Reduced peroxisomal citrate synthase activity increases substrate availability for polyhydroxyalkanoate biosynthesis in plant peroxisomes.

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are bacterial carbon storage polymers used as renewable, biodegradable plastics. PHA production in plants may be a way to reduce industrial PHA production costs. We recently demonstrated a promising level of peroxisomal PHA production in the high biomass crop species sugarcane. However, further production strategies are needed to boost PHA accumulation closer to commercial targets. Through exogenous fatty acid feeding of Arabidopsis thaliana plants that contain peroxisome-targeted PhaA, PhaB and PhaC enzymes from Cupriavidus necator, we show here that the availability of substrates derived from the β-oxidation cycle limits peroxisomal polyhydroxybutyrate (PHB) biosynthesis. Knockdown of peroxisomal citrate synthase activity using artificial microRNA increased PHB production levels approximately threefold. This work demonstrates that reduction of peroxisomal citrate synthase activity may be a valid metabolic engineering strategy for increasing PHA production in other plant species.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Elevated resource availability sufficient to turn opportunistic into virulent fish pathogens.

There is mounting evidence that organic or inorganic enrichment of aquatic environments increases the risk of infectious diseases, with disease agents ranging from helminth parasites to fungal, bacterial, and viral pathogens. The causal link between microbial resource availability and disease risk is thought to be complex and, in the case of so-called "opportunistic pathogens," to involve additional stressors that weaken host resistance (e.g., temperature shifts or oxygen deficiencies). In contrast to this perception, our experiment shows that the link between resource levels and infection of fish embryos can be very direct: increased resource availability can transform benign microbial communities into virulent ones. We find that embryos can be harmed before further stresses (e.g., oxygen depletion) weaken them, and treatment with antibiotics and fungicides cancels the detrimental effects. The changed characteristics of symbiotic microbial communities could simply reflect density-dependent relationships or be due to a transition in life-history strategy. Our findings demonstrate that simple microhabitat changes can be sufficient to turn "opportunistic" into virulent pathogens.

Water as an essential nutrient: the physiological basis of hydration.

How much water we really need depends on water functions and the mechanisms of daily water balance regulation. The aim of this review is to describe the physiology of water balance and consequently to highlight the new recommendations with regard to water requirements. Water has numerous roles in the human body. It acts as a building material; as a solvent, reaction medium and reactant; as a carrier for nutrients and waste products; in thermoregulation; and as a lubricant and shock absorber. The regulation of water balance is very precise, as a loss of 1% of body water is usually compensated within 24 h. Both water intake and water losses are controlled to reach water balance. Minute changes in plasma osmolarity are the main factors that trigger these homeostatic mechanisms. Healthy adults regulate water balance with precision, but young infants and elderly people are at greater risk of dehydration. Dehydration can affect consciousness and can induce speech incoherence, extremity weakness, hypotonia of ocular globes, orthostatic hypotension and tachycardia. Human water requirements are not based on a minimal intake because it might lead to a water deficit due to numerous factors that modify water needs (climate, physical activity, diet and so on). Water needs are based on experimentally derived intake levels that are expected to meet the nutritional adequacy of a healthy population. The regulation of water balance is essential for the maintenance of health and life. On an average, a sedentary adult should drink 1.5 l of water per day, as water is the only liquid nutrient that is really essential for body hydration.

Phosphate import at the arbuscule: just a nutrient?

Central to the mutualistic arbuscular mycorrhizal symbiosis is the arbuscule, the site where symbiotic phosphate is delivered. Initial investigations in legumes have led to the exciting observation that symbiotic phosphate uptake not only enhances plant growth but also regulates arbuscule dynamics and is, furthermore, required for maintenance of the symbiosis. This review evaluates the possible role of the phosphate ion, not only as a nutrient but also as a signal that is necessary for reprogramming the host cortex cell for symbiosis.

