Surfactant protein-D and exposure to bioaerosols in wastewater and garbage workers.

PURPOSE: Bioaerosols and their constituents, such as endotoxins, are capable of causing an inflammatory reaction at the level of the lung-blood barrier, which becomes more permeable. Thus, it was hypothesized that occupational exposure to bioaerosols can increase leakage of surfactant protein-D (SP-D), a lung-specific protein, into the bloodstream. METHODS: SP-D was determined by ELISA in 316 wastewater workers, 67 garbage collectors, and 395 control subjects. Exposure was assessed with four interview-based indicators and by preliminary endotoxin measurements using the Limulus amoebocyte lysate assay. Influence of exposure on serum SP-D was assessed by multiple linear regression considering smoking, glomerular function, lung diseases, obesity, and other confounders. RESULTS: Overall, mean exposure levels to endotoxins were below 100 EU/m(3). However, special tasks of wastewater workers caused higher endotoxin exposure. SP-D concentration was slightly increased in this occupational group and associated with the occurrence of splashes and contact to raw sewage. No effect was found in garbage collectors. Smoking increased serum SP-D. No clinically relevant correlation between spirometry results and SP-D concentrations appeared. CONCLUSIONS: These results support the hypothesis that inhalation of bioaerosols, even at low concentrations, has a subclinical effect on the lung-blood barrier, the permeability of which increases without associated spirometric changes.

tagO is involved in the synthesis of all anionic cell-wall polymers in Bacillus subtilis 168.

Sequence homologies suggest that the Bacillus subtilis 168 tagO gene encodes UDP-N-acetylglucosamine:undecaprenyl-P N-acetylglucosaminyl 1-P transferase, the enzyme responsible for catalysing the first step in the synthesis of the teichoic acid linkage unit, i.e. the formation of undecaprenyl-PP-N-acetylglucosamine. Inhibition of tagO expression mediated by an IPTG-inducible P(spac) promoter led to the development of a coccoid cell morphology, a feature characteristic of mutants blocked in teichoic acid synthesis. Indeed, analyses of the cell-wall phosphate content, as well as the incorporation of radioactively labelled precursors, revealed that the synthesis of poly(glycerol phosphate) and poly(glucosyl N-acetylgalactosamine 1-phosphate), the two strain 168 teichoic acids known to share the same linkage unit, was affected. Surprisingly, under phosphate limitation, deficiency of TagO precludes the synthesis of teichuronic acid, which is normally induced under these conditions. The regulatory region of tagO, containing two partly overlapping sigma(A)-controlled promoters, is similar to that of sigA, the gene encoding the major sigma factor responsible for growth. Here, the authors discuss the possibility that TagO may represent a pivotal element in the multi-enzyme complexes responsible for the synthesis of anionic cell-wall polymers, and that it may play one of the key roles in balanced cell growth.

Clara cell protein and surfactant protein B in garbage collectors and in wastewater workers exposed to bioaerosols

OBJECTIVES: Inhalation of bioaerosols has been hypothesised to cause "toxic pneumonitis" that should increase lung epithelial permeability at the bronchioloalveolar level. Serum Clara cell protein (CC16) and serum surfactant protein B (SPB) have been proposed as sensitive markers of lung epithelial injury. This study was aimed at looking for increased lung epithelial permeability by determining CC16 and SPB in workers exposed to bioaerosols from wastewater or garbage. METHODS: Subjects (778 wastewater, garbage and control workers; participation 61%) underwent a medical examination, lung function tests [American Thoracic Society (ATS) criteria], and determination of CC16 and SPB. Symptoms of endotoxin exposure and several potential confounders (age, gender, smoking, kidney function, obesity) were looked for. Results were examined with multiple linear or logistic regression. RESULTS: Exposure to bioaerosols increased CC16 concentration in the wastewater workers. No effect of exposure on SPB was found. No clue to work-related respiratory diseases was found. CONCLUSIONS: The increase in CC16 in serum supports the hypothesis that bioaerosols cause subclinical "toxic pneumonitis", even at low exposure. [Authors]

Evaluation of uptake and transport of cationic and anionic ultrasmall iron oxide nanoparticles by human colon cells

