New developments and applications in modelling occupational exposure to airborne contaminants

Résumé: L'évaluation de l'exposition aux nuisances professionnelles représente une étape importante dans l'analyse de poste de travail. Les mesures directes sont rarement utilisées sur les lieux même du travail et l'exposition est souvent estimée sur base de jugements d'experts. Il y a donc un besoin important de développer des outils simples et transparents, qui puissent aider les spécialistes en hygiène industrielle dans leur prise de décision quant aux niveaux d'exposition. L'objectif de cette recherche est de développer et d'améliorer les outils de modélisation destinés à prévoir l'exposition. Dans un premier temps, une enquête a été entreprise en Suisse parmi les hygiénistes du travail afin d'identifier les besoins (types des résultats, de modèles et de paramètres observables potentiels). Il a été constaté que les modèles d'exposition ne sont guère employés dans la pratique en Suisse, l'exposition étant principalement estimée sur la base de l'expérience de l'expert. De plus, l'émissions de polluants ainsi que leur dispersion autour de la source ont été considérés comme des paramètres fondamentaux. Pour tester la flexibilité et la précision des modèles d'exposition classiques, des expériences de modélisations ont été effectuées dans des situations concrètes. En particulier, des modèles prédictifs ont été utilisés pour évaluer l'exposition professionnelle au monoxyde de carbone et la comparer aux niveaux d'exposition répertoriés dans la littérature pour des situations similaires. De même, l'exposition aux sprays imperméabilisants a été appréciée dans le contexte d'une étude épidémiologique sur une cohorte suisse. Dans ce cas, certains expériences ont été entreprises pour caractériser le taux de d'émission des sprays imperméabilisants. Ensuite un modèle classique à deux-zone a été employé pour évaluer la dispersion d'aérosol dans le champ proche et lointain pendant l'activité de sprayage. D'autres expériences ont également été effectuées pour acquérir une meilleure compréhension des processus d'émission et de dispersion d'un traceur, en se concentrant sur la caractérisation de l'exposition du champ proche. Un design expérimental a été développé pour effectuer des mesures simultanées dans plusieurs points d'une cabine d'exposition, par des instruments à lecture directe. Il a été constaté que d'un point de vue statistique, la théorie basée sur les compartiments est sensée, bien que l'attribution à un compartiment donné ne pourrait pas se faire sur la base des simples considérations géométriques. Dans une étape suivante, des données expérimentales ont été collectées sur la base des observations faites dans environ 100 lieux de travail différents: des informations sur les déterminants observés ont été associées aux mesures d'exposition des informations sur les déterminants observés ont été associé. Ces différentes données ont été employées pour améliorer le modèle d'exposition à deux zones. Un outil a donc été développé pour inclure des déterminants spécifiques dans le choix du compartiment, renforçant ainsi la fiabilité des prévisions. Toutes ces investigations ont servi à améliorer notre compréhension des outils des modélisations ainsi que leurs limitations. L'intégration de déterminants mieux adaptés aux besoins des experts devrait les inciter à employer cet outil dans leur pratique. D'ailleurs, en augmentant la qualité des outils des modélisations, cette recherche permettra non seulement d'encourager leur utilisation systématique, mais elle pourra également améliorer l'évaluation de l'exposition basée sur les jugements d'experts et, par conséquent, la protection de la santé des travailleurs. Abstract Occupational exposure assessment is an important stage in the management of chemical exposures. Few direct measurements are carried out in workplaces, and exposures are often estimated based on expert judgements. There is therefore a major requirement for simple transparent tools to help occupational health specialists to define exposure levels. The aim of the present research is to develop and improve modelling tools in order to predict exposure levels. In a first step a survey was made among professionals to define their expectations about modelling tools (what types of results, models and potential observable parameters). It was found that models are rarely used in Switzerland and that exposures are mainly estimated from past experiences of the expert. Moreover chemical emissions and their dispersion near the source have also been considered as key parameters. Experimental and modelling studies were also performed in some specific cases in order to test the flexibility and drawbacks of existing tools. In particular, models were applied to assess professional exposure to CO for different situations and compared with the exposure levels found in the literature for similar situations. Further, exposure to waterproofing sprays was studied as part of an epidemiological study on a Swiss cohort. In this case, some laboratory investigation have been undertaken to characterize the waterproofing overspray emission rate. A classical two-zone model was used to assess the aerosol dispersion in the near and far field during spraying. Experiments were also carried out to better understand the processes of emission and dispersion for tracer compounds, focusing on the characterization of near field exposure. An experimental set-up has been developed to perform simultaneous measurements through direct reading instruments in several points. It was mainly found that from a statistical point of view, the compartmental theory makes sense but the attribution to a given compartment could ñó~be done by simple geometric consideration. In a further step the experimental data were completed by observations made in about 100 different workplaces, including exposure measurements and observation of predefined determinants. The various data obtained have been used to improve an existing twocompartment exposure model. A tool was developed to include specific determinants in the choice of the compartment, thus largely improving the reliability of the predictions. All these investigations helped improving our understanding of modelling tools and identify their limitations. The integration of more accessible determinants, which are in accordance with experts needs, may indeed enhance model application for field practice. Moreover, while increasing the quality of modelling tool, this research will not only encourage their systematic use, but might also improve the conditions in which the expert judgments take place, and therefore the workers `health protection.

