Assessment of human skin penetration of two irritant herbicides

Two common herbicides; isoproturon and bentazon, are strong skin irritants and cross the skin barrier easily. Assessment of percutaneous absorption of these substances is a very important step in the evaluation of any dermal or transdermal dose, especially among agricultural workers who frequently have dermal exposures during crop treatment. The aims of the study were to determine the permeation rate of human skin for both herbicides in vitro, and histologically evaluate skin damage due to irritation at different concentrations. Skin penetration was assessed using a dynamic flow-through in vitro penetration system and analysis were performed with ion trap LC-MS (acidified water: acetronitile, C18 column). Two concentrations of bentazon (75 and 150 μg/mL) and isoproturon (125 and 250 μg/mL) in saline solution were applied on excised human skin from several donors. Saline water was used as receptor fluid. Collection times were: 4, 8, and 24 hours. After the experiments, the skin was removed and examined by histopathology for apoptosis, acanthosis, acantholysis and epidermolysis. The skin permeation rate, J, was calculated from the slope of the cumulative amount permeated as a function of time. The lag time, tL, was assigned from the time-axis intercept of the extrapolation of this linearity. Our results showed that tL for bentazon and isoproturon for both concentrations tested were similar; 2, 1.5 hours, respectively. Bentazon had a lowerer J compared to isoproturon; 350, 600 ng/cm2/h, respectively. Some acanthosis was observed after 8 hours of exposure to either of the two substances. In conclusion, our in vitro experiments demonstrate that bentazon and isoproturon cross the skin barrier within 2 hours even at very low concentrations, and showed some signs of skin damage. Future tests involve concentrations found in commercial products.

Study and modelling of the effect of herbicides pulse exposure on freshwater microalgae

De plus en plus de substances chimiques sont émises et détectées dans l'environnement.Parmi ces substances, on trouve les herbicides qui sont utilisés en agriculture pour luttercontre la présence des mauvaises herbes. Après leur application sur les sols, les herbicidespeuvent être entrainés par les eaux de pluie jusque dans les ruisseaux et les rivières. Lesconcentrations de ces substances varient donc de manière importante dans les systèmesaquatiques en période de pluie ou en période de temps sec. Des pics élevés de concentrationssont suivis de période de concentrations très faibles ou nulles. Les herbicides présents dans lescours d'eau peuvent engendrer des effets toxiques sur les algues et les plantes aquatiques. Orles tests classiques d'écotoxicologie effectués en laboratoire sont réalisés en exposant lesespèces vivantes à des polluants de manière continue. Ils ne permettent donc pas d'évaluer leseffets des concentrations fluctuantes comme celles des herbicides. Le but de cette thèse estd'étudier et de modéliser les effets des concentrations fluctuantes d'herbicide sur les espècesde microalgues vertes Scenedesmus vacuolatus et Pseudokirchneriella subcapitata. Desexpériences en laboratoire ont également été effectuées dans le but de valider le modèle.Quatre herbicides ont été testés. Il s'agit de l'atrazine (utilisé jusqu'à récemment pour lemaïs), du diuron (utilisé dans la vigne), de l'isoproturon (utilisé pour les céréales) et du Smétolachlore(utilisé pour le maïs). Les résultats de ce travail de thèse indiquent que les effetsdes concentrations fluctuantes d'herbicide peuvent être modélisés sur des algues d'eau douce.Le modèle est relativement simple pour les inhibiteurs de la photosynthèse tels que l'atrazine,le diuron ou l'isoproturon. Il nécessite la connaissance de deux paramètres, le taux decroissance de l'algue sans polluant et la courbe dose-réponse pour chaque substance.Cependant, des expériences supplémentaires doivent être réalisées si la substance étudiéeinduit un délai de l'effet et du rétablissement ou si une algue est cultivée avec une autre alguedans le même milieu de croissance. Le modèle pourrait également être adapté pour tenircompte des mélanges de substances. Appliqué pour prédire les effets sur les algues descénarios réels, le modèle montre que les longs pics de concentrations jouent le rôle le plusimportant. Il est donc crucial de les mesurer lors du monitoring des cours d'eau. D'autre part,une évaluation du risque effectuée avec ce modèle montre que l'impact des pics deconcentrations sur les espèces les plus sensibles est total. Cela met en évidence, une fois deplus, l'importance de tenir compte de ces concentrations fluctuantes dans l'évaluation durisque environnemental des herbicides, mais également des autres polluants.

