Basin-internal derivation of hydrocarbons in the Witwatersrand Basin, South Africa: evidence from bulk and molecular δ13C data

Gold in the quartz-pebble conglomerates of the late Archean Witwatersrand Basin, South Africa, is often intimately associated with carbonaceous matter of organic/biogenic origin which occurs in the form of stratiform carbon seams and paragenetically late bitumen nodules. Both carbon forms are believed to be formed by solidification of migrating hydrocarbons. This paper presents bulk and molecular chemical and stable carbon isotope data for the carbonaceous matter, all of which are used to provide a clue to the source of the hydrocarbons. These data are compared with those from intra-basinal shales and overlying dolostone of the Transvaal Supergroup. The delta C-13 values of the extracts from the Witwatersrand carbonaceous material show small differences (up to 2.4 parts per thousand) compared to the associated insoluble organic matter. This suggests that the auriferous rocks were stained by mobile hydrocarbons produced by thermal and oxidative alteration of indigenous bitumens, a contribution from hydrocarbons derived from intra-basinal Witwatersrand shales cannot be excluded. Individual aliphatic hydrocarbons of the various carbonaceous materials were subjected to compound specific isotope analysis using on-line gas chromatography/combustion/stable isotope ratio mass spectrometry (GC/C/IRMS). The limited variability of the molecular parameters and uniform delta C-13 values of individual n-alkanes (-31.1 +/- 1.7 parts per thousand) and isoprenoids (-30.7 +/- 1.1 parts per thousand) in the Witwatersrand samples exclude the mixing of oils from different sources. Carbonaceous matter in the dolostones shows distinctly different bulk and molecular isotope characteristics and thus cannot have been the source of the hydrocarbons in the Witwatersrand deposits. All the various forms of Witwatersrand carbon appear indigenous to the Witwatersrand Basin, and the differences between them are explained by variable, in general probably short (centimeter- to meter-scale) hydrocarbon migration during diagenesis and subsequent hydrothermal infiltration. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Clinical and pharmacogenetic study on smoking and smoking cessation

