A double layer model of the gas bubble/water interface

Zeta potential is a physico-chemical parameter of particular importance to describe sorption of contaminants at the surface of gas bubbles. Nevertheless, the interpretation of electrophoretic mobilities of gas bubbles is complex. This is due to the specific behavior of the gas at interface and to the excess of electrical charge at interface, which is responsible for surface conductivity. We developed a surface complexation model based on the presence of negative surface sites because the balance of accepting and donating hydrogen bonds is broken at interface. By considering protons adsorbed on these sites followed by a diffuse layer, the electrical potential at the head-end of the diffuse layer is computed and considered to be equal to the zeta potential. The predicted zeta potential values are in very good agreement with the experimental data of H-2 bubbles for a broad range of pH and NaCl concentrations. This implies that the shear plane is located at the head-end of the diffuse layer, contradicting the assumption of the presence of a stagnant diffuse layer at the gas/water interface. Our model also successfully predicts the surface tension of air bubbles in a KCl solution. (c) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

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.

Transcutaneous carbon dioxide and oxygen tension in newborn infants: reliability of a combined monitor of oxygen tension and carbon dioxide tension.

We evaluated a new combined sensor for monitoring transcutaneous carbon dioxide tension (PtcCO2) and oxygen tension (PtcO2) in 20 critically ill newborn infants. Arterial oxygen tension (PaO2) ranged from 16 to 126 torr and arterial carbon dioxide tension (PaCO2) from 14 to 72 torr. Linear correlation analysis (100 paired values) of PtcO2 versus PaO2 showed an r value of 0.75 with a regression equation of PtcO2 = 8.59 + 0.905 (PaO2), while PtcCO2 versus PaCO2 revealed a correlation coefficient of r = 0.89 with an equation of PtcCO2 = 2.53 + 1.06 (PaCO2). The bias between PaO2 and PtcO2 was -2.8 with a precision of +/- 16.0 torr (range, -87 to +48 torr). The bias between PaCO2 and PtcCO2 was -5.1 with a precision of +/- 7.3 torr (range, -34 to +8 torr). The transcutaneous sensor detected 83% of hypoxia (PaO2 less than 45 torr), 75% of hyperoxia (PaO2 greater than 90 torr), 45% of hypocapnia (PaCO2 less than 35 torr), and 96% of hypercapnia (PaCO2 greater than 45 torr). We conclude that the reliability of the combined transcutaneous PO2 and PCO2 monitor in sick neonates is good for detecting hypercapnia, fair for hypoxia and hyperoxia, but poor for hypocapnia. It is an improvement in that it spares available skin surface and requires less handling, but it appears to be slightly less accurate than the single electrodes.

Plasmodium falciparum merozoite surface protein 2: epitope mapping and biological activity analysis of specific antibodies

Background: Plasmodium falciparum(P. falciparum) merozoite surfaceprotein 2 (MSP-2) is one of bloodstage proteins that are associated withprotection from malaria. MSP-2 consistsof a highly polymorphic centralrepeat region flanked by a dimorphicregion that defines the two allelicfamilies, 3D7 and FC27; N- and Cterminalregions are conserved domains.Long synthetic peptides (LSP)representing the two allelic familiesof MSP-2 and constant regions arerecognized by sera from donors livingin endemic areas; and specific antibodies(Abs) are associated with protectionand active in antibody dependentcellular inhibition (ADCI) in vitro.However, the fine specificity ofAb response to the two allelic familiesof MSP-2 is unknown. Methods: Peptidesrepresenting dimorphic regionof 3D7 and FC27 families and theirC-terminal (common fragment to thetwo families) termed 3D7-D (88 aa),FC27-D (48 aa) and C (40 aa) respectivelywere synthesized. Overlapping20 mer peptides covering dimorphicand constant regions of two familieswere also synthesized for epitopemapping. Human sera were obtainedfrom donors living in malaria endemicareas. SpecificDand CregionsAbs were purified from single or poolhuman sera. Sera from mice were obtainedafter immunization with thetwo families LSP mixture in three differentadjuvants: alhydrogel (Alum),Glucopyranosyl Lipid Adjuvant-Stableoil-in-water Emulsion (GLA-SE)and Virosome. For ADCI, P. falciparum(strain 3D7) parasite wasmaintained in culture at 0.5% parasitemiaand 4% hematocrit in air tightbox at love oxygen (2%) and 37 ºC.Results: We identified several epitopesfrom the dimorphic and constantregions of both families of MSP-2, inmice and humans (adults and children).In human, most recognizedepitopes were the same in differentendemic regions for each domain ofthe two families of MSP-2. In mice,the differential recognition of epitopewas depending on the strain of mouseand interestingly on the adjuvantused. GLA-SE and alum as adjuvantswere more often associated with therecognition of multiple epitopes thanvirosomes. Epitope-specific Abs recognizednative merozoites of P.falciparum and were active in ADCIto block development of parasite.Conclusion: The delineation of a limitednumber of epitopes could be exploitedto develop MSP-2 vaccinesactive on both allelic families ofMSP-2.

