MIRCENs: Mechanism for international co-operation in applied microbiology and biotechnology

Summary In order that developing countries reach industrial parity with the technologically advanced societies, international co-operation utilizes the twin vehicles of bilateral and multilateral assistance, which are built around the cornerstone of technology transfer. Broadly speaking, technology transfer from North to South has mirrored goals and technological growth patterns that are common to the industrialized societies. A factor often overlooked is the direct local participation of local scientists vis-à-vis local decision-makers, in the various stages of developing, implementing and maintaining sustained self-reliant and self-developed technological growth. The evolution, the achievements and the future prospects of the MIRCEN—a global network of core-MIRCEN laboratories and their regional networks, along with those in the industrialized societies, self-recommends itself as an apt mechanism for national development and international co-operation in applied microbiology and biotechnology.

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Resumen Para que los países en desarrollo alcancen la igualdad con sociedades tecnológicamente más avanzadas, la cooperación internacional utiliza la asistencia uni y/o bilateral que se articula en torno a la transferencia de tecnología. En términos generales, las transferencias tecnológicas Norte-Sur han reflejado objetivos y modelos de crecimiento tecnológico comunes a los de las sociedades industrializadas. Un factor, a menudo olvidado, es la participación directa de científicos junto con los responsables locales en la toma de decisiones, durante los distintos estadios de desarrollo, aplicación y mantenimiento de un crecimiento tecnológico autosuficiente y desarrollado localmente. La evolución, resultados y proyectos de futuro de los MIRCENs, formados por una red global de centros-nucleo MIRCEN con su correspondiente red regional, hacen que estos se constituyan en un mecanismo idoneo para el desarrollo nacional y la cooperación internacional.

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Résumé Dans l'intention d'aider les pays en voie de développement à atteindre la parité avec les sociétés technologiquement avancées, la coopération internationale a recours à des assistances à la fois bilatérales et multilatérales, établies autour de la pierre angulaire que sont les transferts de technologie. Les transferts de technologie du Nord vers le Sud reflètent en gros les objectifs et les progrès technologiques des sociétés industrialisées. Un facteur souvent négligé est le concours direct que les scientifiques locaux peuvent apporter aux décideurs de leur pays, et cela aux différents stades du développement, de la mise en oeuvre et de la maintenance des réalisations biotechnologiques locales. L'évolution, les réalisations pratiques et les perspectives d'avenir des MIRCEN-réseau mondial de laboratoires MIRCEN proprement dits, associés à des groupes régionaux et à des laboratoires des sociétés industrialisées—se révèle constituer un mécanisme approprié pour promouvoir les développements nationaux et la coopération internationale en microbiologie appliquée et en biotechnologie.

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Invited paper presented at the VII International Conference on the Global Impacts of Applied Microbiology, Helsinki, 12–16.8.1985. Session 2     

The potential of biotechnology for developed and developing countries

Summary The extraordinary developments occurring in biotechnology throughout the world will lead to significant changes in world commerce, as well as in human health and welfare. A few dramatic advances have already been made in medical and agricultural biotechnology. Production of vaccines employing recombinant DNA methods is one example of the potential for genetic engineering applications in the treatment of hereditable and communicable diseases. Lesser understood, but with equally dramatic promise, is marine biotechnology, an example where the excellent possibilities for industry applications in both developing and developed countries can be elucidated. Recent successes in the cloning of growth hormone genes in salmon and other important genes and gene complexes in fin fish and shellfish promise major changes in production of commercially important fish and shellfish. Pharmacologically active compounds from marine animals and plants can now be harvested effectively, using biotechnology. Specialty chemicals and enzymes with unusual properties, unique to the marine environment, with potential for industrial applications, are being discovered. Thus, new products and new markets appear on the horizon. What has changed the picture significantly is the ready access which is now available to these new materials and compounds by the application of the methods of genetic engineering. No longer is it necessary to depend on sustained harvest, which may be subject to vagaries of weather or climate. By means of genetic engineering, genes coding for economically desirable traits can be cloned and those systems established in the laboratory in controlled culture and production. The enormous natural resources of developing countries cannot be productively harnessed by the developing countries themselves, since the industrial resources needed for the technology and the trained intellectual potential are not in abundant supply. Partnerships between developed and developing countries should be established so that the benefits of biotechnology can be achieved by both. An important role for applied microbiology, thus, is described and a dramatic impact at the global level can be predicted if effective biotechnology partnerships between the developing and developed countries of the world are created.

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Resumen El extraordinario desarrollo de la biotecnología en todo el mundo va a generar importantes cambios tanto en el comercio mundial como en la salud y bienestar de la humanidad. En las áreas de biotecnología médica y agrícola se han realizado importantes progresos. Un ejemplo de las posibilidades de la ingeniería genética en el tratamiento de enfermedades hereditarias y contagiosas es la produccion de vacunas utilizando técnicas de recombinación de ADN. La biotecnología marina es un área menos conocida pero no por ello con menos posibilidades de aplicaciones industriales tanto en países en desarrollo como en los desarrollados. Los éxitos obtenidos recientemente en la clonación de genes que codifican para las hormonas de crecimiento del salmón, así como de otros genes y conjuntos de genes de distintos peces y moluscos, suponen cambios importantes en la producción comercial de pescados y mariscos. Compuestos farmacológicamente activos procedentes de plantas y animales marinos pueden ahora cosechar se más eficientemente gracias a la biotecnología. Se estan descubiendo compuestos químicos y enzimas con propiedades especiales, unicas en el ambiente marino, cuya aplicación industrial tiene un futuro prometedor. Así pues, nuevos productos y nuevos mercados aparecen en el horizonte. La facilidad de acceso ahora disponible a estos nuevos materiales y compuestos, mediante la aplicación de los métodos de la ingeniería genética, ha cambiado significativamente el panorama. Ya no se ha de depender de cosechas sujetas a las variaciones del tiempo y del clima. Mediante la ingeniería genética los genes que codifican para características económicamente deseables pueden clonarse y los sistemas así obtenidos establecerse en laboratorio en condiciones de cultivo y producción controladas. La cantidad de recursos naturales que poseen los países en desarrollo no pueden ser utilizados productivamente por ellos mismos debido a la escasez de desarrollo tecnológico y potencial intelectual de los mismos. Deberián establecerse colaboraciones entre países en desarrollo y países desarrollados de manera que tanto unos como otros puedan beneficiarse de los progresos en biotecnología. Es este un papel importante que puede tener la microbiología aplicada y se puede predicir, a nivel global, un enorme impacto si se crean colaboraciones eficientes entre países en desarrollo y países desarrollados.

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Résumé Les extraordinaires développements de la biotechnologie dans le monde modifieront de façon significative le commerce mondial, aussi bien que la santé et le bien-être de l'homme. Des progrès considérables ont déjà été accomplis dans le domaine de la technologie médicale et agricole. La production de vaccins par les méthodes de l'ADN recombinant est un exemple du potentiel du génie génétique pour le traitement des maladies héréditaires et transmissibles. On connait moins le potentiel tout aussi considérable de la biotechnologie marine où on trouve d'excellents exemples d'applications industrielles réalisables aussi bien dans le pays développés que dans les pays en voie de développement. Les succès récents, obtenus par clonage des gènes d'hormones de croissance chez le saumon et par clonage d'autres gènes et groupes de gènes chez les poissons et les crustacés, laissent prévoir des changements majeurs dans le domaine de la production des poissons et crustacés d'intérêt commercial. Grâce à la biotechnologie, des composés pharmacologiquement actifs peuvent être obtenus à partir d'animaux et de végétaux marins. Des produits chimiques et des enzymes doués de propriétés nouvelles et spécifiques au milieu marin ont été découverts et sont suscéptibles d'applications industrielles. Ainsi, de nouveaux produits et de nouveaux marchés pointent à l'horizon. Ce qui a changé le tableau de façon décisive, c'est la facilité avec laquelle ces nouvelles substances peuvent être obtenues par les méthodes du génie génétique. Il n'est plus nécessaire d'avoir recours à des récoltes exposées aux aléas climatiques. Les gènes codant pour des caractères économiquement désirables peuvent être clonés au laboratoire et utilisés pour une production en cultures contrôlées. Faute de disposer des moyens technologiques et du potentiel scientifique nécessaires, les pays en voie de développement ne peuvent pas utiliser par eux-mêmes leurs énormes ressources naturelles. Des coopérations entre pays développés et moins développés doivent s'établir de façon à ce que la biotechnologie soit mutuellement profitable. La biotechnologie aura ainsi un rôle important et dont on peut attendre des effets considérables à l'échelle mondiale, à condition toutefois d'instituer une coopération effective entre les pays hautement industrialisés et le Tiers Monde.

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Invited paper presented at the VII International Conference on the Global Impacts of Applied Microbiology, Helsinki, 12–16.8.1985. Opening Session     

International aspects of biotechnology

Summary The advent of applied molecular biology has created new international issues and opportunities for biotechnology that differ significantly from those associated with the earlier Green Revolution. Techniques involving recombinant DNA, tissue culture, and cloning offer the prospect of great advances over a broad array of human concerns, notably in agriculture and food production, health and medicine, among others. Disparity in bioscience capabilities among nations, and the introduction of biotechnology into international commerce have raised questions of law and policy that are beginning to be addressed. If wisely managed, the new biotechnology offers great promise for the quality of life and the economy in developing countries; and a new structure of international institutions and programmes has developed to assist the realization of this hopeful prospect.

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Resumen La aplicación de la biología molecular ha creado a nivel internacional nuevos objetivos y oportunidades para la biotecnología que son esencialmente distintos de los ligados a la primera Revolutión Verde. Las técnicas asociadas con la recombinación de ADN, el cultivo de tejidos y el clonaje ofrecen perspectivas de grandes adelantos en un amplio espectro de temas que preocupan a la humanidad, en especial en agricultura y producción de alimentos, y en salud y medicina entre otros. La disparidad entre las capacidades biocientíficas de las distintas naciones y la entrada de la biotecnología en el comercio internacional han hecho surgir una serie de cuestiones legales y políticas a las que se empieza ya a dar respuesta. A través de una buena administración la biotecnología se presenta como una esperanza de futuro para la calidad de vuda y la economía de los países en desarrollo. Una nueva estructura de instituciones y programas internacionales se ha desarrollado para colaborar en la realización de estos proyectos.

