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.

Bacterial biosensors for measuring availability of environmental pollutants

Abstract: Traditionally, pollution risk assessment is based on the measurement of a pollutant's total concentration in a sample. The toxicity of a given pollutant in the environment, however, is tightly linked to its bioavailability, which may differ significantly from the total amount. Physico-chemical and biological parameters strongly influence pollutant fate in terms of leaching, sequestration and biodegradation. Bacterial sensorreporters, which consist of living micro-organisms genetically engineered to produce specific output in response to target chemicals, offer an interesting alternative to monitoring approaches. Bacterial sensor-reporters detect bioavailable and/or bioaccessible compound fractions in samples. Currently, a variety of environmental pollutants can be targeted by specific biosensor-reporters. Although most of such strains are still confined to the lab, several recent reports have demonstrated utility of bacterial sensing-reporting in the field, with method detection limits in the nanomolar range. This review illustrates the general design principles for bacterial sensor-reporters, presents an overview of the existing biosensor-reporter strains with emphasis on organic compound detection. A specific focus throughout is on the concepts of bioavailability and bioaccessibility, and how bacteria-based sensing-reporting systems can help to improve our basic understanding of the different processes at work.

In vitro assessment of the pulmonary toxicity and gastric availability of lead-rich particles from a lead recycling plant

Epidemiological studies in urban areas have linked increasing respiratory and cardiovascular pathologies with atmospheric particulate matter (PM) from anthropic activities. However, the biological fate of metal-rich PM industrial emissions in urban areas of developed countries remains understudied. Lead toxicity and bioaccessibility assessments were therefore performed on emissions from a lead recycling plant, using complementary chemical acellular tests and toxicological assays, as a function of PM size (PM(10-2.5), PM(2.5-1) and PM(1)) and origin (furnace, refining and channeled emissions). Process PM displayed differences in metal content, granulometry, and percentage of inhalable fraction as a function of their origin. Lead gastric bioaccessibility was relatively low (maximum 25%) versus previous studies; although, because of high total lead concentrations, significant metal quantities were solubilized in simulated gastrointestinal fluids. Regardless of origin, the finest PM(1) particles induced the most significant pro-inflammatory response in human bronchial epithelial cells. Moreover, this biological response correlated with pro-oxidant potential assay results, suggesting some biological predictive value for acellular tests. Pulmonary effects from lead-rich PM could be driven by thiol complexation with either lead ions or directly on the particulate surface. Finally, health concern of PM was discussed on the basis of pro-inflammatory effects, accellular test results, and PM size distribution.

Comparison of naphthalene bioavailability determined by whole-cell biosensing and availability determined by extraction with Tenax

A rapid biological method for the determination of the bioavailability of naphthalene was developed and its value as an alternative to extraction-based chemical approaches demonstrated. Genetically engineered whole-cell biosensors are used to determine bioavailable naphthalene and their responses compared with results from Tenax extraction and chemical analysis. Results show a 1:1 correlation between biosensor results and chemical analyses for naphthalene-contaminated model materials and sediments, but the biosensor assay is much faster. This work demonstrates that biosensor technology can perform as well as standard chemical methods, though with some advantages including the inherent biological relevance of the response, rapid response time, and potential for field deployment. A survey of results from this work and the literature shows that bioavailability under non-equilibrium conditions nonetheless correlates well with K(oc) or K(d). A rationale is provided wherein chemical resistance is speculated to be operative.

Food availability affects the maternal transfer of androgens and antibodies into eggs of a colonial seabird.

Mothers can improve the quality of their offspring by increasing the level of certain components in their eggs. To examine whether or not mothers increase deposition of such components in eggs as a function of food availability, we food-supplemented black-legged kittiwake females (Rissa tridactyla) before and during egg laying and compared deposition of androgens and antibodies into eggs of first and experimentally induced replacement clutches. Food-supplemented females transferred lower amounts of androgens and antibodies into eggs of induced replacement clutches than did non-food-supplemented mothers, whereas first clutches presented no differences between treatments. Our results suggest that when females are in lower condition, they transfer more androgens and antibodies into eggs to facilitate chick development despite potential long-term costs for juveniles. Females in prime condition may avoid these potential long-term costs because they can provide their chicks with more and higher quality resources.