Nanoparticles (NPs) are in clinical use or under development for therapeutic imaging and drug delivery. However, relatively little information exists concerning the uptake and transport of NPs across human colon cell layers, or their potential to invade three-dimensional models of human colon cells that better mimic the tissue structures of normal and tumoral colon. In order to gain such information, the interactions of biocompatible ultrasmall superparamagnetic iron oxide nanoparticles (USPIO NPs) (iron oxide core 9-10 nm) coated with either cationic polyvinylamine (aminoPVA) or anionic oleic acid with human HT-29 and Caco-2 colon cells was determined. The uptake of the cationic USPIO NPs was much higher than the uptake of the anionic USPIO NPs. The intracellular localization of aminoPVA USPIO NPs was confirmed in HT-29 cells by transmission electron microscopy that detected the iron oxide core. AminoPVA USPIO NPs invaded three-dimensional spheroids of both HT-29 and Caco-2 cells, whereas oleic acid-coated USPIO NPs could only invade Caco-2 spheroids. Neither cationic aminoPVA USPIO NPs nor anionic oleic acid-coated USPIO NPs were transported at detectable levels across the tight CacoReady? intestinal barrier model or the more permeable mucus-secreting CacoGoblet? model.

Surfactant protein A, exposure to endotoxin, and asthma in garbage collectors and in wastewater workers.

Endotoxin causes an inflammation at the bronchial and alveolar level. The inflammation-induced increase in permeability of the bronchoalveolar epithelial barrier is supposed to cause a leakage of pneumoproteins. Therefore, their concentrations are expected to increase in the bloodstream.This study aimed at examining the association between occupational exposure to endotoxin and a serum pneumoprotein, surfactant protein A, to look for nonoccupational factors capable of confounding this association, and examine the relation between surfactant protein A and spirometry. There were 369 control subjects, 325 wastewater workers, and 84 garbage collectors in the study. Exposure to endotoxin was assessed through personal sampling and the Limulus amebocytes lysate assay. Surfactant protein A was determined by an in house sandwich enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) in 697 subjects. Clinical and smoking history were ascertained and spirometry carried out according to American Thoracic Society criteria. Multiple linear regression was used for statistical analysis. Exposure was fairly high during some tasks in wastewater workers but did not influence surfactant protein A. Surfactant protein A was lower in asthmatics. Interindividual variability was large. No correlation with spirometry was found. Endotoxin has no effect on surfactant protein A at these endotoxin levels and serum surfactant protein A does not correlate with spirometry. The decreased surfactant protein A secretion in asthmatics requires further study.

Evaluation of uptake and transport of cationic and anionic ultrasmall iron oxide nanoparticles by human colon cells.

Nanoparticles (NPs) are in clinical use or under development for therapeutic imaging and drug delivery. However, relatively little information exists concerning the uptake and transport of NPs across human colon cell layers, or their potential to invade three-dimensional models of human colon cells that better mimic the tissue structures of normal and tumoral colon. In order to gain such information, the interactions of biocompatible ultrasmall superparamagnetic iron oxide nanoparticles (USPIO NPs) (iron oxide core 9-10 nm) coated with either cationic polyvinylamine (aminoPVA) or anionic oleic acid with human HT-29 and Caco-2 colon cells was determined. The uptake of the cationic USPIO NPs was much higher than the uptake of the anionic USPIO NPs. The intracellular localization of aminoPVA USPIO NPs was confirmed in HT-29 cells by transmission electron microscopy that detected the iron oxide core. AminoPVA USPIO NPs invaded three-dimensional spheroids of both HT-29 and Caco-2 cells, whereas oleic acid-coated USPIO NPs could only invade Caco-2 spheroids. Neither cationic aminoPVA USPIO NPs nor anionic oleic acid-coated USPIO NPs were transported at detectable levels across the tight CacoReady? intestinal barrier model or the more permeable mucus-secreting CacoGoblet? model.

Surfactant palmitoylmyristoylphosphatidylcholine is a marker for alveolar size during disease.

Two common lung-related complications in the neonate are respiratory distress syndrome, which is associated with a failure to generate low surface tension at the air-liquid interface because of pulmonary surfactant insufficiency, and bronchopulmonary dysplasia (BPD), a chronic lung injury with reduced alveolarization. Surfactant phosphatidylcholine (PC) molecular species composition during alveolarization has not been examined. Mass spectrometry analysis of bronchoalveolar lavage fluid of rodents and humans revealed significant changes in surfactant PC during alveolar development and BPD. In rats, total PC content rose during alveolarization, which was caused by an increase in palmitoylmyristoyl-PC (16:0/14:0PC) concentration. Furthermore, two animal models of BPD exhibited a specific reduction in 16:0/14:0PC content. In humans, 16:0/14:0PC content was specifically decreased in patients with BPD and emphysema compared with patients without alveolar pathology. Palmitoylmyristoyl-PC content increased with increasing intrinsic surfactant curvature, suggesting that it affects surfactant function in the septating lung. The changes in acyl composition of PC were attributed to type II cells producing an altered surfactant during alveolar development. These data are compatible with extracellular surfactant 16:0/14:0PC content being an indicator of alveolar architecture of the lung.

