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.

A fatal overdose of cocaine associated with coingestion of marijuana, buprenorphine, and fluoxetine. Body fluid and tissue distribution of cocaine and its metabolites determined by hydrophilic interaction chromatography-mass spectrometry(HILIC-MS).

Chromatographic separation of highly polar basic drugs with ideal ionspray mass spectrometry volatile mobile phases is a difficult challenge. A new quantification procedure was developed using hydrophilic interaction chromatography-mass spectrometry with turbo-ionspray ionization in the positive mode. After addition of deuterated internal standards and simple clean-up liquid extraction, the dried extracts were reconstituted in 500 microL pure acetonitrile and 5 microL was directly injected onto a Waters Atlantis HILIC 150- x 2.1-mm, 3-microm column. Chromatographic separations of cocaine, seven metabolites, and anhydroecgonine were obtained by linear gradient-elution with decreasing high concentrations of acetonitrile (80-56% in 18 min). This high proportion of organic solvent makes it easier to be coupled with MS. The eluent was buffered with 2 mM ammonium acetate at pH 4.5. Except for m-hydroxy-benzoylecgonine, the within-day and between-day precisions at 20, 100, and 500 ng/mL were below 7 and 19.1%, respectively. Accuracy was also below +/- 13.5% at all tested concentrations. The limit of quantification was 5 ng/mL (%Diff < 16.1, %RSD < 4.3) and the limit of detection below 0.5 ng/mL. This method was successfully applied to a fatal overdose. In Switzerland, cocaine abuse has dramatically increased in the last few years. A 45-year-old man, a known HIV-positive drug user, was found dead at home. According to relatives, cocaine was self-injected about 10 times during the evening before death. A low amount of cocaine (0.45 mg) was detected in the bloody fluid taken from a syringe discovered near the corpse. Besides injection marks, no significant lesions were detected during the forensic autopsy. Toxicological investigations showed high cocaine concentrations in all body fluids and tissues. The peripheral blood concentrations of cocaine, benzoylecgonine, and methylecgonine were 5.0, 10.4, and 4.1 mg/L, respectively. The brain concentrations of cocaine, benzoylecgonine, and methylecgonine were 21.2, 3.8, and 3.3 mg/kg, respectively. The highest concentrations of norcocaine (about 1 mg/L) were measured in bile and urine. Very high levels of cocaine were determined in hair (160 ng/mg), indicating chronic cocaine use. A low concentration of anhydroecgonine methylester was also found in urine (0.65 mg/L) suggesting recent cocaine inhalation. Therapeutic blood concentrations of fluoxetine (0.15 mg/L) and buprenorphine (0.1 microg/L) were also discovered. A relatively high concentration of Delta(9)-THC was measured both in peripheral blood (8.2 microg/L) and brain cortex (13.5 microg/kg), suggesting that the victim was under the influence of cannabis at the time of death. In addition, fluoxetine might have enhanced the toxic effects of cocaine because of its weak pro-arrhythmogenic properties. Likewise, combination of cannabinoids and cocaine might have increase detrimental cardiovascular effects. Altogether, these results indicate a lethal cocaine overdose with a minor contribution of fluoxetine and cannabinoids.

Determination of Vasopressin and Desmopressin in urine by means of liquid chromatography coupled to quadrupole time-of-flight mass spectrometry for doping control purposes.

The anti-diuretic neurohypophysial hormone Vasopressin (Vp) and its synthetic analogue Desmopressin (Dp, 1-desamino-vasopressin) have received considerable attention from doping control authorities due to their impact on physiological blood parameters. Accordingly, the illicit use of Desmopressin in elite sport is sanctioned by the World Anti-Doping Agency (WADA) and the drug is classified as masking agent. Vp and Dp are small (8-9 amino acids) peptides administered orally as well as intranasally. Within the present study a method to determine Dp and Vp in urinary doping control samples by means of liquid chromatography coupled to quadrupole high resolution time-of-flight mass spectrometry was developed. After addition of Lys-Vasopressin as internal standard and efficient sample clean up with a mixed mode solid phase extraction (weak cation exchange), the samples were directly injected into the LC-MS system. The method was validated considering the parameters specificity, linearity, recovery (80-100%), accuracy, robustness, limit of detection/quantification (20/50 pg mL(-1)), precision (inter/intra-day<10%), ion suppression and stability. The analysis of administration study urine samples collected after a single intranasal or oral application of Dp yielded in detection windows for the unchanged target analyte for up to 20 h at concentrations between 50 and 600 pg mL(-1). Endogenous Vp was detected in concentrations of approximately 20-200 pg mL(-1) in spontaneous urine samples obtained from healthy volunteers. The general requirements of the developed method provide the characteristics for an easy transfer to other anti-doping laboratories and support closing another potential gap for cheating athletes.

