.17 mm d-1. From June to August, on average olive water use were 1.92 and 1.89 mm d-1 for sap flow and STSEB model respectively, and 1.38 and 1.58 mm d-1 for the month of September. Results were also used to assess the olive basal crop coefficients (Kcb). Kcb estimates of 0.33 were obtained for sap flow and STSEB model, respectively, for June to August, and of 0.44 and 0.53 for the month of September. Basal crop coefficients were lower than the suggested FAO56 average Kcb values of 0.65 for June to August, the crop mid-season growth stage, and of 0.65 for the month of September, the end-season.

Inclusão da epistasia em modelo de avaliação genética de bovinos de corte compostos

Dados de bovinos compostos foram analisados para avaliar o efeito da epistasia nos modelos de avaliação genética. As características analisadas foram os pesos aos 205 (P205) e 390 dias (P390) e perímetro escrotal aos 390 dias (PE390). As análises foram realizadas pela metodologia de máxima verossimilhança considerando-se dois modelos: o modelo 1 incluiu como covariáveis os efeitos aditivos diretos e maternos, e os não aditivos das heterozigoses para os efeitos diretos e para o materno total, e o modelo 2 considerou também o efeito direto de epistasia. Para comparação dos modelos, foram utilizados o critério de informação de Akaike (AIC) e o critério de informação Bayesiano de Schwartz (BIC), e o teste de razão de verossimilhança. A inclusão da epistasia no modelo de avaliação genética pouco alterou as estimativas de componentes de (co)variâncias genéticas aditivas e, consequentemente, as herdabilidades. O teste de verossimilhança e o critério de Akaike sugeriram que o modelo 2, que inclui a epistasia, apresentou maior aderência aos dados para todas as características analisadas. O critério BIC indicou este modelo como o melhor apenas para P205. Para análise genética dessa população, o modelo que considerou o efeito de epistasia foi o mais adequado.

Data collapse, scaling functions, and analytical solutions of generalized growth models

We consider a nontrivial one-species population dynamics model with finite and infinite carrying capacities. Time-dependent intrinsic and extrinsic growth rates are considered in these models. Through the model per capita growth rate we obtain a heuristic general procedure to generate scaling functions to collapse data into a simple linear behavior even if an extrinsic growth rate is included. With this data collapse, all the models studied become independent from the parameters and initial condition. Analytical solutions are found when time-dependent coefficients are considered. These solutions allow us to perceive nontrivial transitions between species extinction and survival and to calculate the transition's critical exponents. Considering an extrinsic growth rate as a cancer treatment, we show that the relevant quantity depends not only on the intensity of the treatment, but also on when the cancerous cell growth is maximum.

Genetic variability and natural selection at the ligand domain of the Duffy binding protein in brazilian Plasmodium vivax populations

Background: Plasmodium vivax malaria is a major public health challenge in Latin America, Asia and Oceania, with 130-435 million clinical cases per year worldwide. Invasion of host blood cells by P. vivax mainly depends on a type I membrane protein called Duffy binding protein (PvDBP). The erythrocyte-binding motif of PvDBP is a 170 amino-acid stretch located in its cysteine-rich region II (PvDBP(II)), which is the most variable segment of the protein. Methods: To test whether diversifying natural selection has shaped the nucleotide diversity of PvDBP(II) in Brazilian populations, this region was sequenced in 122 isolates from six different geographic areas. A Bayesian method was applied to test for the action of natural selection under a population genetic model that incorporates recombination. The analysis was integrated with a structural model of PvDBP(II), and T-and B-cell epitopes were localized on the 3-D structure. Results: The results suggest that: (i) recombination plays an important role in determining the haplotype structure of PvDBP(II), and (ii) PvDBP(II) appears to contain neutrally evolving codons as well as codons evolving under natural selection. Diversifying selection preferentially acts on sites identified as epitopes, particularly on amino acid residues 417, 419, and 424, which show strong linkage disequilibrium. Conclusions: This study shows that some polymorphisms of PvDBP(II) are present near the erythrocyte-binding domain and might serve to elude antibodies that inhibit cell invasion. Therefore, these polymorphisms should be taken into account when designing vaccines aimed at eliciting antibodies to inhibit erythrocyte invasion.

