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.

Stochastic demography and the neutral substitution rate in class-structured populations.

The neutral rate of allelic substitution is analyzed for a class-structured population subject to a stationary stochastic demographic process. The substitution rate is shown to be generally equal to the effective mutation rate, and under overlapping generations it can be expressed as the effective mutation rate in newborns when measured in units of average generation time. With uniform mutation rate across classes the substitution rate reduces to the mutation rate.

Pregnancy-related changes in activity energy expenditure and resting metabolic rate in Switzerland.

BACKGROUND/OBJECTIVES: To measure resting metabolic rate (RMR), activity energy expenditure (AEE), total energy expenditure (TEE) and physical activity pattern, that is, duration and intensity (in metabolic equivalents, METs) of activities performed in late pregnancy compared with postpartum in healthy, well-nourished women living in Switzerland. SUBJECTS/METHODS: Weight, height, RMR, AEE, TEE and physical activity patterns were measured longitudinally in 27 healthy women aged 23-40 years at 38.2+/-1.5 weeks of gestation and 40.0+/-7.2 weeks postpartum. RESULTS: The RMR during late pregnancy was 7480 kJ per day, that is, 1320+/-760 kJ per day (21.4%) higher than the postpartum RMR (P<0.001). Absolute changes in RMR were positively correlated with the corresponding changes in body weight (r=0.61, P<0.001). RMR per kg body weight was similar in late pregnancy vs postpartum (P=0.28). AEE per kg during pregnancy and postpartum was 40+/-13 and 50+/-20 kJ/kg, respectively (P=0.001). There were significant differences in daily time spent at METs<1.5 (1067 vs 998 min, P=0.045), at 2.5< or =METs <3.0 (58 vs 82 min, P=0.002) and METs> or =6 (1 vs 6 min, P=0.014) during pregnancy and postpartum, respectively. CONCLUSIONS: Energy expenditure in healthy women living in Switzerland increases in pregnancy compared with the postpartum state. Additional energy expenditure is primarily attributed to an increase in RMR, which is partly compensated by a decrease in AEE. The decrease in physical activity-related energy costs is achieved by selecting less demanding activities and should be taken into account when defining extra energy requirements for late pregnancy in Switzerland.

International Olympic Committee consensus statement on thermoregulatory and altitude challenges for high-level athletes

Challenging environmental conditions, including heat and humidity, cold, and altitude, pose particular risks to the health of Olympic and other high-level athletes. As a further commitment to athlete safety, the International Olympic Committee (IOC) Medical Commission convened a panel of experts to review the scientific evidence base, reach consensus, and underscore practical safety guidelines and new research priorities regarding the unique environmental challenges Olympic and other international-level athletes face. For non-aquatic events, external thermal load is dependent on ambient temperature, humidity, wind speed and solar radiation, while clothing and protective gear can measurably increase thermal strain and prompt premature fatigue. In swimmers, body heat loss is the direct result of convection at a rate that is proportional to the effective water velocity around the swimmer and the temperature difference between the skin and the water. Other cold exposure and conditions, such as during Alpine skiing, biathlon and other sliding sports, facilitate body heat transfer to the environment, potentially leading to hypothermia and/or frostbite; although metabolic heat production during these activities usually increases well above the rate of body heat loss, and protective clothing and limited exposure time in certain events reduces these clinical risks as well. Most athletic events are held at altitudes that pose little to no health risks; and training exposures are typically brief and well-tolerated. While these and other environment-related threats to performance and safety can be lessened or averted by implementing a variety of individual and event preventative measures, more research and evidence-based guidelines and recommendations are needed. In the mean time, the IOC Medical Commission and International Sport Federations have implemented new guidelines and taken additional steps to mitigate risk even further.

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.

