The progress in biotechnological disciplines such as metabolic engineering or synthetic biology increased the interest of chemical and pharmaceutical industries to implement microbial processes for chemical synthesis. However, most microorganisms, e.g., Escherichia coli or Saccharomyces cerevisiae, used in biotechnological applications are not evolved by nature for the production of industrially relevant compounds, which are often hydrophobic, non-charged, volatile, or toxic to the microbial organisms. Bioprocess design relies on an integrated approach addressing pathway, cellular, reaction, and process engineering to combine the results of natural evolution with the demands of industrial applicability. In this thesis, the microbial de novo production and selective oxyfunctionalization of the highly volatile isoprenoid limonene has been investigated as a model system featuring reactants with challenging physicochemical characteristics. Key constraints that limit limonene biosynthesis and its oxyfunctionalization in recombinant E. coli, related to genetics, physiology, and reaction engineering, were identified and relieved.

The demand for plant and other production is increasing with the growth of human population when the territory where plants can be grown is continually decreasing. The present agricultural production of food, industrial materials and drugs of plant origin is not enough for people, as for the effort to achieve higher environmental comfort, especially in developed countries. We are trying to find a simpler, cleaner and cheaper ways of crop production. The genetic modification is one of the modern ways how to achieve this goal. Students get a lot of information about this topic from various sources, but mainly just from the internet and television. It is recommended that students should be able to compare information received from the media with school knowledge as for avoiding opinion pressure and manipulations.

α-Hydroxy alkanones were synthesised with high enantiomeric purity by stereoselective enzyme-catalysed diketone reduction. Both diketone reduction and cofactor regeneration were accomplished with purified carbonyl reductase from Candida parapsilosis (CPCR2). The reaction products were isolated by column chromatography and analysed by chiral GC measurements, 1H-NMR spectroscopy and determination of optical rotations. Preparative-scale biotransformations yielded 350–600 mg of pure aliphatic α-hydroxy ketones including the difficult to obtain (S)-2-hydroxypentane-3-one. For all the products good enantiomeric excesses in the range of 89–93% were achieved.

Aus der Einführung: "Stehen wir am Rande einer bio-nanotechnologischen getriebenen Revolution, die unsere Art zu leben, zu arbeiten und miteinander umzugehen grundlegend verändern wird? Welchem gesellschaftspolitischen, wirtschaftlichen und technologischen Wandel haben wir uns zu stellen? Langfristige Entwicklungszyklen (Kondratieff, Schumpeter) führen zur nachhaltigen Weiterentwicklung der Zivilisation. Mittelfristige Entwicklungen wie die Trends Globalisierung, Urbanisierung, Digitalisierung (Miniaturisierung) und Humanisierung (Individualisierung), die immer stärker unser Umfeld und Handeln beeinflussen führen zu ganzheitlichen, weltumspannenden Grundtendenzen der gesellschaftlichen Weiterentwicklung. Die technologischen "Enabler" Computing, Biotechnology, Artifical Intelligence, Robotik, Nanotechnology, Additive Manufacturing und Design Thinking wirken beschleunigend auf die gesellschaftlichen Entwicklungen ein. Die technologischen Möglichkeiten beschleunigen sowohl gesellschaftspolitische Zyklen und zivilisatorische Anpassungen. Durch rasanten technologischen, wissenschaftlichen Fortschritt, zunehmende Globalisierungswirkungen, beschleunigte Urbanisierung und aber auch politischer Interferenzen sind die Veränderungsparameter eines dynamischen Geschäftsumfelds immer schnellere Transformationen ausgesetzt. Alle diese Richtungen zeigen das unsere gesellschaftliche Entwicklung inzwischen stark durch die Technik getrieben ist. Ob dies auch heißt, dass wir den Punkt der Singularität (Kurzweil) absehbar erreichen ist dennoch noch offen. ..."