Tightening of DNA knots by supercoiling facilitates their unknotting by type II DNA topoisomerases.

Using numerical simulations, we compare properties of knotted DNA molecules that are either torsionally relaxed or supercoiled. We observe that DNA supercoiling tightens knotted portions of DNA molecules and accentuates the difference in curvature between knotted and unknotted regions. The increased curvature of knotted regions is expected to make them preferential substrates of type IIA topoisomerases because various earlier experiments have concluded that type IIA DNA topoisomerases preferentially interact with highly curved DNA regions. The supercoiling-induced tightening of DNA knots observed here shows that torsional tension in DNA may serve to expose DNA knots to the unknotting action of type IIA topoisomerases, and thus explains how these topoisomerases could maintain a low knotting equilibrium in vivo, even for long DNA molecules.

Contact metamorphism and emplacement of the western Adamello tonalite

The geodynamic forces acting in the Earth's interior manifest themselves in a variety of ways. Volcanoes are amongst the most impressive examples in this respect, but like with an iceberg, they only represent the tip of a more extensive system hidden underground. This system consists of a source region where melt forms and accumulates, feeder connections in which magma is transported towards the surface, and different reservoirs where it is stored before it eventually erupts to form a volcano. A magma represents a mixture of melt and crystals. The latter can be extracted from the source region, or form anywhere along the path towards their final crystallization place. They will retain information of the overall plumbing system. The host rocks of an intrusion, in contrast, provide information at the emplacement level. They record the effects of thermal and mechanical forces imposed by the magma. For a better understanding of the system, both parts - magmatic and metamorphic petrology - have to be integrated. I will demonstrate in my thesis that information from both is complementary. It is an iterative process, using constraints from one field to better constrain the other. Reading the history of the host rocks is not always straightforward. This is shown in chapter two, where a model for the formation of clustered garnets observed in the contact aureole is proposed. Fragments of garnets, older than the intrusive rocks are overgrown by garnet crystallizing due to the reheating during emplacement of the adjacent pluton. The formation of the clusters is therefore not a single event as generally assumed but the result of a two-stage process, namely the alteration of the old grains and the overgrowth and amalgamation of new garnet rims. This makes an important difference when applying petrological methods such as thermobarometry, geochronology or grain size distributions. The thermal conditions in the aureole are a strong function of the emplacement style of the pluton. therefore it is necessary to understand the pluton before drawing conclusions about its aureole. A study investigating the intrusive rocks by means of field, geochemical, geochronologi- cal and structural methods is presented in chapter three. This provided important information about the assembly of the intrusion, but also new insights on the nature of large, homogeneous plutons and the structure of the plumbing system in general. The incremental nature of the emplacement of the Western Adamello tonalité is documented, and the existence of an intermediate reservoir beneath homogeneous plutons is proposed. In chapter four it is demonstrated that information extracted from the host rock provides further constraints on the emplacement process of the intrusion. The temperatures obtain by combining field observations with phase petrology modeling are used together with thermal models to constrain the magmatic activity in the immediate intrusion. Instead of using the thermal models to control the petrology result, the inverse is done. The model parameters were changed until a match with the aureole temperatures was obtained. It is shown, that only a few combinations give a positive match and that temperature estimates from the aureole can constrain the frequency of ancient magmatic systems. In the fifth chapter, the Anisotropy of Magnetic Susceptibility of intrusive rocks is compared to 3D tomography. The obtained signal is a function of the shape and distribution of ferromagnetic grains, and is often used to infer flow directions of magma. It turns out that the signal is dominated by the shape of the magnetic crystals, and where they form tight clusters, also by their distribution. This is in good agreement with the predictions made in the theoretical and experimental literature. In the sixth chapter arguments for partial melting of host rock carbonates are presented. While at first very surprising, this is to be expected when considering the prior results from the intrusive study and experiments from the literature. Partial melting is documented by compelling microstructures, geochemical and structural data. The necessary conditions are far from extreme and this process might be more frequent than previously thought. The carbonate melt is highly mobile and can move along grain boundaries, infiltrating other rocks and ultimately alter the existing mineral assemblage. Finally, a mineralogical curiosity is presented in chapter seven. The mineral assemblage magne§site and calcite is in apparent equilibrium. It is well known that these two carbonates are not stable together in the system Ca0-Mg0-Fe0-C02. Indeed, magnesite and calcite should react to dolomite during metamorphism. The presented explanation for this '"forbidden" assemblage is, that a calcite melt infiltrated the magnesite bearing rock along grain boundaries and caused the peculiar microstructure. This is supported by isotopie disequilibrium between calcite and magnesite. A further implication of partially molten carbonates is, that the host rock drastically looses its strength so that its physical properties may be comparable to the ones of the intrusive rocks. This contrasting behavior of the host rock may ease the emplacement of the intrusion. We see that the circle closes and the iterative process of better constraining the emplacement could start again. - La Terre est en perpétuel mouvement et les forces tectoniques associées à ces mouvements se manifestent sous différentes formes. Les volcans en sont l'un des exemples les plus