Parental heart rate variability during pediatric consultation

OBJECTIVE: Research regarding communication between pediatricians and parents in pediatric consultation has mainly focused on parental satisfaction, on its influence on compliance and on communication techniques used by pediatricians. However, there is paucity in research regarding parental stress levels during pediatric consultation. Therefore, the aim of our study was to measure parental heart rate variability related as a measure of stress levels during pediatric consultation. METHODS: Video recordings with simultaneous monitoring and recording of parental heart rate were obtained from 38 pediatric consultations in the ambulatory or hospital setting of the department of pediatrics (HFR, Fribourg, Switzerland). Pulse variation was measured every 5 seconds and heart rate variability (increase or decrease were analyzed) in relation to various sections of the consultation. RESULTS: Heart rate significantly decreased at the end of the consultation compared to the beginning of the consultation (p= 0.0567). In addition, heart rate significantly decreased at the beginning of clinical examination (p= 0.0476) compared to psychosocial history taking. During the discussion of laboratory findings and diagnosis, heart rate was significantly elevated compared to the discussion of the prognosis (p=0.0505). CONCLUSION: We conclude that pediatric consultation has a significant impact on parental stress levels shown by parental heart variability. In general, it can be shown that stress levels significantly decrease at the end of the consultation compared to the beginning of the consultation. In addition, stress levels decrease at the beginning of clinical examination and increase during psychosocial history taking and discussion of laboratory findings and diagnosis. Therefore, our findings highlight the importance of a thorough consultation which include a comprehensive clinical examination with special care taken regarding psychosocial issues and information given regarding the diagnosis.

Dibenzofuran degradation by Sphingomonas wittichii RW1 under environmental stresses