Marine protected areas for spatially structured exploited stocks

Many harvested marine and terrestrial populations have segments of their range protected in areas free from exploitation. Reasons for areas being protected from harvesting include conservation, tourism, research, protection of breeding grounds, stock recovery, harvest regulation, or habitat that is uneconomical to exploit. In this paper we consider the problem of optimally exploiting a single species local population that is connected by dispersing larvae to an unharvested local population. We define a spatially-explicit population dynamics model and apply dynamic optimization techniques to determine policies for harvesting the exploited patch. We then consider how reservation affects yield and spawning stock abundance when compared to policies that have not recognised the spatial structure of the metapopulation. Comparisons of harvest strategies between an exploited metapopulation with and without a harvest refuge are also made. Results show that in a 2 local population metapopulation with unidirectional larval transfer, the optimal exploitation of the harvested population should be conducted as if it were independent of the reserved population. Numerical examples suggest that relative source populations should be exploited if the objective is to maximise spawning stock abundance within a harvested metapopulation that includes a protected local population. However, this strategy can markedly reduce yield over a sink harvested reserve system and may require strict regulation for conservation goals to be realised. If exchange rates are high, results indicate that spawning stock abundance can be less in a reserve system than in a fully exploited metapopulation. In order to maximise economic gain in the reserve system, results indicate that relative sink populations should be harvested. Depending on transfer levels, loss in harvest through reservation can be minimal, and is likely to be compensated by the potential environmental and economic benefits of the reserve.

Experimental investigation of liquid flow shift due to gas cross flow in non-wetted packed beds

An experimental study has been carried out for the gas-liquid two-phase flow in a packed bed simulating conditions of the gas and liquid flows in the lower part of blast furnace. The localised liquid flow phenomenon in presence of gas cross flow, which usually occurs around the cohesive zone and raceway in blast furnace, was investigated in detail. Such liquid flow is characterised in terms of liquid shift distance or liquid shift angle that can effectively be measured by the experiments involved in the current study. It is found that liquid shift angle does not significantly increase or decrease with different packing depth. This finding supports the hypothesis of the force balance model where a vectorial relationship among acting forces, i.e. gas drag force, gravitational force and solid-liquid friction force, and liquid shift angle does exist. Liquid shift angle is inversely proportional to particle size and liquid density, and proportional to square of gas superficial velocity, but is almost independent on liquid flowrate and liquid viscosity. The gas-liquid drag coefficient, an important aspect for quantifying the interaction between gas and liquid flows, was conceptually modified based on the discrete feature of liquid flow through a packed bed and evaluated by the combined theoretical and experimental investigation. Experimental measurements suggest that the gas-liquid drag coefficient is approximately a constant (C-DG(')=5.4+/-1.0) and is independent on liquid properties, gas velocity and packing structure. The result shows a good agreement with previous experimental data and prediction of the existing liquid flow model.

Disease, habitat fragmentation and conservation

Habitat loss and the resultant fragmentation of remaining habitat is the primary cause of loss of biological diversity. How do these processes affect the dynamics of parasites and pathogens? Hess has provided some important insights into this problem using metapopulation models for pathogens that exhibit 'S-I' dynamics; for example, pathogens such as rabies in which the host population may be divided into susceptible and infected individuals. A major assumption of Hess's models is that infected patches become extinct, rather than recovering and becoming resistant to future infections. In this paper, we build upon this framework in two different ways: first, we examine the consequences of including patches that are resistant to infection; second, we examine the consequences of including a second species of host that can act as a reservoir for the pathogen. Both of these effects are likely to be important from a conservation perspective. The results of both sets of analysis indicate that the benefits of corridors and other connections that allow species to disperse through the landscape far outweigh the possible risks of increased pathogen transmission. Even in the commonest case, where harmful pathogens are maintained by a common reservoir host, increased landscape connectance still allows greater coexistence and persistence of a threatened or endangered host.

