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

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

Bacterial community structure of a pesticide-contaminated site and assessment of changes induced in community structure during bioremediation.

The introduction of culture-independent molecular screening techniques, especially based on 16S rRNA gene sequences, has allowed microbiologists to examine a facet of microbial diversity not necessarily reflected by the results of culturing studies. The bacterial community structure was studied for a pesticide-contaminated site that was subsequently remediated using an efficient degradative strain Arthrobacter protophormiae RKJ100. The efficiency of the bioremediation process was assessed by monitoring the depletion of the pollutant, and the effect of addition of an exogenous strain on the existing soil community structure was determined using molecular techniques. The 16S rRNA gene pool amplified from the soil metagenome was cloned and restriction fragment length polymorphism studies revealed 46 different phylotypes on the basis of similar banding patterns. Sequencing of representative clones of each phylotype showed that the community structure of the pesticide-contaminated soil was mainly constituted by Proteobacteria and Actinomycetes. Terminal restriction fragment length polymorphism analysis showed only nonsignificant changes in community structure during the process of bioremediation. Immobilized cells of strain RKJ100 enhanced pollutant degradation but seemed to have no detectable effects on the existing bacterial community structure.

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.

Anatomy of contaminated aquifers of an industrial site: insights from the stable isotope compositions of waters and dissolved inorganic carbon

The hydrogen and oxygen isotopes of water and the carbon isotope composition of dissolved inorganic carbon (DIC) from different aquifers at an industrial site, highly contaminated by organic pollutants representing residues of the former gas production, have been used as natural tracers to characterize the hydrologic system. On the basis of their stable isotope compositions as well as the seasonal variations, different groups of waters (precipitation, surface waters, groundwaters and mineral waters) as well as seasonably variable processes of mixing between these waters can clearly be distinguished. In addition, reservoir effects and infiltration rates can be estimated. In the northern part of the site an influence of uprising mineral waters within the Quaternary aquifers, presumably along a fault zone, can be recognized. Marginal infiltration from the Neckar River in the cast and surface water infiltration adjacent to a steep hill on the western edge of the site with an infiltration rate of about one month can also be resolved through the seasonal variation. Quaternary aquifers closer to the centre of the site show no seasonal variations, except for one borehole close to a former mill channel and another borehole adjacent to a rain water channel. Distinct carbon isotope compositions and concentrations of DIC for these different groups of waters reflect variable influence of different components of the natural carbon cycle: dissolution of marine carbonates in the mineral waters, biogenic, soil-derived CO2 in ground- and surface waters, as well as additional influence of atmospheric CO2 for the surface waters. Many Quaternary aquifer waters have, however, distinctly lower delta(13)C(DIC) values and higher DIC concentrations compared to those expected for natural waters. Given the location of contaminated groundwaters at this site but also in the industrially well-developed valley outside of this site, the most likely source for the low C-13(DIC) values is a biodegradation of anthropogenic organic substances, in particular the tar oils at the site.

Binding of ²³⁹Pu and ⁹⁰Sr to organic colloids in soil solutions: evidence from a field experiment.

Colloidal transport has been shown to enhance the migration of plutonium in groundwater downstream from contaminated sites, but little is known about the adsorption of ⁹⁰Sr and plutonium onto colloids in the soil solution of natural soils. We sampled soil solutions using suction cups, and separated colloids using ultrafiltration to determine the distribution of ²³⁹Pu and ⁹⁰Sr between the truly dissolved fraction and the colloidal fraction of the solutions of three Alpine soils contaminated only by global fallout from the nuclear weapon tests. Plutonium was essentially found in the colloidal fraction (>80%) and probably associated with organic matter. A significant amount of colloidal ⁹⁰Sr was detected in organic-rich soil solutions. Our results suggest that binding to organic colloids in the soil solutions plays a key role with respect to the mobility of plutonium in natural alpine soils and, to a lesser extent, to the mobility of ⁹⁰Sr.