impressionnants, mais comme les icebergs, les laves émises en surfaces ne représentent que la pointe d'un vaste système caché dans les profondeurs. Ce système est constitué d'une région source, région où la roche source fond et produit le magma ; ce magma peut s'accumuler dans cette région source ou être transporté à travers différents conduits dans des réservoirs où le magma est stocké. Ce magma peut cristalliser in situ et produire des roches plutoniques ou alors être émis en surface. Un magma représente un mélange entre un liquide et des cristaux. Ces cristaux peuvent être extraits de la source ou se former tout au long du chemin jusqu'à l'endroit final de cristallisation. L'étude de ces cristaux peut ainsi donner des informations sur l'ensemble du système magmatique. Au contraire, les roches encaissantes fournissent des informations sur le niveau d'emplacement de l'intrusion. En effet ces roches enregistrent les effets thermiques et mécaniques imposés par le magma. Pour une meilleure compréhension du système, les deux parties, magmatique et métamorphique, doivent être intégrées. Cette thèse a pour but de montrer que les informations issues de l'étude des roches magmatiques et des roches encaissantes sont complémentaires. C'est un processus itératif qui utilise les contraintes d'un domaine pour améliorer la compréhension de l'autre. Comprendre l'histoire des roches encaissantes n'est pas toujours aisé. Ceci est démontré dans le chapitre deux, où un modèle de formation des grenats observés sous forme d'agrégats dans l'auréole de contact est proposé. Des fragments de grenats plus vieux que les roches intru- sives montrent une zone de surcroissance générée par l'apport thermique produit par la mise en place du pluton adjacent. La formation des agrégats de grenats n'est donc pas le résultat d'un seul événement, comme on le décrit habituellement, mais d'un processus en deux phases, soit l'altération de vieux grains engendrant une fracturation de ces grenats, puis la formation de zone de surcroissance autour de ces différents fragments expliquant la texture en agrégats observée. Cette interprétation en deux phases est importante, car elle engendre des différences notables lorsque l'on applique des méthodes pétrologiques comme la thermobarométrie, la géochronologie ou encore lorsque l'on étudie la distribution relative de la taille des grains. Les conditions thermales dans l'auréole de contact dépendent fortement du mode d'emplacement de l'intrusion et c'est pourquoi il est nécessaire de d'abord comprendre le pluton avant de faire des conclusions sur son auréole de contact. Une étude de terrain des roches intrusives ainsi qu'une étude géochimique, géochronologique et structurale est présente dans le troisième chapitre. Cette étude apporte des informations importantes sur la formation de l'intrusion mais également de nouvelles connaissances sur la nature de grands plutons homogènes et la structure de système magmatique en général. L'emplacement incrémental est mis en évidence et l'existence d'un réservoir intermédiaire en-dessous des plutons homogènes est proposé. Le quatrième chapitre de cette thèse illustre comment utiliser l'information extraite des roches encaissantes pour expliquer la mise en place de l'intrusion. Les températures obtenues par la combinaison des observations de terrain et l'assemblage métamorphique sont utilisées avec des modèles thermiques pour contraindre l'activité magmatique au contact directe de cette auréole. Au lieu d'utiliser le modèle thermique pour vérifier le résultat pétrologique, une approche inverse a été choisie. Les paramètres du modèle ont été changés jusqu'à ce qu'on obtienne une correspondance avec les températures observées dans l'auréole de contact. Ceci montre qu'il y a peu de combinaison qui peuvent expliquer les températures et qu'on peut contraindre la fréquence de l'activité magmatique d'un ancien système magmatique de cette manière. Dans le cinquième chapitre, les processus contrôlant l'anisotropie de la susceptibilité magnétique des roches intrusives sont expliqués à l'aide d'images de la distribution des minéraux dans les roches obtenues par tomographie 3D. Le signal associé à l'anisotropie de la susceptibilité magnétique est une fonction de la forme et de la distribution des grains ferromagnétiques. Ce signal est fréquemment utilisé pour déterminer la direction de mouvement d'un magma. En accord avec d'autres études de la littérature, les résultats montrent que le signal est dominé par la forme des cristaux magnétiques, ainsi que par la distribution des agglomérats de ces minéraux dans la roche. Dans le sixième chapitre, une étude associée à la fusion partielle de carbonates dans les roches encaissantes est présentée. Si la présence de liquides carbonatés dans les auréoles de contact a été proposée sur la base d'expériences de laboratoire, notre étude démontre clairement leur existence dans la nature. La fusion partielle est documentée par des microstructures caractéristiques pour la présence de liquides ainsi que par des données géochimiques et structurales. Les conditions nécessaires sont loin d'être extrêmes et ce processus pourrait être plus fréquent qu'attendu. Les liquides carbonatés sont très mobiles et peuvent circuler le long des limites de grain avant d'infiltrer d'autres roches en produisant une modification de leurs assemblages minéralogiques. Finalement, une curiosité minéralogique est présentée dans le chapitre sept. L'assemblage de minéraux de magnésite et de calcite en équilibre apparent est observé. Il est bien connu que ces deux carbonates ne sont pas stables ensemble dans le système CaO-MgO-FeO-CO.,. En effet, la magnésite et la calcite devraient réagir et produire de la dolomite pendant le métamorphisme. L'explication présentée pour cet assemblage à priori « interdit » est que un liquide carbonaté provenant des roches adjacentes infiltre cette roche et est responsable pour cette microstructure. Une autre implication associée à la présence de carbonates fondus est que la roche encaissante montre une diminution drastique de sa résistance et que les propriétés physiques de cette roche deviennent comparables à celles de la roche intrusive. Cette modification des propriétés rhéologiques des roches encaissantes peut faciliter la mise en place des roches intrusives. Ces différentes études démontrent bien le processus itératif utilisé et l'intérêt d'étudier aussi bien les roches intrusives que les roches encaissantes pour la compréhension des mécanismes de mise en place des magmas au sein de la croûte terrestre.