Polymer product engineering utilising oscillatory baffled reactors

The Oscillatory baffled reactor (OBR) can be used to produce particles with controlled size and morphology, in batch or continuous flow. This is due to the effect of the superimposed oscillations that radially mixes fluid but still allows plug-flow (or close to plug flow) behaviour in a continuous system. This mixing, combined with a close to a constant level of turbulence intensity in the reactor, leads to tight droplet and subsequent product particle size distributions. By applying population balance equations together with experimental droplet size distributions, breakage rates of droplets can be determined and this is a useful tool for understanding the product engineering in OBRs. (C) 2002 Elsevier Science B.V All rights reserved.

Modelling of bird distribution under complex mediterranean landscape dynamics: open habitat birds and fire (MEDFIRE)

Report for the scientific sojourn at the Simon Fraser University, Canada, from July to September 2007. General context: landscape change during the last years is having significant impacts on biodiversity in many Mediterranean areas. Land abandonment, urbanisation and specially fire are profoundly transforming large areas in the Western Mediterranean basin and we know little on how these changes influence species distribution and in particular how these species will respond to further change in a context of global change including climate. General objectives: integrate landscape and population dynamics models in a platform allowing capturing species distribution responses to landscape changes and assessing impact on species distribution of different scenarios of further change. Specific objective 1: develop a landscape dynamic model capturing fire and forest succession dynamics in Catalonia and linked to a stochastic landscape occupancy (SLOM) (or spatially explicit population, SEPM) model for the Ortolan bunting, a species strongly linked to fire related habitat in the region. Predictions from the occupancy or spatially explicit population Ortolan bunting model (SEPM) should be evaluated using data from the DINDIS database. This database tracks bird colonisation of recently burnt big areas (&50 ha). Through a number of different SEPM scenarios with different values for a number of parameter, we should be able to assess different hypothesis in factors driving bird colonisation in new burnt patches. These factors to be mainly, landscape context (i.e. difficulty to reach the patch, and potential presence of coloniser sources), dispersal constraints, type of regenerating vegetation after fire, and species characteristics (niche breadth, etc).

Optimisation of antiretroviral therapy : pharmacokinetic and pharmacogenetic approaches