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Résumé La venue de la biologie moléculaire appliquée a créé de nouveaux problèmes et opportunités pour la biotechnologie, qui diffèrent de manière significative de celles associées à la précédente révolution verte. Les techniques impliquant l'ADN recombinant, la culture tissulaire et le clonage ouvrent la perspective de progrès majeurs dans un large spectre de préoccupations humaines, notamment en agriculture, en production alimentaire, en matière de santé et en médecine parmi d'autres. Les disparités dans les capacités en sciences de la vie entre les nations, et l'introduction de la biotechnologie dans le commerce international engendrent des demandes de lois et de politique auxquelles on commence à répondre. Pourvu qu'elle soit sagement gérée, la nouvelle biotechnologie offre des promesses réelles pour la qualité de la vie et l'économie dans les pays en développement; et une nouvelle structure d'institutions et de programmes internationaux s'est développée pour aider à la réalisation de cette perspective pleine d'espoir.

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Condensed and substantially revised with permission of the publisher fromBiocracy: Public Policy and the Life Sciences. Westview Press, Boulder, Colorado, 1987.

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Lynton Caldwell holds jointly the titles of The Arthur F. Bentley Professor Emeritus of Political Science and Professor of Public and Environmental Affairs at Indiana University and is Director of Science Policy Studies in the University.     

World Health Organization's programme for vaccine development

Summary The very impressive scientific developments in the biomedical sciences which have occurred in recent years provide the prospect of new, more effective vaccines against those communicable diseases for which at present there are either no vaccines or for which existing vaccines are less than satisfactory. These developments include identification of protective antigens by the use of monoclonal antibody techniques and their production by recombinant DNA technology and peptide synthesis. In addition, there is much new information on the functioning of the immune system which provides a basis for rational vaccine design. In October 1983, WHO held a meeting on New Approaches to Vaccine Development. The meeting was attended by eminent scientists in microbiology, immunology, biochemistry, vaccine production and vaccine control. A major recommendation of the meeting to WHO was for the Organization to establish with urgency a programme for vaccine development. The Organization responded positively to this recommendation, agreeing that the gathering momentum of biotechnological research provided WHO with the opportunity to play a crucial role in encouraging, coordinating and developing priorities on new vaccines so that the great potential of recent progress was harnessed for the maximum benefit of all countries. WHO could take advantage of its unique position of being deeply involved in all problems of communicable diseases in the developing world and having at the same time knowledge of scientific achievements in the most privileged countries. The same general view was expressed by the WHO Advisory Committee on Medical Research at its October 1983 session. Since the development of vaccines in most areas is intimately related to the development of diagnostic tools (including reagents), such activities, when appropriate, are considered as part of the Programme. Mankind is now on the threshold of a new era in the technology of vaccine development and production and it behoves WHO to take the leadership in this endeavour.

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Resumen Los importantes desarrollos científicos que han ocurrido en el campo de las ciencias biomedicas en los últimos años proporcionan prospectos de vacunas nuevas y más efectivas contra aquellas enfermedades contagiosas para las cuales o no las había previamente, o si las había no eran totalmente satisfactorias. Entre estos avances se incluyen la identificatión de antigenos protectores mediante el uso de anticuerpos monoclonales y su producción mediante técnicas de ADN recombinante y de síntesis de peptídos. Existe además nueva información sobre el funcionamiento del sistema inmune, lo que proporciona la base para un diseño racional de vacunas. En octubre de 1983 la OMS celebró una reunión sobre Nuevas Tendencias en el Desarrollo de Vacunas. En la reunión participaron eminentes científicos especialistas en microbiología, inmunología, bioquímica, producción y control de vacunas. La recomendación más importante de la reunión para la OMS fue la de establecer con urgencia un programa para el desarrollo de vacunas. La Organización respondió positivamente a esta recomendación, estando de acuerdo en que la situación de las investigaciones biotecnológicas proporcionaba a la OMS la oportunidad de jugar un papel crucial en el apoyo, coordinación y desarrollo de prioridades en las investigaciones sobre nuevas vacunas, de forma que el gran potencial de los progresos recientes fuera aplicado hacia la consecución del maximo beneficio para todos los países. La OMS pudo aprovechar su situación privilegiada de estar profundamente implicada en todos los problemas relativos a las enfermedades contagiosas en los países en desarrollo y de tener simultaneamente conocimiento de los logros cientificos de los países más privilegiados. Este mismo punto de vista fue expresado por el Consejo Asesor de la OMS sobre temas de Investigación Médica en su sesión de octubre de 1983. Puesto que el desarrollo de las vacunas en la mayoría de las áreas esta intimamente relacionado con el desarrollo de medios de diagnóstico (incluyendo reactivos), tales actividales, cuando son apropiadas, se consideran como parte del Programa. La humanidad se halla en el umbral de una nueva era en la tecnología del desarrollo y produción de vacunas, y corresponde a la OMS tomar el liderazgo de este esfuerzo.

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Résumé Les très impressionants progrès des sciences médicales au cours de ces dernières années ouvrent la perspective de vaccins nouveaux et plus efficaces contre les maladies contagieuses pour lesquelles il n'existe pas encore de vaccins, ou celles pour lesquelles les vaccins existants ne sont pas satisfaisants. Ces nouveaux développements comprennent l'identification, grâce à l'utilisation des anti-corps mono-clonaux, d'antigènes protecteurs et leur production par les techniques d'ADN-recombinant ou de synthèse peptidique. De plus, en ce qui concerne le fonctionnnement du système immunitaire, on dispose de beaucoup d'informations nouvelles susceptibles de constituer une base rationelle pour l'élaboration de nouveaux vaccins. En octobre 1983, l'OMS a organisé une réunion sur les nouvelles voies d'approche pour le développement des vaccins. Cette réunion a rassemblé d'éminents scientifiques dans les domaines de la microbiologie, de l'immunologie, de la biochimie, de la production des vaccins et du contrôle des vaccinations. Une recommendation majeure adressée à l'OMS a été d'établir d'urgence un programme pour le développement des vaccins. L'Organisation a répondu favorablement. Elle s'est déclarée d'accord pour constater que la convergence rapide des recherches en biotechnologie donne à l'OMS l'occasion de jouer un rôle crucial en encourageant, coordonnant et établissant des priorités en matière de nouveaux vaccins, de façon à ce que l'immense potentiel des progrès récents soit mis au service de tous les pays et pour leur plus grand bénéfice possible. L'OMS peut prendre avantage de sa position unique. Elle est, en effet, profondément engagée dans tous les problèmes relatifs aux maladies contagieuses dans le monde en développement, et, d'autre part, elle est informée des réalisations scientifiques dans les pays les plus privilégiés. La même vue générale a été exprimée par le Comité Consultatif de l'OMS pour la recherche médicale à sa session d'octobre 1983. Comme, dans la plupart des régions, le développement des vaccins est étroitement lié à celui des moyens de diagnostic (y compris les réactifs), ces dernières activités seront, lorsque cela est approprié, considérées comme faisant partie du Programme. L'humanité est aujourd'hui à la veille d'une ère nouvelle en ce qui concerne le développement et la production des vaccins, et il appartient à l'OMS de prendre la tête de cette entreprise.

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Invited paper presented at the VII International Conference on the Global Impacts of Applied Microbiology, Helsinki, 12–16 August 1985. Session 5     

Scientists' judgements of the prospects for biological nitrogen fixation research

Summary More than 100 scientists responded to a mail survey concerning prospects for 33 technological developments related to biological nigrogen fixation. Respondents anticipated that most of the hypothesized developments in the legume/Rhizobium and rice/Azolla areas would occur in the next 10 years, while generally developments in nitrogen-fixing cereals and other research would occur later. An additional 28 technological advances were suggested by respondents. Scientists responded that the increasing cost of chemical fertilizer was the major driving force, lack of trained extension workers the major constraint, and research funding the most important issue concerning the development and adoption of the technology.

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Resumen Más de 100 científicos han contestado a una encuesta por correo sobre las perspectivas de 33 avances tecnológicos relacionados con la fijación biológica de nitrógeno. Los encuestados anticiparon que la mayor parte de los hipotéticos avances en los temas: leguminosas/Rhizobium y arroz/Azolla ocurrirían en los próximos 10 años, mientras que descubrimientos en cereales fijadores de nitrógeno y otros temas afines ocurrirían más tarde. Los encuestados sugirieron además otros 28 posibles avances tecnológicos. Los científicos identificaron la carestía de los fertilizantes como el motivo más importante que impulsa la investigación en estas areas, señalaron la falta de extensionistas cualificados como el mayor problema y la financiación de la investigación como la cuestión más importante para el desarrollo e implementación de neuvas tecnologías.

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Résumé Plus de 100 scientifiques ont répondu à une enquête menée par courrier et concernant la perspective de 33 développements technologiques relatifs à la fixation biologique de l'azote. Ces scientifiques anticipent que la plupart des développements prévus par hypothèse dans domaines des interractions légumes-Rhizobium et riz/Azolla vont se réaliser dans les 10 prochaines années, tandis que d'une manière plus générale, les développements dans les céréales fixatrices d'azote et d'autres domaines de recherche, vont se réaliser plus tard. Ces scientifiques suggèrent en outre 28 développements technologiques supplémentaires. Ils ont fait savoir que le coût accru de fertilisants chimiques était la force motrice principale, que le manque d'ouvriers qualifiés d'entretien était la contrainte principale et que la subsidation de la recherche était l'objectif le plus important pour le développement et la popularisation de cette technologie.

     

Fermentation research in Nigeria

Summary The development of fermentation research in Nigeria since independence in 1960 is reviewed. The first section deals with microbiological studies on traditional fermented foods and beverages, in relation to attempts aimed at developing starter cultures, processes and preservation methods for the fermented products, namely gari, foo-foo, ogi, pito, dawadawa and palm wine. Some recent advances are high-lighted, for example, the use of local microbial strains, carbohydrate sources, bittering agents and tropical fruits as appropriate, in beer brewing and wine making, and the use of palm wine in vinegar production. The last section reviews diverse attempts in which local microbial strains and local substrates have been applied to research for development of other fermentation products such as microbial biomass, antibiotics, bioinsecticides, biogas, enzymes and chemicals.

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Resumen Se pasa revista al desarrollo de las investigacines sobre fermentación en Nigeria desde la independencia en 1960. La primera parte trata los estudios microbiolicos realizados en alimentos y bebidas que tradicionalmente se fermentan, más especificamente: gari, foo-foo, ogi, pito, dawadawa y vino de palma Se ponen de relieve algunos avances como el uso de cepas microbianas, fuentes de carbohidratos, amargos y frutas tropicales locales para la producción de vino y cerveza, y el uso del vino de palma para la producción de vinagre. La última parte revisa los ensayos en los que se han utilizado cepas microbians y sustratos locales para el desarrollo de otros productos fermentados como biomasa microbiana, antibióticos, bioinsecticidas biogás, enzimas y otros productos químicos.