Geostatistical determination of heavy-metal distribution in a contaminated site - A case study

A two stage sampling strategy is necessary in order to optimize the study of distribution of pollution in soils and groundwater. First, detailed sampling from a limited area coupled with statistical analysis of the data are used to determine the microvariability of the parameter(s). The results from this detailed analysis are then used to calculate the optimal spacing between samples for the larger scale study. This two stage sampling strategy can result in significant financial savings during subsequent soil or groundwater remediation. This combined sampling and statistical analysis approach is illustrated with an example from a heavy metal contaminated site.

Advanced geostatistical and machine-learning models for spatial data analysis of radioactively contaminated regions

Radioactive soil-contamination mapping and risk assessment is a vital issue for decision makers. Traditional approaches for mapping the spatial concentration of radionuclides employ various regression-based models, which usually provide a single-value prediction realization accompanied (in some cases) by estimation error. Such approaches do not provide the capability for rigorous uncertainty quantification or probabilistic mapping. Machine learning is a recent and fast-developing approach based on learning patterns and information from data. Artificial neural networks for prediction mapping have been especially powerful in combination with spatial statistics. A data-driven approach provides the opportunity to integrate additional relevant information about spatial phenomena into a prediction model for more accurate spatial estimates and associated uncertainty. Machine-learning algorithms can also be used for a wider spectrum of problems than before: classification, probability density estimation, and so forth. Stochastic simulations are used to model spatial variability and uncertainty. Unlike regression models, they provide multiple realizations of a particular spatial pattern that allow uncertainty and risk quantification. This paper reviews the most recent methods of spatial data analysis, prediction, and risk mapping, based on machine learning and stochastic simulations in comparison with more traditional regression models. The radioactive fallout from the Chernobyl Nuclear Power Plant accident is used to illustrate the application of the models for prediction and classification problems. This fallout is a unique case study that provides the challenging task of analyzing huge amounts of data ('hard' direct measurements, as well as supplementary information and expert estimates) and solving particular decision-oriented problems.

Enhanced biodegradation of hexachlorocyclohexane (HCH) in contaminated soils via inoculation with Sphingobium indicum B90A.

Soil pollution with hexachlorocyclohexane (HCH) has caused serious environmental problems. Here we describe the targeted degradation of all HCH isomers by applying the aerobic bacterium Sphingobium indicum B90A. In particular, we examined possibilities for large-scale cultivation of strain B90A, tested immobilization, storage and inoculation procedures, and determined the survival and HCH-degradation activity of inoculated cells in soil. Optimal growth of strain B90A was achieved in glucose-containing mineral medium and up to 65% culturability could be maintained after 60 days storage at 30 degrees C by mixing cells with sterile dry corncob powder. B90A biomass produced in water supplemented with sugarcane molasses and immobilized on corncob powder retained 15-20% culturability after 30 days storage at 30 degrees C, whereas full culturability was maintained when cells were stored frozen at -20 degrees C. On the contrary, cells stored on corncob degraded gamma-HCH faster than those that had been stored frozen, with between 15 and 85% of gamma-HCH disappearance in microcosms within 20 h at 30 degrees C. Soil microcosm tests at 25 degrees C confirmed complete mineralization of [(14)C]-gamma-HCH by corncob-immobilized strain B90A. Experiments conducted in small pits and at an HCH-contaminated agricultural site resulted in between 85 and 95% HCH degradation by strain B90A applied via corncob, depending on the type of HCH isomer and even at residual HCH concentrations. Up to 20% of the inoculated B90A cells survived under field conditions after 8 days and could be traced among other soil microorganisms by a combination of natural antibiotic resistance properties, unique pigmentation and PCR amplification of the linA genes. Neither the addition of corncob nor of corncob immobilized B90A did measurably change the microbial community structure as determined by T-RFLP analysis. Overall, these results indicate that on-site aerobic bioremediation of HCH exploiting the biodegradation activity of S. indicum B90A cells stored on corncob powder is a promising technology.