Currently, smoking cessation represents one of the main strategies to reduce the incidence of tobacco-related diseases in the population. Smoking can also influence pharmacotherapy through several pharmacokinetic or pharmacodynamic interactions. Some of the most concerned drugs are those metabolized by the cytochrome P450 (CYP) 1A2 enzyme (e.g. caffeine, theophylline, clozapine, olanzapine, duloxetine), whose activity is induced by the polycyclic aromatic hydrocarbons found in tobacco smoke. This can result in a clinically significant decrease in the pharmacological effect of the drugs and the need of higher doses in smokers. Conversely, upon smoking cessation, toxic plasma levels of the drugs can be reached. The main objective of this thesis was to study the interindividual variability in CYP1A2 induction in a large cohort of smokers, by measuring CYP1A2 activity before smoking cessation and one month later in continuously abstinent subjects. For this purpose, a clinical study was conducted, including 194 smokers from the general population who wished to participate in a smoking cessation program and therefore received medical counseling and substitution therapy (nicotine or varenicline). An analytical method for the simultaneous quantification of nicotine, its metabolites and varenicline in plasma was developed and validated using ultra performance liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. This method was used to confirm abstinence at different time points during the follow-up. Moreover, it was used to determine plasma levels of the smoking cessation drugs, to be used in the study of their pharmacogenetics, which was the secondary objective of this thesis. High interindividual variability in CYP1A2 induction by smoking was observed, ranging from no change to approximately 7 times decreased CYP1A2 activity after smoking cessation. Several clinical and genetic factors were investigated in an attempt to explain this variability. Firstly, a significant influence of CYP1A2*1F and *1D alleles, of contraceptive use and of the number of cigarettes smoked per day on CYP1A2 induced activity was observed, and of CYP1A2*1F and the use of contraceptives on the basal activity. But no influence of these factors was found on CYP1A2 inducibility. Given that known genetic polymorphisms in CYP1A2 gene were shown to explain only poorly the observed variations in activity, additional genetic factors were studied. SNPs in the CYP oxidoreductase (POR) gene were found to influence CYP1A2 basal activity, but not the induction. Finally, a pathway-based approach allowed to identify SNPs in genes coding for nuclear receptors (CAR, RXRa, VDR, PXR) and induction-mediating receptors (AhR), which significantly influenced CYP1A2 inducibility and basal activity (SNPs in the gene coding for CAR and RXRa). As secondary objective of the study, the pharmacogenetics of nicotine and varenicline is being investigated. Therefore, the nicotine metabolite ratio is used in the attempt to better explain nicotine dependence and the failure/success of quitting smoking. A population pharmacokinetic model is being developed for varenicline, integrating clinical and genetic factors (genes coding for its metabolizing enzymes and transporters), with the purpose of trying to predict efficacy and side effects. These findings suggest that the influence of smoking on pharmacotherapy could be better managed by including clinical and possibly in the future genetic factors, in the assessment of the adaptations needed when a person starts or stops smoking.  - L'arrêt du tabac représente une des principales stratégies pour diminuer l'incidence des maladies causées par celui-ci. Le tabagisme peut influencer la thérapie médicamenteuse par des interactions pharmacocinétiques ou pharmacodynamiques. Parmi les médicaments concernés, il y a ceux métabolisés par le cytochrome P450 (CYP) 1A2 (caféine, théophylline, clozapine, olanzapine, duloxétine, etc), dont l'activité enzymatique est induite par les hydrocarbures aromatiques polycycliques présents dans la fumée de cigarette. Ceci peut se traduire par une diminution de l'effet pharmacologique du traitement et la nécessité d'augmenter les doses d'entretien chez les fumeurs. Au contraire, à l'arrêt de la cigarette, les taux plasmatiques des médicaments peuvent devenir toxiques. L'objectif principal de cette thèse était d'étudier la variabilité interindividuelle dans l'induction du CYP1A2 dans une large cohorte de fumeurs, par la mesure de l'activité du CYP1A2 avant l'arrêt de la cigarette, ainsi qu'un mois après chez les sujets abstinents. Pour ce faire, une étude clinique a été conduite, incluant 194 fumeurs de la population générale dans un programme d'arrêt du tabac offrant des consultations spécifiques et un traitement pharmacologique (nicotine ou varénicline). Une méthode analytique pour la quantification simultanée de la nicotine, ses métabolites et la varénicline dans le plasma par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem à été développée et validée. Cette méthode a été utilisée pour confirmer l'abstinence pendant l'étude et déterminer les taux plasmatiques des médicaments, dans le but d'étudier leur pharmacogénétique. Une grande variabilité