An empirical hierarchical Bayesian unification of occupational exposure assessment methods.

In occupational exposure assessment of airborne contaminants, exposure levels can either be estimated through repeated measurements of the pollutant concentration in air, expert judgment or through exposure models that use information on the conditions of exposure as input. In this report, we propose an empirical hierarchical Bayesian model to unify these approaches. Prior to any measurement, the hygienist conducts an assessment to generate prior distributions of exposure determinants. Monte-Carlo samples from these distributions feed two level-2 models: a physical, two-compartment model, and a non-parametric, neural network model trained with existing exposure data. The outputs of these two models are weighted according to the expert's assessment of their relevance to yield predictive distributions of the long-term geometric mean and geometric standard deviation of the worker's exposure profile (level-1 model). Bayesian inferences are then drawn iteratively from subsequent measurements of worker exposure. Any traditional decision strategy based on a comparison with occupational exposure limits (e.g. mean exposure, exceedance strategies) can then be applied. Data on 82 workers exposed to 18 contaminants in 14 companies were used to validate the model with cross-validation techniques. A user-friendly program running the model is available upon request.

Design and evaluation of a solid sampler for the monitoring of airborne 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI) and its prepolymers in 2-component spray painting

An active, solvent-free solid sampler was developed for the collection of 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI) aerosol and prepolymers. The sampler was made of a filter impregnated with 1-(2-methoxyphenyl)piperazine contained in a filter holder. Interferences with HDI were observed when a set of cellulose acetate filters and a polystyrene filter holder were used; a glass fiber filter and polypropylene filter cassette gave better results. The applicability of the sampling and analytical procedure was validated with a test chamber, constructed for the dynamic generation of HDI aerosol and prepolymers in commercial two-component spray paints (Desmodur(R) N75) used in car refinishing. The particle size distribution, temporal stability, and spatial uniformity of the simulated aerosol were established in order to test the sample. The monitoring of aerosol concentrations was conducted with the solid sampler paired to the reference impinger technique (impinger flasks contained 10 mL of 0.5 mg/mL 1-(2-methoxyphenyl)piperazine in toluene) under a controlled atmosphere in the test chamber. Analyses of derivatized HDI and prepolymers were carried out by using high-performance liquid chromatography and ultraviolet detection. The correlation between the solvent-free and the impinger techniques appeared fairly good (Y = 0.979X - 0.161; R = 0.978), when the tests were conducted in the range of 0.1 to 10 times the threshold limit value (TLV) for HDI monomer and up to 60-mu-g/m3 (3 U.K. TLVs) for total -N = C = O groups.

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.