Determination of meropenem in plasma and filtrate-dialysate from patients under continuous veno-venous haemodiafiltration by SPE-LC.

Meropenem, a carbapenem antibiotic displaying a broad spectrum of antibacterial activity, is administered in Medical Intensive Care Unit to critically ill patients undergoing continuous veno-venous haemodiafiltration (CVVHDF). However, there are limited data available to substantial rational dosing decisions in this condition. In an attempt to refine our knowledge and propose a rationally designed dosage regimen, we have developed a HPLC method to determine meropenem after solid-phase extraction (SPE) of plasma and dialysate fluids obtained from patients under CVVHDF. The assay comprises the simultaneous measurement of meropenem's open-ring metabolite UK-1a, whose fate has never been studied in CVVHDF patients. The clean-up procedure involved a SPE on C18 cartridge. Matrix components were eliminated with phosphate buffer pH 7.4 followed by 15:85 MeOH-phosphate buffer pH 7.4. Meropenem and UK-1a were subsequently desorbed with MeOH. The eluates were evaporated under nitrogen at room temperature (RT) and reconstituted in phosphate buffer pH 7.4. Separation was performed at RT on a Nucleosil 100-5 microm C18 AB cartridge column (125 x 4 mm I.D.) equipped with a guard column (8 x 4 mm I.D.) with UV-DAD detection set at 208 nm. The mobile phase was 1 ml min(-1), using a step-wise gradient elution program: %MeOH/0.005 M tetrabutylammonium chloride pH 7.4; 10/90-50/50 in 27 min. Over the range of 5-100 microg ml(-1), the regression coefficient of the calibration curves (plasma and dialysate) were >0.998. The absolute extraction recoveries of meropenem and UK-1a in plasma and filtrate-dialysate were stable and ranged from 88-93 to 72-77% for meropenem, and from 95-104 to 75-82% for UK-1a. In plasma and filtrate-dialysate, respectively, the mean intra-assay precision was 4.1 and 2.6% for meropenem and 4.2 and 3.7% for UK-1a. The inter-assay variability was 2.8 and 3.6% for meropenem and 2.3 and 2.8% for UK-1a. The accuracy was satisfactory for both meropenem and UK-1a with deviation never exceeding 9.0% of the nominal concentrations. The stability of meropenem, studied in biological samples left at RT and at +4 degrees C, was satisfactory with < 5% degradation after 1.5 h in blood but reached 22% in filtrate-dialysate samples stored at RT for 8 h, precluding accurate measurements of meropenem excreted unchanged in the filtrate-dialysate left at RT during the CVVHDF procedure. The method reported here enables accurate measurements of meropenem in critically ill patients under CVVHDF, making dosage individualisation possible in such patients. The levels of the metabolite UK-1a encountered in this population of patients were higher than those observed in healthy volunteers but was similar to those observed in patients with renal impairment under hemodialysis.

Systematic evaluation of matrix effects in hydrophilic interaction chromatography versus reversed phase liquid chromatography coupled to mass spectrometry.