Dibenzofuran degradation by Sphingomonas wittichii RW1 under environmental stresses

Sphingomonas wittichii is a gram-negative Alpha-proteobacterium, capable of degrading xenobiotic compounds such as dibenzofuran (DBF), dibenzo-p-dioxin, carbazole, 2-hydroxybiphenyl or nitro diphenyl ether herbicides. The metabolism of strain RW1 has been the subject of previous studies and a number of genes involved in DBF degradation have been characterized. It is known that RW1 posseses a unique initial DBF dioxygenase (encoded by the dxnAl gene) that catalyzes the first step in the degradation pathway. None of the organisms known to be able to degrade DBF have a similar dioxygenase, the closest match being the DBF dioxygenase from Rhodococcus sp. with an overall amino acid similarity of 45%. Genes participating in the conversion of the metabolite salicylate via the ortho-cleavage pathway to TCA cycle intermediates were identified as well. Apart from this scarce information, however, there is a lack of global knowledge on the genes that are involved in DBF degradation by strain RW1 and the influence of environmental stresses on DBF-dependent global gene expression. A global analysis is necessary, because it may help to better understand the behaviour of the strain under field conditions and suggest improvements for the current bioaugmentation practice. Chapter 2 describes the results of whole-genome analysis to characterize the genes involved in DBF degradation by RW1. Micro-array analysis allowed us to detect differences in gene transcription when strain RW1 was exposed to DBF. This was complemented by ultra-high throughput sequencing of mutants no longer capable of growing on salicylate and DBF. Some of the genes of the ortho-cleavage pathway were induced 2 to 4 times in the presence of DBF, as well as the initial DBF dioxygenase. However two gene clusters, named 4925 and 5102 were induced up to 19 times in response to DBF induction. The cluster 4925 is putatively participating in a meta-cleavage pathway while the cluster 5102 might be part of a gentisate pathway. The three pathways, ortho-cleavage, meta-cleavage and gentisate pathway seem to be active in parallel when strain RW1 is exposed to DBF, presenting evidence for a redundancy of genes for DBF degradation in the genome of RW1. Chapter 3 focuses on exploiting genetic tools to construct bioreporters representative for DBF degradation in RW1. A set of basic tools for genetic manipulation in Sphingomonas wittichii RW1 was tested and optimized. Both plasmids and mini-transposons were evaluated for their ability to be maintained in RW1 with or without antibiotic selection pressure, and for their ability to lead to fluorescent protein expression in strain RW1 from a constitutive promoter. Putative promoter regions of three of the previously found DBF-induced genes (Swit_4925, Swit_5102 and Swit_4897-dxnAl) were then used to construct eg/^-bioreporters in RW1. Chapter 4 describes the use of the constructed RW1-based bioreporter strains for examining the expression of the DBF degradation pathway genes under microcosm conditions. The bioreporter strains were first exposed to different carbon sources in liquid culture to calibrate the egfp induction. Contrary to our expectations from micro-array analysis only the construct with the promoter from gene cluster 4925 responded to DBF, whereas the other two constructs did not show specific induction with DBF. The response from the bioreporters was subsequently tested for sensitivity to water stress, given that this could have an important impact in soils. Exposure to liquid cultures with decreasing water potential, achieved by NaCl or PEG addition to the growth media, showed that eGFP expression in RW1 from the promoter regions 4925 and 5102 was not directly influenced by water stress, but only through an overall reduction in growth rate. In contrast, expression of eGFP from the dxnAl or an uspA promoter was also directly dependent on the extent of water stress. The RW1 with the 4925 construct was subsequently used in soil microcosms to evaluate DBF bioavailability to the cells in presence or absence of native microbiota or other contaminated material. We found that RW1 could grow on DBF added to soil, but bioreporter expression suggested that competition with native microbiota for DBF intermediates may limit its ability to proliferate to a maximum. Chapter 5 describes the results from the experiments carried out to more specifically detect genes of RW1 that might be implicated in water stress resistance. Hereto we created transposon mutagenesis libraries in RW1, either with a classical mini-Tn5 or with a variant that would express egfp when the transposon would insert in a gene induced under water stress. Classical mutant libraries were screened by replica plating under high and low water stress conditions (achieved by adding NaCl to the agar medium). In addition, we screened for smaller microcolonies formed by mutants in agarose beads that could be analized with flow cytometry. A number of mutants impaired to grow on NaCl-supplemented media were recovered and the transposon insertion sites sequenced. In a second procedure we screened by flow cytometry for mutants with a higher eGFP production after exposure to growth medium with higher NaCl concentrations. Mutants from both libraries rarely overlapped. Discovered gene functions of the transposon insertions pointed to compatible solute synthesis (glutamate and proline), cell membrane synthesis and modification of cell membrane composition. The results obtained in the present study give us a more complete picture of the mechanisms of DBF degradation by S. wittichii RW1, how it reacts to different DBF availability and how the DBF catabolic activity may be affected by the conditions found in contaminated environments. - Sphingomonas wittichii est une alpha-protéobactérie gram-négative, capable de dégrader des composés xénobiotiques tels que le dibenzofurane (DBF), la dibenzo-p-dioxine, le carbazole, le 2-hydroxybiphényle ou les herbicides dérivés du nitro-diphényléther. Le métabolisme de la souche RW1 a fait l'objet d'études antérieures et un certain nombre de gènes impliqués dans la dégradation du DBF ont été