Genome-wide analysis of Sphingomonas wittichii RW1 behaviour during inoculation and growth in contaminated sand.

The efficacy of inoculation of single pure bacterial cultures into complex microbiomes, for example, in order to achieve increased pollutant degradation rates in contaminated material (that is, bioaugmentation), has been frustrated by insufficient knowledge on the behaviour of the inoculated bacteria under the specific abiotic and biotic boundary conditions. Here we present a comprehensive analysis of genome-wide gene expression of the bacterium Sphingomonas wittichii RW1 in contaminated non-sterile sand, compared with regular suspended batch growth in liquid culture. RW1 is a well-known bacterium capable of mineralizing dibenzodioxins and dibenzofurans. We tested the reactions of the cells both during the immediate transition phase from liquid culture to sand with or without dibenzofuran, as well as during growth and stationary phase in sand. Cells during transition show stationary phase characteristics, evidence for stress and for nutrient scavenging, and adjust their primary metabolism if they were not precultured on the same contaminant as found in the soil. Cells growing and surviving in sand degrade dibenzofuran but display a very different transcriptome signature as in liquid or in liquid culture exposed to chemicals inducing drought stress, and we obtain evidence for numerous 'soil-specific' expressed genes. Studies focusing on inoculation efficacy should test behaviour under conditions as closely as possible mimicking the intended microbiome conditions.

Robust Nonlinear Mapping of Soil Contamination Using Support Regression

Spatial data analysis mapping and visualization is of great importance in various fields: environment, pollution, natural hazards and risks, epidemiology, spatial econometrics, etc. A basic task of spatial mapping is to make predictions based on some empirical data (measurements). A number of state-of-the-art methods can be used for the task: deterministic interpolations, methods of geostatistics: the family of kriging estimators (Deutsch and Journel, 1997), machine learning algorithms such as artificial neural networks (ANN) of different architectures, hybrid ANN-geostatistics models (Kanevski and Maignan, 2004; Kanevski et al., 1996), etc. All the methods mentioned above can be used for solving the problem of spatial data mapping. Environmental empirical data are always contaminated/corrupted by noise, and often with noise of unknown nature. That's one of the reasons why deterministic models can be inconsistent, since they treat the measurements as values of some unknown function that should be interpolated. Kriging estimators treat the measurements as the realization of some spatial randomn process. To obtain the estimation with kriging one has to model the spatial structure of the data: spatial correlation function or (semi-)variogram. This task can be complicated if there is not sufficient number of measurements and variogram is sensitive to outliers and extremes. ANN is a powerful tool, but it also suffers from the number of reasons. of a special type ? multiplayer perceptrons ? are often used as a detrending tool in hybrid (ANN+geostatistics) models (Kanevski and Maignank, 2004). Therefore, development and adaptation of the method that would be nonlinear and robust to noise in measurements, would deal with the small empirical datasets and which has solid mathematical background is of great importance. The present paper deals with such model, based on Statistical Learning Theory (SLT) - Support Vector Regression. SLT is a general mathematical framework devoted to the problem of estimation of the dependencies from empirical data (Hastie et al, 2004; Vapnik, 1998). SLT models for classification - Support Vector Machines - have shown good results on different machine learning tasks. The results of SVM classification of spatial data are also promising (Kanevski et al, 2002). The properties of SVM for regression - Support Vector Regression (SVR) are less studied. First results of the application of SVR for spatial mapping of physical quantities were obtained by the authorsin for mapping of medium porosity (Kanevski et al, 1999), and for mapping of radioactively contaminated territories (Kanevski and Canu, 2000). The present paper is devoted to further understanding of the properties of SVR model for spatial data analysis and mapping. Detailed description of the SVR theory can be found in (Cristianini and Shawe-Taylor, 2000; Smola, 1996) and basic equations for the nonlinear modeling are given in section 2. Section 3 discusses the application of SVR for spatial data mapping on the real case study - soil pollution by Cs137 radionuclide. Section 4 discusses the properties of the modelapplied to noised data or data with outliers.