Reversed phase liquid chromatography (RPLC) coupled to mass spectrometry (MS) is the gold standard technique in bioanalysis. However, hydrophilic interaction chromatography (HILIC) could represent a viable alternative to RPLC for the analysis of polar and/or ionizable compounds, as it often provides higher MS sensitivity and alternative selectivity. Nevertheless, this technique can be also prone to matrix effects (ME). ME are one of the major issues in quantitative LC-MS bioanalysis. To ensure acceptable method performance (i.e., trueness and precision), a careful evaluation and minimization of ME is required. In the present study, the incidence of ME in HILIC-MS/MS and RPLC-MS/MS was compared for plasma and urine samples using two representative sets of 38 pharmaceutical compounds and 40 doping agents, respectively. The optimal generic chromatographic conditions in terms of selectivity with respect to interfering compounds were established in both chromatographic modes by testing three different stationary phases in each mode with different mobile phase pH. A second step involved the assessment of ME in RPLC and HILIC under the best generic conditions, using the post-extraction addition method. Biological samples were prepared using two different sample pre-treatments, i.e., a non-selective sample clean-up procedure (protein precipitation and simple dilution for plasma and urine samples, respectively) and a selective sample preparation, i.e., solid phase extraction for both matrices. The non-selective pretreatments led to significantly less ME in RPLC vs. HILIC conditions regardless of the matrix. On the contrary, HILIC appeared as a valuable alternative to RPLC for plasma and urine samples treated by a selective sample preparation. Indeed, in the case of selective sample preparation, the compounds influenced by ME were different in HILIC and RPLC, and lower and similar ME occurrence was generally observed in RPLC vs. HILIC for urine and plasma samples, respectively. The complementary of both chromatographic modes was also demonstrated, as ME was observed only scarcely for urine and plasma samples when selecting the most appropriate chromatographic mode.

How to set up and apply reference levels in fluoroscopy at a national level.

A nationwide survey was launched to investigate the use of fluoroscopy and establish national reference levels (RL) for dose-intensive procedures. The 2-year investigation covered five radiology and nine cardiology departments in public hospitals and private clinics, and focused on 12 examination types: 6 diagnostic and 6 interventional. A total of 1,000 examinations was registered. Information including the fluoroscopy time (T), the number of frames (N) and the dose-area product (DAP) was provided. The data set was used to establish the distributions of T, N and the DAP and the associated RL values. The examinations were pooled to improve the statistics. A wide variation in dose and image quality in fixed geometry was observed. As an example, the skin dose rate for abdominal examinations varied in the range of 10 to 45 mGy/min for comparable image quality. A wide variability was found for several types of examinations, mainly complex ones. DAP RLs of 210, 125, 80, 240, 440 and 110 Gy cm2 were established for lower limb and iliac angiography, cerebral angiography, coronary angiography, biliary drainage and stenting, cerebral embolization and PTCA, respectively. The RL values established are compared to the data published in the literature.

Geometry and physics of catenanes applied to the study of DNA replication.

The concept of ideal geometric configurations was recently applied to the classification and characterization of various knots. Different knots in their ideal form (i.e., the one requiring the shortest length of a constant-diameter tube to form a given knot) were shown to have an overall compactness proportional to the time-averaged compactness of thermally agitated knotted polymers forming corresponding knots. This was useful for predicting the relative speed of electrophoretic migration of different DNA knots. Here we characterize the ideal geometric configurations of catenanes (called links by mathematicians), i.e., closed curves in space that are topologically linked to each other. We demonstrate that the ideal configurations of different catenanes show interrelations very similar to those observed in the ideal configurations of knots. By analyzing literature data on electrophoretic separations of the torus-type of DNA catenanes with increasing complexity, we observed that their electrophoretic migration is roughly proportional to the overall compactness of ideal representations of the corresponding catenanes. This correlation does not apply, however, to electrophoretic migration of certain replication intermediates, believed up to now to represent the simplest torus-type catenanes. We propose, therefore, that freshly replicated circular DNA molecules, in addition to forming regular catenanes, may also form hemicatenanes.

Geometry, petrology and growth of a shallow crustal laccolith : the Torres del Paine Mafic Complex (Patagonia)