caractérisés. Il est connu que RW1 possède une unique dioxygénase DBF initiale (codée par le gène dxnAl) qui catalyse la première étape de la voie de dégradation. Aucun des organismes connus pour être capables de dégrader le DBF n'a de dioxygénase similaire. L'enzyme la plus proche étant la DBF dioxygénase de Rhodococcus sp. avec 45% d'acides aminés conservés. Les gènes qui participent à la transformation du salicylate en métabolites intermédiaires du cycle de Krebs par la voie ort/io-cleavage ont aussi été identifiés. Outre ces informations lacunaires, il y a un manque de connaissances sur l'ensemble des gènes impliqués dans la dégradation du DBF par la souche RW1 ainsi que l'effet des stress environnementaux sur l'expression génétique globale, en présence du DBF. Une analyse globale est nécessaire, car elle peut aider à mieux comprendre le comportement de la souche dans les conditions de terrain et de proposer des améliorations pour l'utilisation de la bio-augmentation comme technique de bio-remédiation. Le chapitre 2 décrit les résultats de l'analyse du génome pour caractériser les gènes impliqués dans la dégradation du DBF par RW1. Une analyse de micro-arrays nous a permis de détecter des différences dans la transcription des gènes lorsque la souche RW1 a été exposée au DBF. L'analyse a été complétée par le criblage à ultra-haut débit de mutants qui n'étaient plus capables de croître avec le salicylate ou le DBF comme seule source de carbone. Certains des gènes de la voie ortho-cleavage, dont la DBF dioxygénase initiale, ont xî été induits 2 à 4 fois, en présence du DBF. Cependant, deux groupes de gènes, nommés 4925 et 5102 ont été induits jusqu'à 19 fois en réponse au DBF. Le cluster 4925 participe probablement dans une voie de meta-cleavage tandis que le cluster 5102 pourrait faire partie d'une voie du gentisate. Les trois voies, ortho-cleavage, meta-cleavage et la voie du gentisate semblent être activées en parallèle lorsque la souche RW1 est exposée au DBF, ce qui représente une redondance de voies pour la dégradation du DBF dans le génome de RW1. Le chapitre 3 se concentre sur l'exploitation des outils génétiques pour la construction de biorapporteurs de la dégradation du DBF par RW1. Un ensemble d'outils de base pour la manipulation génétique dans Sphingomonas wittichii RW1 a été testé et optimisé. Deux plasmides et mini-transposons ont été évalués pour leur capacité à être maintenu dans RW1 avec ou sans pression de sélection par des antibiotiques, et pour leur capacité à exprimer la protéine fluorescente verte (eGFP) dans la souche RW1. Les trois promoteurs des gènes Swit_4925, Swit_5102 et Swit_4897 (dxnAl), induits en réponse au DBF, ont ensuite été utilisés pour construire des biorapporteurs dans RW1. Le chapitre 4 décrit l'utilisation des souches biorapportrices construites pour l'analyse de l'expression des gènes de la voie de dégradation du DBF dans des microcosmes avec différents types de sols. Les souches biorapportrices ont d'abord été exposées à différentes sources de carbone en cultures liquides afin de calibrer l'induction de la eGFP. La construction avec le promoteur du gène 4925 a permis une réponse au DBF. Mais contrairement à nos attentes, basées sur les résultats de l'analyse des micro-arrays, les deux autres constructions n'ont pas montré d'induction spécifique au DBF. La réponse des biorapporteurs a ensuite été testée pour la sensibilité au stress hydrique, étant donné que cela pourrait avoir un impact important dans les microcosmes. La diminution du potentiel hydrique en culture liquide est obtenue par addition de NaCl ou de PEG au milieu de croissance. Nous avons montré que l'expression de la eGFP contrôlée par les promoteurs 4925 et 5102 n'était pas directement influencée par le stress hydrique, mais seulement par une réduction globale des taux de croissance. En revanche, l'expression de la eGFP dépendante des promoteurs dxnAl et uspA était aussi directement dépendante de l'ampleur du stress hydrique. La souche avec la construction 4925 a été utilisée par la suite dans des microcosmes avec différents types de sols pour évaluer la biodisponibilité du DBF en présence ou absence des microbes indigènes et d'autres composés contaminants. Nous avons constaté que RW1 pouvait se développer si le DBF a été ajouté au sol, mais l'expression de la eGFP par le biorapporteur suggère que la compétition avec la microbiota indigène pour les métabolites intermédiaires du DBF peut limiter sa capacité à proliférer de manière optimale. Le chapitre 5 décrit les résultats des expériences réalisées afin de détecter spécifiquement les gènes de RW1 qui pourraient être impliquées dans la résistance au stress hydrique. Ici on a crée des bibliothèques de mutants de RW1 par transposon, soit avec un mini-Tn5 classique ou avec une variante qui exprime la eGFP lorsque le transposon s'insère dans un gène induit par le stress hydrique. Les bibliothèques de mutants ont été criblées par la méthode classique de repiquage sur boîtes, dans des conditions de stress hydrique élevé (obtenu par l'addition de NaCl dans les boîtes). En outre, nous avons criblé des micro¬colonies dans des billes d'agarose qui ont pu être analysées par cytométrie de flux. Un certain nombre de mutants déficients à croître sur des milieux supplémentés avec du NaCl ont été isolés et les sites d'insertion du transposon séquencés. Dans une deuxième procédure nous avons criblé par cytométrie de flux des mutants avec une production de eGFP supérieure, après exposition à un milieu de croissance avec une concentration élevée de NaCl. Les mutants obtenus dans les deux bibliothèques n'étaient pas similaires. Les fonctions des gènes où se trouvent les insertions de transposons sont impliqués dans la synthèse de solutés compatibles (glutamate et de la proline), dans la synthèse de la membrane cellulaire et dans la modification de la composition de la membrane cellulaire. Les résultats obtenus dans la présente étude nous donnent une image plus complète des mécanismes de dégradation du DBF par S. wittichii RW1, comment cette souche réagit à la disponibilité du DBF et comment l'activité catabolique peut être affectée par les conditions rencontrées dans des environnements contaminés.