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Résumé Le développement de la recherche en fermentation est passée en revue au Nigéria depuis son indépendance en 1960. La première partie détaille les recherches microbiologiques sur les aliments et boissons fermentés, en relation avec les efforts pour développer les levains, les procédés et les méthodes de conservation des produits fermentés notamment le gari, le foo-foo, l'ogi, le pio, le dawadawa et le vin de palme. Des progrès récents ont mis en lumière, par exemple, l'emploi de souches microbiennes, de sources d'hydrates de carbone, d'agents d'amertume et de fruits tropicaux selon le cas, tous locaux, dans la fabrication de la bière et du vin ainsi que l'usage du vin de palme pour la production de vinaigre. La dernière section passe en revue divers efforts qui ont consisté à appliquer des substrats et des souches microbiennes locaux au développement d'autres produits de fermentation comme la biomasse microbienne, des antibiotiques, des bioinsectisides, le biogaz, des, enzymes et des produits chimiques.

     

Technique de financement et de co-financement

Résumé L'étude de l'histoire économique met en évidence les facteurs qui influencent la réalisation d'un investissement. L'histoire des rapports Nord-Sud met en évidence le flux positif d'investissement vers les colonies rendu possible grâce à l'absence des problèmes de transfert des bénéfices. D'autre part l'histoire de la Belgique montre que celle-ci a développé son économie au 19ème siècle grâce à une politique de salaires très bas dégageant l'épargne. La création de la Communauté Economique Européenne a également favorisé les investissements grâce à l'instauration de l'union douanière et la politique de développement régional. En ce qui concerne le problème financier, le secteur privé reste méfiant vis à vis de la dette extérieure de certains états tandis que le secteur public met en oeuvre de nouvelles formules de financement par le biais de législations ou d'accords bilatéraux de protection de l'investissement. Au niveau international la Banque Mondiale augmente les possibilités d'intervention de la Société Financière Internationale (SFI) sous la forme de coopérations avec les banques nationales de développement ou la création de filiales.

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Summary Broad historical issues are reviewed concerning the factors that generally favoured the investments in both the Developing countries — at the time when they were still ruled by Western Countries- and in Belgium during the 20th century. The arguments put forward are (i) that, in both cases, investments were more abundant and fruitful than they are nowadays in the Developing Countries and (ii) that the reason thereof basically lies on the favourable conditions that prevailed at the time to encourage risk-investments. These favourable conditions are then analyzed: a sound financial and economic management of the countries, inflation kept as low as possible, an adequate balance between external debt and gross national product, political stability, free-trade policy and fiscal incentives. Next it is argued that, if finance for development projects is sought by the Developing Countries from the Industrialized Countries, then (i) it would mainly come from the private sector which is the most important source of capital in the Western world and (ii) it will be made available only if the project is feasible and the local context is attractive to private capital. If these conditions are not met, the only possible alternative is recourse to assistance from multilateral international development agencies. Some of the new tools to help developing countries, designed by the Workd Bank, the IFC, and other similar agencies are subsequently discussed.

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Resumen Esta conferencia analiza los factores que en determinados momentos históricos favorecieron de forma general las inversiones, tanto en los países en vías de desarrollo-entonces aún bajo el control de países occidentales — como en Bélgica, durante el siglo xx. Los argumentos esgrimidos son (i) en ambos casos las inversiones eran más abundantes y fructiferas que las que tienen lugar hoy en día en los países en vías de desarrollo y (ii) la razón para ello se basa esencialmente en las condiciones favorables que existían en aquel entonces para estimular las inversiones arriesgadas. Estas condiciones favorables son analizadas por el conferenciante: administración financiera y económica saneada; control de la inflación; balance entre la deuda externa y el producto nacional bruto equilibrado; establidad política; política commercial de libre intercambio e incentivos fiscales. Se discute a continuación el caso de países en desarrollo que busquen financiación para sus proyectos de desarrollo en países industrializados. Esta financiación tiene que venir en gran parte del sector privado que es la mayor fuente de capital en el mundo occidental y por lo tanto sera asequible unicamente a aquellas proyectos que sean viables y atractivos para el capital privado. Si estas condiciones no se cumplen la única alternative posible es el recurso a agencias de asistencia multilateral para el desarrollo internacional. Para finalizar se para revista a los nuevos instrumentos que ha creado el Banco Mundial para ayundar a los países en desarrollo como el IFC y otras agencias similares.

     

Diurnal course of light interception by a groundnut crop grown in association with maize

Summary Maize and groundnut crops were grown in pure and mixed cultures in adjacent plots in the FTC farm at Homabay, Kenya. Measurements of diurnal light interception, leaf diffusive resistances (r₁), water potential and leaf temperature on both groundnut intercrop and sole crop were carried out on 3 consecutive days. Characteristics related to nitrogen fixation were also estimated. The canopy of the groundnut intercrop intercepted low irradiance at all times in contrast to the sole groundnut crop. Between 1100 and 1500 h the groundnut intercrop received about 11% and 41% of the available photosynthetic photon flux density (PPFD) and total radiation, respectively. In general, both adaxial and abaxial r₁ values were lower at midday when irradiance was maximal than at 0800 or 1800 h. The r₁ data together with high values of leaf () (–0.30 MPa) suggest the absence of midday closure of stomata in both pure and mixed groundnut crops. The degree of nodulation was higher in monocrops than intercrops although their N₂ fixation capacities did not vary with cropping system. It is suggested that the low yields of legume intercrops reported heretofore are mainly due to the selective absorption of the active wavelengths of PAR by the tall cereal crops.

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Evolución diaria de la interceptión de luz solar por un cultivo de cacahuete en cultivo mixto con maiz

Resumen En parcelas próximas de la granja FTC de Homabay, Kenya, se han cultivado maiz y cacahuete en cultivos puros y mixtos. En los cultivos puros y mixtos de cacahuete se determinó la intercepción de luz solar, resistencia de la hoja a la difusión (r₁), potencial hídrico y temperatura foliar durante 3 días consecutivos. También se estimaron algunas características relacionadas con la fijación de nitrógeno. La intercepción de radiación por la parte aérea del cultivo mixto de cacahuete fué baja en contraste con la del cultivo puro. Entre las 1100 y 1500 horas el cultivo mixto recibió alrededor del 11% de la densidad del flujo de fotones fotosintéticamente activos (PPFD) y alrededor del 41% de la radiación total. En general los valores r₁ de haz y envés fueron más bajos a medio día, cuando la radiación era máxima, que a las 0800 o a las 1800 horas. Los valores de r₁ junto con los altos valores del potencial hídrico (–0.30 MPa) sugieren que ni en el cultivo puro ni en el mixto se da cierre estomático al medio día. El grado de nodulación fué más alto en los cultivos puros que en los mixtos aunque la capacidad de fijación de N₂ no varió con el sistema de cultivo. Se sugiere que los bajos rendimientos de los cultivos mixtos de leguminosas que se presentan aquí se deben fundamentalmente a la absorción selectiva de longitudes de onda activas de la PAR por los cultivos de cereales altos.

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Evolution diurne de l'interception de la lumière par une culture d'arachide associée au maïs

Résumé Le maïs et l'arachide ont été cultivés isolément et en association sur des parcelles adjacentes, à la ferme FTC d'Homabay, Kenya. L'interception de la lumière diurne, la resistance diffusive des feuilles (r₁), le potentiel en eau et la température foliaire ont été mesurés pendant 3 jours consécutifs sur l'arachide isolée et en co-culture. La fixation de l'azote a également été estimée. Contrairement à l'arachide seule, la couverture de la co-culture intercepte les irradiations faibles pendant toutes les périodes du jour. Entre 1100 et 1500 heures, l'arachide en culture mixte ne reçoit que 11 % du flux des photons photosynthétiques (PPFD) et 41 % de l'irradiation totale. En général, les valeurs adaxiales et abaxiales de r₁ sont plus faibles à midi, au moment de l'irradiation maximum, qu'à 0800 ou à 1800 heures. Les données de r₁ ainsi que les de () pour les feuilles (–0.30 MPa) suggèrent l'absence de fermeture des stomates à midi, aussi bien dans les cultures isolées que mixtes. Le degré de nodulation est plus élevé dans les monocultures que dans les cultures mixtes, bien que la capacité de fixation de N₂ ne varie pas avec le mode de culture. Il est suggéré que les faibles rendements des cultures mixtes de légumineuses qui ont été antérieurement signalés sont principalement dûs à l'absorption sélective des longueurs d'onde photosynthétiquement actives de PAR par les céréales de taille élevée.

     

Effects of post-emergence inoculation on field grown soybeans

Summary Inoculation of soybean seed with rhizobia has traditionally been performed by applying the inoculum to seed immediately before planting. In some conditions, however, the application of rhizobia to seed may fail to give satisfactory nodulation. The hypothesis that such failure of seed inocuation might be remedied by inoculating field grown soybeans after planting (post-emergence inoculation) was tested at three locations which were free from native soybean rhizobia. Post-emergence inoculation treatments comprised inoculation at five, 10, 15 and 20 days after planting. The inoculation technique consisted of suspending peat-based inoculant at the recommended rate in water, and pouring this suspension over the planted rows. Satisfactory nodulation and plant growth were obtained following inoculation at five, 10 and 15 days after planting in the two areas where surface soil moisture was adequate. In another area where the soil surface was relatively dry at the time of inoculum application, nodulation was greatly reduced. Nodules formed following post-emergence inoculation were located mainly on lateral roots near the soil surface. Inoculation at 20 days after planting was, however, unsuccessful. With good rainfall seed yield obtained from seed-inoculated plants was not significantly different from those that were obtained from plants inoculated five or 10 days after planting. It seems, therefore, that failures of seed inoculation can be corrected by post-emergence inoculation within two weeks of planting, provided that surface soil moisture is adequate.