A new chemical tool (C0036E08) supports the role of adenosine A(2B) receptors in mediating human mast cell activation.

Asthma is a chronic inflammatory disease of the airways that involves many cell types, amongst which mast cells are known to be important. Adenosine, a potent bronchoconstricting agent, exerts its ability to modulate adenosine receptors of mast cells thereby potentiating derived mediator release, histamine being one of the first mediators to be released. The heterogeneity of sources of mast cells and the lack of highly potent ligands selective for the different adenosine receptor subtypes have been important hurdles in this area of research. In the present study we describe compound C0036E08, a novel ligand that has high affinity (pK(i) 8.46) for adenosine A(2B) receptors, being 9 times, 1412 times and 3090 times more selective for A(2B) receptors than for A(1), A(2A) and A(3) receptors, respectively. Compound C0036E08 showed antagonist activity at recombinant and native adenosine receptors, and it was able to fully block NECA-induced histamine release in freshly isolated mast cells from human bronchoalveolar fluid. C0036E08 has been shown to be a valuable tool for the identification of adenosine A(2B) receptors as the adenosine receptors responsible for the NECA-induced response in human mast cells. Considering the increasing interest of A(2B) receptors as a therapeutic target in asthma, this chemical tool might provide a base for the development of new anti-asthmatic drugs.

Accurate performance of a rat model of schizophrenia in the water maze depends on visual cue availability and stability: a distortion in cognitive mapping abilities?

Rats were treated postnatally (PND 5-16) with BSO (l-buthionine-(S,R)-sulfoximine) in an animal model of schizophrenia based on transient glutathione deficit. The BSO treated rats were impaired in patrolling a maze or a homing table when adult, yet demonstrated preserved escape learning, place discrimination and reversal in a water maze task [37]. In the present work, BSO rats' performance in the water maze was assessed in conditions controlling for the available visual cues. First, in a completely curtained environment with two salient controlled cues, BSO rats showed little accuracy compared to control rats. Secondly, pre-trained BSO rats were impaired in reaching the familiar spatial position when curtains partially occluded different portions of the room environment in successive sessions. The apparently preserved place learning in a classical water maze task thus appears to require the stability and the richness of visual landmarks from the surrounding environment. In other words, the accuracy of BSO rats in place and reversal learning is impaired in a minimal cue condition or when the visual panorama changes between trials. However, if the panorama remains rich and stable between trials, BSO rats are equally efficient in reaching a familiar position or in learning a new one. This suggests that the BSO accurate performance in the water maze does not satisfy all the criteria for a cognitive map based navigation on the integration of polymodal cues. It supports the general hypothesis of a binding deficit in BSO rats.

Chemical genetic analysis of cdc2p : new insights into the regulation of cytokinesis in "Schizosaccharomyces pombe"