First Report of a Newborn Rat Ventilation Model for Bronchopulmonary Dysplasia Permitting Evaluation of Long-Term Outcome

Background: Bronchopulmonary dysplasia (BPD) remains the leading cause of chronic pulmonary morbidity among preterm neonates. However, the exact pathophysiology is still unknown. Here we present the first results from a new model inteAbstracts, 25th International Workshop on Surfactant Replacement 400 Neonatology 2010;97:395-400 grating the most common risk factors for BPD (lung immaturity, inflammation, mechanical ventilation (MV), oxygen), which allows long-term outcome evaluation due to a non-traumatic intubation procedure. Objectives: To test the feasibility of a new rat model by investigating effects of MV, inflammation and oxygen applied to immature lungs after a ventilation-free interval. Methods: On day 4, 5, or 6 newborn rats were given an intraperitoneal injection of lipopolysaccharides to induce a systemic inflammation. 24 h later they were anesthetized, endotracheally intubated and ventilated for 8 h with 60% oxygen. After weaning of anesthesia and MV the newborn rats were extubated and returned to their mothers. Two days later they were killed and outcome measurements were performed (histology, quantitative RT-PCR) and compared to animals investigated directly after MV. Results: Directly after MV, histological signs of ventilator-induced lung injury were found. After 48 h, the first signs of early BPD were seen with delayed alveolar formation. Expression of inflammatory genes was only transiently increased. After 48 h genes involved in alveolarization, such as matrix metalloproteinase-9 and tropoelastin, showed a significant change of their expression. Conclusion: For the first time we can evaluate in a newborn rat model the effects of MV after a ventilation-free interval. This allows discrimination between immediate response genes and delayed changes of expression of more structural genes involved in alveolarization.

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.

Towards the validation of "in silico" models and physicochemical filters to identify and characterize new chemical entities