The Use of Passive Samplers to Reveal Industrial and Agricultural Pollution Trends in Swiss Rivers

This study shows the efficiency of passive sampling to reveal industrial and agricultural pollution trends. Two practical applications for nonpolar and polar contaminants are presented. Low-density polyethylene (LDPE) samplers were deployed for one year in the Venoge River (VD) to monitor indicator PCBs (iPCBs, IUPAC nos. 28, 52, 101, 138, 153 and 180). The results showed that the impact of PCB emissions into the river is higher in summer than in other seasons due to the low flow rate of the river during this period. P,olar organic chemical integrative samplers (POCIS) were deployed for 4 months in the Sion-Riddes canal (VS) to investigate herbicides (terbuthylazine, diuron and linuron). Desisopropylatrazine-d5 (DIA-d5) was tested as a performance reference compound (PRC) to estimate aqueous concentration. The results showed an increase of water contamination due to the studied agricultural area. The maximal contamination was observed in April and corresponds to the period of herbicide application on the crops.

Genetic analysis of phenoxyalkanoic acid degradation in Sphingomonas herbicidovorans MH.

Phenoxyalkanoic acid degradation is well studied in Beta- and Gammaproteobacteria, but the genetic background has not been elucidated so far in Alphaproteobacteria. We report the isolation of several genes involved in dichlor- and mecoprop degradation from the alphaproteobacterium Sphingomonas herbicidovorans MH and propose that the degradation proceeds analogously to that previously reported for 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D). Two genes for alpha-ketoglutarate-dependent dioxygenases, sdpA(MH) and rdpA(MH), were found, both of which were adjacent to sequences with potential insertion elements. Furthermore, a gene for a dichlorophenol hydroxylase (tfdB), a putative regulatory gene (cadR), two genes for dichlorocatechol 1,2-dioxygenases (dccA(I/II)), two for dienelactone hydrolases (dccD(I/II)), part of a gene for maleylacetate reductase (dccE), and one gene for a potential phenoxyalkanoic acid permease were isolated. In contrast to other 2,4-D degraders, the sdp, rdp, and dcc genes were scattered over the genome and their expression was not tightly regulated. No coherent pattern was derived on the possible origin of the sdp, rdp, and dcc pathway genes. rdpA(MH) was 99% identical to rdpA(MC1), an (R)-dichlorprop/alpha-ketoglutarate dioxygenase from Delftia acidovorans MC1, which is evidence for a recent gene exchange between Alpha- and Betaproteobacteria. Conversely, DccA(I) and DccA(II) did not group within the known chlorocatechol 1,2-dioxygenases, but formed a separate branch in clustering analysis. This suggests a different reservoir and reduced transfer for the genes of the modified ortho-cleavage pathway in Alphaproteobacteria compared with the ones in Beta- and Gammaproteobacteria.

