Radiothérapie « flash » à très haut débit de dose : un moyen d'augmenter l'indice thérapeutique par minimisation des dommages aux tissus sains [Ultrahigh dose-rate, "flash" irradiation minimizes the side-effects of radiotherapy].

PURPOSE: Pencil beam scanning and filter free techniques may involve dose-rates considerably higher than those used in conventional external-beam radiotherapy. Our purpose was to investigate normal tissue and tumour responses in vivo to short pulses of radiation. MATERIAL AND METHODS: C57BL/6J mice were exposed to bilateral thorax irradiation using pulsed (at least 40Gy/s, flash) or conventional dose-rate irradiation (0.03Gy/s or less) in single dose. Immunohistochemical and histological methods were used to compare early radio-induced apoptosis and the development of lung fibrosis in the two situations. The response of two human (HBCx-12A, HEp-2) tumour xenografts in nude mice and one syngeneic, orthotopic lung carcinoma in C57BL/6J mice (TC-1 Luc+), was monitored in both radiation modes. RESULTS: A 17Gy conventional irradiation induced pulmonary fibrosis and activation of the TGF-beta cascade in 100% of the animals 24-36 weeks post-treatment, as expected, whereas no animal developed complications below 23Gy flash irradiation, and a 30Gy flash irradiation was required to induce the same extent of fibrosis as 17Gy conventional irradiation. Cutaneous lesions were also reduced in severity. Flash irradiation protected vascular and bronchial smooth muscle cells as well as epithelial cells of bronchi against acute apoptosis as shown by analysis of caspase-3 activation and TUNEL staining. In contrast, the antitumour effectiveness of flash irradiation was maintained and not different from that of conventional irradiation. CONCLUSION: Flash irradiation shifted by a large factor the threshold dose required to initiate lung fibrosis without loss of the antitumour efficiency, suggesting that the method might be used to advantage to minimize the complications of radiotherapy.

Metabolic and respiratory effects of infused sodium acetate in healthy human subjects.

The metabolic and respiratory effects of intravenous 0.5 M sodium acetate (at a rate of 2.5 mmol/min during 120 min) were studied in nine normal human subjects. O2 consumption (VO2) and CO2 production (VCO2) were measured continuously by open-circuit indirect calorimetry. VO2 increased from 251 +/- 9 to 281 +/- 9 ml/min (P < 0.001), energy expenditure increased from 4.95 +/- 0.17 kJ/min baseline to 5.58 +/- 0.16 kJ/min (P < 0.001), and VCO2 decreased nonsignificantly (211 +/- 7 ml/min vs. 202 +/- 7 ml/min, NS). The extrapulmonary CO2 loss (i.e., bicarbonate generation and excretion) was estimated at 48 +/- 5 ml/min. This observation is consistent with 1 mol of bicarbonate generated from 1 mol of acetate metabolized. Alveolar ventilation decreased from 3.5 +/- 0.2 l/min basal to 3.1 +/- 0.2 l/min (P < 0.001). The minute ventilation (VE) to VO2 ratio decreased from 22.9 +/- 1.3 to 17.6 +/- 0.9 l/l (P < 0.005), arterial PO2 decreased from 93.2 +/- 1.9 to 78.7 +/- 1.6 mmHg (P < 0.0001), arterial PCO2 increased from 39.2 +/- 0.7 to 42.1 +/- 1.1 mmHg (P < 0.0001), pH from 7.40 +/- 0.005 to 7.50 +/- 0.007 (P < 0.005), and arterial bicarbonate concentration from 24.2 +/- 0.7 to 32.9 +/- 1.1 (P < 0.0001). These observations indicate that sodium acetate infusion results in substantial extrapulmonary CO2 loss, which leads to a relative decrease of total and alveolar ventilation.

Atrial natriuretic peptides: reproducibility of renal effects and response of liver blood flow.