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Efectos de la inoculación post-emergencia de plantas de soja en campo

Resumen La inoculación de plantas de soja conRhizobium se ha venido realizado tradicionalmente mediante la inoculación directa de la semilla antes de la siembra. Este método puede, sin embargo, producir, a veces, una nodulación defectuosa. Se ha postulado que este fallow en la inoculación podría resolverse mediante la inoculación en el campo de las plantas de soja. A fin de comprobar la viabilidad de esta inoculación post-emergencia se realizaron ensayos en tres localidades libres deRhizobium nativo inoculando las plantas a los cinco, 10, 15 y 20 días despúes de la siembra. La técnica de inoculación utilizada consistió en suspender en agua la proporción adecuada de inóculo que se presentaba incorporado en turba. Dicha suspensión se utilizaba para regar les hileras de plantas a inocular. La nodulación y el crecimiento de las plantas fueron satisfactorios en los ensayos efectuados cinco, 10 y 15 dias despúes de la siembra en dos areas donde la humedad del suelo fue la adecuada; en la otra localidad la superficie del suelo estaba relativamente seca cuando se aplicó el inóculo y la nodulación se vió en este caso muy reducida. Los nódulos formados como consecuencia de esta inoculación post-emergencia se encontraron preferentemente en las raíces laterales cerca de la superficie del suelo. Las inoculaciones efectuadas dos días después de la siembra no dieron resultado en ningún caso. La cosecha obtenida de las plantas inoculadas directamente en semilla no fue significativamente distinta de la obtenida de las que fueron inoculadas en el campo cinco ó 10 días después de la siembra. Podemos pues concluir que les errores en la inoculación de semillas pueden corregirse mediante una inoculacion post-emergencia en el campo cinco ó 10 días después de la siembra. Podemos pues concluir que los errores en la humedad del suelo sea la adecuada.

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Les effets de l'inoculation post-émergence aux plantes de soja dans le champ

Résumé L'inoculation du soja par les rhizobiums s'effectue traditionellement en appliquant l'inoculum sur les graines immédiatement avant de les semer. Cependant, dans certaines conditions, cette méthode ne procure pas une nodulation satisfaisante. L'hypothèse qu'on puisse remédier à ces échecs en inoculant le soja dans le champ, après les semailles (inoculation post-émergence) a été téstée dans trois stations dépourvues de rhizobiums natifs. Les inoculations post émergence ont été effectuées cinq, 10, 15 et 20 jours après les semailles. La technique consiste à mettre en suspension aqueuse, dans les proportions recommandées le mélange d'inoculum et de tourbe. Cette suspension est répandue sur les rangées de plants. Une nodulation et une croissance végétale staisfaisantes ont été obtenues avec les inoculations pratiqueées cinq, 10 et 15 jours après les semailles dans deux parcelles où l'humidité du sol était adéquate. Dans une autre parcelle, où la surface était relativement sèche au moment de l'inoculation, la nodulation a été fortement réduite. Les nodules formés après inoculation post-émergence sont principalement situés sur des racines latérales, proches de la surface. L'inoculation pratiquée 20 jours après les semailles est inéfficace. Avec une bonne pluie, le rendement en soja obtenu par inoculation des graines n'est pas significativement différent de celui qu'on obtient avec les plantes inoculées cinq ou 10 jours après les semailles. Il semble, donc, que les échecs de l'inoculation des graines puissent être corrigés par une inoculation qui suivent les semailles, à condition, toutefois, que l'humidité superficielle du sol soit adéquate.

     

Effects of cotyledons and nitrate on the nitrogen assimilation ofPhaseolus vulgaris

Summary In an experiment performed under greenhouse conditions usingPhaseolus vulgaris cv. Carioca inoculated withRhizobium strain CO5, effects of cotyledons and mineral nitrogen on the initial process of nitrogen assimilation were evaluated. Plants were maintained intact or had either both or half of both cotyledons removed six days after planting. Levels of mineral nitrogen corresponded to the addition of 0 or 1.5 mg N/plant/day three days before each of the four harvests (8, 10, 12 and 14 days after planting). Cotyledon removal generally decreased nodule number and dry weight and total nitrogenase activity, although there was no effect on specific nodule efficiency, but the nitrate reductase activity was increased in both shoots and roots. Mineral nitrogen decreased nodulation and nitrogenase activity when applied 9 and 11 days after planting, but increased shoot and root nitrate reductase activity and total nitrogen incorporation, indicating that plants could be nitrogen limited during the initial period of growth.

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Resumen En un experimento realizado en invernadero conPhaseolus vulgaris, cv. Carioca, inoculado conRhizobium (cepa CO5) fue evaluado los efectos de los cotiledones y del nitrógeno mineral en el proceso inicial de la assimilación de N. Las plantas fueron mantenidas intactas o con la mitad o todos los cotiledones retirados a los 6 dias despues de la siembra (DDS). El N mineral fue aplicado en la dosis de 0 ó 1.5 mg N/planta/dia, 3 dias antes de cada una de los 4 casechas realizadas (8, 10, 12 y 14 DDS). La retirada de los cotiledones generalmente disminuyó el número y el peso seco de los nódulos y la actividad de la nitrogenase, mas não hubo influencia en la eficiencia específica de los nódulos. La actividad de la nitrato reductasa aumentó tanto en la parte aérea como en las raíces. El nitrógeno mineral disminuyó la nodulación y la actividad de la nitrogenasa cuando la aplicación ocurrió a los 9 y 11 DDS, mas aumentó la actividad de la nitrato reductasa de las raíces y de la parte aérea, asi como el contenido de N en la planta, indicando que estas podrian estar limitadas por nitrógeno en la fase inicial de crescimento.

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Résumé Dans une expérimentation réalisée dans les conditions de serre au moyen dePhaseolus vulgaris cv Carioca inoculée avec la souche CO5 deRhizobium, on a évalué les effets de cotylédons et de l'azote minéral sur le processus initial de l'assimilation azotée. Les plants ont été soit maintenus intacts soit amputés des deux ou de la moitié des deux cotylédons, 6 jours après la plantation. Les teneurs en azote minéral correspondaient à l'ajout de 0 ou 1.5 mg d'azote par plant et par jour, trois jours avant chacune des 4 récoltes (8, 10, 12 et 14 jours après la plantation). L'amputation de cotyledon diminue d'une manière générale le nombre de nodules, le poids sec et l'activité totale de nitrogénase, bien qu'il n'y ait aucun effet sur l'efficience spécifique de nodule mais l'activité de nitrate réductase était augmentée tant dans les pousses que dans les racines. L'azote minéral a déterminé la nodulation et l'activité de nitrogénase lorsque l'application avait lieu les 9ème et 11ème jours après la plantation, mais elle a augmenté l'activité de nitrate réductase chez les pousses et les racines ainsi que l'incorporation totale d'azote, indiquant par là que la plante pouvait être limitée en azote durant la période initiale de croissance.

     

Relationship between nitrogen fixation and mycorrhiza

Summary Since the discovery of mycorrhizal symbiosis 100 years ago, its role in the nitrogen metabolism of plants has received much attention. In early literature there are numerous reports of the fixation of atmospheric nitrogen by mycorrhizal fungi. N-fixation has been suggested in most kinds of mycorrhizal systems, i.e. ectomycorrhizal forest trees, orchids, Ericales, and VA-mycorrhizal plants. Today, however, it is generally accepted that only procaryotic organisms can fix atmospheric nitrogen and that both ecto- and endomycorrhizal fungi lack this capacity. Many vascular plants possess both mycorrhizae and N-fixing symbiotic organs. This group includes legumes with rhizobial nodules and non-legumes with actinorrhizal nodules. Mycorrhizae of such systems can be either ectotrophic or endotrophic, or both. Nitrogen fixation in forests and other natural ecosystems has recently been attributed mainly to associative-symbiotic bacteria, i.e. bacteria living in the rhizosphere or close proximity of plant roots. Since the roots, in fact, are usually also infected by mycorrhizal fungi, a new concept of mycorrhizosphere has been introduced. Relationships between mycorrhizal fungi and N-fixing bacteria of the mycorrhizosphere are poorly known. N-fixing bacteria have been found even inside the fungal mantle of ectomycorrhizae.

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Resumen Desde el descubrimiento de la simbiosis micorrízica hace 100 años su papel en el metabolismo nitrogenado de las plantas ha recibido una atención preferente. En la literatura más antigua peuden encontrarse numerosas referencias relacionadas con la fijación de nitrógeno atmosférico por hongos micorrízicos. La fijación de nitrógeno ha sido sugerida una y otra vez para la mayoría de sistemas micorrízicos (ectomicorrizas de árboles, orquídeas, ericaceas y plantas con micorrizas VA). Hoy en día se acepta, sin embargo, que en términos generales tan solo organismas procariotas son capaces de fijar nitrógeno atmosférico y por lo tanto los hongos tanto ecto como endo-micorrízicos no pueden tener dicha propiedad. Un gran número de plantas poseen a la vez micorrizas y organismos simbióticos de fijación de N. Estas incluyen las leguminosas con nódulos deRhizobium y no leguminosas con nódulos actinorrízicos. Las micorrizas de dichas sistemas pueden ser ecto o endotróficas o ambos tipos a la vez. La fijación de nitrógeno en bosques y otros ecosistemas naturales ha sido recientemente atribuida principalmente a bacterias de tipo asociative-simbiótico, es decir bacterias que viven en ia rizosfera o en las cercanías de las raíces de las plantas. Debito a que las raíces, de hecho, estan al mismo tiempo infectadas por hongos micorrízicos, un nuevo concepto, la micorrizofera ha sido acieñado. Las relaciones entre hongos micorrízicos y bacterias fijadoras de N son poco conocidas. Se han encontrado bacterias fijadoras de N todavia dentro el manto fúngico de las ectomicorrizas.

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Résumé Depuis la découverte de la symbiose mycorhizienne, il y 100 ans, son rôle dans le métabolisme azoté des plantes a reçu beaucoup d'attention. Dans la litérature ancienne, on trouve beaucoup de rapports sur la fixation de l'azote atmosphérique par les champignons des mycorhizes. La fixation de N été suggérée pour la plupart des systèmes de mycorhizes, c'est à dire pour les ectomycorhizes des arbres forestiers, des orchidées, des Ericales, et pour les plantes à mycorhizes yésiculaires-arbusculaires (VA). Aujourd'hui, cependant, il est généralement reconnu que neuls les organismes procaryotes peuvent fixer l'azote atmosphérique et que, par conséquent, les champignons des ecto- et endo-mycorhizes sont dépourvus de cette aptitude. Un grand nombre de plantes vasculaires possèdent à la fois des mycorhizes et des organes symbiotiques fixant l'azote. Ce groupe comprend les légumineuses à nodules rhizobiens et des nonlégumineuses à nodules actinorhiziens. Les mycorhizes de ces systèmes peuvent être ecto- ou endo-trophiques ou les deux à la fois. La fixation de l'azote dans les forêts et d'autres écosystèmes naturels a récemment été attribuée aux bactéries associatives-symbiotiques, c'est à dire à des bactéries vivant dans la rhizosphère où en proximité étroite avec les racines des plantes. Comme les racines, en fait, sont en même temps inféctées par des champignons mycorhiziens, un nouveau concept de la mycorhizosphère s'est introduit. Les relations entre champignons des mycorhizes et bactéries fixatrices de l'azote sont mal connues. On a trouvé des bactéries fixatrices à l'intérieur même du manteau fongique des ecto-mycorhizes.