Food availability dictates the timing of parturition in insectivorous mouse-eared bats

Which of these two confounding factors, weather or food availability - that largely correlate and interact - controls the timing of parturition in insectivorous bats? To answer this question. we took advantage of a predator-prey system that offers a unique opportunity to perform natural experiments. The phenology of reproduction of two sibling bat species that inhabit the same colonial roosts, but exploit different feeding niches. was investigated. Myotis myotis feeds mainly on carabid beetles, a food source available from the end of hibernation onwards, whereas bush crickets, the main prey of M. blythii, are not available early in the season due to their successive instars; cockchafers are actually the sole possible alternative prey for M. blythii at that time of the year, but they occur every third year only, independently of local weather conditions. By comparing the species responses to the presence/absence of cockchafers, we could test the hypothesis that food availability, rather than climate. influences the timing of bat parturition. Our data show that Nt. blythii gave birth, on average. 10 d later than M. myotis in years without cockchafers, whilst parturition (1) was synchronous during cockchafer years, and (2) did not show much among-year time variation in M. myotis. This suggests that food availability is the chief factor regulating the timing of parturition in mouse-eared bats.

Heterogeneous secretion of individual B cells in response to D-glucose and to nonglucidic nutrient secretagogues.

We used a hemolytic plaque assay for insulin to determine whether the same pancreatic B cells respond to D-glucose, 2-amino-bicyclo[2,2,1]heptane-2-carboxylic acid (BCH) and the association of this nonmetabolized analogue of L-leucine with either the monomethyl ester of succinic acid (SME) or the dimethyl ester of L-glutamic acid (GME). During a 30-min incubation in the absence of D-glucose, BCH alone (5 mM) had no effect on insulin release. In contrast, the combination of BCH with either SME (10 mM) or GME (3 mM) stimulated insulin release to the same extent observed in the sole presence of 16.7 mM D-glucose. The effects of BCH plus SME and BCH plus GME on both percentage of secreting B cells and total insulin output were little affected in the presence of D-glucose concentrations ranging from 0 to 16.7 mM. Varying the concentration of SME from 2 to 10 mM also did not influence these effects. In other experiments, the very same B cells were first exposed 45 min to 16.7 mM D-glucose, then incubated 45 min in the presence of only BCH and SME. Under these conditions, most (80.3 +/- 2.5%) of the cells contributing to insulin release did so during both incubation periods. Furthermore, virtually all cells responding to BCH and SME during the second incubation corresponded to cells also responsive to D-glucose during the first incubation. Similar observations were made when the sequence of the two incubations was reversed.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)

Bacterial biosensors for measuring availability of environmental pollutants

Abstract: Traditionally, pollution risk assessment is based on the measurement of a pollutant's total concentration in a sample. The toxicity of a given pollutant in the environment, however, is tightly linked to its bioavailability, which may differ significantly from the total amount. Physico-chemical and biological parameters strongly influence pollutant fate in terms of leaching, sequestration and biodegradation. Bacterial sensorreporters, which consist of living micro-organisms genetically engineered to produce specific output in response to target chemicals, offer an interesting alternative to monitoring approaches. Bacterial sensor-reporters detect bioavailable and/or bioaccessible compound fractions in samples. Currently, a variety of environmental pollutants can be targeted by specific biosensor-reporters. Although most of such strains are still confined to the lab, several recent reports have demonstrated utility of bacterial sensing-reporting in the field, with method detection limits in the nanomolar range. This review illustrates the general design principles for bacterial sensor-reporters, presents an overview of the existing biosensor-reporter strains with emphasis on organic compound detection. A specific focus throughout is on the concepts of bioavailability and bioaccessibility, and how bacteria-based sensing-reporting systems can help to improve our basic understanding of the different processes at work.

Genome-wide analysis of SREBP1 activity around the clock reveals its combined dependency on nutrient and circadian signals.