1. ABSTRACTS - RÉSUMÉSSCIENTIFIC ABSTRACT - ENGLISH VERSIONGeometry, petrology and growth of a shallow crustal laccolith: the Torres del Paine Mafi c Complex (Patagonia)The Torres del Paine intrusive complex (TPIC) is a composite mafic-granitic intrusion, ~70km2, belonging to a chain of isolated Miocene plutons in southern Patagonia. Their position is intermediate between the Mesozoic-Cenozoic calc-alkaline subduction related Patagonian batholith in the West and the late Cenozoic alkaline basaltic back-arc related plateau lavas in the East. The Torres del Paine complex formed during an important reconfiguration of the Patagonian geodynamic setting, with a migration of magmatism from the arc to the back-arc, possibly related to the Chile ridge subductionThe complex intruded the flysch of the Cretaceous Cerro Toro and Punta Barrosa Formations during the Miocene, creating a well-defined narrow contact aureole of 200-400 m width.In its eastern part, the Torres del Paine intrusive complex is a laccolith, composed of a succession of hornblende-gabbro to diorite sills at its base, with a total thickness of ~250m, showing brittle contacts with the overlying granitic sills, that form spectacular cliffs of more than 1000m. This laccolith is connected, in the western part, to its feeding system, with vertical alternating sheets of layered gabbronorite and Hbl-gabbro, surrounded and percolated by diorites. ID-TIMS U-Pb on zircons on feeder zone (FZ) gab- bros yield 12.593±0.009Ma and 12.587±0.009Ma, which is identifcal within error to the oldest granite dated so far by Michel et al. (2008). In contrast, the laccolith mafic complex is younger than than the youngest granite (12.50±0.02Ma), and has been emplaced from 12.472±0.009Ma to 12.431 ±0.006Ma, by under-accretion beneath the youngest granite at the interface with previously emplaced mafic sills.The gabbronorite crystallization sequence in the feeder zone is dominated by olivine, plagioclase, clinopyroxene and orthopyroxene, while amphibole forms late interstitial crystals. The crystallization sequence is identical in Hornblende-gabbro from the feeder zone, with higher modal hornblende. Gabbronorite and Hornblende-gabbro both display distinct Eu and Sr positive anomalies. In the laccolith, a lower Hornblende-gabbro crystallized in sills and evolved to a high alkali shoshonitic series. The Al203, Ti02, Na20, K20, Ba and Sr composition of these gabbros is highly variable and increases up to ~50wt% Si02. The lower hornblende-gabbro is characterized by kaersutite anhedral cores with inclusions of olivine, clino- and orthopyroxene and rare apatite and An70 plagioclase. Trace element modelling indicates that hornblende and clinopyroxene are in equilibrium with a liquid whose composition is similar to late basaltic trachyandesitic dikes that cut the complex. The matrix in the lower hornblende gabbro is composed of normally zoned oligoclase, Magnesio-hornblende, biotite, ilmenite and rare quartz and potassium feldspar. This assemblage crystallized in-situ from a Ba and Sr-depleted melts. In contrast, the upper Hbl-gabbro is high-K calc-alkaline. Poikilitic pargasite cores have inclusions of euhedral An70 plagioclase inclusions, and contain occasionally clinopyroxene, olivine and orthopyroxene. The matrix composition is identical to the lower hornblende-gabbro and similar to the diorite. Diorite bulk rock compositions show the same mineralogy but different modal proportions relative to hornblende-gabbrosThe Torres del Paine Intrusive Complex isotopic composition is 87Sr/86Sr=0.704, 143Nd/144Nd=0.5127, 206Pb/204Pb=18.70 and 207Pb/204Pb=15.65. Differentiated dioritic and granitic units may be linked to the gabbroic cumulates series, with 20-50% trapped interstitial melt, through fractionation of olivine-bearing gabbronorite or hornblende-gabbro fractionation The relative homogeneity of the isotopic compositions indicate that only small amounts of assimilation occurred. Two-pyroxenes thermometry, clinopyroxene barometry and amphibole-plagioclase thermometry was used to estimate pressure and temperature conditions. The early fractionation of ultramafic cumulates occurs at mid to lower crustal conditions, at temperatures exceeding 900°C. In contrast, the TPIC emplacement conditions have been estimated to ~0.7±0.5kbar and 790±60°C.Based on field and microtextural observations and geochemical modelling, fractionation of basaltic-trachyandesitic liquids at intermediate to lower crustal levels, has led to the formation of the Torres del Paine granites. Repetitive replenishment of basaltic trachy- andesitic liquid in crustal reservoirs led to mixed magmas that will ascend via the feeder zone, and crystallize into a laccolith, in the form of successive dioritic and gabbroic sills. Dynamic fractionation during emplacement concentrated hornblende rich cumulates in the center of individual sills. Variable degrees.of post-emplacement compaction led to the expulsion of felsic liquids that preferentially concentrated at the top of the sills. Incremental sills amalgamation of the entire Torres del Paine Intrusive Complex