Individual-based modelling of bacterial cultures to study the lag ohase

Els bacteris són la forma dominant de vida del planeta: poden sobreviure en medis molt adversos, i en alguns casos poden generar substàncies que quan les ingerim ens són tòxiques. La seva presència en els aliments fa que la microbiologia predictiva sigui un camp imprescindible en la microbiologia dels aliments per garantir la seguretat alimentària. Un cultiu bacterià pot passar per quatre fases de creixement: latència, exponencial, estacionària i de mort. En aquest treball s’ha avançat en la comprensió dels fenòmens intrínsecs a la fase de latència, que és de gran interès en l’àmbit de la microbiologia predictiva. Aquest estudi, realitzat al llarg de quatre anys, s’ha abordat des de la metodologia Individual-based Modelling (IbM) amb el simulador INDISIM (INDividual DIScrete SIMulation), que ha estat millorat per poder fer-ho. INDISIM ha permès estudiar dues causes de la fase de latència de forma separada, i abordar l’estudi del comportament del cultiu des d’una perspectiva mesoscòpica. S’ha vist que la fase de latència ha de ser estudiada com un procés dinàmic, i no definida per un paràmetre. L’estudi de l’evolució de variables com la distribució de propietats individuals entre la població (per exemple, la distribució de masses) o la velocitat de creixement, han permès distingir dues etapes en la fase de latència, inicial i de transició, i aprofundir en la comprensió del que passa a nivell cel•lular. S’han observat experimentalment amb citometria de flux diversos resultats previstos per les simulacions. La coincidència entre simulacions i experiments no és trivial ni casual: el sistema estudiat és un sistema complex, i per tant la coincidència del comportament al llarg del temps de diversos paràmetres interrelacionats és un aval a la metodologia emprada en les simulacions. Es pot afirmar, doncs, que s’ha verificat experimentalment la bondat de la metodologia INDISIM.

Intestinal content detection in capsule endoscopy using robust features

This work covers two aspects. First, it generally compares and summarizes the similarities and differences of state of the art feature detector and descriptor and second it presents a novel approach of detecting intestinal content (in particular bubbles) in capsule endoscopy images. Feature detectors and descriptors providing invariance to change of perspective, scale, signal-noise-ratio and lighting conditions are important and interesting topics in current research and the number of possible applications seems to be numberless. After analysing a selection of in the literature presented approaches, this work investigates in their suitability for applications information extraction in capsule endoscopy images. Eventually, a very good performing detector of intestinal content in capsule endoscopy images is presented. A accurate detection of intestinal content is crucial for all kinds of machine learning approaches and other analysis on capsule endoscopy studies because they occlude the field of view of the capsule camera and therefore those frames need to be excluded from analysis. As a so called “byproduct” of this investigation a graphical user interface supported Feature Analysis Tool is presented to execute and compare the discussed feature detectors and descriptor on arbitrary images, with configurable parameters and visualized their output. As well the presented bubble classifier is part of this tool and if a ground truth is available (or can also be generated using this tool) a detailed visualization of the validation result will be performed.

Mathematical description of bacterial traveling pulses

The Keller-Segel system has been widely proposed as a model for bacterial waves driven by chemotactic processes. Current experiments on E. coli have shown precise structure of traveling pulses. We present here an alternative mathematical description of traveling pulses at a macroscopic scale. This modeling task is complemented with numerical simulations in accordance with the experimental observations. Our model is derived from an accurate kinetic description of the mesoscopic run-and-tumble process performed by bacteria. This model can account for recent experimental observations with E. coli. Qualitative agreements include the asymmetry of the pulse and transition in the collective behaviour (clustered motion versus dispersion). In addition we can capture quantitatively the main characteristics of the pulse such as the speed and the relative size of tails. This work opens several experimental and theoretical perspectives. Coefficients at the macroscopic level are derived from considerations at the cellular scale. For instance the stiffness of the signal integration process turns out to have a strong effect on collective motion. Furthermore the bottom-up scaling allows to perform preliminary mathematical analysis and write efficient numerical schemes. This model is intended as a predictive tool for the investigation of bacterial collective motion.

Implication of Nerve Growth Factor in intestinal mucosal mast cell activity and colonic motor alterations in a model of ovalbumin-induced gut dysfunction in rats

We determined NGF involvement in MMCs and colonic motor alterations in an ovalbumin (OVA)-induced gut dysfunction model in rats. Animals received OVA (6 weeks), with/without simultaneous K252a (TrkA antagonist) treatment. MMCs, rat mast cell protease II (RMCPII) levels and colonic contractility in vitro were assessed. OVA increased MMC density and RMCPII concentration. Spontaneous contractility was similar in both groups and inhibited by K252a. Carbachol responses were increased by OVA in a K252a-independent manner. NO-synthase inhibition increased spontaneous activity in OVA-treated animals in a K252a-dependent manner. These observations support an involvement of NGF in the functional changes observed in this model.