Summary: Lipophilicity plays an important role in the determination and the comprehension of the pharmacokinetic behavior of drugs. It is usually expressed by the partition coefficient (log P) in the n-octanol/water system. The use of an additional solvent system (1,2-dichlorethane/water) is necessary to obtain complementary information, as the log Poct values alone are not sufficient to explain ail biological properties. The aim of this thesis is to develop tools allowing to predict lipophilicity of new drugs and to analyze the information yielded by those log P values. Part I presents the development of theoretical models used to predict lipophilicity. Chapter 2 shows the necessity to extend the existing solvatochromic analyses in order to predict correctly the lipophilicity of new and complex neutral compounds. In Chapter 3, solvatochromic analyses are used to develop a model for the prediction of the lipophilicity of ions. A global model was obtained allowing to estimate the lipophilicity of neutral, anionic and cationic solutes. Part II presents the detailed study of two physicochemical filters. Chapter 4 shows that the Discovery RP Amide C16 stationary phase allows to estimate lipophilicity of the neutral form of basic and acidic solutes, except of lipophilic acidic solutes. Those solutes present additional interactions with this particular stationary phase. In Chapter 5, 4 different IANI stationary phases are investigated. For neutral solutes, linear data are obtained whatever the IANI column used. For the ionized solutes, their retention is due to a balance of electrostatic and hydrophobie interactions. Thus no discrimination is observed between different series of solutes bearing the same charge, from one column to an other. Part III presents two examples illustrating the information obtained thanks to Structure-Properties Relationships (SPR). Comparing graphically lipophilicity values obtained in two different solvent systems allows to reveal the presence of intramolecular effects .such as internai H-bond (Chapter 6). SPR is used to study the partitioning of ionizable groups encountered in Medicinal Chemistry (Chapter7). Résumé La lipophilie joue un .rôle important dans la détermination et la compréhension du comportement pharmacocinétique des médicaments. Elle est généralement exprimée par le coefficient de partage (log P) d'un composé dans le système de solvants n-octanol/eau. L'utilisation d'un deuxième système de solvants (1,2-dichloroéthane/eau) s'est avérée nécessaire afin d'obtenir des informations complémentaires, les valeurs de log Poct seules n'étant pas suffisantes pour expliquer toutes les propriétés biologiques. Le but de cette thèse est de développer des outils permettant de prédire la lipophilie de nouveaux candidats médicaments et d'analyser l'information fournie par les valeurs de log P. La Partie I présente le développement de modèles théoriques utilisés pour prédire la lipophilie. Le chapitre 2 montre la nécessité de mettre à jour les analyses solvatochromiques existantes mais inadaptées à la prédiction de la lipophilie de nouveaux composés neutres. Dans le chapitre 3, la même méthodologie des analyses solvatochromiques est utilisée pour développer un modèle permettant de prédire la lipophilie des ions. Le modèle global obtenu permet la prédiction de la lipophilie de composés neutres, anioniques et cationiques. La Partie II présente l'étude approfondie de deux filtres physicochimiques. Le Chapitre 4 montre que la phase stationnaire Discovery RP Amide C16 permet la détermination de la lipophilie de la forme neutre de composés basiques et acides, à l'exception des acides très lipophiles. Ces derniers présentent des interactions supplémentaires avec cette phase stationnaire. Dans le Chapitre 5, 4 phases stationnaires IAM sont étudiées. Pour les composés neutres étudiés, des valeurs de rétention linéaires sont obtenues, quelque que soit la colonne IAM utilisée. Pour les composés ionisables, leur rétention est due à une balance entre des interactions électrostatiques et hydrophobes. Donc aucune discrimination n'est observée entre les différentes séries de composés portant la même charge d'une colonne à l'autre. La Partie III présente deux exemples illustrant les informations obtenues par l'utilisation des relations structures-propriétés. Comparer graphiquement la lipophilie mesurée dans deux différents systèmes de solvants permet de mettre en évidence la présence d'effets intramoléculaires tels que les liaisons hydrogène intramoléculaires (Chapitre 6). Cette approche des relations structures-propriétés est aussi appliquée à l'étude du partage de fonctions ionisables rencontrées en Chimie Thérapeutique (Chapitre 7) Résumé large public Pour exercer son effet thérapeutique, un médicament doit atteindre son site d'action en quantité suffisante. La quantité effective de médicament atteignant le site d'action dépend du nombre d'interactions entre le médicament et de nombreux constituants de l'organisme comme, par exemple, les enzymes du métabolisme ou les membranes biologiques. Le passage du médicament à travers ces membranes, appelé perméation, est un paramètre important à optimiser pour développer des médicaments plus puissants. La lipophilie joue un rôle clé dans la compréhension de la perméation passive des médicaments. La lipophilie est généralement exprimée par le coefficient de partage (log P) dans le système de solvants (non miscibles) n-octanol/eau. Les valeurs de log Poct seules se sont avérées insuffisantes pour expliquer la perméation à travers toutes les différentes membranes biologiques du corps humain. L'utilisation d'un système de solvants additionnel (le système 1,2-dichloroéthane/eau) a permis d'obtenir les informations complémentaires indispensables à une bonne compréhension du processus de perméation. Un grand nombre d'outils expérimentaux et théoriques sont à disposition pour étudier la lipophilie. Ce travail de thèse se focalise principalement sur le développement ou l'amélioration de certains de ces outils pour permettre leur application à un champ plus large de composés. Voici une brève description de deux de ces outils: 1)La factorisation de la lipophilie en fonction de certaines propriétés structurelles (telle que le volume) propres aux composés permet de développer des modèles théoriques utilisables pour la prédiction de la lipophilie de nouveaux composés ou médicaments. Cette approche est appliquée à l'analyse de la lipophilie de composés neutres ainsi qu'à la lipophilie de composés chargés. 2)La chromatographie liquide à haute pression sur phase inverse (RP-HPLC) est une méthode couramment utilisée pour la détermination expérimentale des valeurs de log Poct.

Nanoparticle reactivity toward dithiothreitol

Hazard determination of nanoparticles (NP) is challenging and should be based on a predictive and pragmatic tier approach. The biological effects of NP appear to be related not only to surface/size but also to their ability to generate free radicals/oxidants. We propose that the measurement of this property by acellular assays could be helpful for NP toxicity screening. This study investigated the effect of dispersing conditions on the oxidative capacity of a small selection of carbonaceous NP toward dithiothreitol (DTT). Increasing surfactant concentration decreased the DTT reactivity on these studied particles. Afterward, a panel of NP were studied under constant conditions. Classification of the NP panel based on their DTT reactivity was found to be dependent on the metric used (mass or surface) but not on the surfactant type. The DTT assay may be useful for an initial evaluation of the hazardousness of manufactured or unintentionally produced NP. However, the predictive potential of such a test towards biological effects still needs to be evaluated. [Authors]

Pharmacokinetic interaction between methotrexate and chloral hydrate.