Sphingomonas wittichii is a gram-negative Alpha-proteobacterium, capable of degrading xenobiotic compounds such as dibenzofuran (DBF), dibenzo-p-dioxin, carbazole, 2-hydroxybiphenyl or nitro diphenyl ether herbicides. The metabolism of strain RW1 has been the subject of previous studies and a number of genes involved in DBF degradation have been characterized. It is known that RW1 posseses a unique initial DBF dioxygenase (encoded by the dxnAl gene) that catalyzes the first step in the degradation pathway. None of the organisms known to be able to degrade DBF have a similar dioxygenase, the closest match being the DBF dioxygenase from Rhodococcus sp. with an overall amino acid similarity of 45%. Genes participating in the conversion of the metabolite salicylate via the ortho-cleavage pathway to TCA cycle intermediates were identified as well. Apart from this scarce information, however, there is a lack of global knowledge on the genes that are involved in DBF degradation by strain RW1 and the influence of environmental stresses on DBF-dependent global gene expression. A global analysis is necessary, because it may help to better understand the behaviour of the strain under field conditions and suggest improvements for the current bioaugmentation practice. Chapter 2 describes the results of whole-genome analysis to characterize the genes involved in DBF degradation by RW1. Micro-array analysis allowed us to detect differences in gene transcription when strain RW1 was exposed to DBF. This was complemented by ultra-high throughput sequencing of mutants no longer capable of growing on salicylate and DBF. Some of the genes of the ortho-cleavage pathway were induced 2 to 4 times in the presence of DBF, as well as the initial DBF dioxygenase. However two gene clusters, named 4925 and 5102 were induced up to 19 times in response to DBF induction. The cluster 4925 is putatively participating in a meta-cleavage pathway while the cluster 5102 might be part of a gentisate pathway. The three pathways, ortho-cleavage, meta-cleavage and gentisate pathway seem to be active in parallel when strain RW1 is exposed to DBF, presenting evidence for a redundancy of genes for DBF degradation in the genome of RW1. Chapter 3 focuses on exploiting genetic tools to construct bioreporters representative for DBF degradation in RW1. A set of basic tools for genetic manipulation in Sphingomonas wittichii RW1 was tested and optimized. Both plasmids and mini-transposons were evaluated for their ability to be maintained in RW1 with or without antibiotic selection pressure, and for their ability to lead to fluorescent protein expression in strain RW1 from a constitutive promoter. Putative promoter regions of three of the previously found DBF-induced genes (Swit_4925, Swit_5102 and Swit_4897-dxnAl) were then used to construct eg/^-bioreporters in RW1. Chapter 4 describes the use of the constructed RW1-based bioreporter strains for examining the expression of the DBF degradation pathway genes under microcosm conditions. The bioreporter strains were first exposed to different carbon sources in liquid culture to calibrate the egfp induction. Contrary to our expectations from micro-array analysis only the construct with the promoter from gene cluster 4925 responded to DBF, whereas the other two constructs did not show specific induction with DBF. The response from the bioreporters was subsequently tested for sensitivity to water stress, given that this could have an important impact in soils. Exposure to liquid cultures with decreasing water potential, achieved by NaCl or PEG addition to the growth media, showed that eGFP expression in RW1 from the promoter regions 4925 and 5102 was not directly influenced by water stress, but only through an overall reduction in growth rate. In contrast, expression of eGFP from the dxnAl or an uspA promoter was also directly dependent on the extent of water stress. The RW1 with the 4925 construct was subsequently used in soil microcosms to evaluate DBF bioavailability to the cells in presence or absence of native microbiota or other contaminated material. We found that RW1 could grow on DBF added to soil, but bioreporter expression suggested that competition with native microbiota for DBF intermediates may limit its ability to proliferate to a maximum. Chapter 5 describes the results from the experiments carried out to more specifically detect genes of RW1 that might be implicated in water stress resistance. Hereto we created transposon mutagenesis libraries in RW1, either with a classical mini-Tn5 or with a variant that would express egfp when the transposon would insert in a gene induced under water stress. Classical mutant libraries were screened by replica plating under high and low water stress conditions (achieved by adding NaCl to the agar medium). In addition, we screened for smaller microcolonies formed by mutants in agarose beads that could be analized with flow cytometry. A number of mutants impaired to grow on NaCl-supplemented media were recovered and the transposon insertion sites sequenced. In a second procedure we screened by flow cytometry for mutants with a higher eGFP production after exposure to growth medium with higher NaCl concentrations. Mutants from both libraries rarely overlapped. Discovered gene functions of the transposon insertions pointed to compatible solute synthesis (glutamate and proline), cell membrane synthesis and modification of cell membrane composition. The results obtained in the present study give us a more complete picture of the mechanisms of DBF degradation by S. wittichii RW1, how it reacts to different DBF availability and how the DBF catabolic activity may be affected by the conditions found in contaminated environments. - Sphingomonas wittichii est une alpha-protéobactérie gram-négative, capable de dégrader des composés xénobiotiques tels que le dibenzofurane (DBF), la dibenzo-p-dioxine, le carbazole, le 2-hydroxybiphényle ou les herbicides dérivés du nitro-diphényléther. Le métabolisme de la souche RW1 a fait l'objet d'études antérieures et un certain nombre de gènes impliqués dans la dégradation du DBF ont été caractérisés. Il est connu que RW1 possède