In mammals, the circadian clock allows them to anticipate and adapt physiology around the 24 hours. Conversely, metabolism and food consumption regulate the internal clock, pointing the existence of an intricate relationship between nutrient state and circadian homeostasis that is far from being understood. The Sterol Regulatory Element Binding Protein 1 (SREBP1) is a key regulator of lipid homeostasis. Hepatic SREBP1 function is influenced by the nutrient-response cycle, but also by the circadian machinery. To systematically understand how the interplay of circadian clock and nutrient-driven rhythm regulates SREBP1 activity, we evaluated the genome-wide binding of SREBP1 to its targets throughout the day in C57BL/6 mice. The recruitment of SREBP1 to the DNA showed a highly circadian behaviour, with a maximum during the fed status. However, the temporal expression of SREBP1 targets was not always synchronized with its binding pattern. In particular, different expression phases were observed for SREBP1 target genes depending on their function, suggesting the involvement of other transcription factors in their regulation. Binding sites for Hepatocyte Nuclear Factor 4 (HNF4) were specifically enriched in the close proximity of SREBP1 peaks of genes, whose expression was shifted by about 8 hours with respect to SREBP1 binding. Thus, the cross-talk between hepatic HNF4 and SREBP1 may underlie the expression timing of this subgroup of SREBP1 targets. Interestingly, the proper temporal expression profile of these genes was dramatically changed in Bmal1-/- mice upon time-restricted feeding, for which a rhythmic, but slightly delayed, binding of SREBP1 was maintained. Collectively, our results show that besides the nutrient-driven regulation of SREBP1 nuclear translocation, a second layer of modulation of SREBP1 transcriptional activity, strongly dependent from the circadian clock, exists. This system allows us to fine tune the expression timing of SREBP1 target genes, thus helping to temporally separate the different physiological processes in which these genes are involved.

In kittiwakes food availability partially explains the seasonal decline in immunocompetence

1. The immune system plays an important role in fitness, and interindividual variation in immunocompetence is due to several factors including food supply. 2. Seasonal variation in food resources may therefore explain why immunocompetence in bird nestlings usually declines throughout the breeding season, with chicks born early in the season receiving more food than chicks born later, and thereby possibly developing a more potent immune system. Although there are studies supporting this hypothesis, none has been experimental. 3. We performed an experiment in the kittiwake Rissa tridactyla by manipulating the food supply of pairs that were left to produce a first brood, and of pairs that were induced to produce a late replacement brood. 4. If food supply mediates, at least partially, seasonal variations in chick immunocompetence, non-food-supplemented chicks would show a stronger seasonal decline in immunocompetence than food-supplemented chicks. 5. Food supplementation improved humoral immunocompetence (the production of immunoglobulins Y), but not T-cell immunocompetence (phytohaemagglutinin, PHA response). T-cell immunocompetence of food-supplemented and non-food-supplemented chicks decreased through the season but to a similar extent, whereas the humoral immunocompetence of non-food-supplemented chicks decreased more strongly than that of food-supplemented chicks. 6. Our results suggest that the seasonal decline in humoral immunocompetence can be explained, at least partly, by variations in food supply throughout the breeding season.

Exploring the mechanisms regulating nutrient bioavailability and lipid metabolism through a nutrigenomics approach

