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.

Pollution and pollutant transport in the geosphere - An introduction to the symposium

Environmental research in earth sciences is focused on the geosphere, i.e. (1) waters and sediments of rivers, lakes and oceans, and (2) soils and underlying shallow rock formations,both water-unsaturated and -saturated. The subsurface is studied down to greater depths at sites where waste repositories or tunnels are planned and mining activities exist. In recent years, earth scientists have become more and more involved in pollution problems related to their classical field of interest, e.g. groundwater, ore deposits, or petroleum and non-metal natural deposits (gravel, clay, cement precursors). Major pollutants include chemical substances, radioactive isotopes and microorganisms. Mechanisms which govern the transport of pollutants are of physical, chemical (dissolution, precipitation, adsorption), or microbiological (transformation) nature. Land-use planning must reflect a sustainable development and sound scientific criteria. Today's environmental pollution requires working teams with an interdisciplinary background in earth sciences, hydrology, chemistry, biology, physics as well as engineering. This symposium brought together for the first time in Switzerland earth and soil scientists, physicists and chemists, to present and discuss environmental issues concerning the geosphere.

Hodgkin's lymphoma mortality in the Americas, 1997-2008: Achievements and persistent inadequacies.

Although therapeutic advancements have made Hodgkin's lymphoma (HL) a largely curable disease, trends in HL mortality have been variable across countries. To provide updated information on HL mortality in the Americas, overall and 20-44 years age-standardized (world population) mortality rates from HL were derived for the 12 Latin American countries providing valid data to the World Health Organization database and with more than two million of inhabitants. For comparative purpose, data for the United States and Canada were also presented. Trends in mortality over the 1997 to 2008 period are based on joinpoint regression analysis. Declines in HL mortality were registered in all Latin American countries except in Venezuela. In most recent years, HL mortality had fallen to about 0.3/100,000 men and 0.2/100,000 women in Argentina, Brazil, Chile, Colombia, Ecuador and Guatemala, that is, to values similar to North America. Despite some declines, rates remained high in Cuba (1/100,000 men and 0.7/100,000 women), Costa Rica and Mexico as well as in Venezuela (between 0.5 and 0.6/100,000 men and between 0.3 and 0.5/100,000 women). In young adults, trends were more favorable in all Latin American countries except Cuba, whose rates remained exceedingly high (0.8/100,000 men and 0.6/100,000 women). Thus, appreciable declines in HL mortality were observed in most Latin America over the last decade, and several major countries reached values comparable to North America. Substantial excess mortality was still observed in Cuba, Costa Rica, Mexico and Venezuela, calling for urgent interventions to improve HL management in these countries.

Tracking of Stepwise Ablation of Persistent Atrial Fibrillation using Synchronization of nearby Electrogams

Intracardiac organization indices such as atrial fibril- lation (AF) cycle length (AFCL) have been used to track the efficiency of stepwise catheter ablation (step-CA) of long-standing persistent AF (pers-AF), however, with lim- ited success. The timing between nearby bipolar intracar- diac electrograms (EGMs) reflects the spatial dynamics of wavelets during AF. The extent of synchronization between EGMs is an indirect measure of AF spatial organization. The synchronization between nearby EGMs during step- CA of pers-AF was evaluated using new indices based on the cross-correlation. The first one (spar(W)) quantifies the sparseness of the cross-correlation of local activation times. The second one (OI(W)) reflects the local concen- tration around the largest peak of the cross-correlation. By computing their relative evolution during step-CA until AF termination (AF-term), we found that OI(W) appeared su- perior to AFCL and spar(W) to track the effect of step-CA "en route" to AF-term.

The pollutant diethylhexyl phthalate regulates hepatic energy metabolism via species-specific PPARalpha-dependent mechanisms.