une unique dioxygénase DBF initiale (codée par le gène dxnAl) qui catalyse la première étape de la voie de dégradation. Aucun des organismes connus pour être capables de dégrader le DBF n'a de dioxygénase similaire. L'enzyme la plus proche étant la DBF dioxygénase de Rhodococcus sp. avec 45% d'acides aminés conservés. Les gènes qui participent à la transformation du salicylate en métabolites intermédiaires du cycle de Krebs par la voie ort/io-cleavage ont aussi été identifiés. Outre ces informations lacunaires, il y a un manque de connaissances sur l'ensemble des gènes impliqués dans la dégradation du DBF par la souche RW1 ainsi que l'effet des stress environnementaux sur l'expression génétique globale, en présence du DBF. Une analyse globale est nécessaire, car elle peut aider à mieux comprendre le comportement de la souche dans les conditions de terrain et de proposer des améliorations pour l'utilisation de la bio-augmentation comme technique de bio-remédiation. Le chapitre 2 décrit les résultats de l'analyse du génome pour caractériser les gènes impliqués dans la dégradation du DBF par RW1. Une analyse de micro-arrays nous a permis de détecter des différences dans la transcription des gènes lorsque la souche RW1 a été exposée au DBF. L'analyse a été complétée par le criblage à ultra-haut débit de mutants qui n'étaient plus capables de croître avec le salicylate ou le DBF comme seule source de carbone. Certains des gènes de la voie ortho-cleavage, dont la DBF dioxygénase initiale, ont xî été induits 2 à 4 fois, en présence du DBF. Cependant, deux groupes de gènes, nommés 4925 et 5102 ont été induits jusqu'à 19 fois en réponse au DBF. Le cluster 4925 participe probablement dans une voie de meta-cleavage tandis que le cluster 5102 pourrait faire partie d'une voie du gentisate. Les trois voies, ortho-cleavage, meta-cleavage et la voie du gentisate semblent être activées en parallèle lorsque la souche RW1 est exposée au DBF, ce qui représente une redondance de voies pour la dégradation du DBF dans le génome de RW1. Le chapitre 3 se concentre sur l'exploitation des outils génétiques pour la construction de biorapporteurs de la dégradation du DBF par RW1. Un ensemble d'outils de base pour la manipulation génétique dans Sphingomonas wittichii RW1 a été testé et optimisé. Deux plasmides et mini-transposons ont été évalués pour leur capacité à être maintenu dans RW1 avec ou sans pression de sélection par des antibiotiques, et pour leur capacité à exprimer la protéine fluorescente verte (eGFP) dans la souche RW1. Les trois promoteurs des gènes Swit_4925, Swit_5102 et Swit_4897 (dxnAl), induits en réponse au DBF, ont ensuite été utilisés pour construire des biorapporteurs dans RW1. Le chapitre 4 décrit l'utilisation des souches biorapportrices construites pour l'analyse de l'expression des gènes de la voie de dégradation du DBF dans des microcosmes avec différents types de sols. Les souches biorapportrices ont d'abord été exposées à différentes sources de carbone en cultures liquides afin de calibrer l'induction de la eGFP. La construction avec le promoteur du gène 4925 a permis une réponse au DBF. Mais contrairement à nos attentes, basées sur les résultats de l'analyse des micro-arrays, les deux autres constructions n'ont pas montré d'induction spécifique au DBF. La réponse des biorapporteurs a ensuite été testée pour la sensibilité au stress hydrique, étant donné que cela pourrait avoir un impact important dans les microcosmes. La diminution du potentiel hydrique en culture liquide est obtenue par addition de NaCl ou de PEG au milieu de croissance. Nous avons montré que l'expression de la eGFP contrôlée par les promoteurs 4925 et 5102 n'était pas directement influencée par le stress hydrique, mais seulement par une réduction globale des taux de croissance. En revanche, l'expression de la eGFP dépendante des promoteurs dxnAl et uspA était aussi directement dépendante de l'ampleur du stress hydrique. La souche avec la construction 4925 a été utilisée par la suite dans des microcosmes avec différents types de sols pour évaluer la biodisponibilité du DBF en présence ou absence des microbes indigènes et d'autres composés contaminants. Nous avons constaté que RW1 pouvait se développer si le DBF a été ajouté au sol, mais l'expression de la eGFP par le biorapporteur suggère que la compétition avec la microbiota indigène pour les métabolites intermédiaires du DBF peut limiter sa capacité à proliférer de manière optimale. Le chapitre 5 décrit les résultats des expériences réalisées afin de détecter spécifiquement les gènes de RW1 qui pourraient être impliquées dans la résistance au stress hydrique. Ici on a crée des bibliothèques de mutants de RW1 par transposon, soit avec un mini-Tn5 classique ou avec une variante qui exprime la eGFP lorsque le transposon s'insère dans un gène induit par le stress hydrique. Les bibliothèques de mutants ont été criblées par la méthode classique de repiquage sur boîtes, dans des conditions de stress hydrique élevé (obtenu par l'addition de NaCl dans les boîtes). En outre, nous avons criblé des micro¬colonies dans des billes d'agarose qui ont pu être analysées par cytométrie de flux. Un certain nombre de mutants déficients à croître sur des milieux supplémentés avec du NaCl ont été isolés et les sites d'insertion du transposon séquencés. Dans une deuxième procédure nous avons criblé par cytométrie de flux des mutants avec une production de eGFP supérieure, après exposition à un milieu de croissance avec une concentration élevée de NaCl. Les mutants obtenus dans les deux bibliothèques n'étaient pas similaires. Les fonctions des gènes où se trouvent les insertions de transposons sont impliqués dans la synthèse de solutés compatibles (glutamate et de la proline), dans la synthèse de la membrane cellulaire et dans la modification de la composition de la membrane cellulaire. Les résultats obtenus dans la présente étude nous donnent une image plus complète des mécanismes de dégradation du DBF par S. wittichii RW1, comment cette souche réagit à la disponibilité du DBF et comment l'activité catabolique peut être affectée par les conditions rencontrées dans des environnements contaminés.