L’imagerie préclinique in vivo en oncologie représente un outil de choix pour étudier lesmécanismes qui régissent cette pathologie mais également pour évaluer des solutionsdiagnostiques et thérapeutiques innovantes. Chaque modalité d’imagerie possède sespropres atouts et limites et c’est pourquoi il existe un réel bénéfice à associer plusieursmodalités pour recueillir des informations complémentaires. Dans la première partie de cetravail, la combinaison de l’imagerie de fluorescence 3-D avec l’imagerie microCT a été miseen oeuvre et s’est montrée particulièrement pertinente pour la caractérisation de différentsmodèles animaux de cancers pulmonaires représentant chacun spécifiquement une ouplusieurs étapes du développement tumoral primaire à l’invasion métastatique. Dans uneseconde partie, nous avons évalué le potentiel de l’imagerie photoacoustique pourl’imagerie non-invasive de la vascularisation et de l’oxygénation tissulaire dans différentscontextes physiopathologiques chez la souris ainsi que chez l’homme, démontrant ainsi sonfort potentiel translationnel. Des agents de contrastes fluorescents et photoacoustiques ontété utilisés pour augmenter le contraste tumoral et suivre les variations de niveaud’expression de biomarqueurs d’intérêt et le bénéfice apporté par l’utilisation d’unmarqueur présentant une spécificité tumorale a été démontré. En parallèle des étudesbiologiques, des développements technologiques en imagerie photoacoustique ont étéinitiés en vue d’améliorer le potentiel applicatif de cette modalité d’imagerie. / In vivo preclinical imaging in oncology is a tool of choice to study the mechanisms thatgovern this pathology as well as for the evaluation of innovative diagnostic and therapeuticsolutions. Each imaging modality has its own strengths and limitations and that’s why thereis a real benefit to combine several modalities to collect complementary information. In thefirst part of this work, the combination of 3-D fluorescence imaging with microCT imaginghas been implemented and has been particularly relevant for the characterization ofdifferent animal models of lung cancer mimicking one or several stages from primary tumordevelopment to metastatic invasion. In a second part, we assessed the potential ofphotoacoustic imaging for non-invasive imaging of vascularization and tissue oxygenation indifferent pathophysiological contexts in mice as well as in humans, thus demonstrating itshigh translational potential. Fluorescent and photoacoustic contrast agents have been usedto increase tumor contrast and monitor changes in the level of expression of biomarkers ofinterest and the benefit provided by the use of a tumor specific marker has beendemonstrated. In parallel with biological studies, technological developments inphotoacoustic imaging have been initiated in order to improve the application potential ofthis imaging modality.

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Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Naturwissenschaft und Technik können die globalen Energieprobleme nicht vollständig lösen – aber sie können ihren Beitrag zur Lösung liefern. Regionale biogene Rest- und Abfallstoffe, die synthetisches Erdgas für die Kommune liefern; heimische Biorohstoffe, die einer konsequenten Kaskadennutzung aus stoffl icher und energetischer Nutzung unterworfen werden; Landschaftsbiomassen, die über Vergaser und Mikroturbinen zur dezentralen Stromund Wärmeerzeugung beitragen – das alles greift nicht nach den Sternen, sondern zeigt regionale Möglichkeiten zur nachhaltigen Energiebereitstellung auf. Neben Strom und Wärme ist auch Mobilität längst zu einem Grundbedürfnis geworden. Darüber hinaus wird durch die weltweit voranschreitende Urbanisierung, verbunden mit einer wachsenden örtlichen Trennung von Wohn- und Agrarregionen, auch der Warenverkehr zunehmend essentiell. Die Substitution fossiler Energieträger im Segment der Kraftstoffe ist daher eine wichtige Säule im Prozess hin zur nachhaltigen Energiewirtschaft. Angesichts der aktuellen Diskussionen um Landnutzungsänderungseffekte und Tank-Teller-Trog-Problematik kommt hier reststoffbasierten Biokraftstoffen eine besondere Bedeutung zu. Auch wenn neue Fördermethoden für fossile Energieträger derzeit weltweit zu einer Diversifi zierung führen – das Grundsatzproblem der Treibhausgasemissionen und anderer Klima- und Umwelteffekte bleibt natürlich bestehen. Daher stellten die Biokraftstoffprojekte bisher einen wichtigen Bestandteil im BMU-Förderprogramm „Energetische Biomassenutzung“ dar, und darum war es 2010 auch angeraten, sie in einer eigenen „Fokusgruppe Biokraftstoffe“ zu bündeln. Zukünftig sollen reststoff- und abfallbasierte Biokraftstoffprojekte außerhalb des Förderprogramms unterstützt werden. Es ist zu wünschen, dass dieses gesellschaftlich wie wirtschaftlich bedeutende Themenfeld auch weiterhin in der Forschungslandschaft der Bundesrepublik verankert bleibt.