has lasted for ~160ka.RESUME SCIENTIFIQUE - VERSION FRANÇAISEGéométrie, pétrologie et croissance d'un laccolite peu profond : Le complexe ma- fique du Torres del Paine (Patagonie)Le Complexe Intrusif du Torres del Paine (CITP) est une intrusion bimodale, d'environ 70km2, appartenant à une chaîne de plutons Miocènes isolés, dans le sud de la Patago-nie. Leur position est intermédiaire entre le batholite patagonien calco-alcalin, à l'Ouest, mis en place au Mesozoïque-Cenozoïque dans un contexte de subduction, et les basal-tes andésitiques et trachybasaltes alcalins de plateau, plus jeune, à l'Est, lié à l'ouverture d'un arrière-arc.A son extrémité Est, le CITP est une succession de sills de gabbro à Hbl et de diorite, sur une épaisseur de ~250m, avec des évidences de mélange. Les contacts avec les sills de granite au-dessus, formant des parois de plus de 1000m, sont cassants. Ce laccolite est connecté, dans sa partie Ouest, à une zone d'alimentation, avec des intrusions sub-ver- ticales de gabbronorite litée et de gabbro à Hbl, en alternance. Celles-ci sont traversées et entourées par des diorites. Les zircons des gabbros de la zone d'alimentation, datés par ID-TIMS, ont cristallisés à 12.593±0.009Ma et 12.587±0.009Ma, ce qui correspond au plus vieux granite daté à ce jour par Michel et al. (2008). A l'inverse, les roches manques du laccolite se sont mises en place entre 12.472±0.009Ma et 12.431 ±0.006Ma, par sous-plaquage successifs à l'interface avec le granite le plus jeune daté à ce jour (12.50±0.02Ma).La séquence de cristallisation des gabbronorites est dominée par Ol, Plg, Cpx et Opx, alors que la Hbl est un cristal interstitiel. Elle est identique dans les gabbros à Hbl de la zone d'alimentation, avec ~30%vol de Hbl. Les gabbros de la zone d'alimentation montrent des anomalies positives en Eu et Sr distinctes. Dans le laccolite, le gabbro à Hbl inférieur évolue le long d'une série shoshonitique, riche en éléments incompatibles. Sa concentration en Al203, Ti02, Na20, K20, Ba et Sr est très variable et augmente rapide-ment jusqu'à ~50wt% Si02. Il est caractérisé par la présence de coeurs résorbés de kaer- sutite, entourés de Bt, et contenant des inclusions d'OI, Cpx et Opx, ou alors d'Ap et de rares Plg (An70). Hbl et Cpx ont cristallisés à partir d'un liquide de composition similaire aux dykes trachy-andesite basaltique du CITP. La matrice, cristallisée in-situ à partir d'un liquide pauvre en Ba et Sr, est composée d'oligoclase zoné de façon simple, de Mg-Hbl, Bt, llm ainsi que de rares Qtz et KF. Le gabbro à Hbl supérieur, quant à lui, appartient à une suite chimique calco-alcaline riche en K. Des coeurs poecilitiques de pargasite con-tiennent de nombreuses inclusions de Plg (An70) automorphe, ainsi que des Ol, Cpx et Opx. La composition de la matrice est identique à celle des gabbros à Hbl inférieurs et toutes deux sont similaires à la minéralogie des diorites. Les analyses sur roches totales de diorites montrent la même variabilité que celles de gabbros à Hbl, mais avec une ten-eur en Si02 plus élevée.La composition isotopique des liquides primitifs du CITP a été mesurée à 87Sr/86Sr=0.704, 143Nd/144Nd=0.5127, 206Pb/204Pb=18.70 et 207Pb/204Pb=15.65. Les granites et diorites différenciés peuvent être reliés à des cumulais gabbronoritiques (F=0.74 pour les granites et F=1-0.5 pour les diorites) et gabbroïques à Hbl (fractionnement supplémentaire pour les granites, avec F=0.3). La cristallisation de 20 à 50%vol de liquide interstitiel piégé dans les gabbros du CITP explique leur signature géochimique. Seules de faibles quantités de croûte continentale ont été assimilées. La température et la pression de fractionnement ont été estimées, sur la base des thermobaromètres Opx-Cpx, Hbl-Plg et Cpx, à plus de 900°C et une profondeur correspondant à la croûte inférieure-moyenne. A l'inverse, les conditions de cristallisation de la matrice des gabbros et diorites du laccolite ont été estimées à 790±60°C et ~0.7±0.5kbar.Je propose que les liquides felsiques du CITP se soient formés par cristallisation frac-tionnée en profondeur des assemblages minéralogiques observés dans les gabbros du CITP, à partir d'un liquide trachy-andesite basaltique. La percolation de magma dans les cristaux accumulés permet la remontée du mélange à travers la zone d'alimentation, vers le laccolite, où des sills se mettent en place successivement. L'amalgamation de sills dans le CITP a duré ~160ka.Le CITP s'est formé durant une reconfiguration importante du contexte géodynamique en Patagonie, avec un changement du magmatisme d'arc vers un volcanisme d'arrière- arc. Ce changement est certainement lié à la subduction de la ride du Chili.RESUME GRAND PUBLIC - VERSION FRANÇAISEGéométrie, pétrologie et croissance d'une chambre magmatique peu profonde : Le complexe mafique du Torres del Paine (Patagonie)Le pourtour de l'Océan Pacifique est caractérisé par une zone de convergence de plaques tectoniques, appelée zone de subduction, avec le plongement de croûte océa-nique sous les Andes dans le cas de la Patagonie. De nombreux volcans y sont associés, formant la ceinture de