Positive Torsional Strain Causes the Formation of a Four-Way Junction at Replication Forks.

Research by L. Postow, C. Ullsperger, R.W. Keller, C. Bustamante, A.V. Vologodskii, and N.R. Cozzarelli, J. Biol. Chem. 2001, 276, 2790 Condensation and commentary by Alexander Bucka and Andrzej Stasiak, Universite ´ de Lausanne, Switzerland Purpose of the Study To demonstrate that positive torsional strain generated during DNA replication can lead to reversals of replication forks and, consequently can result in the formation of four-way DNA junctions

Change in individual growth rate and its link to gill-net fishing in two sympatric whitefish species

Size-selective fishing is expected to affect traits such as individual growth rate, but the relationship between the fishery-linked selection differentials and the corresponding phenotypic changes is not well understood. We analysed a 25-year monitoring survey of sympatric populations of the two Alpine whitefish Coregonus albellus and C. fatioi. We determined the fishing-induced selection differentials on growth rates, the actual change of growth rates over time, and potential indicators of reproductive strategies that may change over time. We found marked declines in adult growth rate and significant selection differentials that may partly explain the observed declines. However, when comparing the two sympatric species, the selection differentials on adult growth were stronger in C. albellus while the decline in adult growth rate seemed more pronounced in C. fatioi. Moreover, the selection differential on juvenile growth was significant in C. albellus but not in C. fatioi, while a significant reduction in juvenile growth over the last 25 years was only found in C. fatioi. Our results suggest that size-selective fishing affects the genetics for individual growth in these whitefish, and that the link between selection differentials and phenotypic changes is influenced by species-specific factors.

Confounding effects of heart rate on pulse wave velocity in paced patients with a low degree of atherosclerosis.

BACKGROUND: Pulse wave velocity (PWV), an index of arterial wall stiffness, is modulated by blood pressure (BP). Whether heart rate (HR) is also a modulator of PWV is controversial. Recent research involving mainly patients with high aortic PWV have found either no change or a positive correlation between the two. Given that PWV is increasingly being measured in cardiovascular studies, the relationship between HR and PWV should be known in patients with preserved arterial wall elasticity. OBJECTIVE: The aim of this study was to evaluate the importance of HR as a determinant of the variability in PWV in patients with a low degree of atherosclerosis. DESIGN AND METHODS: Fourteen patients (five female, nine male; aged 68 +/- 8 years) were evaluated post pacemaker implantation due to sick sinus or carotid hypersensitivity syndromes. Carotid-femoral PWV was measured at rest and during atrial pacing at 80, 90 and 100 bpm (paced HR). Arterial femoral blood flow (AFBF) was measured by echodoppler. RESULTS: PWV increased from 6.2 +/- 1.5 m/s (mean +/- SD) during resting sinus rhythm (HR 62 +/- 8 bpm; mean +/- SD) to 6.8 +/- 1.0, 7.0 +/- 0.9, and 7.6 +/- 1.1 m/s at pacing rates of 80, 90 and 100 bpm, respectively (P < 0.0001). Systolic (SBP) and mean blood pressure (MBP) remained constant at all HR levels, whereas AFBF increased in a linear fashion. CONCLUSIONS: These results demonstrate that even in patients with a low degree of atherosclerosis, HR is a potential modulator of carotid-femoral PWV.