La présente thèse porte sur le sens de la condition incarnée de la personne humaine. Dans une perspective classique, le problème se pose de savoir comment lier, en la personne humaine, le corps dans ce qu'il a de plus « physique » avec un esprit qui transcende la matière et qui, pour cela, inspire le respect. Ce problème, qui se ramène à celui de la compréhension de soi, prend aujourd'hui une importance renouvelée. Le siècle dernier ayant donné lieu à des avancées technoscientifiques majeures dans le monde médical, de nouvelles possibilités d'action impliquant directement le corps humain se sont alors déployées. Or, celui-ci est-il, comme la personne humaine, digne de respect? Est-il porteur de droits pouvant, par exemple, le protéger de manipulations abusives? Plusieurs bioéthiciens (dont Fletcher, Tooley, Warren, Singer, Harris et Engelhardt) semblent en douter. Ceux-ci définissent la personne comme un agent moral en exercice qui se distingue par des propriétés mentales telles que la raison, la conscience de soi et la liberté comme autonomie et qui n'entretient qu'un lien contingent avec le corps, conçu comme objet matériel instrumentalisable. Ces discours, qui privilégient une approche opérationnelle des définitions et procédurale de l'éthique, contribuent à séparer les humains en deux classes : les personnes humaines et les exemplaires de vie biologique humaine (tels les embryons, les handicapés mentaux graves, les comateux irréversibles, etc.). Ils soutiennent, conséquemment, que certains membres de la famille humaine ont plus de droits que d'autres et que des droits, dits pourtant inaliénables, peuvent être retirés à plusieurs. Suite à la critique de ces discours, il est proposé de redécouvrir, à partir de l'expérience éthique concrète et au moyen d'une éthique de la vertu - spécialement par l'analyse de la vertu de tact - la personne humaine comme un être singulier, dynamique, multidimensionnel et porteur d'une dignité intrinsèque; de rendre philosophiquement compte du lien nécessaire entre le corps, compris comme organisme ouvert à la transcendance, et la personne humaine - ce qui permet d'affirmer la dignité de celui-ci; de montrer que tous les humains sont des personnes, peu importe leur condition corporelle; et de tirer les conséquences pratiques qui conviennent, notamment celles relatives au respect de l'égale dignité de toutes les personnes humaines et de leur corps. La conclusion propose un retour éclairé à la question du sens de la vie incarnée pour la personne humaine.

Ce travail vise à mettre en avant une éthique du futur à l'ère des technologies du vivant à partir de la biologie philosophique de Hans Jonas en passant au crible a priori les fondements des technosciences. Jonas estime que le problème n'est pas la technique elle-même qui soit en cause mais l'identité qu'elle accorde à l'homme dans cette logique instrumentale envahissante, en d'autres termes, le matérialisme réductionniste. Le problème aussi n'est pas les effets visibles inquiétants et désastreux de la technique mais l'ontologie qu'elle inspire. Outre les manifestations réelles de destruction qu'elle génère, c'est l'être qu'elle confère ou plus exactement dont elle prive l'homme qui est catastrophique. L'homme finit par se considérer comme un fond exploitable. Il s'agira donc de formuler une éthique qui a pour soubassement une biologie philosophique qui récuse une anthropologie mécaniste d'inspiration matérialiste, une ontologie du pas-encore qui fonde les sciences modernes. Réduire l'homme à des lois physico-chimiques, c'est violer notre individualité. Le métabolisme est la preuve de notre individuation. Dans la matière, gît l'esprit. Au-delà de l'anthropomorphisme qui se dégage, l'homme est le seul animal symbolisant doué d'une conscience réflexive. Une responsabilité politique s'impose pour protéger l'intégrité et l'image de l'homme à l'ère des technologies du vivant qui espèrent améliorer ou modifier l'espèce humaine. Mais cette responsabilité politique qui promeut « un marxisme désenchanté » ne tardera pas à renforcer voire devenir une rationalité instrumentale et idéologique à l'image du lyssenkisme. Une autre responsabilité s'impose : une responsabilité scientifique formulée par Charles De Koninck qui interpelle et invite les scientifiques à ne pas sacrifier l'être humain par leurs recherches sur l'autel des subventions financières, du dualisme au relent matérialiste. La science, dans son élan est invitée à tenir compte du facteur « humain ». Cette responsabilité scientifique va au-delà des règles de bonnes pratiques et déontologiques des comités et des expertises scientifiques. Elle nécessite une éducation scientifique pour une science citoyenne pour éviter une science aveugle et idéologique. Bref, à partir de ces paradigmes, nous voulons montrer que les rêves de l'amélioration, de l'augmentation des performances de l'espèce humaine sont des chimères.