feu. Mais seuls quelques pourcents de tout le magma traversant la croûte terrestre parviennent à la surface et la majeure partie cristallise en profondeur, dans des chambres magmatiques. Quelles est leur forme, croissance, cristallisation et durée de vie ? Le complexe magmatique du Torres del Paine représente l'un des meilleurs endroits au monde pour répondre à ces questions. Il se situe au sud de la Patagonie, formant un massif de 70km2. Des réponses peuvent être trouvées à différentes échelles, variant de la montagne à des minéraux de quelques 1000ème de millimètres.Il est possible de distinguer trois types de roches : des gabbros et des diorites sur une épaisseur de 250m, surmontées par des parois de granite de plus de 1000m. Les contacts entre ces roches sont tous horizontaux. Entre granites et gabbro-diorite, le contact est net, indiquant que le second magma s'est mis en place au contact avec un magma plus ancien, totalement solidifié. Entre gabbros et diorites, les contacts sont diffus, souvent non-linéaires, indiquant à l'inverse la mise en contact de magmas encore partiellement liquides. Dans la partie Ouest de cette chambre magmatique, les contacts entre roches sont verticaux. Il s'agit certainement du lieu de remplissage de la chambre magmatique.Lors du refroidissement d'un magma, différents cristaux vont se former. Leur stabilité et leur composition varient en fonction de la pression, de la température ou de la chimie du magma. La séquence de cristallisation peut être définie sur la base d'observations microscopiques et de la composition chimique des minéraux. Différents gabbros sont ainsi distingués : le gabbro à la base est riche en hornblende, d'une taille de ~5mm, sans inclusion de plagioclase mais avec des cristaux d'olivine, clinopyroxene et orthopyroxene inclus ; le gabbro supérieur est lui-aussi riche en hornblende (~5mm), avec les mêmes inclusions additionnées de plagioclase. Ces cristaux se sont formés à une température supérieure à 900°C et une profondeur correspondant à la croûte moyenne ou inférieure. Les minéraux plus fin, se trouvant hors des cristaux de hornblende des deux gabbros, sont similaires à ceux des diorites : plagioclase, biotite, hornblende, apatite, quartz et feldspath alcalin. Ces minéraux sont caractéristiques des granites. Ils ont cristallisé à ~790°C et ~2km de profondeur.La cristallisation des minéraux et leur extraction du magma par gravité provoque un changement progressif de la composition de ce dernier. Ainsi, après extraction d'olivine et d'orthopyroxene riches en Mg, de clinopyroxene riche en Ca, de plagioclase riche en Ca et Al et d'hornblende riche en Ca, Al et Mg, le liquide final sera appauvri en ces élé-ments. Un lien peut ainsi être proposé entre les diorites dont la composition est proche du liquide de départ, les granites dont la composition est similaire au liquide final, et les gabbros dont la minéralogie correspond aux minéraux extraits.L'utilisation de zircons, un minéral riche en U dont les atomes se transforment en Pb par décomposition radioactive au cours de millions d'années, permet de dater le refroidissement des roches qui les contiennent. Ainsi, il a été observé que les roches de la zone d'alimentation, à l'Ouest du complexe magmatique, ont cristallisés il y a 12.59±0.01 Ma, en même temps que les granites les plus vieux, se trouvant au sommet de la chambre magmatique, datés par Michel et al. (2008). Les deux roches pourraient donc avoir la même origine. A l'inverse, les gabbros et diorites de la chambre magmatique ont cristallisé entre 12.47±0.01Ma et 12.43±0.01Ma, les roches les plus vieilles étant à la base.En comparant la composition des roches du Torres del Paine avec celles d'autres en-tités géologiques de Patagonie, les causes du magmatisme peuvent être recherchées. A l'Ouest, on trouve en effet des intrusions granitiques, plus anciennes, caractéristiques de zones de convergence de plaque tectonique, alors qu'à l'Est, des laves basaltiques plus jeunes sont caractéristiques d'une dynamique d'extension. Sur la base des compositions chimiques des roches de ces différentes entités, l'évolution progressive de l'une à l'autre a pu être démontrée. Elle est certainement due à l'arrivée d'une dorsale océanique (zone d'extension crustale et de création de croûte océanique par la remontée de magma) dans la zone de subduction, le long des Andes.Je propose que, dans un premier temps, des magmas granitiques sont remontés dans la chambre magmatique, laissant d'importants volumes de cristaux dans la croûte pro-fonde. Dans un second épisode, les cristaux formés en profondeur ont été transportés à travers la croûte continentale, suite au mélange avec un nouveau magma injecté. Ces magmas chargés de cristaux ont traversé la zone d'alimentation avant de s'injecter dans la chambre magmatique. Différents puises ont été distingués, injectés dans la chambre magmatique du sommet à la base concernant les granites, puis à la base du granite le plus jeune pour les gabbros et diorites. Le complexe magmatique du Torres del Paine s'est construit sur une période totale de 160'000±20'000 ans.