We report the case of a drug interaction between methotrexate (MTX) and chloral hydrate (CH) observed in a child treated for acute leukemia. Significantly slower MTX clearance and increased MTX exposure occurred on the first three courses of a high-dose chemotherapy when co-administered with CH despite normal renal function, adequate hydration, and alkalinization. Mean MTX area under the curve associated with CH administration was 1,134 µmol hours/L, compared to 608 µmol hours/L after discontinuation of CH. This interaction possibly resulted from a competition between anionic CH metabolites and MTX for renal tubular excretion.

The Bacillus subtilis Gne (GneA, GalE) protein can catalyse UDP-glucose as well as UDP-N-acetylglucosamine 4-epimerisation.

Mutations in the Bacillus subtilis gene that affect the activity of the uridine diphosphate (UDP)-N-acetylglucosamine (GlcNAc) 4-epimerase (EC 5.1.3.7) were shown to map to galE, the structural gene of the UDP-glucose (Glc) 4-epimerase (EC 5.1.3.2). This genetic evidence that the same enzyme can catalyse the epimerisation of hexoses as well as of their N-acetylated forms is confirmed by in vitro assays with purified enzyme. It appears that in B. subtilis, Gne (GneA, GalE) is involved in two distinct and essential functions, i.e., cell detoxification under certain growth conditions and the biosynthesis of anionic cell wall polymers. We discuss the evidence that such enzymes capable of utilizing both UDP-hexoses and UDP-N-acetylhexosamines are present in other organisms.

Differentiation of blue ballpoint pen by positive and negative mode LDI-MS

Usually, the differentiation of inks on questioned documents is carried out by optical methods and thin layer chromatography (TLC). Therefore, spectrometric methods were also proposed in forensic literature for the analysis of dyes. Between these techniques, laser desorption/ionization mass spectrometry (LDI-MS) has demonstrated a great versatility thanks to its sensitivity to blue ballpoint ink dyes and minimal sample destruction. Previous researches concentrated mostly on the LDI-MS positive mode and have shown that this analytical tool offers higher discrimination power than high performance TLC (HPTLC) for the differentiation of blue ballpoint inks. Although LDI-MS negative mode has already been applied in numerous forensic domains like the studies of works of art, automotive paints or rollerball pens, its potential for the discrimination of ballpoint pens was never studied before. The aim of the present paper is therefore to evaluate its potential for the discrimination of blue ballpoint inks. After optimization of the method, ink entries from 33 blue ballpoint pens were analyzed directly on paper in both positive and negative modes by LDI-MS. Several cationic and anionic ink components were identified in inks; therefore, pens were classified and compared according to their formulations. Results show that additional information provided by anionic dyes and pigments significantly increases the discrimination power of positive mode. In fact, it was demonstrated that classifications obtained by the two modes were, to some extent, complementary (i.e., inks with specific cationic dyes not necessarily contained the same anionic components).

Electron cryo-microscopy reveals mechanism of action of propranolol on artificial membranes.

The pharmacological activity of several amphiphilic drugs is often related to their ability to interact with biological membranes. Propranolol is an efficient multidrug resistance (MDR) modulator; it is a nonselective beta-blocker and is thought to reduce hypertension by decreasing the cardiac frequency and thus blood pressure. It is used in drug delivery studies in order to treat systemic hypertension. We are interested in the interaction of propranolol with artificial membranes, as liposomes of controllable size are used as biocompatible and protective structures to encapsulate labile molecules, such as proteins, nucleic acids or drugs, for pharmaceutical, cosmetic or chemical applications. We present here a study of the interaction of propranolol, a cationic surfactant, with pure egg phosphatidylcholine (EPC) vesicles. The gradual transition from liposome to micelle of EPC vesicles in the presence of propranolol was monitored by time-resolved electron cryo-microscopy (cryo-EM) under different experimental conditions. The liposome-drug interaction was studied with varying drug/lipid (D/L) ratios and different stages were captured by direct thin-film vitrification. The time-series cryo-EM data clearly illustrate the mechanism of action of propranolol on the liposome structure: the drug disrupts the lipid bilayer by perturbing the local organization of the phospholipids. This is followed by the formation of thread-like micelles, also called worm-like micelles (WLM), and ends with the formation of spherical (globular) micelles. The overall reaction is slow, with the process taking almost two hours to be completed. The effect of a monovalent salt was also investigated by repeating the lipid-surfactant interaction experiments in the presence of KCl as an additive to the lipid/drug suspension. When KCl was added in the presence of propranolol the overall reaction was the same but with slower kinetics, suggesting that this monovalent salt affects the general lipid-to-micelle transition by stabilizing the membrane, presumably by binding to the carbonyl chains of the phosphatidylcholine.