MARCKS-related protein (MRP) is a substrate for the Leishmania major surface protease leishmanolysin (gp63).

Myristoylated alanine-rich C kinase substrate (MARCKS) and MARCKS-related protein (MRP; MacMARCKS) are protein kinase C substrates in diverse cell types. Activation of murine macrophages by cytokines increases MRP expression, but infection with Leishmania promastigotes during activation results in MRP depletion. We therefore examined the effect of Leishmania major LV39 on recombinant MRP. Both live promastigotes and a soluble fraction of LV39 lysates degraded MRP to yield lower molecular weight fragments. Degradation was independent of MRP myristoylation and was inhibited by protein kinase C-dependent phosphorylation of MRP. MRP was similarly degraded by purified leishmanolysin (gp63), a Leishmania surface metalloprotease. Degradation was evident at low enzyme/substrate ratios, over a broad pH range, and was inhibited by 1,10-phenanthroline and by a hydroxamate dipeptide inhibitor of leishmanolysin. Using mass spectrometric analysis, cleavage was shown to occur within the effector domain of MRP between Ser(92) and Phe(93), in accordance with the substrate specificity of leishmanolysin. Moreover, an MRP construct in which the effector domain had been deleted was resistant to cleavage. Thus, Leishmania infection may result in leishmanolysin-dependent hydrolysis of MRP, a major protein kinase C substrate in macrophages.