Les progrès de la thérapie antirétrovirale ont transformé l'infection par le VIH d'une condition inévitablement fatale à une maladie chronique. En dépit de ce succès, l'échec thérapeutique et la toxicité médicamenteuse restent fréquents. Une réponse inadéquate au traitement est clairement multifactorielle et une individualisation de la posologie des médicaments qui se baserait sur les facteurs démographiques et génétiques des patients et sur les taux sanguins totaux, libres et/ou cellulaires des médicaments pourrait améliorer à la fois l'efficacité et la tolérance de la thérapie, cette dernière étant certainement un enjeu majeur pour un traitement qui se prend à vie.L'objectif global de cette thèse était de mieux comprendre les facteurs pharmacocinétiques (PK) et pharmacogénétiques (PG) influençant l'exposition aux médicaments antirétroviraux (ARVs) nous offrant ainsi une base rationnelle pour l'optimisation du traitement antiviral et pour l'ajustement posologique des médicaments chez les patients VIH-positifs. Une thérapie antirétrovirale adaptée au patient est susceptible d'augmenter la probabilité d'efficacité et de tolérance à ce traitement, permettant ainsi une meilleure compliance à long terme, et réduisant le risque d'émergence de résistance et d'échec thérapeutique.A cet effet, des méthodes de quantification des concentrations plasmatiques totales, libres et cellulaires des ARVs ainsi que de certains de leurs métabolites ont été développées et validées en utilisant la chromatographie liquide coupée à la spectrométrie de masse en tandem. Ces méthodes ont été appliquées pour la surveillance des taux d'ARVs dans diverses populations de patients HIV-positifs. Une étude clinique a été initiée dans le cadre de l'étude VIH Suisse de cohorte mère-enfant afin de déterminer si la grossesse influence la cinétique des ARVs. Les concentrations totales et libres du lopînavir, de l'atazanavir et de la névirapine ont été déterminées chez les femmes enceintes suivies pendant leur grossesse, et celles-ci ont été trouvées non influencées de manière cliniquement significative par la grossesse. Un ajustement posologique de ces ARVs n'est donc pas nécessaire chez les femmes enceintes. Lors d'une petite étude chez des patients HIV- positifs expérimentés, la corrélation entre l'exposition cellulaire et plasmatique des nouveaux ARVs, notamment le raltégravir, a été déterminée. Une bonne corrélation a été obtenue entre taux plasmatiques et cellulaires de raltégravir, suggérant que la surveillance des taux totaux est un substitut satisfaisant. Cependant, une importante variabilité inter¬patient a été observée dans les ratios d'accumulation cellulaire du raltégravir, ce qui devrait encourager des investigations supplémentaires chez les patients en échec sous ce traitement. L'efficacité du suivi thérapeutique des médicaments (TDM) pour l'adaptation des taux d'efavirenz chez des patients avec des concentrations au-dessus de la cible thérapeutique recommandée a été évaluée lors d'une étude prospective. L'adaptation des doses d'efavirenz basée sur le TDM s'est montrée efficace et sûre, soutenant l'utilisation du TDM chez les patients avec concentrations hors cible thérapeutique. L'impact des polymorphismes génétiques des cytochromes P450 (CYP) 2B6, 2A6 et 3A4/5 sur la pharmacocinétique de l'efavirenz et de ces métabolites a été étudié : un modèle de PK de population intégrant les covariats génétiques et démographiques a été construit. Les variations génétiques fonctionnelles dans les voies de métabolisation principales (CYP2B6) et accessoires {CYP2A6et 3A4/S) de l'efavirenz ont un impact sur sa disposition, et peuvent mener à des expositions extrêmes au médicament. Un? ajustement des doses guidé par le TDM est donc recommandé chez ces patients, en accord avec les polymorphismes génétiques.Ainsi, nous avons démonté qu'en utilisant une approche globale tenant compte à la fois des facteurs PK et PG influençant l'exposition aux ARVs chez les patients infectés, il est possible, si nécessaire, d'individualiser la thérapie antirétrovirale dans des situations diverses. L'optimisation du traitement antirétroviral contribue vraisemblablement à une meilleure efficacité thérapeutique à iong terme tout en réduisant la survenue d'effets indésirables.Résumé grand publicOptimisation de la thérapie antirétrovirale: approches pharmacocinétiques et pharmacogénétiquesLes progrès effectués dans le traitement de l'infection par le virus de llmmunodéficienoe humaine acquise (VIH) ont permis de transformer une affection mortelle en une maladie chronique traitable avec des médicaments de plus en plus efficaces. Malgré ce succès, un certain nombre de patients ne répondent pas de façon optimale à leur traitement etyou souffrent d'effets indésirables médicamenteux entraînant de fréquentes modifications dans leur thérapie. Il a été possible de mettre en évidence que l'efficacité d'un traitement antirétroviral est dans la plupart des cas corrélée aux concentrations de médicaments mesurées dans le sang des patients. Cependant, le virus se réplique dans la cellule, et seule la fraction des médicaments non liée aux protéines du plasma sanguin peut entrer dans la cellule et exercer l'activité antirétrovirale au niveau cellulaire. Il existe par ailleurs une importante variabilité des concentrations sanguines de médicament chez des patients prenant pourtant la même dose de médicament. Cette variabilité peut être due à des facteurs démographiques et/ou génétiques susceptibles d'influencer la réponse au traitement antirétroviral.Cette thèse a eu pour objectif de mieux comprendre les facteurs pharmacologiques et génétiques influençant l'efficacité et ta toxicité des médicaments antirétroviraux, dans le but d'individualiser la thérapie antivirale et d'améliorer le suivi des patients HIV-positifs.A cet effet, des méthodes de dosage très sensibles ont été développées