CHARACTERISATION OF ARABIDOPSIS THALIANA PERMEABLE CUTICLE MUTANTS SHOWING A STRONG RESISTANCE TO BOTRYTIS CINEREA

La cuticule des plantes, composée de cutine, un polyester lipidique complexe et de cires cuticulaires, couvre l'épiderme de la plupart des parties aériennes des plantes. Elle est constituée d'une barrière hydrophobique primaire qui minimise les pertes en eau et en soluté et protège l'organisme de différents stress environnementaux tels que les rayons UV, la dessiccation et l'infection par des pathogènes. Elle est aussi impliquée dans la délimitation des organes durant le développement. La cutine est un polyester qui, dans la plupart des espèces végétales, est principalement composé d'acides gras ω-hydroxylés composé de 16 à 18 carbones. Cependant, la cutine des feuilles d'Arabidopsis a une composition différente et est principalement constituée d'acides dicarboxyliques à 16-18 carbones. Les cires sont présentes dans le polyester de la cutine ou le recouvrent. Chez Arabidopsis, un nombre de mutants, tel que 1er, bdg, hth, att1, wbc11, et des plantes transgéniques avec différents changement dans la structure de la cuticule dans les feuilles et la tige, ont récemment été décrits et servent d'outils pour étudier la relation entre la structure et la fonction de la cuticule.7 mutants d'Arabidopsis ont été isolés par une méthode de coloration qui permet de détecter une augmentation dans la perméabilité cuticulaire. Ces mutants ont été appelés pec pour permeable cuticle.Pour la première partie de mon projet, j'ai principalement travaillé avec pec9/bre1 (permeable cuticle 9/botrytis resistance 1). PEC9/BRE1 a été identifié comme étant LACS2 (LONG CHAIN ACYL-CoA SYNTHETASE 2). Dans ce mutant, la cuticule n'est pas visible sous microscopie électronique et la quantité en acides gras omega- hydroxylés et en leurs dérivés est fortement réduite. Ces altérations conduisent à une plus grande perméabilité de la cuticule qui est mise en évidence par une plus grande sensibilité à la sécheresse et aux xénobiotiques et une coloration plus rapide par bleu de toluidine. Le mutant Iacs2 démontre aussi une grande capacité de résistance à l'infection du champignon nécrotrophique B. cinerea. Cette résistance est due à l'extrusion sur les feuilles d'un composé antifongique durant l'infection. Ce travail a été publié dans EMBO journal (Bessire et al., 2007, EMBO Journal).Mon second projet était principalement concentré sur pec1, un autre mutant isolé par le premier crible. La caractérisation de pec1 a révélé des phénotypes similaires à ceux de Iacs2, mais à chaque fois dans des proportions moindres : sensibilité accrue à la sécheresse et aux herbicides, plus grande perméabilité au bleu de toluidine et au calcofluor white, altération de la structure cuticulaire et résistance à B. cinerea à travers la même activité antifongique. PEC1 a été identifié comme étant AtPDR4. Ce gène code pour un transporteur ABC de la famille PDR ("Pleiotropic Drugs Resistance") qui sont des transporteurs ayants un large spectre de substrats. Le mutant se différencie de Iacs2, en cela que la composition en acides gras de la cuticule n'est pas autant altérée. C'est principalement le dihydroxypalmitate des fleurs dont la quantité est réduite. L'expression du gène marqué avec une GFP sous le contrôle du promoteur endogène a permis de localiser le transporteur au niveau de la membrane plasmique des cellules de l'épiderme, de manière polaire. En effet, la protéine est principalement dirigée vers l'extérieure de la plante, là où se trouve la cuticule, suggérant une implication d'AtPDR4 dans le transport de composants de la cuticule. Ce travail est actuellement soumis à Plant Cell.Une étude phylogénétique a aussi montré qu'AtPDR4 était très proche d'OsPDR6 du riz. Le mutant du riz a d'ailleurs montré des phénotypes de nanisme et de perméabilité similaire au mutant chez Arabidopsis.AbstractThe cuticle, consisting principally of cutin and cuticular waxes, is a hydrophobic layer of lipidic