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Invited paper presented at the VII International Conference on the Global Impacts of Applied Microbiology, Helsinki, 12-16.8.1985. Session 10.     

Serial organization of broodin Myrmica

Summary In the antMyrmica rubra L. (=laevinodis Nyl.) two brood cycles (from egg to adult) run concurrently, and are so phased that eggs and pupae occur together and larvae hatch when new workers are appearing. The mechanism of coordination is investigated. Dephasing experiments in which either the queen or the larvae are added late, although affecting performance adversely in the former case, do not bring to light any strong intrinsic alignment mechanism, even when food is short.The factors affecting the shape and size of brood-type frequency distribution peaks are considered. The pupal peak is later if larvae are small and numerous, or if food is short; and in these conditions worker attention is concentrated on relatively few of the largest. Temperature, if above prepupation threshold, hastens the peak. The egg peak is not much affected by wide variation in the larval population, but is substantially smaller if food is short. There is evidence that the queen's total annual output is limited so that a bad start may be later compensated orvice versa.Extrinsic co-ordinating influences are then considered, and it is found that the temperature relations of developmental processes may be adapted by natural selection so that the brood pattern is set in motion and controlled each year by the rise and fall in mean temperature. By spring, the whole colony is ready to respond to warmth, and larval growth, oviposition and prepupation start in that order. Once set in step in this way they so remain owing to the isochronism of incubation, metamorphosis and larval life. The season closes when as a result of independent parallel changes in queen and worker respectively, oviposition ceases and larval dormancy gives way to prepupation.

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Resumen En la hormigaMyrmica Rubra L. (=Laevinodis Nyl.), concurren dos períodos de cría de huevos a adultos en cuyas fases los huevos y crisálides ocurren juntos y la larva sale al mismo tiempo que aparecen las nuevas trabajadoras.Se investiga el mecanismo de coordinación. Experimentando con las fases es decir, agregando mas tarde ya sea la reina o la larva, aunque afecta adversamente el funcionamiento de la reina, no se produce ningún mecanismo esencial de alineación aun cuando es poco su alimento.Se consideran los factores que afectan figura y tamaño de pico de distribución de frecuencia del tipo cría.En las crisálides, el pico ocurre más tarde si la larva es pequeña y numerosa o si el alimento es escaso y en estas condiciones la atención de la trabajadora se concentra sobre relativamente pocas de las más grandes.La temperatura si sobre comienzo de la crisálide, adelanta el pico de distribución. En el huvo el pico no se ve muy afectado por la variación en la populación de la larva pero es considerablemente mas pequeña si escasea el alimento.Es evidente que la producción total anual de la reina es escasa asi que un mal principio compensaríase quizá, o vice versa.Luego se consideran las influencias de coordinación ajenas y se encuentra que la relación de temperatura de procesos de desarrollo se pueden adaptar por medio de selección natural asi que se empieza el tipo de cría y se controla anualmente por el aumento y disminución de temperatura. Al llegar la primavera, toda la colonia esta lista para el calor y aun cuando puede crecer la larva y puédense poner algunos huevos a temperaturas medianas no es hasta que ocurre un aumento importante que empiezan el estado pre-crisálide y colocación de huevos cuantitativa. Una vez empezado esto permanecen juntos puesto que la formación del embrio y metamorfosis, toman el mismo período. La temporada se cierra cuando como resultado de cambios paralelos independientes en la reina y trabajadora respectivamente, cesa la colocación de huevos y adormecencia larval da lugar al estado pre-crisálide.

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Résumé Chez la FourmiMyrmica rubra L. (=lævinodis Nyl.), on remarque deux cycles de couvaison (depuis l'uf jusqu'à l'insecte adulte) qui se déroulent simultanément et qui sont ordonnés de telle façon qu'il se trouve en même temps des ufs et des nymphes et que l'éclosion de larves corresponde à l'apparition de nouvelles ouvrières.Examen du système de coordination.Les expériences introduisant des erreurs de phase par suite de l'introduction tardive de la reine ou des larves ont, dans le premier cas, relevé une influence défavorable à l'évolution normale; néanmoins, elles n'ont mis en lumière aucun mécanisme d'alignement essential, même lorsque l'alimentation est restreinte.Étude des agents pouvant modifier la forme et l'ampleur des pointes de la distribution de fréquence de couvées-type. La pointe de la nymphose est retardée si les larves sont nombreuses ou s'il y a carence alimentaire. Dans ces conditions, les soins des ouvrières visent particulièrement un petit nombre de larves choisies parmi les plus grosses. Si la température subit une hausse alors que la nymphose se prépare, elle active l'apparition de la pointe. De grandes variations de la population larvaire modifient peu la pointe de ponte, mais celle-ci est sensiblement réduite par une carence alimentaire.On peut démontrer que le rythme de ponte de la reine varie au cours de l'année; de ce fait, un mauvais début peut être compensé par la suite et réciproquement.Si l'on étudie ensuite la coordination des conditions externes, on trouve que les rapports existant entre les températures de développement sont susceptibles de s'adapter par sélection naturelle; en conséquence, la marche de la couvaison s'amorce et se règle ensuite chaque année sur les variations de la température moyenne.Dès le printemps, la colonie entière est à même de réagir à la chaleur et, quoique des températures modérées n'empêchent ni la croissance des larves ni une légère ponte, la préparation à la nymphose et la ponte abondante ne se déclenchent qu'après une élévation sensible de température. Ainsi commencés, les deux cycles se développeront de pair, puisque l'embryogenèse et la métamorphose accusent toutes deux le même mouvement périodique. La saison se termine lorsque, par suite de modifications s'opérant en même temps mais indépendamment chez la reine et les ouvrières respectivement, la ponte cesse; l'engourdissement de la larve cède alors le pas à la préparation de la nymphose.

     

Crop storage losses in southern Nigeria caused by the activities of micro-organisms

Summary In the southern part of Nigeria, maize, cassava, and yam are the major food crops grown, and they constitute an important source of carbohydrate in the diet of the inhabitants of the area. There are various traditional methods for storage of these crops and all have been shown to lead to storage losses both quantitatively and qualitatively. Micro-organism, especially the fungi, are important as agents of deterioration and spoilage of these crops during storage. Factors that influence the infestation and growth of micro-organisms in these crops during storage are many with moisture being especially significant. To aid in their preservation, cassava and yams are usually processed into more shelf-stable products such as garri and fufu from cassava as well as yam chips and fluor from yam. All these processed products, in spite of their relatively shelf-stable nature, are still subject to microbial infection if improperly handled and stored. It is concluded that much work needs to be done in Nigeria to improve storage conditions.

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Résumé Dans le Sud du Nigéria, le maïs, le manioc et la patate douce sont les récoltes alimentaires majeures, et celles-ci constituent une source importante d'hydrates de carbone dans l'alimentation des habitants locaux. Il y a plusieurs méthodes traditionnelles pour le stockage de ces récoltes et toutes ont révélé conduire à des pertes tant quantitatives que qualitatives par stockage. Les microorganismes, particulièrement les moisissures, sont d'importants agents de détérioration et d'avarie de ces récoltes pendant le stockage. De nombreux facteurs influencent l'infection par et la croissance des microorganismes dans ces récoltes durant le stockage, particulièrement l'humidité. Pour améliorer leur conservation, le manioc et la patate douce sont en général transformées en produits stables à conserver en rayonnage comme le garri et le fufu de manioc ou encore les chips et la farine de patate douce. Tous ces produits transformés, malgré leur aptitude à la conservation en rayannage, sont néanmoins sujets à l'infection microbienne lorsqu'ils sont manipulés et conservés de manière impropre. Il faut en conclure que beaucoup de travail reste à faire au Nigéria pour améliorer les conditions de stockage.El maíz, la mandioca y el ñame son los cultivos, destinados a la alimentación, más importantes del sur de Nigeria, constituyendo la principal fuente de carbohidratos para los habitantes del area. Todos los métodos de almacenamiento tradicionales de estos cultivos producen perdidas tanto cuantitativas como cualitativas. Los microorganismos, especialmente los hongos, son agentes importantes de este deterioro. Son muchos los factores que influyen en la infestación y crecimiento de los microorganismos durante el almacenamiento de dichas cosechas, siendo la húmedad especialmente importante. Para mejorar su conservación la mandioca y el ñame se transforman en productos más estables tales como fufu y garri en el caso de la mandioca, y harina y rodajas cocinadas (chips) en del ñame. Todos estos productos transformados, a pesar de su naturaleza relativamente estable, están todavía sujetos a infección microbiana si se manipulan o almacenan de forma inadecuada. Se concluye que restan por hacer muchos trabajos para poder mejorar las condiciones de almacenamiento en Nigeria.

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Paper based on a presentation made at the VII International Conference on the Global Impacts of Applied Microbiology, Helsinki, 12–16.8.1985.     

Anaerobic digestion of native cellulosic wastes

Summary Anaerobic digestion is an extensively used bioconversion process to produce gaseous fuel from native lignocellulosic materials. It consists essentially of two steps; acidogenesis and methanogenesis. Most conventional anaerobic digesters are single-stage systems. Animal waste, agricultural residues, sewage sludge and industrial effluents are suitable as feedstock. Biogas productivity in single stage digestion ranges from 0.5–1.5 m³/m³/day at mesophilic (20–40°C) and 1.0–2.5 m³/m³/day at thermophilic (40–60°C) temperatures, and about 30–50% of the volatile solids are converted to biogas. In two-stage systems, acidogenesis is separated from methanogenesis, which improves cellulose hydrolysis and process efficiency. Recent advances in digester design include the introduction of the upflow anaerobic sludge blanket, and fluidized-bed and fixed-film bioreactors, which are operated at much higher loading. Process efficiency can be as high as 97%. An overview of these technologies is presented.

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Resumen La digestión anaeróbica es un proceso de bioconversión muy utilizado para producir gas combustible a partir de materiales de tipo lignocelulósico. El proceso consta esencialmente de dos etapas acidogénesis y metaogénesis. La mayoría de los digestores de tipo convencional son de una sola etapa. Como material de partida pueden utilizarse residuos dé ganado, agrícolas, lodos de depuradoras y efluentes industriales. La producción de biogás en un digestor de una sola etapa va desde 0.5–1.5 m³/m³ día cuando el proceso transcurre a temperaturas mesófilas hasta 1.0–2.5 m³/m³ día cuando lo hace a temperaturas termófilas, transformándose entre un 30 y un 50% de los sólidos volátiles en biogás. En los sistemas con dos etapas la acidogénesis se separa de la metanogénesis con lo cual se mejora la hidrólisis de la celulosa y por lo tanto la eficiencia del proceso. Entre los recientes adelantos en el diseño de digestores cabe incluir la introducción de una manta de flujo ascendente para fangos anaeróbicos y bioreactores con camas fluidas y de lámina fija que pueden usarse con cargas mayores. La eficiencia del proceso puede llegar entonces hasta 97%. En este trabajo se pasa revista a todas estas nuevas tecnologías.