pour permettre la quantification des médicaments antirétroviraux dans le sang et les cellules. Ces méthodes analytiques ont été appliquées dans le cadre de diverses études cliniques réalisées avec des patients. Une des études cliniques a recherché s'il y avait un impact des changements physiologiques liés à la grossesse sur les concentrations des médicaments antirétroviraux. Nous avons ainsi pu démontrer que la grossesse n'influençait pas de façon cliniquement significative le devenir des médicaments antirétroviraux chez les femmes enceintes HIV- positives. La posologie de médicaments ne devrait donc pas être modifiée dans cette population de patientes. Par ailleurs, d'autres études ont portés sur les variations génétiques des patients influençant l'activité enzymatique des protéines impliquées dans le métabolisme des médicaments antirétroviraux. Nous avons également étudié l'utilité d'une surveillance des concentrations de médicament (suivi thérapeutique) dans le sang des patients pour l'individualisation des traitements antiviraux. Il a été possible de mettre en évidence des relations significatives entre l'exposition aux médicaments antirétroviraux et l'existence chez les patients de certaines variations génétiques. Nos analyses ont également permis d'étudier les relations entre les concentrations dans le sang des patients et les taux mesurés dans les cellules où le virus HIV se réplique. De plus, la mesure des taux sanguins de médicaments antirétroviraux et leur interprétation a permis d'ajuster la posologie de médicaments chez les patients de façon efficace et sûre.Ainsi, la complémentarité des connaissances pharmacologiques, génétiques et virales s'inscrit dans l'optique d'une stratégie globale de prise en charge du patient et vise à l'individualisation de la thérapie antirétrovirale en fonction des caractéristiques propres de chaque individu. Cette approche contribue ainsi à l'optimisation du traitement antirétroviral dans la perspective d'un succès du traitement à long terme tout en réduisant la probabilité des effets indésirables rencontrés. - The improvement in antirétroviral therapy has transformed HIV infection from an inevitably fatal condition to a chronic, manageable disease. However, treatment failure and drug toxicity are frequent. Inadequate response to treatment is clearly multifactorial and, therefore, dosage individualisation based on demographic factors, genetic markers and measurement of total, free and/or cellular drug level may increase both drug efficacy and tolerability. Drug tolerability is certainly a major issue for a treatment that must be taken indefinitely.The global objective of this thesis aimed at increasing our current understanding of pharmacokinetic (PK) and pharmacogenetic (PG) factors influencing the exposition to antirétroviral drugs (ARVs) in HIV-positive patients. In turn, this should provide us with a rational basis for antiviral treatment optimisation and drug dosage adjustment in HIV- positive patients. Patient's tailored antirétroviral regimen is likely to enhance treatment effectiveness and tolerability, enabling a better compliance over time, and hence reducing the probability of emergence of viral resistance and treatment failure.To that endeavour, analytical methods for the measurement of total plasma, free and cellular concentrations of ARVs and some of their metabolites have been developed and validated using liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. These assays have been applied for the monitoring of ARVs levels in various populations of HIV- positive patients. A clinical study has been initiated within the frame of the Mother and Child Swiss HIV Cohort Study to determine whether pregnancy influences the exposition to ARVs. Free and total plasma concentrations of lopinavir, atazanavir and nevirapine have been determined in pregnant women followed during the course of pregnancy, and were found not influenced to a clinically significant extent by pregnancy. Dosage adjustment for these drugs is therefore not required in pregnant women. In a study in treatment- experienced HIV-positive patients, the correlation between cellular and total plasma exposure to new antirétroviral drugs, notably the HIV integrase inhibitor raltegravir, has been determined. A good correlation was obtained between total and cellular levels of raltegravir, suggesting that monitoring of total levels are a satisfactory. However, significant inter-patient variability was observed in raltegravir cell accumulation which should prompt further investigations in patients failing under an integrase inhibitor-based regimen. The effectiveness of therapeutic drug monitoring (TDM) to guide efavirenz dose reduction in patients having concentrations above the recommended therapeutic range was evaluated in a prospective study. TDM-guided dosage adjustment of efavirenz was found feasible and safe, supporting the use of TDM in patients with efavirenz concentrations above therapeutic target. The impact of genetic polymorphisms of cytochromes P450 (CYP) 2B6, 2A6 and 3A4/5 on the PK of efavirenz and its metabolites was studied: a population PK model was built integrating both genetic and demographic covariates. Functional genetic variations in main (CYP2B6) and accessory (2A6, 3A4/5) metabolic pathways of efavirenz have an impact on efavirenz disposition, and may lead to extreme drug exposures. Dosage adjustment guided by TDM is thus required in those patients, according to the pharmacogenetic polymorphism.Thus, we have demonstrated, using a comprehensive approach taking into account both PK and PG factors influencing ARVs exposure in HIV-infected patients, the feasibility of individualising antirétroviral therapy in various situations. Antiviral treatment optimisation is likely to increase long-term treatment success while reducing the occurrence of adverse drug reactions.