Background: The modulation of energetic homeostasis by pollutants has recently emerged as a potential contributor to the onset of metabolic disorders. Diethylhexyl phthalate (DEHP) is a widely used industrial plasticizer to which humans are widely exposed. Phthalates can activate the three peroxisome proliferatoractivated receptor (PPAR) isotypes on cellular models and induce peroxisome proliferation in rodents.Objectives: In this study, we aimed to evaluate the systemic and metabolic consequences of DEHP exposure that have remained so far unexplored and to characterize the underlying molecular mechanisms of action.Methods: As a proof of concept and mechanism, genetically engineered mouse models of PPARs were exposed to high doses of DEHP, followed by metabolic and molecular analyses.Results: DEHP-treated mice were protected from diet-induced obesity via PPARalpha-dependent activation of hepatic fatty acid catabolism, whereas the activity of neither PPARbeta nor PPARgamma was affected. However, the lean phenotype observed in response to DEHP in wild-type mice was surprisingly abolished in PPARalpha-humanized mice. These species differences are associated with a different pattern of coregulator recruitment.Conclusion: These results demonstrate that DEHP exerts species-specific metabolic actions that rely to a large extent on PPARalpha signaling and highlight the metabolic importance of the species-specific activation of PPARalpha by xenobiotic compounds. Editor's SummaryDiethylhexyl phthalate (DEHP) is an industrial plasticizer used in cosmetics, medical devices, food packaging, and other applications. Evidence that DEHP metabolites can activate peroxisome proliferatoractivated receptors (PPARs) involved in fatty acid oxidation (PPARalpha and PPARbeta) and adiposite function and insulin resistance (PPARgamma) has raised concerns about potential effects of DEHP on metabolic homeostasis. In rodents, PPARalpha activation also induces hepatic peroxisome proliferation, but this response to PPARalpha activation is not observed in humans. Feige et al. (p. 234) evaluated systemic and metabolic consequences of high-dose oral DEHP in combination with a high-fat diet in wild-type mice and genetically engineered mouse PPAR models. The authors report that mice exposed to DEHP gained less weight than controls, without modifying their feeding behavior; they also exhibited lower triglyceride levels, smaller adipocytes, and improved glucose tolerance compared with controls. These effects, which were observed in mice fed both high-fat and standard diets, appeared to be mediated by PPARalpha-dependent activation of hepatic fatty acid catabolism without apparent involvement of PPARbeta or PPARgamma. However, mouse models that expressed human (versus mouse) PPARalpha tended to gain more weight on a high-fat diet than their DHEP-unexposed counterparts. The authors conclude that findings support species-specific metabolic effects of DEHP mediated by PPARalpha activation.

Persistent inhibition of FLIP(L) expression by lentiviral small hairpin RNA delivery restores death-receptor-induced apoptosis in neuroblastoma cells.

Neuroblastoma represents the most common and deadly solid tumour of childhood, which disparate biological and clinical behaviour can be explained by differential regulation of apoptosis. To understand mechanisms underlying death resistance in neuroblastoma cells, we developed small hairpin of RNA produced by lentiviral vectors as tools to selectively interfere with FLIP(L), a major negative regulator of death receptor-induced apoptosis. Such tools revealed highly efficient in interfering with FLIP(L) expression and function as they almost completely repressed endogenous and/or exogenously overexpressed FLIP(L) protein and fully reversed FLIP(L)-mediated TRAIL resistance. Moreover, interference with endogenous FLIP(L) and FLIP(S) significantly restored FasL sensitivity in SH-EP neuroblastoma cell line. These results reveal the ability of lentivirus-mediated shRNAs to specifically and persistently interfere with FLIP expression and support involvement of FLIP in the regulation of death receptor-mediated apoptosis in neuroblastoma cells. Combining such tools with other therapeutic modalities may improve treatment of resistant tumours such as neuroblastoma.

Activation of the heat shock response in plants by chlorophenols: transgenic Physcomitrella patens as a sensitive biosensor for organic pollutants.