nature, which covers all aerial parts of plants and protects them from different abiotic and biotic stresses. Recently, the research in this area has given us a better understanding of the structure and the formation of the cuticle. The Arabidopsis mutants permeable cuticle 1 (peel) and botrytis resistance 1 (brel) were identified in two screens to identify permeable cuticles. The screens used the fluorescent dye calcofluor to measure permeability and also resistance to the fungal pathogen Botrytis. These mutants have highly permeable cuticle characteristics such as higher water loss, intake of chemicals through the cuticle, higher resistance to Botrytis cinerea infection, and organ fusion.BRE1 was cloned and found to be LACS2, a gene previously identified which is important in the formation and biosynthetic pathway of the cuticle. In brel, the amount of the major component of cutin in Arabidopsis leaves and stems, dicarboxylic acids, is five times lower than in the wild type. Moreover, the permeability of the cuticle allows the release of antifungal compounds at the leaf surface that inhibits the growth of two necrotrophic fungi: Botrytis cinerea and Sclerotinia sclerotiorum.PEC1 was identified as AtPDR4, a gene that codes for a plasma membrane transporter of the Pleiotropic Drug Resistance family, a sub-family of the ABC- transporters. AtPDR4 is strongly expressed in the epidermis of expanding tissues. In the epidermis it is located in a polar manner on the external plasma membrane, facing the cuticle. Analysis of the monomer composition of the cutin reveals that in this mutant the amount of hydroxy-acids and dihydroxy-palmitate is 2-3 times lower in flowers, in which organ these cutin monomers are the major components. Thus AtPDR4 is thought to function as a putative cutin monomer transporter.

Seasonal fluctuations of bacterial community diversity in agricultural soil and experimental validation by laboratory disturbance experiments.

Natural fluctuations in soil microbial communities are poorly documented because of the inherent difficulty to perform a simultaneous analysis of the relative abundances of multiple populations over a long time period. Yet, it is important to understand the magnitudes of community composition variability as a function of natural influences (e.g., temperature, plant growth, or rainfall) because this forms the reference or baseline against which external disturbances (e.g., anthropogenic emissions) can be judged. Second, definition of baseline fluctuations in complex microbial communities may help to understand at which point the systems become unbalanced and cannot return to their original composition. In this paper, we examined the seasonal fluctuations in the bacterial community of an agricultural soil used for regular plant crop production by using terminal restriction fragment length polymorphism profiling (T-RFLP) of the amplified 16S ribosomal ribonucleic acid (rRNA) gene diversity. Cluster and statistical analysis of T-RFLP data showed that soil bacterial communities fluctuated very little during the seasons (similarity indices between 0.835 and 0.997) with insignificant variations in 16S rRNA gene richness and diversity indices. Despite overall insignificant fluctuations, between 8 and 30% of all terminal restriction fragments changed their relative intensity in a significant manner among consecutive time samples. To determine the magnitude of community variations induced by external factors, soil samples were subjected to either inoculation with a pure bacterial culture, addition of the herbicide mecoprop, or addition of nutrients. All treatments resulted in statistically measurable changes of T-RFLP profiles of the communities. Addition of nutrients or bacteria plus mecoprop resulted in bacteria composition, which did not return to the original profile within 14 days. We propose that at less than 70% similarity in T-RFLP, the bacterial communities risk to drift apart to inherently different states.