interindividuelle dans l'induction du CYP1A2 par la fumée a été observée, parfois sans changement et pouvant aller jusqu'à une diminution d'environ 7 fois l'activité du CYP1A2 après l'arrêt de la cigarette. Plusieurs facteurs cliniques et génétiques ont été étudiés pour essayer d'expliquer cette variabilité. Tout d'abord, on a observé une influence significative: des allèles CYP1A2*1F et *1D, des contraceptifs et du nombre de cigarettes fumées par jour sur l'activité induite du CYP1A2, ainsi que l'influence de l'allèle *1F et des contraceptifs sur l'activité basale. Cependant, aucune influence de ces facteurs n'a été démontrée sur l'inductibilité du CYP1A2. Étant donné que les polymorphismes génétiques du CYP1A2 apportent peu de renseignements sur la variabilité de son activité, des facteurs génétiques supplémentaires ont été étudiés. Des polymorphismes dans le gène POR (CYP oxidoreductase) ont été associés à l'activité basale du CYP1A2, mais pas à l'induction. Finalement, une approche basée sur la voie de signalisation du CYP1A2 a permis d'identifier des polymorphismes dans des gènes codant pour des récepteurs nucléaires (CAR, RXRa, VDR, PXR) et d'autres liés à l'induction (AhR) qui influencent significativement l'inductibilité et l'activité basale (les SNPs du CAR et RXRa). L'objectif secondaire de cette étude était d'investiguer la pharmacogénétique de la nicotine et de la varénicline. Le ratio métabolique de la nicotine est utilisé pour mieux expliquer la dépendance à la nicotine et le succès/échec de l'arrêt de la cigarette. Un modèle pharmacocinétique de population est en cours de développement pour la varénicline, intégrant des facteurs cliniques et génétiques (gènes codant pour ses enzymes de métabolisme et transporteurs), pour tenter de prédire son efficacité et ses effets secondaires. Les résultats de cette thèse suggèrent que l'influence du tabagisme sur la pharmacothérapie serait mieux gérée par l'inclusion des facteurs cliniques et peut-être, dans le futur, génétiques, dans l'évaluation des adaptations nécessaires lorsqu'une personne fume ou arrête de fumer.  - l'arrêt du tabac représente une des principales stratégies pour diminuer l'incidence des maladies causées par celui-ci dans la population. Le tabagisme peut influencer les traitements médicamenteux, soit en modifiant leur élimination par l'organisme, soit en agissant sur leur mode d'action. Parmi les médicaments les plus concernés, on retrouve par exemple: la caféine, la théophylline, la clozapine, l'olanzapine, la duloxétine, dont l'élimination est accélérée par la fumée de cigarette (induction enzymatique). Ceci peut se traduire par une diminution de l'effet du traitement et la nécessité d'en augmenter les doses chez les fumeurs. Au contraire, à l'arrêt de la cigarette, on observe un ralentissement de la fonction enzymatique, qui a pour conséquence une augmentation du taux de médicament dans le sang, pouvant devenir toxique. L'objectif principal de cette thèse était d'étudier comment cette induction par le tabac varie dans une population de fumeurs, par la mesure de l'activité de l'enzyme avant l'arrêt de la cigarette, ainsi qu'un mois après chez les sujets abstinents. Pour ce faire, une étude clinique a été conduite, incluant 194 fumeurs de la population générale dans un programme d'arrêt du tabac offrant des consultations spécifiques et un traitement médicamenteux (nicotine ou varénicline). Une méthode analytique a été mise au point pour mesurer la quantité de nicotine, de ses produits de dégradation et de la varénicline dans le sang des participants à l'étude. De plus, cette méthode a été utilisée pour confirmer l'abstinence pendant l'étude. Une grande variabilité interindividuelle a été observée dans l'induction de l'enzyme par la fumée; il en résulte aucun changement d'activité chez certains sujets après l'arrêt de la cigarette, alors que pour d'autres elle peut être diminuée jusqu'à 7 fois. Plusieurs facteurs cliniques et génétiques ont été étudiés pour essayer d'expliquer cette variabilité. Premièrement, une influence sur l'activité de l'enzyme a été observée pour les contraceptifs hormonaux et le nombre de cigarettes fumées par jour, ainsi que pour certaines variations génétiques dans le gène codant pour l'enzyme d'intérêt, mais il η y a pas eu d'influence sur l'induction. Par la suite, des variations génétiques dans d'autres gènes influençant le fonctionnement de l'enzyme ont été associées soit avec son activité, soit avec son induction par le tabac. Finalement, l'étude propose également d'investiguer si le métabolisme de la nicotine a une influence sur la dépendance, les symptômes de sevrage et le succès/échec de l'arrêt de la cigarette. Des variations génétiques dans les gènes du métabolisme de la varénicline sont également étudiées en lien avec les quantités de varénicline mesurées dans le sang ainsi que les effets du médicament. Ceci permettra peut-être de prédire son efficacité et ses effets secondaires. Les résultats de cette thèse suggèrent que l'influence du tabagisme sur la thérapie médicamenteuse serait mieux gérée en tenant compte des facteurs cliniques et peut-être, dans le futur, de la génétique dans l'adaptation des traitements, que la personne soit fumeuse ou en phase d'arrêt.