The ability to detect early molecular responses to various chemicals is central to the understanding of biological impact of pollutants in a context of varying environmental cues. To monitor stress responses in a model plant, we used transgenic moss Physcomitrella patens expressing the beta-glucuronidase reporter (GUS) under the control of the stress-inducible promoter hsp17.3B. Following exposure to pollutants from the dye and paper industry, GUS activity was measured by monitoring a fluorescent product. Chlorophenols, heavy metals and sulphonated anthraquinones were found to specifically activate the hsp17.3B promoter (within hours) in correlation with long-term toxicity effects (within days). At mildly elevated physiological temperatures, the chemical activation of this promoter was strongly amplified, which considerably increased the sensitivity of the bioassay. Together with the activation of hsp17.3B promoter, chlorophenols induced endogenous chaperones that transiently protected a recombinant thermolabile luciferase (LUC) from severe heat denaturation. This sensitive bioassay provides an early warning molecular sensor to industrial pollutants under varying environments, in anticipation to long-term toxic effects in plants. Because of the strong cross-talk between abiotic and chemical stresses that we find, this P. patens line is more likely to serve as a direct toxicity bioassay for pollutants combined with environmental cues, than as an indicator of absolute toxicity thresholds for various pollutants. It is also a powerful tool to study the role of heat shock proteins (HSPs) in plants exposed to combined chemical and environmental stresses.

Neuro-developmental follow-up of neonates treated with magnesium sulfate for persistent pulmonary hypertension

Rapport de synthèse : DEVENIR NEURO-DEVELOPPEMENTAL DE NOUVEAU-NES TRAITES PAR DU SULFATE DE MAGNESIUM POUR UNE HYPERTENSION PULMONAIRE PERSISTANTE L'hypertension pulmonaire persistante du nouveau-né (HTPP) est un trouble de l'adaptation post-natale de la circulation pulmonaire caractérisé par une défaillance de la diminution normale des résistances vasculaires pulmonaires, accompagné d'un shunt droite-gauche, résultant en une hypoxémie profonde. C'est une pathologie sévère nécessitant des soins intensifs avec un risque augmenté de handicaps neurologiques chez les survivants. Le traitement de l'HTPP du nouveau-né inclut une ventilation mécanique ainsi que différents agents pharmacologiques pour dilater les vaisseaux pulmonaires, dont le sulfate de magnésium (MgSO4) à hautes doses par voie intraveineuse et le monoxyde d'azote par voie inhalée (iN0). Le MgSO4 est une alternative thérapeutique de l'HTPP du nouveau-né avec peu d'effets secondaires et une mortalité basse. Il a aussi été démontré que le MgSO4 est un traitement de l'HTPP du nouveau-né autant efficace que le iN0 et moins coüteux. Des études sur le suivi neuro-développemental de nouveau-nés avec HTPP traités selon différentes méthodes ont été publiées reportant des taux élevés de handicaps majeurs et mineurs. Plus récemment, des études de suivi après traitement par iN0 ont montré des taux plus bas qu'avec des traitements antérieurs. Le devenir neuro-développemental àlong terme d'enfants traités