Getting the most sulfate from soil: Regulation of sulfate uptake transporters in Arabidopsis.

Sulfur (S) is an essential macronutrient for all living organisms. Plants require large amounts of sulfate for growth and development, and this serves as a major entry point of sulfate into the food web. Plants acquire S in its ionic form from the soil; they have evolved tightly controlled mechanisms for the regulation of sulfate uptake in response to its external and internal availability. In the model plant Arabidopsis thaliana, the first key step in sulfate uptake is presumed to be carried out exclusively by only two high-affinity sulfate transporters: SULTR1;1 and SULTR1;2. A better understanding of the mode of regulation for these two transporters is crucial because they constitute the first determinative step in balancing sulfate in respect to its supply and demand. Here, we review the recent progress achieved in our comprehension of (i) mechanisms that regulate these two high-affinity sulfate transporters at the transcriptional and post-transcriptional levels, and (ii) their structure-function relationship. Such progress is important to enable biotechnological and agronomic strategies aimed at enhancing sulfate uptake and improving crop yield in S-deficient soils.

Fungi, bacteria and soil pH: the oxalate-carbonate pathway as a model for metabolic interaction

The oxalatecarbonate pathway involves the oxidation of calcium oxalate to low-magnesium calcite and represents a potential long-term terrestrial sink for atmospheric CO2. In this pathway, bacterial oxalate degradation is associated with a strong local alkalinization and subsequent carbonate precipitation. In order to test whether this process occurs in soil, the role of bacteria, fungi and calcium oxalate amendments was studied using microcosms. In a model system with sterile soil amended with laboratory cultures of oxalotrophic bacteria and fungi, the addition of calcium oxalate induced a distinct pH shift and led to the final precipitation of calcite. However, the simultaneous presence of bacteria and fungi was essential to drive this pH shift. Growth of both oxalotrophic bacteria and fungi was confirmed by qPCR on the frc (oxalotrophic bacteria) and 16S rRNA genes, and the quantification of ergosterol (active fungal biomass) respectively. The experiment was replicated in microcosms with non-sterilized soil. In this case, the bacterial and fungal contribution to oxalate degradation was evaluated by treatments with specific biocides (cycloheximide and bronopol). Results showed that the autochthonous microflora oxidized calcium oxalate and induced a significant soil alkalinization. Moreover, data confirmed the results from the model soil showing that bacteria are essentially responsible for the pH shift, but require the presence of fungi for their oxalotrophic activity. The combined results highlight that the interaction between bacteria and fungi is essential to drive metabolic processes in complex environments such as soil.