To assess the variability of the response to exogenous atrial natriuretic peptide (ANP), it was infused at the rate of 1 microgram/min for 2 h in 6 salt-loaded normal volunteers under controlled conditions on 2 occasions at an interval of 1 week. The effect on solute excretion and the haemodynamic and endocrine actions were highly reproducible. The constant ANP infusion caused a delayed and prolonged excretion of sodium, chloride and calcium, no change in potassium or phosphate excretion or in glomerular filtration rate but a marked decrease in renal plasma flow. Blood pressure, heart rate and the plasma levels of angiotensin II, aldosterone, arginine vasopressin and plasma renin activity were unaltered. The effect of a 2-h infusion of ANP 0.5 microgram/min or its vehicle on apparent hepatic blood flow (HBF) was also studied in 14 normal volunteers by measuring the indocyanine green clearance. A 21% decrease in HBF was observed in subjects who received the ANP infusion (p less than 0.01 vs vehicle). Thus, ANP infused at a dose that did not lower blood pressure decreased both renal and liver blood flow in normotensive volunteers. The renal and endocrine responses to ANP were reproducible over a 1-week interval.

Effects of infused amino acids on glucose production and utilization in healthy human subjects.

Amino acids have been reported to increase endogenous glucose production in normal human subjects during hyperinsulinemia: however, controversy exists as to whether insulin-mediated glucose disposal is inhibited under these conditions. The effect of an amino acid infusion on glucose oxidation rate has so far not been determined. Substrate oxidation rates, endogenous glucose production, and [13C]glucose synthesis from [13C]bicarbonate were measured in six normal human subjects during sequential infusions of exogenous glucose and exogenous glucose with (n = 5) or without (n = 5) exogenous amino acids. Amino acids increased endogenous glucose production by 84% and [13C]glucose synthesis by 235%. Glucose oxidation estimated from indirect calorimetry decreased slightly after amino acids, but glucose oxidation estimated from [13C]glucose-13CO2 data was increased by 14%. It is concluded that gluconeogenesis is the major pathway of amino acid degradation. During amino acid administration, indirect calorimetry underestimates the true rate of glucose oxidation, whereas glucose oxidation calculated from the 13C enrichment of expired CO2 during [U-13C]glucose infusion does not. A slight stimulation of glucose oxidation during amino acid infusion, concomitant with an increased plasma insulin concentration, indicates that amino acids do not inhibit glucose oxidation.

Determination of displacement, stress- and strain-distribution in the human heart: a FE-model on the basis of MR imaging.

The determination of characteristic cardiac parameters, such as displacement, stress and strain distribution are essential for an understanding of the mechanics of the heart. The calculation of these parameters has been limited until recently by the use of idealised mathematical representations of biventricular geometries and by applying simple material laws. On the basis of 20 short axis heart slices and in consideration of linear and nonlinear material behaviour we have developed a FE model with about 100,000 degrees of freedom. Marching Cubes and Phong's incremental shading technique were used to visualise the three dimensional geometry. In a quasistatic FE analysis continuous distribution of regional stress and strain corresponding to the endsystolic state were calculated. Substantial regional variation of the Von Mises stress and the total strain energy were observed at all levels of the heart model. The results of both the linear elastic model and the model with a nonlinear material description (Mooney-Rivlin) were compared. While the stress distribution and peak stress values were found to be comparable, the displacement vectors obtained with the nonlinear model were generally higher in comparison with the linear elastic case indicating the need to include nonlinear effects.

Disentangling the effects of key innovations on the diversification of Bromelioideae (bromeliaceae).

The evolution of key innovations, novel traits that promote diversification, is often seen as major driver for the unequal distribution of species richness within the tree of life. In this study, we aim to determine the factors underlying the extraordinary radiation of the subfamily Bromelioideae, one of the most diverse clades among the neotropical plant family Bromeliaceae. Based on an extended molecular phylogenetic data set, we examine the effect of two putative key innovations, that is, the Crassulacean acid metabolism (CAM) and the water-impounding tank, on speciation and extinction rates. To this aim, we develop a novel Bayesian implementation of the phylogenetic comparative method, binary state speciation and extinction, which enables hypotheses testing by Bayes factors and accommodates the uncertainty on model selection by Bayesian model averaging. Both CAM and tank habit were found to correlate with increased net diversification, thus fulfilling the criteria for key innovations. Our analyses further revealed that CAM photosynthesis is correlated with a twofold increase in speciation rate, whereas the evolution of the tank had primarily an effect on extinction rates that were found five times lower in tank-forming lineages compared to tank-less clades. These differences are discussed in the light of biogeography, ecology, and past climate change.

