Laser-ultraviolet-A induced ultra weak photon emission in human skin cells: A biophotonic comparison between keratinocytes and fibroblasts.

Photons participate in many atomic and molecular interactions and processes. Recent biophysical research has discovered an ultraweak radiation in biological tissues. It is now recognized that plants, animal and human cells emit this very weak biophotonic emission which can be readily measured with a sensitive photomultiplier system. UVA laser induced biophotonic emission of cultured cells was used in this report with the intention to detect biophysical changes between young and adult fibroblasts as well as between fibroblasts and keratinocytes. With suspension densities ranging from 1-8 x 106 cells/ml, it was evident that an increase of the UVA-laser-light induced photon emission intensity could be observed in young as well as adult fibroblastic cells. By the use of this method to determine ultraweak light emission, photons in cell suspensions in low volumes (100 microl) could be detected, in contrast to previous procedures using quantities up to 10 ml. Moreover, the analysis has been further refined by turning off the photomultiplier system electronically during irradiation leading to the first measurements of induced light emission in the cells after less than 10 micros instead of more than 100 milliseconds. These significant changes lead to an improvement factor up to 106 in comparison to classical detection procedures. In addition, different skin cells as fibroblasts and keratinocytes stemming from the same donor were measured using this new highly sensitive method in order to find new biophysical insight of light pathways. This is important in view to develop new strategies in biophotonics especially for use in alternative therapies.

Laser-Ultraviolet-A induced ultra weak photon emission in human skin cells: A biophotonic comparison between keratinocytes and fibroblasts

Photons participate in many atomic and molecular interactions and processes. Recent biophysical research has discovered an ultraweak radiation in biological tissues. It is now recognized that plants, animal and human cells emit this very weak biophotonic emission which can be readily measured with a sensitive photomultiplier system. UVA laser induced biophotonic emission of cultured cells was used in this report with the intention to detect biophysical changes between young and adult fibroblasts as well as between fibroblasts and keratinocytes. With suspension densities ranging from 1-8x106 cells/ml, it was evident that an increase of the UVA-laser-light induced photon emission intensity could be observed in young as well as adult fibroblastic cells. By the use of this method to determine ultraweak light emission, photons in cell suspensions in low volumes (100 mu l) could be detected, in contrast to previous procedures using quantities up to 10 ml. Moreover, the analysis has been further refined by turning off the photomultiplier system electronically during irradiation leading to the first measurements of induced light emission in the cells after less than 10 mu s instead of more than 100 milliseconds. These significant changes lead to an improvement factor up to 106 in comparison to classical detection procedures. In addition, different skin cells as fibroblasts and keratinocytes stemining from the same donor were measured using this new highly sensitive method in order to find new biophysical insight of light pathways. This is important in view to develop new strategies in biophotonics especially for use in alternative therapies.

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.

Effect of groundwater composition on arsenic detection by bacterial biosensors.

A luminescent bacterial biosensor was used to quantify bioavailable arsenic in artificial groundwater. Its light production above the background emission was proportional to the arsenite concentration in the toxicologically relevant range of 0 to 0.5 mu M. Effects of the inorganic solutes phosphate, Fe(II) and silicate on the biosensor signal were studied. Phosphate at a concentration of 0.25 g L-1 phosphate slightly stimulated the light emission, but much less than toxicologically relevant concentrations of the much stronger inducer arsenite. No effect of phosphate was oberved in the presence of arsenite. Freshly prepared sodium silicate solution at a concentration of 10 g L-1 Si reduced the arsenite-induced light production by roughly 37%, which can be explained by transient polymerization leading to sequestration of some arsenic. After three days of incubation, silicate did not have this effect anymore, probably because depolymerization occurred. In the presence of 0.4 g L-1 Fe(II), the arsenite-induced light emission was reduced by up to 90%, probably due to iron oxidation followed by arsenite adsorption on the less soluble Fe(III) possibly along with some oxidation to the stronger adsorbing As(V). Addition of 100 mu M EDTA was capable of releasing all arsenic from the precipitate and to transform it into the biologically measurable, dissolved state. The biosensor also proved valuable for monitoring the effectiveness of an arsenic removal procedure based on water filtration through a mixture of sand and iron granules.

Improvement of the specificity of cancer detection by autofluorescence imaging in the tracheo-bronchial tree using backscattered violet light.