The difference between the basal metabolic rate and the sleeping metabolic rate in Japanese.

Previous studies have demonstrated the difference between the basal metabolic rate (BMR) and the sleeping metabolic rate (SMR): however, the difference in the Japanese population has not yet been explored. This study examined the relationship between the BMR and SMR in ninety-four healthy Japanese subjects (37 males and 57 females, 39 +/- 12 y of age and 22.0 +/- 7.4% body fat) in a respiratory chamber. The SMR was significantly lower than the BMR (1416 +/- 245 vs. 1492 +/- 256 kcal/d): however, there was a highly significant correlation between the two (r = 0.867; p < 0.001). The ratio of SMR/BMR largely varied among individuals (0.95 +/-0.08, 8.4% of the coefficient of variation). The ratio was significantly lower in males than in females (0.93 +/- 0.10 vs. 0.97 +/- 0.06, p < 0.05). None of the anthropometric measures (age, weight, body mass index, body surface area or percent body fat) correlated with the ratio. These results showed that SMR was 95%, of BMR on average in a healthy Japanese group. However, when applied over a longer time period (24 h or more), the difference tends to become negligible for most analyses in a group. Although the difference between SMR and BMR will induce a 5% gap of physical activity level defined as the total energy expenditure divided by the BMR or SMR, this factor seems to have little practical importance in epidemiological research.

Functional analysis of pyochelin-/enantiopyochelin-related genes from a pathogenicity island of Pseudomonas aeruginosa strain PA14.

Genomic islands are foreign DNA blocks inserted in so-called regions of genomic plasticity (RGP). Depending on their gene content, they are classified as pathogenicity, symbiosis, metabolic, fitness or resistance islands, although a detailed functional analysis is often lacking. Here we focused on a 34-kb pathogenicity island of Pseudomonas aeruginosa PA14 (PA14GI-6), which is inserted at RGP5 and carries genes related to those for pyochelin/enantiopyochelin biosynthesis. These enantiomeric siderophores of P. aeruginosa and certain strains of Pseudomonas protegens are assembled by a thiotemplate mechanism from salicylate and two molecules of cysteine. The biochemical function of several proteins encoded by PA14GI-6 was investigated by a series of complementation analyses using mutants affected in potential homologs. We found that PA14_54940 codes for a bifunctional salicylate synthase/salicyl-AMP ligase (for generation and activation of salicylate), that PA14_54930 specifies a dihydroaeruginoic acid (Dha) synthetase (for coupling salicylate with a cysteine-derived thiazoline ring), that PA14_54910 produces a type II thioesterase (for quality control), and that PA14_54880 encodes a serine O-acetyltransferase (for increased cysteine availability). The structure of the PA14GI-6-specified metabolite was determined by mass spectrometry, thin-layer chromatography, and HPLC as (R)-Dha, an iron chelator with antibacterial, antifungal and antitumor activity. The conservation of this genomic island in many clinical and environmental P. aeruginosa isolates of different geographical origin suggests that the ability for Dha production may confer a selective advantage to its host.

Functional analysis of the post-transcriptional regulator RsmA reveals a novel RNA-binding site.