SUMMARY Following the complete sequencing of the human genome, the field of nutrition has begun utilizing this vast quantity of information to comprehensively explore the interactions between diet and genes. This approach, coined nutrigenomics, aims to determine the influence of common dietary ingredients on the genome, and attempts to relate the resulting different phenotypes to differences in the cellular and/or genetic response of the biological system. However, complementary to defining the biological outcomes of dietary ingredients, we must also understand the influence of the multiple factors (such as the microbiota, bile, and function of transporters) that may contribute to the bioavailability, and ultimately bioefficacy, of these ingredients. The gastrointestinal tract (GIT) is the body's foremost tissue boundary, interacting with nutrients, exogenous compounds and microbiota, and whose condition is influenced by the complex interplay between these environmental factors and genetic elements. In order to understand GIT nutrient-gene interactions, our goal was to comprehensively elucidate the region-specific gene expression underlying intestinal functions. We found important regional differences in the expression of members of the ATP-binding cassette family of transporters in the mouse intestine, suggesting that absorption of dietary compounds may vary along the GIT. Furthermore, the influence of the microbiota on host gene expression indicated that this luminal factor predominantly influences immune function and water transport throughout the GIT; however, the identification of region-specific functions suggest distinct host-bacterial interactions along the GIT. Thus, these findings reinforce that to understand nutrient bioavailability and GIT function, one must consider the physiologically distinct regions of the gut. Nutritional molecules absorbed by the enterocytes of the GIT enter circulation and will be selectively absorbed and metabolised by tissues throughout the body; however, their bioefficacy in the body will depend on the unique and shared molecular mechanisms of the various tissues. Using a nutrigenomic approach, the biological responses of the liver and hippocampus of mice fed different long chain-polyunsaturated fatty acids diets revealed tissue-specific responses. Furthermore, we identified stearoyl-CoA desaturase as a hepatic target for arachidonic acid, suggesting a potentially novel molecular mechanism that may protect against diet-induced obesity. In summary, this work begins to unveil the fundamentally important role that nutrigenomics will play in unravelling the molecular mechanisms, and those exogenous factors capable of influencing these mechanisms, that regulate the bioefficacy of nutritional molecules. RÉSUMÉ Suite au séquençage complet du génome humain, le domaine de la nutrition a commencé à utiliser cette vaste quantité d'information pour explorer de manière globale les interactions entre la nourriture et les gènes. Cette approche, appelée « nutrigenomics », a pour but de déterminer l'influence d'ingrédients couramment utilisés dans l'alimentation sur le génome, et d'essayer de relier ces différents phénotypes, ainsi révélés, à des différences de réponses cellulaires et/ou génétiques. Cependant, en plus de définir les effets biologiques d'ingrédients alimentaires, il est important de comprendre l'influence des multiples facteurs (telle que la microflore, la bile et la fonction des transporteurs) pouvant contribuer à la bio- disponibilité et par conséquent à l'efficacité de ces ingrédients. Le tractus gastro-intestinal (TGI), qui est la première barrière vers les tissus, interagit avec les nutriments, les composés exogènes et la microflore. La fonction de cet organe est influencée par les interactions complexes entre les facteurs environnementaux et les éléments génétiques. Dans le but de comprendre les interactions entre les nutriments et les gènes au niveau du TGI, notre objectif a été de décrire de manière globale l'expression génique spécifique de chaque région de l'intestin définissant leurs fonctions. Nous avons trouvé d'importantes différences régionales dans l'expression des transporteurs de la famille des « ATP-binding cassette transporter » dans l'intestin de souris, suggérant que l'absorption des composés alimentaires puisse varier le long de l'intestin. De plus, l'étude des effets de la microflore sur l'expression des gènes hôtes a indiqué que ce facteur de la lumière intestinale influence surtout la fonction immunitaire et le transport de l'eau à travers l'intestin. Cependant, l'identification des fonctions spécifiques de chaque région suggère des interactions distinctes entre l'hôte et les bactéries le long de l'intestin. Ainsi, ces résultats renforcent l'idée que la compréhension de la bio-disponibilité des nutriments, et par conséquent la fonction du TGI, doit prendre en considération les différences régionales. Les molécules nutritionnelles transportées par les entérocytes jusqu'à la circulation sanguine, sont ensuite sélectivement absorbées et métabolisées par les différents tissus de l'organisme. Cependant, leur efficacité biologique dépendra du mécanisme commun ou spécifique de chaque tissu. En utilisant une approche « nutriogenomics », nous avons pu mettre en évidence les réponses biologiques spécifiques du foie et de l'hippocampe de souris nourris avec des régimes supplémentés avec différents acides gras poly-insaturés à chaîne longue. De plus, nous avons identifié la stearoyl-CoA desaturase comme une cible hépatique pour l'acide arachidonique, suggérant un nouveau mécanisme moléculaire pouvant potentiellement protéger contre le développement de l'obésité. En résumé, ce travail a permis de dévoiler le rôle fondamental qu'une approche telle que la « nutrigenomics » peut jouer dans le décryptage des mécanismes moléculaires et de leur régulation par des facteurs exogènes, qui ensemble vont contrôler l'efficacité biologique des nutriments.