BACKGROUND: Autofluorescence bronchoscopy (AFB) is a highly sensitive tool for the detection of early bronchial cancers. However, its specificity remains limited due to primarily false positive results induced by hyperplasia, metaplasia and inflammation. We have investigated the potential of blue-violet backscattered light to eliminate false positive results during AFB in a clinical pilot study. METHODS: The diagnostic autofluorescence endoscopy (DAFE) system was equipped with a variable band pass filter in the imaging detection path. The backscattering properties of normal and abnormal bronchial mucosae were assessed by computing the contrast between the two tissue types for blue-violet wavelengths ranging between 410 and 490 nm in 12 patients undergoing routine DAFE examination. In a second study including 6 patients we used a variable long pass (LP) filter to determine the spectral design of the emission filter dedicated to the detection of this blue-violet light with the DAFE system. RESULTS: (Pre-)neoplastic mucosa showed a clear wavelength dependence of the backscattering properties of blue-violet light while the reflectivity of normal, metaplastic and hyperplastic autofluorescence positive mucosa was wavelength independent. CONCLUSIONS: Our results showed that the detection of blue-violet light has the potential to reduce the number of false positive results in AFB. In addition we determined the spectral design of the emission filter dedicated to the detection of this blue-violet light with the DAFE system.

Ultraweak photon emission in assessing bone growth factor efficiency using fibroblastic differentiation.

Photons participate in many atomic and molecular interactions and changes. Recent biophysical research has shown the induction of ultraweak photons in biological tissue. It is now established that plants, animal and human cells emit a very weak radiation which can be readily detected with an appropriate photomultiplier system. Although the emission is extremely low in mammalian cells, it can be efficiently induced by ultraviolet light. In our studies, we used the differentiation system of human skin fibroblasts from a patient with Xeroderma Pigmentosum of complementation group A in order to test the growth stimulation efficiency of various bone growth factors at concentrations as low as 5 ng/ml of cell culture medium. In additional experiments, the cells were irradiated with a moderate fluence of ultraviolet A. The different batches of growth factors showed various proliferation of skin fibroblasts in culture which could be correlated with the ultraweak photon emission. The growth factors reduced the acceleration of the fibroblast differentiation induced by mitomycin C by a factor of 10-30%. In view that fibroblasts play an essential role in skin aging and wound healing, the fibroblast differentiation system is a very useful tool in order to elucidate the efficacy of growth factors.

Retinal damage induced by commercial light emitting diodes (LEDs).

Spectra of "white LEDs" are characterized by an intense emission in the blue region of the visible spectrum, absent in daylight spectra. This blue component and the high intensity of emission are the main sources of concern about the health risks of LEDs with respect to their toxicity to the eye and the retina. The aim of our study was to elucidate the role of blue light from LEDs in retinal damage. Commercially available white LEDs and four different blue LEDs (507, 473, 467, and 449nm) were used for exposure experiments on Wistar rats. Immunohistochemical stain, transmission electron microscopy, and Western blot were used to exam the retinas. We evaluated LED-induced retinal cell damage by studying oxidative stress, stress response pathways, and the identification of cell death pathways. LED light caused a state of suffering of the retina with oxidative damage and retinal injury. We observed a loss of photoreceptors and the activation of caspase-independent apoptosis, necroptosis, and necrosis. A wavelength dependence of the effects was observed. Phototoxicity of LEDs on the retina is characterized by a strong damage of photoreceptors and by the induction of necrosis.

Olfactory traces and spatial learning in rats.

We conducted an experiment to assess the use of olfactory traces for spatial orientation in an open environment in rats, Rattus norvegicus. We trained rats to locate a food source at a fixed location from different starting points, in the presence or absence of visual information. A single food source was hidden in an array of 19 petri dishes regularly arranged in an open-field arena. Rats were trained to locate the food source either in white light (with full access to distant visuospatial information) or in darkness (without any visual information). In both cases, the goal was in a fixed location relative to the spatial frame of reference. The results of this experiment revealed that the presence of noncontrolled olfactory traces coherent with the spatial frame of reference enables rats to locate a unique position as accurately in darkness as with full access to visuospatial information. We hypothesize that the olfactory traces complement the use of other orientation mechanisms, such as path integration or the reliance on visuospatial information. This experiment demonstrates that rats can rely on olfactory traces for accurate orientation, and raises questions about the establishment of such traces in the absence of any other orientation mechanism. Copyright 1998 The Association for the Study of Animal Behaviour.

Differential effect of long versus short wavelength light exposure on pupillary re-dilation in patients with outer retinal disease.

BACKGROUND: In patients with outer retinal degeneration, a differential pupil response to long wavelength (red) versus short wavelength (blue) light stimulation has been previously observed. The goal of this study was to quantify differences in the pupillary re-dilation following exposure to red versus blue light in patients with outer retinal disease and compare them with patients with optic neuropathy and with healthy subjects. DESIGN: Prospective comparative cohort study. PARTICIPANTS: Twenty-three patients with outer retinal disease, 13 patients with optic neuropathy and 14 normal subjects. METHODS: Subjects were tested using continuous red and blue light stimulation at three intensities (1, 10 and 100 cd/m2) for 13 s per intensity. Pupillary re-dilation dynamics following the brightest intensity was analysed and compared between the three groups. MAIN OUTCOME MEASURES: The parameters of pupil re-dilation used in this study were: time to recover 90% of baseline size; mean pupil size at early and late phases of re-dilation; and differential re-dilation time for blue versus red light. RESULTS: Patients with outer retinal disease showed a pupil that tended to stay smaller after light termination and thus had a longer time to recovery. The differential re-dilation time was significantly greater in patients with outer retinal disease (median = 28.0 s, P < 0.0001) compared with controls and patients with optic neuropathy. CONCLUSIONS: A differential response of pupil re-dilation following red versus blue light stimulation is present in patients with outer retinal disease but is not found in normal eyes or among patients with visual loss from optic neuropathy.