Burkholderia sartisoli sp. nov., isolated from a polycyclic aromatic hydrocarbon-contaminated soil.

A Gram-negative, rod-shaped, aerobic bacterium, designated strain RP007(T), was isolated from a polycyclic aromatic hydrocarbon-contaminated soil in New Zealand. Two additional strains were recovered from a compost heap in Belgium (LMG 18808) and from the rhizosphere of maize in the Netherlands (LMG 24204). The three strains had virtually identical 16S rRNA gene sequences and whole-cell protein profiles, and they were identified as members of the genus Burkholderia, with Burkholderia phenazinium as their closest relative. Strain RP007(T) had a DNA G+C content of 63.5 mol% and could be distinguished from B. phenazinium based on a range of biochemical characteristics. Strain RP007(T) showed levels of DNA-DNA relatedness towards the type strain of B. phenazinium and those of other recognized Burkholderia species of less than 30 %. The results of 16S rRNA gene sequence analysis, DNA-DNA hybridization experiments and physiological and biochemical tests allowed the differentiation of strain RP007(T) from all recognized species of the genus Burkholderia. Strains RP007(T), LMG 18808 and LMG 24204 are therefore considered to represent a single novel species of the genus Burkholderia, for which the name Burkholderia sartisoli sp. nov. is proposed. The type strain is RP007(T) (=LMG 24000(T) =CCUG 53604(T) =ICMP 13529(T)).

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.

Hydrocarbon biomarkers in the Topla-Mezica zinc-lead deposits, northern Karavanke/Drau Range, Slovenia: Paleoenvironment at the site of ore formation

The Mississippi Valley-type zinc and lead deposits at Topla (250,150 metric tons (t) of ore grading 1.0 wt % Zn and 3.3 wt % Pb) and Mezica (19 million metric tons (Mt) of ore grading 5.3 wt % Pb and 2.7 wt % Zn) occur within the Middle to Upper Triassic platform carbonate rocks of the northern Karavanke/Drau Range geotectonic units of the Eastern Alps, Slovenia. The ore and host rocks of these deposits have been investigated by a combination of inorganic and organic geochemical methods to determine major, trace, and rare earth element (REE) concentrations, hydrocarbon distribution, and stable isotope ratios of carbonates, kerogen, extractable organic matter, and individual hydrocarbons. These data combined with sedimentological evidence provide insight into the paleoenvironmental conditions at the site of ore formation. The carbonate isotope composition, the REE patterns, and the distribution of hydrocarbon biomarkers (normal alkanes and steranes) suggest a marine depositional environment. At Topla, a relatively high concentration of redox sensitive trace elements (V, Mo, U) in the host dolostones and REE patterns parallel to that of the North American shale composite suggest that sediments were deposited in a reducing environment. Anoxic conditions enhanced the preservation of organic matter and resulted in relatively higher total organic carbon contents (up to 0.4 wt %). The isotopic composition of the kerogen (delta C-13(kerogon) = -29.4 to -25.0 parts per thousand, delta N-15(kerogen) = -.13.6 to 6.8 parts per thousand) suggests that marine algae and/or bacteria were the main source of organic carbon with a very minor contribution from detrital continental plants and a varying degree of alteration. Extractable organic matter from Topla ore is generally depleted in C-13 compared to the associated kerogen, which is consistent with an indigenous source of the bitumens. The mineralization correlates with delta N-15(kerogen) values around 0 per mil, C-13 depleted kerogen, C-13 enriched n-heptadecane, and relatively high concentrations of bacteria] hydrocarbon biomarkers, indicating a high cyanobacterial biomass at the site of ore formation. Abundant dissimilatory sulfate-reducing bacteria, feeding on the cyanobacterial remains, led to accumulation of biogenic H2S in the pore water of the sediments. This biogenic H2S was mainly incorporated into sedimentary organic matter and diagenetic pyrite. Higher bacterial activity at the ore site also is indicated by specific concentration ratios of hydrocarbons, which are roughly correlated with total Pb plus Zn contents. This correlation is consistent with mixing of hydrothermal metal-rich, fluids and local bacteriogenic sulfide sulfur. The new geochemical data provide supporting evidence that Topla is a low-temperature Mississippi Valley-type deposit formed in an anoxic supratidal saline to hypersaline environment. A laminated cyanobacterial mat, with abundant sulfate-reducing bacteria was the main site of sulfate reduction.