RÉSUMÉ La protéine kinase cyciine-cdc2p (Cdk) joue un rôle fondamental dans la progression du cycle cellulaire dans la levure de fission Schizosaccharomyces pombe. Nous avons étudié le rôle de cdc2p dans la régulation de la cascade de septation ou SIN (septation initiation network) en mitose et en méiose. Le SIN contrôle l'initiation de la cytokinèse à la fin de la mitose, et est supposé être négativement régulé par cdc2p. Nous avons mutagénéisé le site actif de cdc2p afin qu'il puisse lier un analogue de l'ATP (PP1) qui agit comme inhibiteur. Cet analogue ne peut pas lier la kinase de type sauvage. Cette approche dite «chemical genetics» permet une meilleure résolution temporelle comparée à l'approche classique utilisant les mutants sensibles à une température élevée. Nous avons montré que ce mutant cdc2-as (analogue sensitive) est fonctionnel et que, in vitro, l'activité kinase est inhibée en présence de l'analogue. Les cellules portant cette mutation, contrairement aux cellules de type sauvage s'arrêtent de manière irréversible soit en G2 soit en G1 et G2, suivant la concentration de l'inhibiteur. L'inactivation de cdc2p-as dans des cellules arrêtées en métaphase conduit au recrutement asymétrique des protéines du SIN sur le pôle du fuseau mitotique et au recrutement des composants du SIN, ainsi que de la ß-(1,3)glucan synthase à l'anneau contractile. De plus, nos résultats montrent que l'orthologue de la phosphatase cdc14p dans S. pombe, fip1p/clp1p, joue un rôle dans la régulation de la localisation des protéines du SIN suite à l'inactivation de cdc2p. Finalement, l'activité de cdc2p est requise pour maintenir la polo-like kinase plo1p sur les pôles du fuseau mitotique dans les premiers stages de la mitose. C'est pourquoi nous concluons que l'inactivation de cdc2p est suffisante pour activer le SIN et promouvoir la cytokinèse. Dans une étude séparée, nous avons caractérisé des potentiellement nouveaux composants ou régulateurs du SIN qui ont été isolés dans deux criblages génétiques visant à isoler des mutants atténuants la signalisation du SIN. Summary : The cyclin dependent protein kinase (Cdk) cdc2p plays a central role in the cell cycle progression of fission yeast Schizosaccharomyces pombe. We have studied the role of cdc2p in regulating the septation initiation network (SIN) in mitosis and meiosis. The SIN regulates the initiation of cytokinesis at the end of mitosis and is thought to be inhibited by cdc2p. We have mutated the active site of cdc2p to permit binding of an inhibitory ATP analogue (PP1), which is unable to bind unmodified kinases. This "chemical genetic" approach provides a much higher temporal resolution than it can be achieved with classical temperature-sensitive mutants. We demonstrate that cdc2-as (analogue sensitive) is functional and that addition of PP1 inhibits cdc2p kinase activity in vitro. Cells carrying the cdc2-as allele, but not cdc2+, undergo reversible cell cycle arrest following addition of PP1 either in G2, or at both major commitment points in the cell cycle (G1 and G2), depending upon the concentration of PP1. Inactivation of cdc2p-as in cells arrested in early mitosis promotes both the asymmetric recruitment of SIN proteins to the spindle pole bodies (SPBs), and the recruitment of the most downstream SIN components and ß-(1,3)-glucan synthase to the contractile ring. Furthermore, our results indicate that the S. pombe orthologue of Cdc14p, flp1p/clp1p, plays a role in regulating the relocalisation of SIN proteins following inactivation of cdc2p, and that cdc2p activity is required to retain the polo like kinase plot p on the SPBs in early mitosis. Thus, we conclude that inactivation of cdc2p is sufficient to activate the SIN and to promote cytokinesis. In a separate study, we have initially characterised potential novel components or regulators of the SIN pathway identified by two genetic screens for mutants attenuating SIN signaling.

Indirect costs of parasitism are shaped by variation in the type of immune challenge and food availability

Parasites can inflict indirect fitness costs to their hosts by eliciting costly immune responses. These costs depend on the type and amount of immunostimulants presented to the host immune system but also on the amount of resources available to fuel host immune responses. Here, we investigated how the relative costs of two different types of immune challenge are modulated by variation in food availability. We injected nestling tawny owls (Strix aluco) with either 10 mu g of phytohaemagglutinin (PHA) or 20 mu g of lipopolysaccharide (LPS), and subsequently raised them under two different food regimes (food-restricted vs. ad libitum). After controlling for food consumption, we found that LPS-injected nestlings lost more body mass than PHA-injected ones only when food-restricted. We also found that body mass gain of owlets fed ad libitum decreased with the intensity of the skin swelling response against LPS, but not PHA. These experimental and correlative results suggest that nestling tawny owls suffered greater immune costs when treated with LPS than PHA, and that variation in the costs of two different types of immune challenge can be exacerbated under conditions of low food availability. Our study highlights the importance of taking into consideration the interplay between host immunity and nutrition in the study of indirect costs of parasitism.