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Résumé La fermentation anaérobie est un procédé de bio-conversion très utilisé pour produire des carburants gazeux à partir de ligno-cellulose. Elle comporte essentiellement deux étapes: acidogenèse et méthanogenèse. La plupart des digesteurs usuels sont des systèmes à un seul étage. Les déchets animaux, les résidus agricoles, les boues d'épandage et certains effluents industriels sont des substrats appropriés. Dans les fermentations à un seul étage, la productivité en bio-gaz varie entre 0,5 et 1,5 m³ par m³ et par jour pour les températures mésophiles (20–40°C) et de 1,0 à 2,5 pour les températures thermophiles (40–50°C); d'autre part environ 30 à 50% des solides volatils sont convertis en bio-gaz. Dans les systèmes à deux étages, l'acidogenèse est séparée de la méthanogenèse, ce qui améliore l'hydrolyse de la cellulose et l'efficacité du procédé. Les progrès récents concernant la structure des fermenteurs comprennent la circulation du dépôt anaérobie et la réalisation de bioréacteurs à lit fluidisé et à film-fixé, ce qui permet d'opérer avec des charges trés supérieures. L'efficacité peut atteindre 97%. Un aperçu de ces nouvelles technologies est présenté dans l'article.

     

Development of a culture collection and data bank for biometallurgical processes in india

Summary Biometallurgical processing of minerals is a fast-developing science and is of considerable importance especially to nations like India where rapid industrialization has increased the domestic demand for metallic raw material which has to be satisfied by heavy imports. One of the ways of leading the country to self-sufficiency is to attempt to produce the metals from indigenously available low-grade/waste ores or beneficiate their quality using an appropriate technology like biometallurgy. We have developed a culture collection and data bank in respect of this technology in India for microbial leaching of copper and bioconversion of manganese. In this programme, 207 potentially-useful micro-organisms such as iron-, sulphur-and manganese-oxidizing bacteria were isolated from 60 copper and manganese mines in the country, and they were used for leaching copper and converting manganese to a better variety. These two processes were scaled-up to the 300-kg level and the isolated microorganisms were stored in an active, ready-to-use form by devising suitable preservation methods. Such a compilation of information on ores and cultures, with a centralized facility for supply of useful cultures, was referred as a culture collection and data bank. Various Indian mining industries have shown interest in trying these processes on a large scale at their mines, using the cultures and the data available from us.

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Resumen El procesado biometalurgico de los minerales es una ciencia en rápido desarrollo y de considerable importancia sobretodo en naciones como la India donde la rápida industrialización ha incrementado la demanda interna de minerales que ha de ser satisfecha mediante costosas importaciones. Una de las formas de conseguir la autosuficiencia es intentar producir estos metales a partir de minerales autóctonos de baja graduación o de desecho, o bien mejorar su calidad, utilizando una tecnología adecuada tal como la biometalurgia. Se ha desarrollado una colección de cultivos y un banco de datos para esta tecnología en India aplicable al lavado de cobre y a la bioconversión del manganeso. En este programa se han aislado de sesenta minas del país 207 microorganismos potencialmente útiles, tales como bacterias oxidadoras de sulfuros y de manganeso. Estas bacterias se utilizaron para el lavado del cobre y para mejorar la calidad del manganeso. Ambos procesos se realizaron a una escala de 300kg y los microorganismos aislados se almacenaron en forma activa, lista para su utilización mediante el diseño de sistemas de conservación adecuados. Esta compilación de información sobre menas y cultivos con un servicio centralizado para proporcionar los cultivos que puedan ser utiles se ha denominado colección de Cultivos y Banco de Datos. Varias compañias mineras indias se han mostrado interesadas en probar estos procesos a gran escala en sus minas utilizando para ello los cultivos y los datos que les podemos proporcionar.

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Résumé Le traitement bio-métallurgique des minerais est une science en développement rapide. Il présente une importance considérable, notamment pour les pays, comme l'Inde, dont l'industrialisation a rapidement accru la demande intérieure de métaux bruts, devant être importés à un prix élevé. Un des moyens d'atteindre l'auto-suffisance nationale est la production de métaux à partir de minerais à basse teneur ou de rebut, ou encore l'amélioration de la qualité des minerais par une technologie appropriée, telle que la bio-métallurgie. En Inde, nous avons créé dans ce domaine une collection de cultures et une banque de données concernant le lessivage du cuivre et la bio-conversion du manganèse. Dans le cadre de ce programme, 207 micro-organismes potentiellement utilisables, dont des bactéries oxydant le fer, le soufre et le manganèse, ont été isolés à partir de 60 mines nationales de cuivre et de manganèse. Ces micro-organismes ont été employés pour le lessivage du cuivre et pour la conversion du manganèse sous une forme mieux utilisable. Les deux procédés ont été développés à l'échelle de 300 kg et les micro-organismes isolés ont été conservés sous forme active et disponible, grâce à la mise au point de méthodes de préservation appropriées. Cette compilation d'information sur les minerais et les cultures, assortie d'un organisme centralisé pour la diffusion des cultures, constitue une collection de cultures et banque de données. Diverse firmes indiennes ont entrepris d'essayer ces procédés à grande échelle dans leurs mines, en utilisant nos cultures et nos données.

     

Effect ofRhizobium inoculation and the application of phosphate on the growth,yield and nitrogen fixation of soybeans

Summary Application of phosphate at 60, 90 and 120 kg P ha^–1 to the Bragg variety of soybeans inoculated with a mixture of three strains ofRhizobium japonicum (TAL 102 + TAL 377 + TAL 379) and grown in silty loam soil in a pot experiments, significantly improved the number of nodules per plant and increased production of shoots and roots by 65, 36 and 17%, the yield of pods by 38, 12 and 3% and N₂-fixing capacity by 57, 29 and 20%, respectively. Rhizobium inoculation alone with the test strains caused a positive but poor nodulation of the crop and increased its dry-matter production of shoots and roots by 22%, pods yield by 7% and N₂-fixing capacity by 6%. Soybean plants from uninoculated treatments were without nodules indicating that indigenous rhizobia associated with this crop are absent in the test soil. Phosphate concentration in the total dry matter of mature crop exhibited an increasing tendency as a result of all the applied levels of phosphorus.

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Resumen La adición de fosfato (60, 90, y 120Kg P ha^–1) a plantas de soja de la variedad Bragg inoculadas con una mezcla de tres cepas deRhizobium japonicum (TAL 102 + TAL 377 + TAL 379) cultivada en contenedores en un suelo arcillo-limoso, mejoró significativamente el número de nódulos por planta, aumentó la producción de tallos y raíces en un 65, 36 y 17%, el rendimiento de la cosecha en un 38, 12 y 3%, y la capacidad fijadora de N₂ en un 57, 29 y 20% respectivamente. La sola inoculación con las cepas deRhizobium ya mencionadas produjo una nodulación positiva aunque pobre del cultivo, incremetando la producción de tallos y raíces en un 22%, el rendimiento de la cosecha en un 7% y la capacidad fijadora de nitrógeno en un 6%. Las plantas de soja de los tratamientos no inoculados no tenían nódulos lo que indica que no habían rizobios específicos para esta planta en el suelo ensayado. La concentración de fosfato en la materia seca de las plantas maduras mostraba una tendencia a incrementarse como resultado de la aplicación de los distintos niveles de fosfato.

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Résumé L'application du phosphate à raison de 60, 90 et 120 kg en phosphore par hectare à la variété Bragg de soja inoculée avec un mélange de 3 souches deRhizobium japonicum (TAL 102, TAL 377 et TAL 379) et cultivée sur un sol gras limoneux dans des expériences en jarre de croissance, a augmenté de manière significative le nombre de nodules par plant et a augmenté la production des pousses et racines respectivement de 65, 36 et 17%, le rendement des cosses respectivement de 38, 12 et 3% ainsi que la capacité de fixer l'azote, respectivement de 57, 29 et 20%. L'inoculation seule avec les souches testées de Rhizobium a causé une nodulation positive mais faible de la plante, et a augmenté la production en matière sèche des racines et pousses de 22%, le rendement en cosses de 7% et la capacité de fixer l'azote de 6%. Les plants de soja dans les expériences sans inoculation ne présentaient pas de nodules, indiquant par là que les rhizobia endogènes associés avec cette plante étaient absents dans le sol expérimental. La concentation en phosphate dans la matière sèche totale de la plante mûre a marqué une tendance à l'augmentation comme suite aux applications du phosphore à tous les niveaux.

     

A comparative study by electron microscopy of the structures of effective and ineffective nodules ofTrifolium subterraneum induced byRhizobium trifolii andRhizobium leguminosarum

Summary Bacteroid formation and haemoglobin pigment were observed 3 days after the appearance of nodules formed by the effectiveRhizobium trifolii strain TA1 onTrifolium subterraneum. Effective nodules were large and cylindrical and evidence of bacteroid degeneration did not appear until about 21 days. Electron microscopy of ineffective nodules formed byRhizobium trifolii strain 6 showed limited meristematic activity and vascular development, and infection threads were sparse. Degeneration of plant cells and bacteria was visible by 3 days and mostly complete by 14 days. Both types of nodules occurred randomly over the root system. In contrast, the ineffective nodules formed byRhizobium leguminosarum strains onTrifolium subterraneum, occurred mainly at lateral root junctions with vascular connections to either the primary or lateral root depending on strain. Infection thread development was widespread and most cells were invaded. The released bacteria became pleomorphic and rounded, the nodules became cylindrical, enlarged slightly but remained white. Degeneration was apparent at 5 days and complete by 14 days in nodules formed by strain 1020A, but nodules formed by strain 1013 degenerated more slowly and degenerate cells sometimes showed secondary invasion by vegetative rhizobia.