Molecular and isotopic characterization of biomarkers in the Frick Swiss Jura sediments: A palaeoenvironmental reconstruction on the northern Tethys margin

Molecular and stable carbon isotope compositions of source-specific hydrocarbons have been used to reconstruct palaeoenvironmental conditions during deposition of the Middle Hettangian to Upper Sinemurian sediments on the northern epicontinental Tethys margin, Frick Swiss Jura. Increasing algal, cyanobacterial and phytoplanktonic (i.e., dinoflagellate) contributions associated with the C-13-enrichment of cyanobacteria derivatives (i.e., hopanes and monomethylalkanes) suggest enhanced primary productivity upsection. This is related to the C-13-enrichment of dissolved CO2 in the upper layers and the progressive increase of depth and oxygenation of the water column. In the Middle Hettangian shallow-water environments (lagoon), the occurrence of green sulfur bacteria (Chlorobiaceae) derivatives indicates that the lower part of the water column was strictly anoxic and rich in H2S. Since these bacteria require very low light intensity to grow, these euxinic conditions may be extended up to the photic zone, allowing for anaerobic photosynthesis. Light penetration depth is most likely reduced by high productivity and/or turbidity in the photic zone. In these sediments, C-13-depleted hopanoids (-39.5 parts per thousand) are most likely associated with phototrophic purple sulfur bacteria utilizing isotopically light organic carbon at the base of the aerobic zone. These purple sulfur bacteria may have consumed the H2S used by Chlorobiaceae in the deeper layers and thus, sustained the algae and cyanobacteria productivity in the upper layers. The C-13-depleted carbonate (-13.3 parts per thousand) may be partially related to the anaerobic oxidation of the organic matter during bacterial sulfate-reduction. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Evaluation of exposure biomarkers in offshore workers exposed to low benzene and toluene concentrations.

Characterize ethylbenzene and xylene air concentrations, and explore the biological exposure markers (urinary t,t-muconic acid (t,t-MA) and unmetabolized toluene) among petroleum workers offshore. Offshore workers have increased health risks due to simultaneous exposures to several hydrocarbons present in crude oil. We discuss the pooled benzene exposure results from our previous and current studies and possible co-exposure interactions. BTEX air concentrations were measured during three consecutive 12-h work shifts among 10 tank workers, 15 process operators, and 18 controls. Biological samples were collected pre-shift on the first day of study and post-shift on the third day of the study. The geometric mean exposure over the three work shifts were 0.02 ppm benzene, 0.05 ppm toluene, 0.03 ppm ethylbenzene, and 0.06 ppm xylene. Benzene in air was significantly correlated with unmetabolized benzene in blood (r = 0.69, p < 0.001) and urine (r = 0.64, p < 0.001), but not with urinary t,t-MA (r = 0.27, p = 0.20). Toluene in air was highly correlated with the internal dose of toluene in both blood (r = 0.70, p < 0.001) and urine (r = 0.73, p < 0.001). Co-exposures were present; however, an interaction of metabolism was not likely at these low benzene and toluene exposures. Urinary benzene, but not t,t-MA, was a reliable biomarker for benzene at low exposure levels. Urinary toluene was a useful biomarker for toluene exposure. Xylene and ethylbenzene air levels were low. Dermal exposure assessment needs to be performed in future studies among these workers.

Exposition professionnelle aux hydrocarbures aromatiques polycycliques dans la poussière de bois