Impacto de la fatiga en la percepción de salud en la enfermedad inflamatoria intestinal.

La salud de los pacientes con enfermedad inflamatoria intestinal (EII) está afectada por la fatiga, que condiciona una baja calidad de vida. Este estudio administró cuestionarios de calidad de vida y fatiga a 110 pacientes con EII, cuantificando fatiga y correlacionándola con la actividad, se determinó la afectación de la calidad de vida. Los resultados mostraron relación inversa entre fatiga y actividad de EII, con diferencias estadísticamente significativas según brote o remisión de la enfermedad. Las correlaciones entre actividad y fatiga con calidad de vida, fueron negativas. En conclusión, a mayor actividad, mayor fatiga que conlleva peor calidad de vida.

Estudi de l’efecte del tractament amb Adalimumab sobre la microbiota associada a la mucosa intestinal en pacients amb malaltia de Crohn.

La malaltia de Crohn és una malaltia inflamatòria intestinal en la qual s´ha observat que la densitat i la diversitat bacteriana difereixen dels subjectes sans. En els últims anys s’estan emprant tractaments biològics com els anti-TNFα (Adalimumab) de manera alternativa a tractaments ja existents. Els resultats obtinguts després de l’anàlisi de la composició bacteriana de la mucosa intestinal de pacients amb Malaltia de Crohn tractats amb Adalimumab, són esperançadors ja que apunten a una recuperació del patró normal a través de la recuperació d’espècies pròpies de persones sanes i la desaparició d’aquelles més prevalents en malalts de Crohn.

Tractament preoperatori de l’oclusió intestinal amb pròtesis de còlon en malalts amb càncer de còlon no metastàsic

S’evalua la supervivència lliure de progressió i la supervivència global dels pacients amb càncer de còlon que han debutat amb oclusió intestinal i com a primer tractament s’ha col.locat una pròtesis metàl.lica autoexpandible al còlon prèviament a la cirurgia del tumor primari. És un estudi retrospectiu i unicèntric on s’inclouen 45 pacients. Els resultats de l’estudi demostren que el fet de col.locar una pròtesis en la fase aguda de l’oclusió no empitjora el pronòstic a llarg termini d’aquests pacients.

Análisis de la alteración de la permeabilidad intestinal en pacientes con insuficiencia cardiaca aguda o crónica reagudizada.

Análisis de la alteración de la permeabilidad intestinal (P.I.) en pacientes críticos afectos de insuficiencia cardiaca aguda o crónica descompensada empleando la prueba de lactulosa/manitol administrada por vía enteral con recogida de la diuresis siguiente para calcular su ratio. Conclusiones: Existe una alteración funcional aunque no se ha podido relacionar con la gravedad del paciente, una relación entre la alteración y la hipoperfusión sistémica, una asociación entre la mejora de la función intestinal y la supervivencia y una relación entre la elevación de procalcitonina y la alteración de la permeabilidad que explicaría la traslocación bacteriana como fuente de los signos de infección que suelen presentar.

Anemia en la enfermedad inflamatoria intestinal: Prevalencia y factores que influyen.

La anemia es una complicación muy importante de la enfermedad inflamatoria intestinal (EII). Actualmente desconocemos la prevalencia de anemia en los pacientes afectos por dicha enfermedad. Para ello se ha realizado un estudio retrospectivo de revisión del historial clínico de pacientes con EII registrados en la Unidad de Atención Crohn-Colitis, con el objetivo de determinar la prevalencia de anemia en nuestro medio y analizar los factores que influyen en la aparición de la misma. La prevalencia de anemia en la EII en el año 2007 fue del 26,3%. El factor más importante para desarrollarla fue la presencia de actividad clínica.

Conocimiento de la fisiopatología de la Enfermedad Inflamatoria Intestinal a partir del estudio de su incidencia (Departamento de Salud 6 de Valencia).

La Enfermedad Inflamatoria Intestinal (Enfermedad de Crohn,EC; Colitis Ulcerosa,CU; Colitis inclasificable, CI) ha sufrido variaciones de incidencia, su estudio permite conocer los factores fisiopatológicos implicados y tratamientos específicos. Se ha realizado un estudio observacional retrospectivo de los casos diagnosticados de EII en el Departamento de Salud 6 de Valencia relacionando resultados con los obtenidos en España y otros países. La incidencia estandarizada a la población europea, ajustada a sexo y edad fue: 3.89(EC),6.635(CU) y de 2.845(CI). La incidencia de CU fue más elevada que la de EC, excepto en los más jóvenes, superior para CU y CI en hombres.