Stability analysis of the 2007 Chehalis lake landslide based on long-range terrestrial photogrammetry and airborne LIDAR data

On December 4th 2007, a 3-Mm3 landslide occurred along the northwestern shore of Chehalis Lake. The initiation zone is located at the intersection of the main valley slope and the northern sidewall of a prominent gully. The slope failure caused a displacement wave that ran up to 38 m on the opposite shore of the lake. The landslide is temporally associated with a rain-on-snow meteorological event which is thought to have triggered it. This paper describes the Chehalis Lake landslide and presents a comparison of discontinuity orientation datasets obtained using three techniques: field measurements, terrestrial photogrammetric 3D models and an airborne LiDAR digital elevation model to describe the orientation and characteristics of the five discontinuity sets present. The discontinuity orientation data are used to perform kinematic, surface wedge limit equilibrium and three-dimensional distinct element analyses. The kinematic and surface wedge analyses suggest that the location of the slope failure (intersection of the valley slope and a gully wall) has facilitated the development of the unstable rock mass which initiated as a planar sliding failure. Results from the three-dimensional distinct element analyses suggest that the presence, orientation and high persistence of a discontinuity set dipping obliquely to the slope were critical to the development of the landslide and led to a failure mechanism dominated by planar sliding. The three-dimensional distinct element modelling also suggests that the presence of a steeply dipping discontinuity set striking perpendicular to the slope and associated with a fault exerted a significant control on the volume and extent of the failed rock mass but not on the overall stability of the slope.

Assessment of airborne microorganisms by real-time PCR: optimistic findings and research challenges

Most airborne microorganisms are natural components of our ecosystem. Soil, vegetation and animals, including humans, are sources for aerial release of these living or dead cells. In the past, assessment of airborne microorganisms was mainly restricted to occupational health concerns. Indeed, in several occupations, exposure to very high concentrations of non-infectious airborne bacteria and fungi, result in allergenic, toxic or irritant reactions. Recently, the threat of bioterrorism and pandemics have highlighted the urgent need to increase knowledge of bioaerosol ecology. More fundamentally, airborne bacterial and fungal communities begin to draw much more consideration from environmental microbiologists, who have neglected this area for a long time. This increased interest of scientists is to a great part due to the development and use of real-time PCR techniques to identify and quantify airborne microorganisms. Even if the advantages of the PCR technology are obvious, researchers are confronted with new problems. This review describes the methodological state of the art in bioaerosols field and emphasizes the future challenges and perspectives of the real-time PCR-based methods for airborne microorganism studies.

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.

Health effects of occupational exposure in a dairy food industry, with a specific assessment of exposure to airborne lactic acid bacteria

OBJECTIVE:: Lactic acid bacteria (LAB) are used in food industries as probiotic agents. The aim of this study is to assess the potential health effects of airborne exposure to a mix of preblend (LAB and carbohydrate) and milk powder in workers. METHODS:: A medical questionnaire, lung function tests, and immunologic tests were carried out on 50 workers. Occupational exposure to inhalable dust and airborne LAB was measured. RESULTS:: Workers not using respiratory masks reported more symptoms of irritation than workers using protection. Workers from areas with higher levels of airborne LAB reported the most health symptoms and the immune responses of workers to LAB was higher than the immune responses of a control population. CONCLUSIONS:: Measures to reduce exposure to airborne LAB and milk powder in food industries are recommended.

Comparative testing of a miniature diffusion size classifier to assess airborne ultrafine particles under field conditions

Miniature diffusion size classifiers (miniDiSC) are novel handheld devices to measure ultrafine particles (UFP). UFP have been linked to the development of cardiovascular and pulmonary diseases; thus, detection and quantification of these particles are important for evaluating their potential health hazards. As part of the UFP exposure assessments of highwaymaintenance workers in western Switzerland, we compared a miniDiSC with a portable condensation particle counter (P-TRAK). In addition, we performed stationary measurements with a miniDiSC and a scanning mobility particle sizer (SMPS) at a site immediately adjacent to a highway. Measurements with miniDiSC and P-TRAK correlated well (correlation of r = 0.84) but average particle numbers of the miniDiSC were 30%âeuro"60% higher. This difference was significantly increased for mean particle diameters below 40 nm. The correlation between theminiDiSC and the SMPSduring stationary measurements was very high (r = 0.98) although particle numbers from the miniDiSC were 30% lower. Differences between the three devices were attributed to the different cutoff diameters for detection. Correction for this size dependent effect led to very similar results across all counters.We did not observe any significant influence of other particle characteristics. Our results suggest that the miniDiSC provides accurate particle number concentrations and geometric mean diameters at traffic-influenced sites, making it a useful tool for personal exposure assessment in such settings.