Les tumeurs malignes des cavités naso-sinusiennes (CNS) représentent environ 3% des cancers ORL. La poussière de bois est reconnue comme cancérigène pour l'homme (IARC, classe 1A) et la maladie professionnelle formellement identifiée est le CNS ou le cancer de l'ethmoïde. L'adénocarcinome des CNS est une maladie professionnelle admise chez certains travailleurs spécialisés tels les menuisiers et les ébénistes. Selon les enquêtes WOODEX dans les 25 états membres de UE en 2006, environ 3.6 millions de travailleurs sont exposés par voie respiratoire à la poussière de bois, soit 2% de la population active. En France, 307 000 travailleurs sont exposés, et il y a environ 200 cas de cancers sino-nasaux reconnus comme maladie professionnelle par année. La forte proportion de travailleurs du bois développant un adénocarcinome des CNS a suggéré diverses pistes, tel que le tanin pour les bois durs, le formaldéhyde pour les contre-plaqués et le benzo(a)pyrène produit par le bois surchauffé. Il est reconnu que le tanin ne provoque pas de cancer dans l'exposition à la poussière de thé. Le formaldéhyde est un irritant mais il est aussi classé cancérogène. La piste des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) cancérogènes provoqués par le bois surchauffé est séduisante. Nous avons étudié leur teneur en fonction des opérations pratiquées sur le bois en cabine d'expérimentation. Les matériaux testés sont du sapin brut, du chêne et chêne imprégné de polyuréthane. La poussière de bois contient des HAP au niveau du µg/g ou ppm. Le bois imprégné de vernis PU produit 100 fois plus de HAP que le bois brut lors des opérations de ponçage.

Natural evidence for rapid abiogenic hydrothermal generation of CH4

Although recent hydrothermal experiments imply that abiogenic methane (CH4) generation from hydrothermal reduction of CO2 can occur, evidence from natural systems was still lacking. Based on the chemical and isotopic equilibrium signatures of low-temperature fumarolic gas discharges, we are able to provide hard evidence for its natural occurrence, namely in three subduction-related bi-phase hydrothermal systems of the Mediterranean, whose temperatures range from 260 to 470 degrees C. The attainment of equilibrium and the time spans of recent volcanic dormancy allowed us to calculate minimum rates for chemical and isotopic equilibration. These are significantly higher than those previously reported and might be due to the presence of a saturated water vapor phase in the investigated systems. The fact that nature provides conditions enabling relatively fast production of hydrocarbons from CO2 strongly supports the concerns that were recently raised from laboratory experiments. These address the use of the carbon isotope composition of reduced carbon in Archean sediments as a tracer of early life and the occurrence of CH4 on extraterrestrial planets as a bioindicator. In view of the potential role of abiogenic CH4 as a precursor of life, we also present an estimate of abiogenic hydrothermal CH4 fluxes throughout the Archean. It is not expected that these fluxes exceeded 80 Mt/yr during the past 4.0 Ga. This, however, would have been enough to facilitate HCN production on the prebiotic Earth. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Impact of thermal proofing of a church on its indoor air-quality - The combustion of candles and incense as a source of pollution

Some years ago, a parish in Geneva decided to reduce heating costs by insulating its church to make it more energy efficient. Three years after the last renovations, it was observed that the internal surfaces of the naves had already become dusty compared with the customary frequency of 10-12 years. Dust even deposited on various surfaces during religious services. Our investigation showed that nearly all the dust found inside the church may in fact be soot from incense and candle combustion. Incense appears to be a significant source of polycyclic aromatic hydrocarbons. With a mechanical ventilation system and petrol lamps resembling candles the problem can be resolved.

Genome-Wide Analysis of Salicylate and Dibenzofuran Metabolism in Sphingomonas Wittichii RW1.