Are the light-harvesting I complexes from Rhodospirillum rubrum arranged around the reaction centre in a square geometry?

The basic photosynthetic unit containing the reaction centre and the light-harvesting I complex (RC-LHI) of the purple non-sulphur bacterium Rhodospirillum rubrum was purified and reconstituted into two-dimensional (2D) membrane crystals. Transmission electron microscopy using conventional techniques and cryoelectron microscopy of the purified single particles and of 2D crystals yielded a projection of the RC-LHI complex at a resolution of at least 1.6 nm. In this projection the LHI ring appears to have a square symmetry and packs in a square crystal lattice. The square geometry of the LHI ring was observed also in images of single isolated particles of the RC-LHI complex. However, although the LHI units are packed identically within the crystal lattice, a new rotational analysis developed here showed that the reaction centres take up one of four possible orientations within the ring. This fourfold disorder supports our interpretation of a square ring symmetry and suggests that a hitherto undetected component may be present within the photosynthetic unit.

The Caribbean-North America-Cocos Triple Junction and the dynamics of the Polochic-Motagua fault systems: Pull-up and zipper models

The Polochic-Motagua fault systems (PMFS) are part of the sinistral transform boundary between the North American and Caribbean plates. To the west, these systems interact with the subduction zone of the Cocos plate, forming a subduction-subduction-transform triple junction. The North American plate moves westward relative to the Caribbean plate. This movement does not affect the geometry of the subducted Cocos plate, which implies that deformation is accommodated entirely in the two overriding plates. Structural data, fault kinematic analysis, and geomorphic observations provide new elements that help to understand the late Cenozoic evolution of this triple junction. In the Miocene, extension and shortening occurred south and north of the Motagua fault, respectively. This strain regime migrated northward to the Polochic fault after the late Miocene. This shift is interpreted as a ``pull-up'' of North American blocks into the Caribbean realm. To the west, the PMFS interact with a trench-parallel fault zone that links the Tonala fault to the Jalpatagua fault. These faults bound a fore-arc sliver that is shared by the two overriding plates. We propose that the dextral Jalpatagua fault merges with the sinistral PMFS, leaving behind a suturing structure, the Tonala fault. This tectonic ``zipper'' allows the migration of the triple junction. As a result, the fore-arc sliver comes into contact with the North American plate and helps to maintain a linear subduction zone along the trailing edge of the Caribbean plate. All these processes currently make the triple junction increasingly diffuse as it propagates eastward and inland within both overriding plates.