Ecological correlations between food availability and mortality: more than you can eat?

Introduction: There is little information regarding the impact of diet on disease incidence and mortality in Switzerland. Objectives: We aimed at assessing the associations between food availability and disease using ecological correlations. Methods: Time-trend ecologic study for period 1970 to 2009. Food availability was measured through the FAO food balance sheets. Standardized mortality rates (SMRs) were obtained from the Swiss Federal Office of Statistics. Cancer incidence data was obtained from the WHO Health for all database and the Vaud cancer registry. Association between food availability and mortality/incidence was assessed at lags 0, 5, 10 and 15 years by Spearman correlation. Results: Alcoholic beverages and fruit availability were positively associated with SMRs from all types of cardiovascular disease, while fish availability was negatively associated. Animal products, meat and animal fats were positively associated with SMR from ischemic heart disease only. For cancers, opposite results were found whether the association used SMRs or incidence rates. For all cancers, alcoholic beverages and fruits were positively associated with SMRs but negatively associated with incidence rates. Similar findings were obtained for all other foods, with the exception of vegetables, which were weakly and negatively associated with SMRs and incidence rates. Finally, a 15 years lag time reversed the association for animal and vegetal products, weakened the association for alcohol and fruits and strengthened the association for fish. Conclusion: Ecologic associations between food availability and disease vary considerably whether mortality or incidence rates are used. Great care should be taken when interpreting the results.

Estimating national-level syringe availability to injecting drug users and injection coverage: Switzerland, 1996-2006.

BACKGROUND: Measuring syringe availability and coverage is essential in the assessment of HIV/AIDS risk reduction policies. Estimates of syringe availability and coverage were produced for the years 1996 and 2006, based on all relevant available national-level aggregated data from published sources. METHODS: We defined availability as the total monthly number of syringes provided by harm reduction system divided by the estimated number of injecting drug users (IDU), and defined coverage as the proportion of injections performed with a new syringe, at national level (total supply over total demand). Estimates of supply of syringes were derived from the national monitoring system, including needle and syringe programmes (NSP), pharmacies, and medically prescribed heroin programmes. Estimates of syringe demand were based on the number of injections performed by IDU derived from surveys of low threshold facilities for drug users (LTF) with NSP combined with the number of IDU. This number was estimated by two methods combining estimates of heroin users (multiple estimation method) and (a) the number of IDU in methadone treatment (MT) (non-injectors) or (b) the proportion of injectors amongst LTF attendees. Central estimates and ranges were obtained for availability and coverage. RESULTS: The estimated number of IDU decreased markedly according to both methods. The MT-based method (from 14,818 to 4809) showed a much greater decrease and smaller size of the IDU population compared to the LTF-based method (from 24,510 to 12,320). Availability and coverage estimates are higher with the MT-based method. For 1996, central estimates of syringe availability were 30.5 and 18.4 per IDU per month; for 2006, they were 76.5 and 29.9. There were 4 central estimates of coverage. For 1996 they ranged from 24.3% to 43.3%, and for 2006, from 50.5% to 134.3%. CONCLUSION: Although 2006 estimates overlap 1996 estimates, the results suggest a shift to improved syringe availability and coverage over time.