Application of real-time PCR for total airborne bacterial assessment : comparison with epifluorescence microscopy and culture-dependent methods

Traditional culture-dependent methods to quantify and identify airborne microorganisms are limited by factors such as short-duration sampling times and inability to count nonculturableor non-viable bacteria. Consequently, the quantitative assessment of bioaerosols is often underestimated. Use of the real-time quantitative polymerase chain reaction (Q-PCR) to quantify bacteria in environmental samples presents an alternative method, which should overcome this problem. The aim of this study was to evaluate the performance of a real-time Q-PCR assay as a simple and reliable way to quantify the airborne bacterial load within poultry houses and sewage treatment plants, in comparison with epifluorescencemicroscopy and culture-dependent methods. The estimates of bacterial load that we obtained from real-time PCR and epifluorescence methods, are comparable, however, our analysis of sewage treatment plants indicate these methods give values 270-290 fold greater than those obtained by the ''impaction on nutrient agar'' method. The culture-dependent method of air impaction on nutrient agar was also inadequate in poultry houses, as was the impinger-culture method, which gave a bacterial load estimate 32-fold lower than obtained by Q-PCR. Real-time quantitative PCR thus proves to be a reliable, discerning, and simple method that could be used to estimate airborne bacterial load in a broad variety of other environments expected to carry high numbers of airborne bacteria. [Authors]

Evaluation of occupational exposure: comparison of biological and environmental variabilities using physiologically based toxicokinetic modeling

PURPOSE: Few studies compare the variabilities that characterize environmental (EM) and biological monitoring (BM) data. Indeed, comparing their respective variabilities can help to identify the best strategy for evaluating occupational exposure. The objective of this study is to quantify the biological variability associated with 18 bio-indicators currently used in work environments. METHOD: Intra-individual (BV(intra)), inter-individual (BV(inter)), and total biological variability (BV(total)) were quantified using validated physiologically based toxicokinetic (PBTK) models coupled with Monte Carlo simulations. Two environmental exposure profiles with different levels of variability were considered (GSD of 1.5 and 2.0). RESULTS: PBTK models coupled with Monte Carlo simulations were successfully used to predict the biological variability of biological exposure indicators. The predicted values follow a lognormal distribution, characterized by GSD ranging from 1.1 to 2.3. Our results show that there is a link between biological variability and the half-life of bio-indicators, since BV(intra) and BV(total) both decrease as the biological indicator half-lives increase. BV(intra) is always lower than the variability in the air concentrations. On an individual basis, this means that the variability associated with the measurement of biological indicators is always lower than the variability characterizing airborne levels of contaminants. For a group of workers, BM is less variable than EM for bio-indicators with half-lives longer than 10-15 h. CONCLUSION: The variability data obtained in the present study can be useful in the development of BM strategies for exposure assessment and can be used to calculate the number of samples required for guiding industrial hygienists or medical doctors in decision-making.

Immune responses to airborne fungi and non-invasive airway diseases.

Inhalation of fungal particles is a ubiquitous way of exposure to microorganisms during human life; however, this exposure may promote or exacerbate respiratory diseases only in particular exposure conditions and human genetic background. Depending on the fungal species and form, fungal particles can induce symptoms in the lung by acting as irritants, aeroallergens or pathogens causing infection. Some thermophilic species can even act in all these three ways (e.g. Aspergillus, Penicillium), mesophilic species being only involved in allergic and/or non-allergic airway diseases (e.g. Cladosporium, Alternaria, Fusarium). The goal of the present review is to present the current knowledge on the interaction between airborne fungal particles and the host immune system, to illustrate the differences of immune sensing of different fungal species and to emphasise the importance of conducting research on non-conventional mesophilic fungal species. Indeed, the diversity of fungal species we inhale and the complexity of their composition have a direct impact on fungal particle recognition and immune system decision to tolerate or respond to those particles, eventually leading to collateral damages promoting airway pathologies.