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Estudio comparativo mediante microscopia electronica de las estructuras de nodulos eficaces e ineficaces de Trifolium subterraneum inducidos por Rhizobium trifolii y Rhizobium leguminosarum

Resumen Se observó la formación de bacteroides y de (leg)hemoglobina tres días después de laapparación de nódulos formados por la cepaeficaz TA1 deRhizobium trifolii enTrifolium subterraneum. Los nódulos eficaces eran grandes y cilíndricos. No hubo evidencia de degeneración de bacteroides hasta pasados 21 dias. El estudió al microscopio electrónico de nódulos no eficaces formados por la cepa 6 deR. trifolii mostro una actividad meristemática reducida al igual que el desarrollo vascular, siendo escasas la lineas de infección. La degeneración de las células de la planta y de las bacterias era observable a los 3 días y practicamente completa a los 14. Los nódulos formados por ambas cepas se distribuyen al azar en todo el sistema radicular, en cambio, los nódulos ineficaces formados enT. subterraneum porR. leguminosarum se encuentran principalmente en conexiones vasculares laterales con raíces primarias o secundarias, dependiendo de la cepa. La línea de infección en este caso está ampliamente desarrollada y la mayoría de las células estan invadidas. Las bacterias que han sido liberadas se vuelven esféricas y pleomórficas, los nódulos se vuelven cilíndricos y aumentan ligeramente de tamaño pero permanecen blancos. La degeneración de los nódulos formados por la cepa 1020A era aparente a los 5 días y completa a los 14. Sin embargo, los nódulos formados por la cepa 1013 degeneraron más lentamente y las células degeneradas mostraron una invasión secundaria porRhizobium vegetativos.

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Etude comparative en microscopie électronique de la structure des nodules efficaces et inefficaces de Trifolium subterraneum induits par Rhizobium trifolii et Rhizobium leguminosarum

Résumé La formation de bactéroides et la production de leg-hémoglobine ont été observées 3 jours après l'apparition des nodules formés surTrifolium subterraneum par la souche efficace TA1 deRhizobium trifolii. Les nodules efficaces sont larges et cylindriques, et les signes de la dégénérescence en bactéroides n'apparaissent pas avant 21 jours. La microscopie électronique des nodules inefficaces formés par la souche 6 deR. trifolii montre une activité méristématique et un développement vasculaire faibles, et les filaments d'infection sont rares. La dégénérescence des cellules végétales et des bactéries est visible au bout de 3 jours et presque complète en 14 jours. Les deux types de nodules sont répartis au hasard sur le système racinaire. Par contre, les nodules inefficaces formés par les souches deR. leguminosarum surT. subterraneum sont répartis préférentiellement sur les jonctions racinaires latérales, les connections vasculaires étant, suivant la souche, dirigées vers la racine primaire ou vers la racine latérale. Le développement des filaments d'infection est très répandu et la plupart des cellulessont envahies. Les bactéries relâchées deviennent pléomorphes et arrondies; les nodules deviennent cylindriques et légèrement renflés, mais restent incolores La dégénérescence est apparente après 5 jours et complète en 14 jours dans les nodules formés par la souche 1020A, mais ceux formés par la souche 1013 dégénèrent plus lentement et les cellules dégénérées présentent parfois une invasion secondaire par des rhizobiums végétatifs.

     

Mycobacterial disease—a challenge to biotechnology

Summary The two principal mycobacterial diseases — tuberculosis and leprosy — remain major causes of human suffering in many parts of the world. The struggle against these diseases has been hampered by the inadequacy of methods for their diagnosis, prevention and therapy. Improvements in diagnostic methods, especially for tuberculosis, are required as existing bacteriological techniques are time consuming and insensitive, but immunological tests suffer from a lack of specificity and a failure to distinguish active disease from past sensitization. Tests are required that will either detect the presence of mycobacterial antigens or the occurrence of immune reactions specific to active infection. Prophylaxis by BCG vaccine is never complete and in some regions appears virtually ineffective. In order to determine the reason for this variation, to produce better vaccines, and to use BCG more effectively, a deeper understanding of the immune reactions in mycobacterial disease is required. In particular, the bacterial determinants of virulence and protection and the mode of action of BCG require detailed study. The therapy of tuberculosis and, to a lesser extent, leprosy has undergone an extensive transformation since the introduction of rifampicin. Nevertheless the cost of modern short course regimens for tuberculosis limit their application. Even shorter regimens, made possible by more potent bactericidal drugs or by agents that stimulate the host's defences are thus required. Recent advances in biotechnology could therefore lead to significant advances in the control of these diseases but only if they are integrated into local, self-reliant public health initiatives.

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Enfermedades producidas por microbacterias. Un desafío a la biotecnologia

Resumen La dos principales enfermedades producidas por micobacterias — tuberculosis y lepra —persisten como las causas más importantes del sufrimiento humano en muchas partes del mundo. La lucha contra estas enfermedades se ha visto dificultada por lo inadecuado de los métodos para su diagnosis, prevención y terapia. Es necesaria una mejora de los métodos de diagnosis, especialmente en el caso de la tuberculosis, ya que las técnicas bacteriológicas existentes son poco sensibles y consumen mucho tiempo y los tests inmunológicos son inespecíficos y no permiten distinguir entre la enfermedad activa y la sensibilidad adquirida. Se necesitan tests capaces de detectar la presencia de antígenos microbacterianos o la existencia de reacciones de inmunización específicas de la infección activa. La profilaxis con la vacuna BCG no es nunca completa y en algunas regiones es virtualmente enefectiva. Con objeto de determinar las razones de esta variación, de producir mejores vacunas y de usar la BCG de forma más eficiente, se necesita entender con más profundidad las reacciones de inmunización en las enfermedades por micobacterias. En particular los determinantes bacterianos de la virulencia y de la protección y la forma de actuar de la BCG precisan de un estudio detallado. La terapia de la tuberculosis y en menor grado la de la lepra, han sufrido una extensa transformación desde la introducción de la rifampicina. Sin embargo, el costo de los modernos tratamientos a corto plazo de la tuberculosis limítan su aplicación. Se requieren tratamientos aún más cortos basados en el desarrollo de drogas bactericidas más potentes o de agentes que estimulen las defensas del enfermo. Los recientes avances en biotecnología podrían por tanto conducir a avances importantes en el control de estas enfermedades pero solamente si se integran en iniciativas médicas públicas consistentes.

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Les maladies à mycobactéries — Un enjeu pour les biotechnologies

Résumé Les deux principales maladies à mycobactéries — la tuberculose et la lèpre — sont toujours des causes majeures de souffrance humaine dans de nombreuses parties du monde. La lutte contre ces maladies est entravée par l'inadéquation des méthodes diagnostiques, préventives et thérapeutiques. Spéciallement en ce qui concerne la tuberculose, l'amélioration des moyens de diagnostic est rendue nécessaire par le fait que les techniques bactériologiques existantes sont longues et peu sensibles, et que les tests immunologiques, n'étant pas spécifiques, ne permettent pas de distinguer entre une maladie en évolution et une sensibilisation ancienne. On a besoin de tests permettant de déceler soit la présence d'antigènes mycobactériens, soit l'apparition de réactions immunitaires spécifiques au cours d'une infection évolutive. La prophylaxie par le BCG n'est jamais complète et parait être pratiquement inefficace dans certaines régions. Pour expliquer cette variation géographique, produire de meilleurs vaccins, et utiliser le BCG efficacement, il convient de mieux connaître les réactions immunitaires au cours des maladies à mycobactéries. En particulier, les déterminants bactériens de la virulence et de la protection, ainsi que le mode d'action du BCG sont à approfondir. La rifampicine a considérablement transformé la thérapeutique de la tuberculose et, à un moindre degré, de la lèpre. Néanmoins, le coût des nouveaux traitements intensifs de la tuberculose limite leur application. Il est nécessaire que des médicaments bactéricides plus puissants ou des agents stimulant les défenses de l'hôte puissent raccourcir encore davantage la durée des traitements. Le progrès biotechnologique peut donc améliorer de façon significative le contrôle des maladies considérées, à la seule condition que ce but soit volontairement intégré dans les initiatives locales en matière de santé publique.

     

University,industry, government partnerships for improvement of response to social needs

Summary In the present era, we have grown acutely aware of the importance of broadening education and research opportunities on a global scale. There is general recognition that the conditions for the improvement of human welfare, the maintenance of a healthy, growing economy, and prospects for peaceful coexistence are all enhanced by a vigorous educational system across the entire spectrum—from preschool to postdoctoral education. In this presentation our focus is upon graduate education and research and more specifically the development of partnerships between universities, industries, and governments to enhance the output of knowledge through research and to expedite the transition of basic research to the implementation of this new knowledge for the benefit of society. This tripartite partnership—university, industry, and government—grows in significance as we witness modern day advances in science, technology, and engineering: the revolution in information storage, retrieval, and dissemination; the application of recombinant DNA and other high technologies for practical purposes; the increased interdependence among nations; the periodic threats to peaceful coexistence. Strong programs in graduate education and research require substantial resources, resources by way of human talent and resources in terms of supplies and physical equipment. Co-operative programs among universities, government, and industry provide for a synergistic utilization of resources. In addition there is also an improved environment for establishing an effective continuum between basic and applied research. Examples of several tripartite arrangements are presented.

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Resumen Actualmente somos cada día más conscientes de la importancia que tiene, a escala global, la extensión tanto de la educación, como de la investigación. En general, se acepta que las condiciones para la mejora del bienestar humano, el mantenimiento de una economía sana y en crecimiento y las esperanzas de una coexistencia pacífica se ven incrementadas a traves de un sistema educativo vigoroso que abarque todo el espectro, desde preescolar hasta estudios postdoctorales. En este trabajo enfocamos particularmente la educación e investigación universitarias, y, más específicamente, el desarrollo de colaboraciones entre universidades, industrias y gobiernos, a fin de mejorar el nivel de conocimientos a través de la investigación y de acelerar la transición desde la investigación básica hasta la applicacion de estos nuevos conocimientos en beneficio de la sociedad. Esta colaboración tripartita universidad-industria-gobierno crece en importancia junto con los avances científicos y tecnológicos: la revolución en el almacenamiento, recuperación y divulgación de información; la aplicación de ADN recombinante y otras tecnologías de punta para propósitos prácticos; el aumento de la interdependencia entre las naciones; las periódicas amenazas a una coexistencia pacífica. Importantes programas en las áreas de educación universitaria e investigación requieren inversiones sustanciales tanto de recursos humanos como de equipamiento. Los programas cooperativos universidad-industria-gobierno favorecen la utilización sinérgica de los recursos disponibles, creando además un medio más adecuado para una continuación efectiva entre investigación básica y aplicada. Se presentan varios ejemplos de colaboraciones tripartitas.