Predator-prey chemical warfare determines the expression of biocontrol genes by rhizosphere-associated Pseudomonas fluorescens.

Soil bacteria are heavily consumed by protozoan predators, and many bacteria have evolved defense strategies such as the production of toxic exometabolites. However, the production of toxins is energetically costly and therefore is likely to be adjusted according to the predation risk to balance the costs and benefits of predator defense. We investigated the response of the biocontrol bacterium Pseudomonas fluorescens CHA0 to a common predator, the free-living amoeba Acanthamoeba castellanii. We monitored the effect of the exposure to predator cues or direct contact with the predators on the expression of the phlA, prnA, hcnA, and pltA genes, which are involved in the synthesis of the toxins, 2,4-diacetylphloroglucinol (DAPG), pyrrolnitrin, hydrogen cyanide, and pyoluteorin, respectively. Predator chemical cues led to 2.2-, 2.0-, and 1.2-fold increases in prnA, phlA, and hcnA expression, respectively, and to a 25% increase in bacterial toxicity. The upregulation of the tested genes was related to the antiprotozoan toxicity of the corresponding toxins. Pyrrolnitrin and DAPG had the highest toxicity, suggesting that bacteria secrete a predator-specific toxin cocktail. The response of the bacteria was elicited by supernatants of amoeba cultures, indicating that water-soluble chemical compounds were responsible for induction of the bacterial defense response. In contrast, direct contact of bacteria with living amoebae reduced the expression of the four bacterial toxin genes by up to 50%, suggesting that protozoa can repress bacterial toxicity. The results indicate that predator-prey interactions are a determinant of toxin production by rhizosphere P. fluorescens and may have an impact on its biocontrol potential.

USP2-45 represses aldosterone mediated responses by decreasing mineralocorticoid receptor availability.

BACKGROUND/AIMS: Ligand activation of the mineralocorticoid receptor (MR) induces several post-translational modifications (PTMs). Among the different PTMs, MR is known to be dynamically ubiquitylated with impact on its stability and transcriptional activity. Previously, we have shown that MR is monoubiquitylated at the basal state and that aldosterone stimulation induces monoubiquitylation removal prompting polyubiquitin-dependent destabilization of the receptor and proteasomal degradation. This study investigated the role of the aldosterone induced ubiquitin-specific protease USP2-45 on the ubiquitylation state of MR. METHODS: Renal epithelial cells M1 were co-transfected with MR with or without wild-type or inactive USP2-45. The association of MR with USP2-45 or TSG101 as well as MR ubiquitylation state were determined by immunoprecipitation and immunoblotting. MR transcriptional activity was assessed via a luciferase reporter gene. RESULTS: We show that USP2-45 is able to bind MR and, similarly to aldosterone, induce MR monoubiquitylation removal, disruption of MR/TSG101 association and destabilization of MR at protein level. CONCLUSION: This study provides a novel role for USP2-45 by playing a pivotal role in the regulation of the ubiquitylation state of MR and reveals the existence of a negative feedback loop for limiting the aldosterone induced response.

Chemical profiling of different hashish seizures by gas chromatography-mass spectrometry and statistical methodology: a case report

Limited information is available regarding the methodology required to characterize hashish seizures for assessing the presence or the absence of a chemical link between two seizures. This casework report presents the methodology applied for assessing that two different police seizures were coming from the same block before this latter one was split. The chemical signature was extracted using GC-MS analysis and the implemented methodology consists in a study of intra- and inter-variability distributions based on the measurement of the chemical profiles similarity using a number of hashish seizures and the calculation of the Pearson correlation coefficient. Different statistical scenarios (i.e., a combination of data pretreatment techniques and selection of target compounds) were tested to find the most discriminating one. Seven compounds showing high discrimination capabilities were selected on which a specific statistical data pretreatment was applied. Based on the results, the statistical model built for comparing the hashish seizures leads to low error rates. Therefore, the implemented methodology is suitable for the chemical profiling of hashish seizures.