Ant genomics sheds light on the molecular regulation of social organization.

Ants are powerful model systems for the study of cooperation and sociality. In this review, we discuss how recent advances in ant genomics have contributed to our understanding of the evolution and organization of insect societies at the molecular level.

PKS2: A link between phototropin signalling and auxin transport - a study on how plants sense and respond to light.

The blue light photoreceptors phototropins (phot1 and phot2 in Arabidopsis thaliana (L.)) carry out various light responses of great adaptive value that optimize plant growth. These processes include phototropism (the bending of an organ induced by unequal light distribution), chloroplast movements, stomatal opening, leaf flattening and solar tracking. The biochemical pathways controlling these important blue light responses are just starting to be elucidated. The PHYTOCHROME KINASE SUBSTRATE (PKS1-4) proteins - the subject of this research - have recently been identified as novel phototropism signalling components. PKS1 (the founding member of this family) interacts in a same complex in vivo with phot1 and the important phot1 signalling element NON-PHOTOTROPIC HYPOCOTYL 3 (NPH3). This suggested that the PKS may act as early components of phot signalling. This work further investigates the role of this protein family during phototropin signalling Genetic experiments clearly showed that the PKS do not control chloroplast movements or stomatal opening. However, PKS2 plays a critical role with NPH3 during leaf flattening and solar tracking. Epistasis data indicated that both proteins act in phot1 and phot2 pathways, which is consistent with their in vivo interaction with both phototropins. Because phototropism, leaf flattening and solar tracking are developmental processes regulated by the hormone auxin, the role of PKS2 and NPH3 during auxin homeostasis was also investigated. Interestingly, PKS2 loss-of-function restores leaf flattening in the auxin transporter mutant aux1. Moreover, PKS2 and NPH3 are found in a same complex with AUX1 in vivo. Taken together, these results suggest that PKS2 may act with NPH3 as a connecting point between phot signalling and auxin transport. Further experiments were performed to explore the molecular mode of action of PKS2 and NPH3 in this process. The significance of these results is discussed.

Gas emission during laparoscopic colorectal surgery using a bipolar vessel sealing device: A pilot study on four patients.

BACKGROUND: Dissection during laparoscopic surgery produces smoke containing potentially toxic substances. The aim of the present study was to analyze smoke samples produced during laparoscopic colon surgery using a bipolar vessel sealing device (LigaSuretrade mark). METHODS: Four consecutive patients undergoing left-sided colectomy were enrolled in this pilot study. Smoke was produced by the use of LigaSuretrade mark. Samples (5,5l) were evacuated from the pneumoperitoneum in a closed system into a reservoir. Analysis was performed with CO2-laser-based photoacoustic spectroscopy and confirmed by a Fourier-transform infrared spectrum. The detected spectra were compared to the available spectra of known toxins. RESULTS: Samples from four laparoscopic sigmoid resections were analyzed. No relevant differences were noted regarding patient and operation characteristics. The gas samples were stable over time proven by congruent control measurements as late as 24 h after sampling. The absorption spectra differed considerably between the patients. One broad absorption line at 100 ppm indicating H2O and several unknown molecules were detected. With a sensitivity of alpha min ca 10-5 cm-1 no known toxic substances like phenol or indole were identified. CONCLUSION: The use of a vessel sealing device during laparoscopic surgery does not produce known toxic substances in relevant quantity. Further studies are needed to identify unknown molecules and to analyze gas emission under various conditions.

Phytochrome interacting factors 4 and 5 control seedling growth in changing light conditions by directly controlling auxin signaling.

Plant growth is strongly influenced by the presence of neighbors that compete for light resources. In response to vegetational shading shade-intolerant plants such as Arabidopsis display a suite of developmental responses known as the shade-avoidance syndrome (SAS). The phytochrome B (phyB) photoreceptor is the major light sensor to mediate this adaptive response. Control of the SAS occurs in part with phyB, which controls protein abundance of phytochrome-interacting factors 4 and 5 (PIF4 and PIF5) directly. The shade-avoidance response also requires rapid biosynthesis of auxin and its transport to promote elongation growth. The identification of genome-wide PIF5-binding sites during shade avoidance revealed that this bHLH transcription factor regulates the expression of a subset of previously identified SAS genes. Moreover our study suggests that PIF4 and PIF5 regulate elongation growth by controlling directly the expression of genes that code for auxin biosynthesis and auxin signaling components.