3D geoelectrical monitoring to follow hydric soil behaviour during rainfall

RESUME Durant les dernières années, les méthodes électriques ont souvent été utilisées pour l'investigation des structures de subsurface. L'imagerie électrique (Electrical Resistivity Tomography, ERT) est une technique de prospection non-invasive et spatialement intégrée. La méthode ERT a subi des améliorations significatives avec le développement de nouveaux algorithmes d'inversion et le perfectionnement des techniques d'acquisition. La technologie multicanale et les ordinateurs de dernière génération permettent la collecte et le traitement de données en quelques heures. Les domaines d'application sont nombreux et divers: géologie et hydrogéologie, génie civil et géotechnique, archéologie et études environnementales. En particulier, les méthodes électriques sont souvent employées dans l'étude hydrologique de la zone vadose. Le but de ce travail est le développement d'un système de monitorage 3D automatique, non- invasif, fiable, peu coûteux, basé sur une technique multicanale et approprié pour suivre les variations de résistivité électrique dans le sous-sol lors d'événements pluvieux. En raison des limitations techniques et afin d'éviter toute perturbation physique dans la subsurface, ce dispositif de mesure emploie une installation non-conventionnelle, où toutes les électrodes de courant sont placées au bord de la zone d'étude. Le dispositif le plus approprié pour suivre les variations verticales et latérales de la résistivité électrique à partir d'une installation permanente a été choisi à l'aide de modélisations numériques. Les résultats démontrent que le dispositif pôle-dipôle offre une meilleure résolution que le dispositif pôle-pôle et plus apte à détecter les variations latérales et verticales de la résistivité électrique, et cela malgré la configuration non-conventionnelle des électrodes. Pour tester l'efficacité du système proposé, des données de terrain ont été collectées sur un site d'étude expérimental. La technique de monitorage utilisée permet de suivre le processus d'infiltration 3D pendant des événements pluvieux. Une bonne corrélation est observée entre les résultats de modélisation numérique et les données de terrain, confirmant par ailleurs que le dispositif pôle-dipôle offre une meilleure résolution que le dispositif pôle-pôle. La nouvelle technique de monitorage 3D de résistivité électrique permet de caractériser les zones d'écoulement préférentiel et de caractériser le rôle de la lithologie et de la pédologie de manière quantitative dans les processus hydrologiques responsables d'écoulement de crue. ABSTRACT During the last years, electrical methods were often used for the investigation of subsurface structures. Electrical resistivity tomography (ERT) has been reported to be a useful non-invasive and spatially integrative prospecting technique. The ERT method provides significant improvements, with the developments of new inversion algorithms, and the increasing efficiency of data collection techniques. Multichannel technology and powerful computers allow collecting and processing resistivity data within few hours. Application domains are numerous and varied: geology and hydrogeology, civil engineering and geotechnics, archaeology and environmental studies. In particular, electrical methods are commonly used in hydrological studies of the vadose zone. The aim of this study was to develop a multichannel, automatic, non-invasive, reliable and inexpensive 3D monitoring system designed to follow electrical resistivity variations in soil during rainfall. Because of technical limitations and in order to not disturb the subsurface, the proposed measurement device uses a non-conventional electrode set-up, where all the current electrodes are located near the edges of the survey grid. Using numerical modelling, the most appropriate arrays were selected to detect vertical and lateral variations of the electrical resistivity in the framework of a permanent surveying installation system. The results show that a pole-dipole array has a better resolution than a pole-pole array and can successfully follow vertical and lateral resistivity variations despite the non-conventional electrode configuration used. Field data are then collected at a test site to assess the efficiency of the proposed monitoring technique. The system allows following the 3D infiltration processes during a rainfall event. A good correlation between the results of numerical modelling and field data results can be observed since the field pole-dipole data give a better resolution image than the pole-pole data. The new device and technique makes it possible to better characterize the zones of preferential flow and to quantify the role of lithology and pedology in flood- generating hydrological processes.

Derivation of soil-specific streaming potential electrical parameters from hydrodynamic characteristics of partially saturated soils

Water movement in unsaturated soils gives rise to measurable electrical potential differences that are related to the flow direction and volumetric fluxes, as well as to the soil properties themselves. Laboratory and field data suggest that these so-called streaming potentials may be several orders of magnitudes larger than theoretical predictions that only consider the influence of the relative permeability and electrical conductivity on the self potential (SP) data. Recent work has improved predictions somewhat by considering how the volumetric excess charge in the pore space scales with the inverse of water saturation. We present a new theoretical approach that uses the flux-averaged excess charge, not the volumetric excess charge, to predict streaming potentials. We present relationships for how this effective excess charge varies with water saturation for typical soil properties using either the water retention or the relative permeability function. We find large differences between soil types and the predictions based on the relative permeability function display the best agreement with field data. The new relationships better explain laboratory data than previous work and allow us to predict the recorded magnitudes of the streaming potentials following a rainfall event in sandy loam, whereas previous models predict values that are three orders of magnitude too small. We suggest that the strong signals in unsaturated media can be used to gain information about fluxes (including very small ones related to film flow), but also to constrain the relative permeability function, the water retention curve, and the relative electrical conductivity function.