Coloration signals the ability to cope with elevated stress hormones: effects of corticosterone on growth of barn owls are associated with melanism.

Stressful situations during development can shape the phenotype for life by provoking a trade-off between development and survival. Stress hormones, mainly glucocorticoids, play an important orchestrating role in this trade-off. Hence, how stress sensitive an animal is critically determines the phenotype and ultimately fitness. In several species, darker eumelanic individuals are less sensitive to stressful conditions than less eumelanic conspecifics, which may be due to the pleiotropic effects of genes affecting both coloration and physiological traits. We experimentally tested whether the degree of melanin-based coloration is associated with the sensitivity to an endocrine response to stressful situations in the barn owl. We artificially administered the mediator of a hormonal stress response, corticosterone, to nestlings to examine the prediction that corticosterone-induced reduction in growth rate is more pronounced in light eumelanic nestlings than in darker nest mates. To examine whether such an effect may be genetically determined, we swapped hatchlings between randomly chosen pairs of nests. We first showed that corticosterone affects growth and, thus, shapes the phenotype. Second, we found that under corticosterone administration, nestlings with large black spots grew better than nestlings with small black spots. As in the barn owl the expression of eumelanin-based coloration is heritable and not sensitive to environmental conditions, it is therefore a reliable, genetically based sign of the ability to cope with an increase in blood corticosterone level.

Effects of infused fructose on endogenous glucose production, gluconeogenesis, and glycogen metabolism.

To determine the mechanisms that prevent an increase in gluconeogenesis from increasing hepatic glucose output, six healthy women were infused with [1-13C]fructose (22 mumol.kg-1.min-1), somatostatin, insulin, and glucagon. In control experiment, non-13C-enriched fructose was infused at the same rate without somatostatin, and [U-13C]glucose was infused to measure specifically plasma glucose oxidation. Endogenous glucose production (EGP, [6,6-2H]glucose), net carbohydrate oxidation (CHOox, indirect calorimetry), and fructose oxidation (13CO2) were measured. EGP rate did not increase after fructose infusion with (13.1 +/- 1.2 vs. 12.9 +/- 0.3 mumol.kg-1.min-1) and without (10.3 +/- 0.5 vs. 9.7 +/- 0.5 mumol.kg-1.min-1) somatostatin, despite the fact that gluconeogenesis increased. Nonoxidative fructose disposal, corresponding mainly to glycogen synthesis, was threefold net glycogen deposition, the latter calculated as fructose infusion minus CHOox (14.8 +/- 1.1 and 4.3 +/- 2.0 mumol.kg-1.min-1). It is concluded that 1) the mechanism by which EGP remains constant when gluconeogenesis from fructose increases is independent of changes in insulin and 2) simultaneous breakdown and synthesis of glycogen occurred during fructose infusion.

Reduction of small infrarenal abdominal aortic aneurysm expansion rate by statins.

BACKGROUND: To evaluate the effect of statins on the annual expansion rate (ER) of small infrarenal abdominal aortic aneurysms (AAA). PATIENTS AND METHODS: All patients under regular surveillance for small AAA between January 2000 and September 2007, in the Department of Angiology, Lausanne University Hospital, were included. Inclusion criteria were baseline abdominal aortic diameter between 25 and 55 mm, at least two measurements of AAA diameter and a minimum follow up of 6 months. Patients with Marfan disease, infectious or inflammatory AAA, and patients with prior AAA repair were excluded. The influence of statin use and other factors on ER were examined by bivariate and multivariate analysis. RESULTS: Among 589 patients who underwent an abdominal aorta evaluation, 94 patients (89 % men, mean age 69.1 years) were finally included in the analysis. Baseline AAA size was 39.9 ± 7.7 mm (mean±SE) and 48.7 ± 8.4 mm at end of follow-up. Patients had a regular aneurysm size assessment during 38.5 ± 27.7 months. Mean ER was 3.59 mm/y (± 2.81). The 50 patients who were treated with statin during the study period had a lower ER compared to the 44 controls (2.91 vs 4.37 mm/year, p = 0.01). CONCLUSIONS: This study confirms the considerable individual variations in the AAA expansion rate, and emphasizes the need for regular aortic diameter assessments. In this study, patients treated with statin demonstrate a significant decrease in the ER compared to controls. This finding need to be evaluated in prospective interventional studies powered to demonstrate the potential benefit of statin treatment.