Learning-induced plasticity in human audition: Objects, time, and space.

The human auditory system is comprised of specialized but interacting anatomic and functional pathways encoding object, spatial, and temporal information. We review how learning-induced plasticity manifests along these pathways and to what extent there are common mechanisms subserving such plasticity. A first series of experiments establishes a temporal hierarchy along which sounds of objects are discriminated along basic to fine-grained categorical boundaries and learned representations. A widespread network of temporal and (pre)frontal brain regions contributes to object discrimination via recursive processing. Learning-induced plasticity typically manifested as repetition suppression within a common set of brain regions. A second series considered how the temporal sequence of sound sources is represented. We show that lateralized responsiveness during the initial encoding phase of pairs of auditory spatial stimuli is critical for their accurate ordered perception. Finally, we consider how spatial representations are formed and modified through training-induced learning. A population-based model of spatial processing is supported wherein temporal and parietal structures interact in the encoding of relative and absolute spatial information over the initial ∼300ms post-stimulus onset. Collectively, these data provide insights into the functional organization of human audition and open directions for new developments in targeted diagnostic and neurorehabilitation strategies.

Clinical and pharmacogenetic study on smoking and smoking cessation

Currently, smoking cessation represents one of the main strategies to reduce the incidence of tobacco-related diseases in the population. Smoking can also influence pharmacotherapy through several pharmacokinetic or pharmacodynamic interactions. Some of the most concerned drugs are those metabolized by the cytochrome P450 (CYP) 1A2 enzyme (e.g. caffeine, theophylline, clozapine, olanzapine, duloxetine), whose activity is induced by the polycyclic aromatic hydrocarbons found in tobacco smoke. This can result in a clinically significant decrease in the pharmacological effect of the drugs and the need of higher doses in smokers. Conversely, upon smoking cessation, toxic plasma levels of the drugs can be reached. The main objective of this thesis was to study the interindividual variability in CYP1A2 induction in a large cohort of smokers, by measuring CYP1A2 activity before smoking cessation and one month later in continuously abstinent subjects. For this purpose, a clinical study was conducted, including 194 smokers from the general population who wished to participate in a smoking cessation program and therefore received medical counseling and substitution therapy (nicotine or varenicline). An analytical method for the simultaneous quantification of nicotine, its metabolites and varenicline in plasma was developed and validated using ultra performance liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. This method was used to confirm abstinence at different time points during the follow-up. Moreover, it was used to determine plasma levels of the smoking cessation drugs, to be used in the study of their pharmacogenetics, which was the secondary objective of this thesis. High interindividual variability in CYP1A2 induction by smoking was observed, ranging from no change to approximately 7 times decreased CYP1A2 activity after smoking cessation. Several clinical and genetic factors were investigated in an attempt to explain this variability. Firstly, a significant influence of CYP1A2*1F and *1D alleles, of contraceptive use and of the number of cigarettes smoked per day on CYP1A2 induced activity was observed, and of CYP1A2*1F and the use of contraceptives on the basal activity. But no influence of these factors was found on CYP1A2 inducibility. Given that known genetic polymorphisms in CYP1A2 gene were shown to explain only poorly the observed variations in activity, additional genetic factors were studied. SNPs in the CYP oxidoreductase (POR) gene were found to influence CYP1A2 basal activity, but not the induction. Finally, a pathway-based approach allowed to identify SNPs in genes coding for nuclear receptors (CAR, RXRa, VDR, PXR) and induction-mediating receptors (AhR), which significantly influenced CYP1A2 inducibility and basal activity (SNPs in the gene coding for CAR and RXRa). As secondary objective of the study, the