avec du MgSO4 n'a pas été documenté. Le but de cette étude est de décrire le développement des enfants qui ont présenté une HTPP traitée seulement avec du MgS04, de reporter l'incidence de handicaps majeurs et mineurs, et de les comparer à un groupe contrôle d'enfants sains du même âge ainsi qu'aux données de la littérature. La population consiste en 33 nouveau-nés traités pour une HTPP avec seulement du MgSO4 (groupe étude) et 32 nouveau-nés à terme sains (groupe contrôle). Un suivi neurodéveloppemental standardisé et approfondi a été effectué aux âges clés de 18 mois et 5 ans. Les taux de handicaps majeurs à 18 mois et 5 ans dans le groupe étude étaient de 6% et 11,4% respectivement, et de 0% aux deux âges dans le groupe contrôle. Les taux de handicaps mineurs aux mêmes âges étaient de 3% et 26,9% pour le groupe étude, et de 0% et 26,1% pour le groupe contrôle. Les quotients développementaux moyens à 18 mois étaient de 106,6 (DS 1,6) dans le groupe étude et de 118,3 (DS 1,0) dans le groupe contrôle (P < 0,001). L'index général intellectuel en âge préscolaire était de 112.6 (DS 3.7), respectivement de 119.3 (DS 3.1 ), sans différence significative entre les deux groupes. A 18 mois, les taux de handicaps majeurs et mineurs dans les groupes études et contrôle étaient de 6% et 3%. Dans la littérature, des taux entre 0% et 33% ont été décrits. A cet âge, il y avait une différence significative pour tous les scores du test de Griffiths, mëme en tenant compte du status socio-économique de la famille. Ceci suggère un léger retard du développement global et non une altération spécifique. Ces différences n'étaient plus significatives en âge préscolaire, suggérant un rattrapage développemental. Le taux de handicaps majeurs en âge préscolaire pour le groupe étude était de 11.5%, sans aucune infirmité motrice cérébrale. Ces résultats correspondent à ceux d'études de suivi après d'autres traitements jusqu'à l'âge de 24 mois avec des taux variant de 0% à 15%. Le taux de handicaps mineurs était de 26.9% dans le groupe étude et de 26.1% dans le groupe contrôle, sans différence significative entre les deux groupes. L'incidence de handicaps mineurs dans le groupe étude était plutôt élevée en comparaison aux données de la littérature (6 à 22% à 6 ans). Une explication possible est que nous avons considéré des problèmes de langage et de comportement comme handicaps mineurs. Ceci suggère une différence méthodologique et non une plus mauvaise issue dans nos deux groupes. Les évaluations cognitives des enfants des deux groupes se trouvaient dans la norme, ce qui est aussi le cas dans la littérature. En conclusion, cette étude longitudinale non randomisée d'enfants traités avec du MgSO4 seul pour une HTPP sévère ne montre pas de conséquences sur le devenir neuro-développemental à long terme. Cette étude le démontre pour la première fois. Malgré le fait que iN0 soit le traitement actuellement recommandé pour l'HTPP du nopuveau-né, le MgSO4 reste largement utilisé, en particulier dans des pays en voie de développement. L'absence de complications neuro-développementales majeures à long terme permet de considérer l'administration du MgSO4 pour le traitement de l'HTPP du nouveau-né en cas de non réponse ou d'inaccessibilité au iNO.