Nicotine-induced release of vasopressin in the conscious rat: role of opioid peptides and hemodynamic effects.

Nicotine has been shown to stimulate the release of vasopressin and to cause significant hemodynamic changes. The mechanisms leading to enhanced vasopressin secretion and the vascular consequences of the high plasma vasopressin levels during nicotine infusion have not yet been determined. Therefore, the purposes of the present study were 1) to examine in normal conscious rats the role of opioid peptides in the nicotine-induced increase in plasma vasopressin levels and 2) to assess the role of vasopressin in the hemodynamic effects of nicotine (20 micrograms/min for 15 min) using a specific V1 antagonist of the vascular actions of vasopressin. Plasma vasopressin levels were significantly increased in the nicotine-treated animals (39.5 +/- 10 vs. 3.7 +/- 0.6 pg/ml in the controls, P less than .01). Pretreatment with naloxone, an antagonist of opioids at their receptors, did not reduce the vasopressin levels (47.7 +/- 9 pg/ml). Nicotine also increased mean blood pressure (122.5 +/- 2.5 to 145.2 +/- 3.3 mm Hg, P less than .01) and decreased heart rate (461 +/- 6 to 386 +/- 14.5 beats/min, P less than .05). Administration of the vasopressin V1 antagonist before the nicotine infusion did not affect the systemic hemodynamics or the regional blood flow distribution, as assessed by radiolabeled microspheres. Thus, these results suggest that the nicotine-induced secretion of vasopressin is not mediated by opioid receptors and that the high plasma vasopressin levels do not exert any significant hemodynamic effect on cardiac output or blood flow distribution.

Epistasis and maternal effects in experimental adaptation to chronic nutritional stress in Drosophila.

Based on ecological and metabolic arguments, some authors predict that adaptation to novel, harsh environments should involve alleles showing negative (diminishing return) epistasis and/or that it should be mediated in part by evolution of maternal effects. Although the first prediction has been supported in microbes, there has been little experimental support for either prediction in multicellular eukaryotes. Here we use a line-cross design to study the genetic architecture of adaptation to chronic larval malnutrition in a population of Drosophila melanogaster that evolved on an extremely nutrient-poor larval food for 84 generations. We assayed three fitness-related traits (developmental rate, adult female weight and egg-to-adult viability) under the malnutrition conditions in 14 crosses between this selected population and a nonadapted control population originally derived from the same base population. All traits showed a pattern of negative epistasis between alleles improving performance under malnutrition. Furthermore, evolutionary changes in maternal traits accounted for half of the 68% increase in viability and for the whole of 8% reduction in adult female body weight in the selected population (relative to unselected controls). These results thus support both of the above predictions and point to the importance of nonadditive effects in adaptive microevolution.

Dose-dependent acute and sustained renal effects of the endothelin receptor antagonist avosentan in healthy subjects.

The endothelin receptor antagonist avosentan may cause fluid overload at doses of 25 and 50 mg, but the actual mechanisms of this effect are unclear. We conducted a placebo-controlled study in 23 healthy subjects to assess the renal effects of avosentan and the dose dependency of these effects. Oral avosentan was administered once daily for 8 days at doses of 0.5, 1.5, 5, and 50 mg. The drug induced a dose-dependent median increase in body weight, most pronounced at 50 mg (0.8 kg on day 8). Avosentan did not affect renal hemodynamics or plasma electrolytes. A dose-dependent median reduction in the fractional renal excretion of sodium was found (up to 8.7% at avosentan 50 mg); this reduction was paralleled by a dose-related increase in proximal sodium reabsorption. It is suggested that avosentan dose-dependently induces sodium retention by the kidney, mainly through proximal tubular effects. The potential clinical benefits of avosentan should therefore be investigated at doses of <or= 5 mg.

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.