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Résumé De nos jours nous sommes extrêmement conscients de l'importance que revêt le renforcement de l'éducation et des moyens de recherche à l'échelle mondiale. Il est généralement reconnu que l'amélioration du bien-être humain, le maintien d'une économie saine et en croissance et les perspectives de co-existence pacifique sont consolidés par un système vigoureux d'éducation à tous les niveaux, c'est à dire depuis l'éducation pré-scolaire jusqu'aux études post-doctorales. La présente discussion est focalisée sur l'éducation supérieure et la recherche et, plus spécialement, sur le développement de la coopération entre universités, industrie, et gouvernements, dans le but de faciliter les retombées pratiques de la connaissance à travers la recherche et d'accélérer le passage de la recherche fondamentale vers l'utilisation des connaissances nouvelles pour le bénéfice de la société. Cette coopération tripartite—université, industrie et gouvernement—devient de plus en plus signifiante au fur et à mesure que nous assistons aux progrès actuels de la science, de la technologie et de l'ingéniérie: la révolution dans le domaine du stockage, de l'accessibilité et de la dissémination de l'information; les applications de l'ADN-recombinant et d'autres hautes technologies à des buts pratiques; l'inter-dépendence accrue entre nations; les menaces périodiques aux quelles est soumise la coexistence pacifique. Les grands programmes d'éducation supérieure et de recherche nécessitent des ressources importantes, ressources en talents humains, et ressources en investissement et équipement. Les programmes coopératifs entre universités, gouvernements et industrie permettent d'utiliser les ressources de façon synergique. De plus, ils créent un meilleur environement pour assurer une continuité effective entre recherche fondamentale et recherche appliquée. Des exemples d'arrangements tripartites sont présentés.

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Invited paper presented at the VII International Conference on the Global Impacts of Applied Microbiology, Hensinki, 12–16.8.1985. Session 4     

Impact ofBacillus thuringiensis on pest control with emphasis on genetic manipulation

Summary This paper will bringBacillus thuringiensis (B.t.) into scientific and industrial perspective, then look at the future, particularly at genetics. Since its discovery in 1911,B.t. has had fluctuating impacts on science and on the pest control industry. In the late 1950s, impact on industry was expected because of the great advantages possessed byB.t.. These include its safety for man and wild life, specificity to important groups of insect pests and rapid action due to the unique crystals of toxic protein formed at sporulation. Toxins in these crystals were new to science. However, many constraints—largely unrealised—resulted in its usage increasing unevently, although exponentially, to its present level of several thousand tons per year. Among the most important constraints are its failure to spread in insect infestations and the action of the crystal toxins only as larvicidal stomach poisons, so that application has to be even and frequent. The moderate and variable potency of early products made their use expensive. By 1972, wide ranging research into constraints increased efficacy ofB.t. byca. 100-fold against the commonest assay species,Trichoplusia ni. Industry adopted one very good strain, HD-1. Later, an organised International Selection Programme revealed strains up to 60-fold more potent than HD-1 against certain pests. Studies on the chemistry and modes of action of the crystal toxins explained many differences, indicating how genetic manipulation might lead to dramatic progress. Up to 1980, manipulation ofB.t. was laborious. In two years, single genes encoding toxins were found on plasmids and a conjugation-like process was discovered that effected plasmid exchange at high frequencies, so recombinants could be screened directly by insect bioassay. Strains were tailored with greater potency and/or a better host range than HD1: some were patented. Progress inB.t. has been almost comparable to that in the production of antibiotics. Genetic engineering withB.t. began with the cloning and expression of toxin gene in other bacteria. From these, it can be inserted directly into bacteria inhabiting plant rhizospheres, with the aim of killing root feeding caterpillars. Using further vectors, a gene has been transferred to and expressed in the tobacco plant, making the plant toxic to caterpillars. In future, sequencing ofB.t. DNA should permit more precise insertions into more microorganisms and plants. The very powerful promoter sequence of the toxin gene might be used to improve yields of products of other bacteria beyond the realm of insect control. Recent phases ofB.t. research have had strong impact on science, and industry should increasingly reap benefits from it. However, there are many problems in the developent of industrial products and some ideas may fail at various stages.

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Resumen Este trabajo pretende poner aBacillus thuringiensis (B.t.) en perspectiva tanto en el campo científico como en el industrial para luego contemplar su posible futuro, especialmente en cuanto hace referencia a su ingeniería genética. Desde su descubrimiento en 1911,B.t. ha tenido una serie fluctuante de impactos en el campo científico y en la industria relacionada con el control de plagas. A finales de los años 50 se preveía su impacto industrial a causa de las grandes ventajas que poseíaB.t. que incluyen su seguridad para el hombre y la vida silvestre, especificidad para importantes grupos de plagas de insectos y una acción rapida debido a la singularidad de los cristales de proteina tóxica formados durante la esporulación. Las toxinas de estos cristales eran nuevas para la ciencia. Sin embargo, muchas dificultades no percibidas en su tiempo han resultado en un incremento, aunque exponencial, desigual en el uso deB.t. hasta llegar a los niveles actuales de varios miles de toneladas al año. Entre los problemas mas importantes esta el fracaso en conseguir la propagación de la infestación y la limitación de la toxina de los cristales que actua solo como veneno estomacal de las larvas, lo que conlleva la necesidad de aplicaciones regulares y frecuentes. La escasa y variable efectividad de los productos iniciales hizo que su uso fuera costoso. En 1972 un amplio estudio acerca de estos problemas incrementó unas 100 veces la eficacia deB.t. contraTrichoplusia ni., la mas común de las especies utilizadas en las pruebas de laboratorio. La industria adoptó una cepa muy buena, la HD-1. Mas tarde la organización de un Programa de Selección Internacional reveló la existencia de cepas hasta 60 veces mas potentes que HD-1 contra determinadas plagas. Estudios de la estructura química y de los mecanismos de acción de estas toxinas explicaron muchas de las diferencias encontradas, indicando como la manipulación genética podía conducir a importantes progresos. Hasta 1980 la manipulación deB.t. fue laboriosa. En dos años se encontraron en plásmidos genes individuales codificando toxinas y se descubrió un proceso similar a una conjugación que efectuaba un intercambio de plásmidos a altas frecuencias, pudiendose, por lo tanto, probar los recombinantes directamente, mediante bioensayos con insectos. Se crearon cepas con mayor potencia y/o un mayor rango de huespedes que HD-1, algunas fueron patentadas. El progreso enB.t. ha sido casi comparable al de la producción de antibióticos. La ingeniería genética conB.t. empezó por la clonación y expresión del gen que codifica para la toxina en otras bacterias. A partir de estas el gen puede insertarse directamente en bacterias que viven en la rizosfera de las plantas con el propósito de mater orugas que se alimentan de raices. Utilizando otros vectores un gen ha sido transferido y expresado en plantas de tabaco, convirtiendo a la planta en toxica para las orugas. En el futuro la posibilidad de secuenciar ADN deB.t. permitirá inserciones mas precisas en un mayor numero de microorganismos y plantas. La secuencia del promotor del gen de la toxina podría ser empleada para mejorar la producción de determinadas sustancias por bacterias sin relación con el control de plagas. Recientes progresos en el estudio deB.t. han causado un fuerte impacto en distintos campos científicos y la industria debería incrementar sus beneficios a partir de ellos. Sin embargo, el desarrollo de productos industriales presenta muchos problemas y la realización de algunas ideas puede fallar en distintos estadíos.

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Résumé Ce travail a pour but d'analyser les perspectives scientifiques et industrielles deBacillus thuringiensis (B.t.) et comporte, en outre, des prévisions concernant plus particulièrement la génétique. La découverte deB.t. en 1911 s'est répercutée de façon fluctuante sur la science et sur l'industrie des insecticides. A la fin des années 50, on s'attendait, du fait des grands avantages que présenteB.t., à d'importantes répercussions industrielles. Ces avantages comprennent l'inocuité pour l'homme et la vie sauvage, la spécificité à l'égard de groupes importants d'insectes nuisibles et la rapidité d'action des cristaux de protéine toxique formés pendant la sporulation. Les toxines de ces cristaux constituaient une nouveauté scientifique. Cependant, plusieurs contraintes—la plupart imprévues—ont eu pour conséquence que les applications pratiques ne se sont développées que de façon irrégulière, bien que exponentiellement, jusqu'au présent niveau d'une production de quelques milliers de tonnes par an. Parmi les contraintes les plus importantes figurent l'absence de propagation spontanée dans les populations d'insectes traitées, et la fait que les cristaux toxiques n'agissent que comme un larvicide à action stomacale, de telle sorte que les traitements dans la nature doivent être homogènes et fréquents. L'efficité médiocre et variable des premiers produits rendait leur emploi onéreux. Vers 1972, les vastes recherches entreprises sur ces contraintes ont accru l'efficacité deB.t. d'environ 100 fois à l'égard de l'espèce la plus souvent utilisée pour les tests,Trichophusia ni. L'industrie a adopté la trés bonne souche HD-1. Ultérieurement, un Programme International de Sélection a mis en évidence des souches qui sont jusqu'à 60 fois plus actives que HD-1 à l'égard de certains insectes nuisibles. Des études sur la chimie et les modes d'action des cristaux toxiques ont expliqué beaucoup de points et montré comment les manipulations génétiques peuvent conduire à des progrès sensationnels. Jusqu'à 1980, la manipulation deB.t. était laborieuse. En deux ans, des gènes isolés codant pour les toxines ont été trouvés sur des plasmides et il a été découvert un processus de conjugaison, réalisant à haute fréquence des échanges de plasmides, de sorte qu'il a été possible de trier directement les recombinants par essais sur insectes. Des souches ayant une activité plus puissante et/ou un spectre d'hôtes meilleur que HD-1 ont été construites et certaines ont été brevetées. Le progrès réalisé avecB.t. est preque comparable à celui obtenu pour la production des antibiotiques. Les manipulations génétiques avecB.t. ont commencé par le clonage et l'expression d'un gène de toxine dans d'autres bactéries. A partir de celles-ci, le gène peut être transféré directement à des bactéries vivant dans la rhizosphère des plantes, ceci dans le but de tuer les chenilles qui se nourissent aux dépens des racines. En employant d'autres vecteurs, une gène de toxine a été transféré au tabac et s'y est exprimé, rendant ainsi la plante toxique pour les chenilles. A l'avenir, le sequençage de l'ADN deB.t. dervait permettre des insertions plus précises dans un plus grand nombre de micro-organismes et de plantes. Le très puissant promoteur du gène de la toxine pourrait aussi, en dehors du domaine de la lutte contre les insectes, être utilisé pour améliorer le rendement des produits d'autres bactéries. Toutefois, il persiste encore beacoup de problèmes au sujet du développement des produits industriels, et certaines idées peuvent échouer à divers stades.

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Invited paper presented at the VII International Conference on the Global Impacts of Applied Microbiology, Helsinki, 12–16 August 1985. Session 8.