Geochemistry of highly acidic mine water following disposal into a natural lake with carbonate bedrock

Acid mine drainage (AMD) from the Zn-Pb(-Ag-Bi-Cu) deposit of Cerro de Pasco (Central Peru) and waste water from a Cu-extraction plant has been discharged since 1981 into Lake Yanamate, a natural lake with carbonate bedrock. The lake has developed a highly acidic pH of similar to 1. Mean lake water chemistry was characterized by 16,775 mg/L acidity as CaCO(3), 4330 mg/L Fe and 29,250 mg/L SO(4). Mean trace element concentrations were 86.8 mg/L Cu, 493 mg/L Zn, 2.9 mg/L Pb and 48 mg/L As, which did not differ greatly from the discharged AMD. Most elements showed increasing concentrations from the surface to the lake bottom at a maximal depth of 41 m (e.g. from 3581 to 5433 mg/L Fe and 25,609 to 35,959 mg/L SO(4)). The variations in the H and 0 isotope compositions and the element concentrations within the upper 10 m of the water column suggest mixing with recently discharged AMD, shallow groundwater and precipitation waters. Below 15 m a stagnant zone had developed. Gypsum (saturation index, SI similar to 0.25) and anglesite (SI similar to 0.1) were in equilibrium with lake water. Jarosite was oversaturated (SI similar to 1.7) in the upper part of the water column, resulting in downward settling and re-dissolution in the lower part of the water column (SI similar to -0.7). Accordingly, jarosite was only found in sediments from less than 7 m water depth. At the lake bottom, a layer of gel-like material (similar to 90 wt.% water) of pH similar to 1 with a total organic C content of up to 4.40 wet wt.% originated from the kerosene discharge of the Cu-extraction plant and had contaminant element concentrations similar to the lake water. Below the organic layer followed a layer of gypsum with pH 1.5, which overlaid the dissolving carbonate sediments of pH 5.3-7. In these two layers the contaminant elements were enriched compared to lake water in the sequence As < Pb approximate to Cu < Cd < Zn = Mn with increasing depth. This sequence of enrichment was explained by the following processes: (i) adsorption of As on Fe-hydroxides coating plant roots at low pH (up to 3326 mg/kg As), (ii) adsorption at increasing pH near the gypsum/calcite boundary (up to 1812 mg/kg Pb, 2531 mg/kg Cu. and 36 mg/kg Cd), and (iii) precipitation of carbonates (up to 5177 mg/kg Zn and 810 mg/kg Mn: all data corrected to a wet base). The infiltration rate was approximately equal to the discharge rate, thus gypsum and hydroxide precipitation had not resulted in complete clogging of the lake bedrocks. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Geometry and physics of knots

KNOTS are usually categorized in terms of topological properties that are invariant under changes in a knot's spatial configuration(1-4). Here we approach knot identification from a different angle, by considering the properties of particular geometrical forms which we define as 'ideal'. For a knot with a given topology and assembled from a tube of uniform diameter, the ideal form is the geometrical configuration having the highest ratio of volume to surface area. Practically, this is equivalent to determining the shortest piece of tube that can be closed to form the knot. Because the notion of an ideal form is independent of absolute spatial scale, the length-to-diameter ratio of a tube providing an ideal representation is constant, irrespective of the tube's actual dimensions. We report the results of computer simulations which show that these ideal representations of knots have surprisingly simple geometrical properties. In particular, there is a simple linear relationship between the length-to-diameter ratio and the crossing number-the number of intersections in a two-dimensional projection of the knot averaged over all directions. We have also found that the average shape of knotted polymeric chains in thermal equilibrium is closely related to the ideal representation of the corresponding knot type. Our observations provide a link between ideal geometrical objects and the behaviour of seemingly disordered systems, and allow the prediction of properties of knotted polymers such as their electrophoretic mobility(5).

Expression of a functional single chain antibody on the surface of extracellular enveloped vaccinia virus as a step towards selective tumour cell targeting.