pharmacogenetics of nicotine and varenicline is being investigated. Therefore, the nicotine metabolite ratio is used in the attempt to better explain nicotine dependence and the failure/success of quitting smoking. A population pharmacokinetic model is being developed for varenicline, integrating clinical and genetic factors (genes coding for its metabolizing enzymes and transporters), with the purpose of trying to predict efficacy and side effects. These findings suggest that the influence of smoking on pharmacotherapy could be better managed by including clinical and possibly in the future genetic factors, in the assessment of the adaptations needed when a person starts or stops smoking.  - L'arrêt du tabac représente une des principales stratégies pour diminuer l'incidence des maladies causées par celui-ci. Le tabagisme peut influencer la thérapie médicamenteuse par des interactions pharmacocinétiques ou pharmacodynamiques. Parmi les médicaments concernés, il y a ceux métabolisés par le cytochrome P450 (CYP) 1A2 (caféine, théophylline, clozapine, olanzapine, duloxétine, etc), dont l'activité enzymatique est induite par les hydrocarbures aromatiques polycycliques présents dans la fumée de cigarette. Ceci peut se traduire par une diminution de l'effet pharmacologique du traitement et la nécessité d'augmenter les doses d'entretien chez les fumeurs. Au contraire, à l'arrêt de la cigarette, les taux plasmatiques des médicaments peuvent devenir toxiques. L'objectif principal de cette thèse était d'étudier la variabilité interindividuelle dans l'induction du CYP1A2 dans une large cohorte de fumeurs, par la mesure de l'activité du CYP1A2 avant l'arrêt de la cigarette, ainsi qu'un mois après chez les sujets abstinents. Pour ce faire, une étude clinique a été conduite, incluant 194 fumeurs de la population générale dans un programme d'arrêt du tabac offrant des consultations spécifiques et un traitement pharmacologique (nicotine ou varénicline). Une méthode analytique pour la quantification simultanée de la nicotine, ses métabolites et la varénicline dans le plasma par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem à été développée et validée. Cette méthode a été utilisée pour confirmer l'abstinence pendant l'étude et déterminer les taux plasmatiques des médicaments, dans le but d'étudier leur pharmacogénétique. Une grande variabilité interindividuelle dans l'induction du CYP1A2 par la fumée a été observée, parfois sans changement et pouvant aller jusqu'à une diminution d'environ 7 fois l'activité du CYP1A2 après l'arrêt de la cigarette. Plusieurs facteurs cliniques et génétiques ont été étudiés pour essayer d'expliquer cette variabilité. Tout d'abord, on a observé une influence significative: des allèles CYP1A2*1F et *1D, des contraceptifs et du nombre de cigarettes fumées par jour sur l'activité induite du CYP1A2, ainsi que l'influence de l'allèle *1F et des contraceptifs sur l'activité basale. Cependant, aucune influence de ces facteurs n'a été démontrée sur l'inductibilité du CYP1A2. Étant donné que les polymorphismes génétiques du CYP1A2 apportent peu de renseignements sur la variabilité de son activité, des facteurs génétiques supplémentaires ont été étudiés. Des polymorphismes dans le gène POR (CYP oxidoreductase) ont été associés à l'activité basale du CYP1A2, mais pas à l'induction. Finalement, une approche basée sur la voie de signalisation du CYP1A2 a permis d'identifier des polymorphismes dans des gènes codant pour des récepteurs nucléaires (CAR, RXRa, VDR, PXR) et d'autres liés à l'induction (AhR) qui influencent significativement l'inductibilité et l'activité basale (les SNPs du CAR et RXRa). L'objectif secondaire de cette étude était d'investiguer la pharmacogénétique de la nicotine et de la varénicline. Le ratio métabolique de la nicotine est utilisé pour mieux expliquer la dépendance à la nicotine et le succès/échec de l'arrêt de la cigarette. Un modèle pharmacocinétique de population est en cours de développement pour la varénicline, intégrant des facteurs cliniques et génétiques (gènes codant pour ses enzymes de métabolisme et transporteurs), pour tenter de prédire son efficacité et ses effets secondaires. Les résultats de cette thèse suggèrent que l'influence du tabagisme sur la pharmacothérapie serait mieux gérée par l'inclusion des facteurs cliniques et peut-être, dans le futur, génétiques, dans l'évaluation des adaptations nécessaires lorsqu'une personne fume ou arrête de fumer.  - l'arrêt du tabac représente une des principales stratégies pour diminuer l'incidence des maladies causées par celui-ci dans la population. Le tabagisme peut influencer les traitements médicamenteux, soit en modifiant leur élimination par l'organisme, soit en agissant sur leur mode d'action. Parmi les médicaments les plus concernés, on retrouve par exemple: la caféine, la théophylline, la clozapine, l'olanzapine, la duloxétine, dont l'élimination est accélérée par la fumée de cigarette (induction enzymatique). Ceci peut se traduire par une diminution de l'effet du traitement et la nécessité d'en augmenter les doses chez les fumeurs. Au contraire, à l'arrêt de la cigarette, on observe un ralentissement de la fonction enzymatique, qui a pour conséquence une augmentation du taux de médicament dans le sang, pouvant devenir toxique. L'objectif principal de cette thèse était d'étudier comment cette induction par le tabac varie dans une population de fumeurs, par la mesure de l'activité de l'enzyme avant l'arrêt de la cigarette, ainsi qu'un mois après chez les sujets abstinents. Pour ce faire, une étude clinique a été conduite, incluant 194 fumeurs de la population générale dans un programme d'arrêt du tabac offrant des consultations spécifiques et un traitement médicamenteux (nicotine ou varénicline). Une méthode analytique a été mise au point pour mesurer la quantité de nicotine, de ses produits de dégradation et de la varénicline dans le sang des participants à l'étude. De plus, cette méthode a été utilisée pour confirmer l'abstinence pendant l'étude. Une grande variabilité interindividuelle a été observée dans l'induction de l'enzyme par la fumée; il en résulte aucun changement d'activité chez certains sujets après l'arrêt de la cigarette, alors que pour d'autres elle peut être diminuée jusqu'à 7 fois. Plusieurs facteurs cliniques et génétiques ont été étudiés pour essayer d'expliquer cette variabilité. Premièrement, une influence sur l'activité de l'enzyme a été observée pour les contraceptifs hormonaux et le nombre de cigarettes fumées par jour, ainsi que pour certaines variations génétiques dans le gène codant pour l'enzyme d'intérêt, mais il η y a pas eu d'influence sur l'induction. Par la suite, des variations génétiques dans d'autres gènes influençant le fonctionnement de l'enzyme ont été associées soit avec son activité, soit avec son induction par le tabac. Finalement, l'étude propose également d'investiguer si le métabolisme de la nicotine a une influence sur la dépendance, les symptômes de sevrage et le succès/échec de l'arrêt de la cigarette. Des variations génétiques dans les gènes du métabolisme de la varénicline sont également étudiées en lien avec les quantités de varénicline mesurées dans le sang ainsi que les effets du médicament. Ceci permettra peut-être de prédire son efficacité et ses effets secondaires. Les résultats de cette thèse suggèrent que l'influence du tabagisme sur la thérapie médicamenteuse serait mieux gérée en tenant compte des facteurs cliniques et peut-être, dans le futur, de la génétique dans l'adaptation des traitements, que la personne soit fumeuse ou en phase d'arrêt.

Redistributive taxation, public expenditure, and size of governent

We introduce a model of redistributive income taxation and public expenditure. This joint treatment permits analyzing the interdependencies between the two policies: one cannot be chosen independently of the other. Empirical evidence reveals that partisan confrontation essentially falls on expenditure policies rather than on income taxation. We examine the case in which the expenditure policy (or the size of government) is chosen by majority voting and income taxation is consistently adjusted. This adjustment consists of designing the income tax schedule that, given the expenditure policy, achieves consensus among the population. The model determines the consensus in- come tax schedule, the composition of public expenditure and the size of government. The main results are that inequality is negatively related to the size of government and to the pro-rich bias in public expenditure, and positively or negatively related to the marginal income tax, depending on substitutability between government supplied and market goods. These implications are validated using OECD data.

Evolutionary biology: genetics and bisexuality.

A population-genetic model indicates that if there is a gene responsible for homosexual behaviour it can readily spread in populations. The model also predicts widespread bisexuality in humans.