The RsmA family of RNA-binding proteins are global post-transcriptional regulators that mediate extensive changes in gene expression in bacteria. They bind to, and affect the translation rate of target mRNAs, a function that is further modulated by one or more, small, untranslated competitive regulatory RNAs. To gain new insights into the nature of this protein/RNA interaction, we used X-ray crystallography to solve the structure of the Yersinia enterocolitica RsmA homologue. RsmA consists of a dimeric beta barrel from which two alpha helices are projected. From structure-based alignments of the RsmA protein family from diverse bacteria, we identified key amino acid residues likely to be involved in RNA-binding. Site-specific mutagenesis revealed that arginine at position 44, located at the N terminus of the alpha helix is essential for biological activity in vivo and RNA-binding in vitro. Mutation of this site affects swarming motility, exoenzyme and secondary metabolite production in the human pathogen Pseudomonas aeruginosa, carbon metabolism in Escherichia coli, and hydrogen cyanide production in the plant beneficial strain Pseudomonas fluorescens CHA0. R44A mutants are also unable to interact with the small untranslated RNA, RsmZ. Thus, although possessing a motif similar to the KH domain of some eukaryotic RNA-binding proteins, RsmA differs substantially and incorporates a novel class of RNA-binding site.

Estimation of glomerular filtration rate in hospitalised patients: are we overestimating renal function?

QUESTIONS UNDER STUDY AND PRINCIPLES: Estimating glomerular filtration rate (GFR) in hospitalised patients with chronic kidney disease (CKD) is important for drug prescription but it remains a difficult task. The purpose of this study was to investigate the reliability of selected algorithms based on serum creatinine, cystatin C and beta-trace protein to estimate GFR and the potential added advantage of measuring muscle mass by bioimpedance. In a prospective unselected group of patients hospitalised in a general internal medicine ward with CKD, GFR was evaluated using inulin clearance as the gold standard and the algorithms of Cockcroft, MDRD, Larsson (cystatin C), White (beta-trace) and MacDonald (creatinine and muscle mass by bioimpedance). 69 patients were included in the study. Median age (interquartile range) was 80 years (73-83); weight 74.7 kg (67.0-85.6), appendicular lean mass 19.1 kg (14.9-22.3), serum creatinine 126 μmol/l (100-149), cystatin C 1.45 mg/l (1.19-1.90), beta-trace protein 1.17 mg/l (0.99-1.53) and GFR measured by inulin 30.9 ml/min (22.0-43.3). The errors in the estimation of GFR and the area under the ROC curves (95% confidence interval) relative to inulin were respectively: Cockcroft 14.3 ml/min (5.55-23.2) and 0.68 (0.55-0.81), MDRD 16.3 ml/min (6.4-27.5) and 0.76 (0.64-0.87), Larsson 12.8 ml/min (4.50-25.3) and 0.82 (0.72-0.92), White 17.6 ml/min (11.5-31.5) and 0.75 (0.63-0.87), MacDonald 32.2 ml/min (13.9-45.4) and 0.65 (0.52-0.78). Currently used algorithms overestimate GFR in hospitalised patients with CKD. As a consequence eGFR targeted prescriptions of renal-cleared drugs, might expose patients to overdosing. The best results were obtained with the Larsson algorithm. The determination of muscle mass by bioimpedance did not provide significant contributions.

Biocontrol strain Pseudomonas fluorescens CHA0 and its genetically modified derivative with enhanced biocontrol capability exert comparable effects on the structure of a Sinorhizobium meliloti population in a gnotobiotic system

The impact of biocontrol strain Pseudomonas fluorescens CHA0 and of its genetically modified, antibiotic-overproducing derivative CHA0/pME3424 on a reconstructed population of the plant-beneficial Sinorhizobium meliloti bacteria was assessed in gnotobiotic systems. In sterile soil, the final density of the reconstructed S. meliloti population decreased by more than one order of magnitude in the presence of either of the Pseudomonas strains when compared to a control without addition of P. fluorescens. Moreover, there was a change in the proportion of each individual S. meliloti strain within the population. Plant tests also revealed changes in the nodulating S. meliloti population in the presence of strains CHA0 or CHA0/pME3424. In both treatments one S. meliloti strain, f43, was significantly reduced in its root nodule occupancy. Analysis of alfalfa yields showed a slight but statistically significant increase in shoot dry weight when strain CHA0 was added to the reconstructed S. meliloti population whereas no such effect was observed with CHA0/pME3424.