Influència del tabac en la resposta a azatioprina en malaltia inflamatòria intestinal corticodepenent

Disposem d’evidència sobre la influència negativa del tabac en la malaltia de Crohn i el seu efecte positiu en la Colitis ulcerosa. Per altra banda, no s’ha avaluat una potencial interacció entre el tabaquisme i la resposta a determinats fàrmacs. En el present treball hem avaluat l’eficàcia de les tiopurines en la malaltia inflamatòria intestinal corticodepenent, en relació a l’existència d’hàbit tabàquic a l’inici del tractament i la seva influència en el seguiment dels pacients amb resposta inicial al fàrmac, valorant la necessitat de teràpies de rescat o de tractament quirúrgic durant la seva evolució segons l’hàbit tabàquic.

Respuesta motora intestinal a la sobrecarga de quimo

Els pacients amb crisis suboclusives recurrents o amb símptomes digestius que impideixen mantenir el seu pes normal, en absència d´una causa estructural que justifique els símptomes, poden estar afectes d´un trastorn de la motilitat del budell prim. La manometría gastrointestinal es la tècnica d´ elecció per l´ estudi de la motilidad del tracte gastrointestinal i en aquests pacients pot mostrar patrons aberrants que justifiquin els símptomes. No obstant, la manometría gastrointestinal és una tècnica específica però poc sensible. L´objetiu general d´aquest treball es determinar la resposta motora intestinal a una sobrecàrrega de quimo. Per a això s´estudiarà un grup de subjectes sans i es mesurarà l´ activitat motora del budell prim mitjançant manometría durant la infusió contínua de una solució de nutrients solos o espesats amb un compost no absobible.

Diversity of the bacterial community in the surface soil of a pear orchard based on 16S rRNA gene analysis

A cultivation-independent approach based on polymerase chain reaction (PCR)-amplified partial small subunit rRNA genes was used to characterize bacterial populations in the surface soil of a commercial pear orchard consisting of different pear cultivars during two consecutive growing seasons. Pyrus communis L. cvs Blanquilla, Conference, and Williams are among the most widely cultivated cultivars in Europe and account for the majority of pear production in Northeastern Spain. To assess the heterogeneity of the community structure in response to environmental variables and tree phenology, bacterial populations were examined using PCR-denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) followed by cluster analysis of the 16S ribosomal DNA profiles by means of the unweighted pair group method with arithmetic means. Similarity analysis of the band patterns failed to identify characteristic fingerprints associated with the pear cultivars. Both environmentally and biologically based principal-component analyses showed that the microbial communities changed significantly throughout the year depending on temperature and, to a lesser extent, on tree phenology and rainfall. Prominent DGGE bands were excised and sequenced to gain insight into the identities of the predominant bacterial populations. Most DGGE band sequences were related to bacterial phyla, such as Bacteroidetes, Cyanobacteria, Acidobacteria, Proteobacteria, Nitrospirae, and Gemmatimonadetes, previously associated with typical agronomic crop environments

Multifunctionality and Diversity in Bacterial Biofilms

Bacteria are highly diverse and drive a bulk of ecosystem processes. Analysis of relationships between diversity and single specific ecosystem processes neglects the possibility that different species perform multiple functions at the same time. The degradation of dissolved organic carbon (DOC) followed by respiration is a key bacterial function that is modulated by the availability of DOC and the capability to produce extracellular enzymes. In freshwater ecosystems, biofilms are metabolic hotspots and major sites of DOC degradation. We manipulated the diversity of biofilm forming communities which were fed with DOC differing in availability. We characterized community composition using molecular fingerprinting (T-RFLP) and measured functioning as oxygen consumption rates, the conversion of DOC in the medium, bacterial abundance and the activities of five specific enzymes. Based on assays of the extracellular enzyme activity, we calculated how the likelihood of sustaining multiple functions was affected by reduced diversity. Carbon source and biofilm age were strong drivers of community functioning, and we demonstrate how the likelihood of sustaining multifunctionality decreases with decreasing diversity

Quantification of human adenoviruses in European recreational waters

The presence of human adenoviruses in recreational water might cause disease in the population upon exposure. Human adenoviruses detected by PCR could also serve as indicators of the virological water quality. In order to assess the applicability of human adenoviruses to the evaluation of the faecal contamination in European bathing waters, a real-time quantitative PCR assay was developed for the quantification of human adenoviruses in 132 samples collected from 24 different recreational marine and freshwater sites in nine European countries.Selected samples presenting positive nested-PCR results for human adenoviruses were analyzed using quantitative PCR and 80 samples from a total of 132 produced quantitative results with mean values of 3.2x102 10 per 100 ml of water, human adenovirus 41 being the most prevalent serotype. Human adenoviruses were quantified in samples from all 15 surveillance laboratories. Statistical analysis showed no homogeneous linear relation between humanadenoviruses and E. coli, intestinal enterococci or somatic coliphages concentrations in the tested samples when considering all the data together. Significant correlations between human adenoviruses and at least one of the other indicators were observed only when data from individual Laboratories were considered. The quantification of human adenoviruses may provide complementary information in relation to the use of bacterial standards in the control of water quality in bathing water.