Purification and characterization of two enantioselective alpha-ketoglutarate-dependent dioxygenases, RdpA and SdpA, from Sphingomonas herbicidovorans MH.

Alpha-ketoglutarate-dependent (R)-dichlorprop dioxygenase (RdpA) and alpha-ketoglutarate-dependent (S)-dichlorprop dioxygenase (SdpA), which are involved in the degradation of phenoxyalkanoic acid herbicides in Sphingomonas herbicidovorans MH, were expressed and purified as His6-tagged fusion proteins from Escherichia coli BL21(DE3)(pLysS). RdpA and SdpA belong to subgroup II of the alpha-ketoglutarate-dependent dioxygenases and share the specific motif HXDX(24)TX(131)HX(10)R. Amino acids His-111, Asp-113, and His-270 and amino acids His-102, Asp-104, and His 257 comprise the 2-His-1-carboxylate facial triads and were predicted to be involved in iron binding in RdpA and SdpA, respectively. RdpA exclusively transformed the (R) enantiomers of mecoprop [2-(4-chloro-2-methylphenoxy)propanoic acid] and dichlorprop [2-(2,4-dichlorophenoxy)propanoic acid], whereas SdpA was specific for the (S) enantiomers. The apparent Km values were 99 microM for (R)-mecoprop, 164 microM for (R)-dichlorprop, and 3 microM for alpha-ketoglutarate for RdpA and 132 microM for (S)-mecoprop, 495 microM for (S)-dichlorprop, and 20 microM for alpha-ketoglutarate for SdpA. Both enzymes had high apparent Km values for oxygen; these values were 159 microM for SdpA and >230 microM for RdpA, whose activity was linearly dependent on oxygen at the concentration range measured. Both enzymes had narrow cosubstrate specificity; only 2-oxoadipate was able to replace alpha-ketoglutarate, and the rates were substantially diminished. Ferrous iron was necessary for activity of the enzymes, and other divalent cations could not replace it. Although the results of growth experiments suggest that strain MH harbors a specific 2,4-dichlorophenoxyacetic acid-converting enzyme, tfdA-, tfdAalpha-, or cadAB-like genes were not discovered in a screening analysis in which heterologous hybridization and PCR were used.

3-amino-1,2,4-triazole inhibits macrophage NO synthase.

Murine macrophages activated by interferon-gamma and lipopolysaccharide become leishmanicidal through a process involving L-arginine-derived nitrogen oxidation products. Both nitrite secretion and parasite killing by activated macrophages were inhibited by 3-amino-1,2,4-triazole as well as the related compound, 3-amino-1,2,4-triazine. Moreover, NO synthase activity in cytosolic extracts of activated cells was inhibited by both compounds. 4-amino-1,2,4-triazole, an isomer of 3-amino-1,2,4-triazole, was without effect. Our results suggest that besides its known inhibitory effect on catalases and peroxidases, 3-amino-1,2,4-triazole is an inhibitor of NO synthase. The resemblance between the tautomeric form of 3-amino-1,2,4-triazole and the guanidino group of L-arginine, the natural substrate for NO synthase, might be responsible for the observed inhibition.