Recombinant vaccinia virus with tumour cell specificity may provide a versatile tool either for direct lysis of cancer cells or for the targeted transfer of genes encoding immunomodulatory molecules. We report the expression of a single chain antibody on the surface of extracellular enveloped vaccinia virus. The wild-type haemagglutinin, an envelope glycoprotein which is not required for viral infection and replication, was replaced by haemagglutinin fusion molecules carrying a single chain antibody directed against the tumour-associated antigen ErbB2. ErbB2 is an epidermal growth factor receptor-related tyrosine kinase overexpressed in a high percentage of human adenocarcinomas. Two fusion proteins carrying the single chain antibody at different NH2-terminal positions were expressed and exposed at the envelope of the corresponding recombinant viruses. The construct containing the antibody at the site of the immunoglobulin-like loop of the haemagglutinin was able to bind solubilized ErbB2. This is the first report of replacement of a vaccinia virus envelope protein by a specific recognition structure and represents a first step towards modifying the host cell tropism of the virus.

Enhancing the vertical resolution of surface georadar data

There are far-reaching conceptual similarities between bi-static surface georadar and post-stack, "zero-offset" seismic reflection data, which is expressed in largely identical processing flows. One important difference is, however, that standard deconvolution algorithms routinely used to enhance the vertical resolution of seismic data are notoriously problematic or even detrimental to the overall signal quality when applied to surface georadar data. We have explored various options for alleviating this problem and have tested them on a geologically well-constrained surface georadar dataset. Standard stochastic and direct deterministic deconvolution approaches proved to be largely unsatisfactory. While least-squares-type deterministic deconvolution showed some promise, the inherent uncertainties involved in estimating the source wavelet introduced some artificial "ringiness". In contrast, we found spectral balancing approaches to be effective, practical and robust means for enhancing the vertical resolution of surface georadar data, particularly, but not exclusively, in the uppermost part of the georadar section, which is notoriously plagued by the interference of the direct air- and groundwaves. For the data considered in this study, it can be argued that band-limited spectral blueing may provide somewhat better results than standard band-limited spectral whitening, particularly in the uppermost part of the section affected by the interference of the air- and groundwaves. Interestingly, this finding is consistent with the fact that the amplitude spectrum resulting from least-squares-type deterministic deconvolution is characterized by a systematic enhancement of higher frequencies at the expense of lower frequencies and hence is blue rather than white. It is also consistent with increasing evidence that spectral "blueness" is a seemingly universal, albeit enigmatic, property of the distribution of reflection coefficients in the Earth. Our results therefore indicate that spectral balancing techniques in general and spectral blueing in particular represent simple, yet effective means of enhancing the vertical resolution of surface georadar data and, in many cases, could turn out to be a preferable alternative to standard deconvolution approaches.

Pulse oximetry in pediatric intensive care: comparison with measured saturations and transcutaneous oxygen tension.

We evaluated a new pulse oximeter designed to monitor beat-to-beat arterial oxygen saturation (SaO2) and compared the monitored SaO2 with arterial samples measured by co-oximetry. In 40 critically ill children (112 data sets) with a mean age of 3.9 years (range 1 day to 19 years), SaO2 ranged from 57% to 100%, and PaO2 from 27 to 128 mm Hg, heart rates from 85 to 210 beats per minute, hematocrit from 20% to 67%, and fetal hemoglobin levels from 1.3% to 60%; peripheral temperatures varied between 26.5 degrees and 36.5 degrees C. Linear correlation analysis revealed a good agreement between simultaneous pulse oximeter values and both directly measured SaO2 (r = 0.95) and that calculated from measured arterial PaO2 (r = 0.95). The device detected several otherwise unrecognized drops in SaO2 but failed to function in four patients with poor peripheral perfusion secondary to low cardiac output. Simultaneous measurements with a tcPO2 electrode showed a similarly good correlation with PaO22 (r = 0.91), but the differences between the two measurements were much wider (mean 7.1 +/- 10.3 mm Hg, range -14 to +49 mm Hg) than the differences between pulse oximeter SaO2 and measured SaO2 (1.5% +/- 3.5%, range -7.5% to -9%) and were not predictable. We conclude that pulse oximetry is a reliable and accurate noninvasive device for measuring saturation, which because of its rapid response time may be an important advance in monitoring changes in oxygenation and guiding oxygen therapy.

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.