Sphingomonas wittichii RW1 is a bacterium isolated for its ability to degrade the xenobiotic compounds dibenzodioxin and dibenzofuran (DBF). A number of genes involved in DBF degradation have been previously characterized, such as the dxn cluster, dbfB, and the electron transfer components fdx1, fdx3, and redA2. Here we use a combination of whole genome transcriptome analysis and transposon library screening to characterize RW1 catabolic and other genes implicated in the reaction to or degradation of DBF. To detect differentially expressed genes upon exposure to DBF, we applied three different growth exposure experiments, using either short DBF exposures to actively growing cells or growing them with DBF as sole carbon and energy source. Genome-wide gene expression was examined using a custom-made microarray. In addition, proportional abundance determination of transposon insertions in RW1 libraries grown on salicylate or DBF by ultra-high throughput sequencing was used to infer genes whose interruption caused a fitness loss for growth on DBF. Expression patterns showed that batch and chemostat growth conditions, and short or long exposure of cells to DBF produced very different responses. Numerous other uncharacterized catabolic gene clusters putatively involved in aromatic compound metabolism increased expression in response to DBF. In addition, only very few transposon insertions completely abolished growth on DBF. Some of those (e.g., in dxnA1) were expected, whereas others (in a gene cluster for phenylacetate degradation) were not. Both transcriptomic data and transposon screening suggest operation of multiple redundant and parallel aromatic pathways, depending on DBF exposure. In addition, increased expression of other non-catabolic genes suggests that during initial exposure, S. wittichii RW1 perceives DBF as a stressor, whereas after longer exposure, the compound is recognized as a carbon source and metabolized using several pathways in parallel.

Development of a multistrain bacterial bioreporter platform for the monitoring of hydrocarbon contaminants in marine environments.

Petroleum hydrocarbons are common contaminants in marine and freshwater aquatic habitats, often occurring as a result of oil spillage. Rapid and reliable on-site tools for measuring the bioavailable hydrocarbon fractions, i.e., those that are most likely to cause toxic effects or are available for biodegradation, would assist in assessing potential ecological damage and following the progress of cleanup operations. Here we examined the suitability of a set of different rapid bioassays (2-3 h) using bacteria expressing the LuxAB luciferase to measure the presence of short-chain linear alkanes, monoaromatic and polyaromatic compounds, biphenyls, and DNA-damaging agents in seawater after a laboratory-scale oil spill. Five independent spills of 20 mL of NSO-1 crude oil with 2 L of seawater (North Sea or Mediterranean Sea) were carried out in 5 L glass flasks for periods of up to 10 days. Bioassays readily detected ephemeral concentrations of short-chain alkanes and BTEX (i.e., benzene, toluene, ethylbenzene, and xylenes) in the seawater within minutes to hours after the spill, increasing to a maximum of up to 80 muM within 6-24 h, after which they decreased to low or undetectable levels. The strong decrease in short-chain alkanes and BTEX may have been due to their volatilization or biodegradation, which was supported by changes in the microbial community composition. Two- and three-ring PAHs appeared in the seawater phase after 24 h with a concentration up to 1 muM naphthalene equivalents and remained above 0.5 muM for the duration of the experiment. DNA-damage-sensitive bioreporters did not produce any signal with the oil-spilled aqueous-phase samples, whereas bioassays for (hydroxy)biphenyls showed occasional responses. Chemical analysis for alkanes and PAHs in contaminated seawater samples supported the bioassay data, but did not show the typical ephemeral peaks observed with the bioassays. We conclude that bacterium-based bioassays can be a suitable alternative for rapid on-site quantitative measurement of hydrocarbons in seawater.

Building energy saving techniques and indoor air quality : a dilemma

In European countries and North America, people spend 80 to 90% of time inside buildings and thus breathe indoor air. In Switzerland, special attention has been devoted to the 16 stations of the national network of observation of atmospheric pollutants (NABEL). The results indicate a reduction in outdoor pollution over the last ten years. With such a decrease in pollution over these ten years the question becomes: how can we explain an increase of diseases? Indoor pollution can be the cause. Indoor contaminants that may create indoor air quality (IAQ) problems come from a variety of sources. These can include inadequate ventilation, temperature and humidity dysfunction, and volatile organic compounds (VOCs). The health effects from these contaminants are varied and can range from discomfort, irritation and respiratory diseases to cancer. Among such contaminants, environmental tobacco smoke (ETS) could be considered the most important in terms of both health effects and engineering controls of ventilation. To perform indoor pollution monitoring, several selected ETS tracers can be used including carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), respirable particles (RSP), condensate, nicotine, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), nitrosamines, etc. In this paper, some examples are presented of IAQ problems that have occurred following the renewal of buildings and energy saving concerns. Using industrial hygiene sampling techniques and focussing on selected priority pollutants used as tracers, various problems have been identified and solutions proposed. [Author]