Risk assessment of herbicide mixtures in a large European lake

Lake Geneva is one of the largest European lakes with a surface area of 580 km2. Its catchment area covers 7400 km2, of which approximately 20% is arable land. Monitoring campaigns have been carried out in 2004 and 2005 to determine the contamination of the lake by pesticides. The results highlight the widespread presence of herbicides in water, the measured concentrations for most substances remaining constant in 2004 and 2005. However, for some individual herbicides the concentrations increased drastically (e.g., the herbicide foramsulfuron). We assessed the environmental risk of the herbicides detected in the lake using water quality criteria recently determined for the Swiss environmental protection agency. Furthermore, we assessed the risk of herbicide mixtures, grouped based upon their mode of action. Generally, the risk estimated for all single substances is low, except for some sulfonylurea compounds. For these substances, the measured concentrations are higher than the predicted no-effect concentration. Impact on the flora of the lake can therefore not be excluded. When mixtures of pesticides with similar mode of action are taken into account, the risk remains lower than the mixture water quality criteria for all groups, but can reach as high as one third of this quality criteria. A further step would therefore be to assess the risk of the total pesticide mixture, including similar and dissimilar modes of action

Human skin in vitro permeation of bentazon and isoproturon formulations with or without protective clothing suit.

Skin exposures to chemicals may lead, through percutaneous permeation, to a significant increase in systemic circulation. Skin is the primary route of entry during some occupational activities, especially in agriculture. To reduce skin exposures, the use of personal protective equipment (PPE) is recommended. PPE efficiency is characterized as the time until products permeate through material (lag time, Tlag). Both skin and PPE permeations are assessed using similar in vitro methods; the diffusion cell system. Flow-through diffusion cells were used in this study to assess the permeation of two herbicides, bentazon and isoproturon, as well as four related commercial formulations (Basagran(®), Basamais(®), Arelon(®) and Matara(®)). Permeation was measured through fresh excised human skin, protective clothing suits (suits) (Microchem(®) 3000, AgriSafe Pro(®), Proshield(®) and Microgard(®) 2000 Plus Green), and a combination of skin and suits. Both herbicides, tested by itself or as an active ingredient in formulations, permeated readily through human skin and tested suits (Tlag < 2 h). High permeation coefficients were obtained regardless of formulations or tested membranes, except for Microchem(®) 3000. Short Tlag, were observed even when skin was covered with suits, except for Microchem(®) 3000. Kp values tended to decrease when suits covered the skin (except when Arelon(®) was applied to skin covered with AgriSafe Pro and Microgard(®) 2000), suggesting that Tlag alone is insufficient in characterizing suits. To better estimate human skin permeations, in vitro experiments should not only use human skin but also consider the intended use of the suit, i.e., the active ingredient concentrations and type of formulations, which significantly affect skin permeation.

New vineyard cultivation practices create patchy ground vegetation, favouring Woodlarks

Intensive agriculture, in which detrimental farming practices lessen food abundance and/or reduce food accessibility for many animal species, has led to a widespread collapse of farmland biodiversity. Vineyards in central and southern Europe are intensively cultivated; though they may still harbour several rare plant and animal species, they remain little studied. Over the past decades, there has been a considerable reduction in the application of insecticides in wine production, with a progressive shift to biological control (integrated production) and, to a lesser extent, organic production. Spraying of herbicides has also diminished, which has led to more vegetation cover on the ground, although most vineyards remain bare, especially in southern Europe. The effects of these potentially positive environmental trends upon biodiversity remain mostly unknown as regards vertebrates. The Woodlark (Lullula arborea) is an endangered, short-distance migratory bird that forages and breeds on the ground. In southern Switzerland (Valais), it occurs mostly in vineyards. We used radiotracking and mixed effects logistic regression models to assess Woodlark response to modern vineyard farming practices, study factors driving foraging micro-habitat selection, and determine optimal habitat profile to inform management. The presence of ground vegetation cover was the main factor dictating the selection of foraging locations, with an optimum around 55% at the foraging patch scale. These conditions are met in integrated production vineyards, but only when grass is tolerated on part of the ground surface, which is the case on ca. 5% of the total Valais vineyard area. In contrast, conventionally managed vineyards covering a parts per thousand yen95% of the vineyard area are too bare because of systematic application of herbicides all over the ground, whilst the rare organic vineyards usually have a too-dense sward. The optimal mosaic with ca. 50% ground vegetation cover is currently achieved in integrated production vineyards where herbicide is applied every second row. In organic production, ca. 50% ground vegetation cover should be promoted, which requires regular mechanical removal of ground vegetation. These measures are likely to benefit general biodiversity in vineyards.