Recombinant " Physcomitrella patens " as a sensitive tool to study heat sensing and heat-shock signal transduction in plants

SUMMARY When exposed to heat stress, plants display a particular set of cellular and molecular responses, such as chaperones expression, which are highly conserved in all organisms. In chapter 1, I studied the ability of heat shock genes to become transiently and abundantly induced under various temperature regimes. To this aim, I designed a highly sensitive heat-shock dependent conditional gene expression system in the moss Physcomitrella patens, using the soybean heatinducible promoter (hsp17.3B). Heat-induced expression of various reporter genes was over three orders of magnitude, in tight correlation with the intensity and duration of the heat treatments. By performing repeated heating/cooling cycles, a massive accumulation of recombinant proteins was obtained. Interestingly, the hsp17.3B promoter was also activated by specific organic chemicals. Thus, in chapter 2, I took advantage of the extreme sensitivity of this promoter to small temperature variations to further address the role of various natural and organic chemicals and develop a plant based-bioassay that can serve as an early warning indicator of toxicity by pollutants and heavy metals. A screen of several organic pollutants from textile and paper industry showed that chlorophenols as well as sulfonated anthraquinones elicited a heat shock like response at noninducing temperatures. Their effects were synergistically amplified by mild elevated temperatures. In contrast to standard methods of pollutant detection, this plant-based biosensor allowed to monitor early stress-responses, in correlation with long-term toxic effect, and to attribute effective toxicity thresholds for pollutants, in a context of varying environmental cues. In chapter 3, I deepened the study of the primary mechanism by which plants sense mild temperature variations and trigger a cellular signal leading to the heat shock response. In addition to the above described heat-inducible reporter line, I generated a P. patens transgenic line to measure, in vivo, variations of cytosolic calcium during heat treatment, and another line to monitor the role of protein unfolding in heat-shock sensing and signalling. The heat shock signalling pathway was found to be triggered by the plasma membrane, where temperature up shift specifically induced the transient opening of a putative high afimity calcium channel. The calcium influx triggered a signalling cascade leading to the activation of the heat shock genes, independently on the presence of misfolded proteins in the cytoplasm. These results strongly suggest that changes in the fluidity of the plasma membrane are the primary trigger of the heatshocksignalling pathway in plants. The present thesis contributes to the understanding of the basic mechanism by which plants perceive and respond to heat and chemical stresses. This may contribute to developing appropriate better strategies to enhance plant productivity under the increasingly stressful environment of global warming. RÉSUME Les plantes exposées à des températures élevées déclenchent rapidement des réponses cellulaires qui conduisent à l'induction de gènes codant pour les heat shock proteins (HSPs). En fonction de la durée d'exposition et de la vitesse à laquelle la température augmente, les HSPs sont fortement et transitoirement induites. Dans le premier chapitre, cette caractéristique aété utilisée pour développer un système inductible d'expression de gènes dans la mousse Physcomitrella patens. En utilisant plusieurs gènes rapporteurs, j'ai montré que le promoteur du gène hsp17.3B du Soja est activé d'une manière. homogène dans tous les tissus de la mousse proportionnellement à l'intensité du heat shock physiologique appliqué. Un très fort taux de protéines recombinantes peut ainsi être produit en réalisant plusieurs cycles induction/recovery. De plus, ce promoteur peut également être activé par des composés organiques, tels que les composés anti-inflammatoires, ce qui constitue une bonne alternative à l'induction par la chaleur. Les HSPs sont induites pour remédier aux dommages cellulaires qui surviennent. Étant donné que le promoteur hsp17.3B est très sensible à des petites augmentations de température ainsi qu'à des composés chimiques, j'ai utilisé les lignées développées dans le chapitre 1 pour identifier des polluants qui déclenchent une réaction de défense impliquant les HSPs. Après un criblage de plusieurs composés, les chlorophénols et les antraquinones sulfonés ont été identifiés comme étant activateurs du promoteur de stress. La détection de leurs effets a été réalisée seulement après quelques heures d'exposition et corrèle parfaitement avec les effets toxiques détectés après de longues périodes d'exposition. Les produits identifiés montrent aussi un effet synergique avec la température, ce qui fait du biosensor développé dans ce chapitre un bon outil pour révéler les effets réels des polluants dans un environnement où les stress chimiques sont combinés aux stress abiotiques. Le troisième chapitre est consacré à l'étude des mécanismes précoces qui permettent aux plantes de percevoir la chaleur et ainsi de déclencher une cascade de signalisation spécifique qui aboutit à l'induction des gènes HSPs. J'ai généré deux nouvelles lignées afin de mesurer en temps réel les changements de concentrations du calcium cytosolique ainsi que l'état de dénaturation des protéines au cours du heat shock. Quand la fluidité de la membrane augmente après élévation de la température, elle semble induire l'ouverture d'un canal qui permet de faire entrer le calcium dans les cellules. Ce dernier initie une cascade de signalisation qui finit par activer la transcription des gènes HSPs indépendamment de la dénaturation de protéines cytoplasmiques. Les résultats présentés dans ce chapitre montrent que la perception de la chaleur se fait essentiellement au niveau de la membrane plasmique qui joue un rôle majeur dans la régulation des gènes HSPs. L'élucidation des mécanismes par lesquels les plantes perçoivent les signaux environnementaux est d'une grande utilité pour le développement de nouvelles stratégies afin d'améliorer la productivité des plantes soumises à des conditions extrêmes. La présente thèse contribue à décortiquer la voie de signalisation impliquée dans la réponse à la chaleur.

Analysis of organic volatile residues in 9 mm spent cartridges

Determining the time since discharge of spent cartridges found on a crime scene may be very useful in firearm investigations. The potential of small calibre munitions was barely studied before and this work did therefore focus on that problematic. The first step was to optimize the detection potential of solidphase microextraction (SPME) followed by gas chromatography coupled to a mass spectrometry detector (GC/MS). This allowed determining the organic volatile composition of empty cartridges immediately after a gunshot. Identification of 32 detected compounds was confirmed by the analysis of reference substances. Preliminary aging studies over 32 hours were carried out on selected target compounds to evaluate their potential for the dating of shotguns.