Long-term follow-up of high-dose chemotherapy with autologous stem-cell transplantation and response-adapted whole-brain radiotherapy for newly diagnosed primary CNS lymphoma: results of the multicenter Ostdeutsche Studiengruppe Hamato-Onkologie OSHO-53 phase II study

Introduction: We previously reported the results of a phase II study for patients with newly diagnosed primary CNS lymphoma (PCNSL) treated with autologous peripheral blood stem-cell transplantation (aPBSCT) and responseadapted whole brain radiotherapy (WBRT). The purpose of this report is to update the initial results and provide long-term data regarding overall survival, prognostic factors, and the risk of treatment-related neurotoxicity.Methods: A long-term follow-up was conducted on surviving primary central nervous system lymphoma patients having been treated according to the ,,OSHO-53 study", which was initiated by the Ostdeutsche Studiengruppe Hamatologie-Onkologie. Between August 1999 and October 2004 twentythree patients with an average age of 55 and median Karnofsky performance score of 70% were enrolled and received high-dose mthotrexate (HD-MTX) on days 1 and 10. In case of at least a partial remission (PR), high-dose busulfan/ thiotepa (HD-BuTT) followed by aPBSCT was performed. Patients without response to induction or without complete remission (CR) after HD-BuTT received WBRT. All patients (n=8), who are alive in 2011, were contacted and Mini Mental State examination (MMSE) and the EORTC QLQ-C30 were performed.Results: Eight patients are still alive with a median follow-up of 116,9 months (79 - 141, range). One of them suffered from a late relapse eight and a half years after initial diagnosis of PCNSL, another one suffers from a gall bladder carcinoma. Both patients are alive, the one with the relapse of PCNSL has finished rescue therapy and is further observed, the one with gall baldder carcinoma is still under therapy. MMSE and QlQ-C30 showed impressive results in the patients, who were not irradiated. Only one of the irradiated patients is still alive with a clear neurologic deficit but acceptable quality of life.Conclusions: Long-term follow-up of our patients, who were included in the OSHO-53 study show an overall survival of 30 percent. If WBRT can be avoided no long-term neurotoxicity has been observed and the patients benefit from excellent Quality of Life. Induction chemotherapy with two cycles of HD-MTX should be intensified to improve the unsatisfactory OAS of 30 percent.

Is the formula of Traub still up to date in antemortem blood glucose level estimation?

According to the hypothesis of Traub, also known as the 'formula of Traub', postmortem values of glucose and lactate found in the cerebrospinal fluid or vitreous humor are considered indicators of antemortem blood glucose levels. However, because the lactate concentration increases in the vitreous and cerebrospinal fluid after death, some authors postulated that using the sum value to estimate antemortem blood glucose levels could lead to an overestimation of the cases of glucose metabolic disorders with fatal outcomes, such as diabetic ketoacidosis. The aim of our study, performed on 470 consecutive forensic cases, was to ascertain the advantages of the sum value to estimate antemortem blood glucose concentrations and, consequently, to rule out fatal diabetic ketoacidosis as the cause of death. Other biochemical parameters, such as blood 3-beta-hydroxybutyrate, acetoacetate, acetone, glycated haemoglobin and urine glucose levels, were also determined. In addition, postmortem native CT scan, autopsy, histology, neuropathology and toxicology were performed to confirm diabetic ketoacidosis as the cause of death. According to our results, the sum value does not add any further information for the estimation of antemortem blood glucose concentration. The vitreous glucose concentration appears to be the most reliable marker to estimate antemortem hyperglycaemia and, along with the determination of other biochemical markers (such as blood acetone and 3-beta-hydroxybutyrate, urine glucose and glycated haemoglobin), to confirm diabetic ketoacidosis as the cause of death.