Renal sodium handling in acute and chronic salt loading/depletion protocols: the confounding influence of acute water loading.

OBJECTIVES: Renal tubular sodium handling was measured in healthy subjects submitted to acute and chronic salt-repletion/salt-depletion protocols. The goal was to compare the changes in proximal and distal sodium handling induced by the two procedures using the lithium clearance technique. METHODS: In nine subjects, acute salt loading was obtained with a 2 h infusion of isotonic saline, and salt depletion was induced with a low-salt diet and furosemide. In the chronic protocol, 15 subjects randomly received a low-, a regular- and a high-sodium diet for 1 week. In both protocols, renal and systemic haemodynamics and urinary electrolyte excretion were measured after an acute water load. In the chronic study, sodium handling was also determined, based on 12 h day- and night-time urine collections. RESULTS: The acute and chronic protocols induced comparable changes in sodium excretion, renal haemodynamics and hormonal responses. Yet, the relative contribution of the proximal and distal nephrons to sodium excretion in response to salt loading and depletion differed in the two protocols. Acutely, subjects appeared to regulate sodium balance mainly by the distal nephron, with little contribution of the proximal tubule. In contrast, in the chronic protocol, changes in sodium reabsorption could be measured both in the proximal and distal nephrons. Acute water loading was an important confounding factor which increased sodium excretion by reducing proximal sodium reabsorption. This interference of water was particularly marked in salt-depleted subjects. CONCLUSION: Acute and chronic salt loading/salt depletion protocols investigate different renal mechanisms of control of sodium balance. The endogenous lithium clearance technique is a reliable method to assess proximal sodium reabsorption in humans. However, to investigate sodium handling in diseases such as hypertension, lithium should be measured preferably on 24 h or overnight urine collections to avoid the confounding influence of water.

L-canavanine, an inhibitor of inducible nitric oxide synthase, improves venous return in endotoxemic rats.

OBJECTIVE: To investigate the hemodynamic effects of L-canavanine (an inhibitor of inducible, but not of constitutive, nitric oxide synthase) in endotoxic shock. DESIGN: Controlled, randomized, experimental study. SETTING: Animal laboratory. SUBJECTS: Wistar rats. INTERVENTIONS: Rats were anesthetized with pentobarbital, and hemodynamically monitored. One hour after an intravenous challenge with 5 mg/kg of Escherichia coli endotoxin, the rats were randomized to receive a continuous infusion of either L-canavanine (20 mg/kg/hr; n = 8) or vehicle only (isotonic saline, n = 11). In all animals, the infusion was given over 5 hrs at a rate of 2 mL/kg/hr. These experiments were repeated in additional rats challenged with isotonic saline instead of endotoxin (sham experiments). MEASUREMENTS AND MAIN RESULTS: Arterial blood pressure, heart rate, thermodilution cardiac output, central venous pressure, mean systemic filling pressure, urine output, arterial blood gases, blood lactate concentration, and hematocrit were measured. In sham experiments, hemodynamic stability was maintained throughout and L-canavanine had no detectable effect. Animals challenged with endotoxin and not treated with L-canavanine developed progressive hypotension and low cardiac output. After 6 hrs of endotoxemia, both central venous pressure and mean systemic filling pressure were significantly below their baseline values, indicating relative hypovolemia as the main determinant of reduced cardiac output. In endotoxemic animals treated with L-canavanine, hypotension was less marked, while cardiac output, central venous pressure, and mean systemic filling pressure were maintained throughout the experiment. L-canavanine had no effect on the time-course of hematocrit. L-canavanine significantly increased urine output and reduced the severity of lactic acidosis. CONCLUSIONS: Six hours after an endotoxin challenge in rats, low cardiac output develops, which appears to be primarily related to relative hypovolemia. L-canavanine, a selective inhibitor of the inducible nitric oxide synthase, increases the mean systemic filling pressure, thereby improving venous return, under these conditions.

Assessment of changes in body water by bioimpedance in acutely ill surgical patients.

OBJECTIVE: To evaluate the relationship between changes in body bioelectrical impedance (BI) at 0.5, 50 and kHz and the changes in body weight, as an index of total body water changes, in acutely ill surgical patients during the rapid infusion of isotonic saline solution. DESIGN: Prospective clinical study. SETTING: Multidisciplinary surgical ICU in a university hospital. PATIENTS: Twelve male patients treated for acute surgical illness (multiple trauma n = 5, major surgery n = 7). Selection criteria: stable cardiovascular parameters, normal cardiac function, signs of hypovolemia (CVP < or = 5 mmHg, urine output < 1 ml/kg x h). INTERVENTIONS: After baseline measurements, a 60 min fluid challenge test was performed with normal saline solution, 0.25 ml/kg/min [corrected]. MEASUREMENTS AND RESULTS: Body weight (platform digital scale), total body impedance (four-surface electrode technique; measurements at 0.5, 50 and 100 kHz) and urine output. Fluid retention induced a progressive decrease in BI at 0.5, 50 and 100 kHz, but the changes were significant for BI 0.5 and BI 100 only, from 40 min after the beginning of the fluid therapy onwards. There was a significant negative correlation between changes in water retention and BI 0.5, with individual correlation coefficients ranging from -0.72 to 0.95 (p < 0.01-0.0001). The slopes of the regression lines indicated that for each kg of water change, there was a mean decrease in BI of 18 ohm, but a substantial inter-individual variability was noted. CONCLUSION: BI measured at low frequency can represent a valuable index of acute changes in body water in a group of surgical patients but not in a given individual.

Effects of intranasal administration of synthetic (4-28)human atrial natriuretic peptide to normal volunteers.

The effects of intranasal administration of increasing doses of synthetic human natriuretic peptide (4-28 hANP) were studied in six healthy volunteers. The peptide was administered as a nasal spray at doses of 50, 100, 200, and 500 micrograms in ascending order at 48-h intervals. Vehicle was administered by the same route randomly between any two of the doses. Intranasal hANP administration had no effect on either blood pressure, heart rate (HR), or hematocrit. Diuresis did not change consistently, whereas natriuresis tended to rise with vehicle as well as with hANP administration. This was attributed to the infusion of isotonic saline during the experiment. There was no significant increase in plasma ANP levels after intranasal administration of any of the different doses. Thus, no evidence that the atrial natriuretic peptide tested (4-28 hANP) can cross the nasal mucosal barrier was found.

Moderate hypercapnia exerts beneficial effects on splanchnic energy metabolism during endotoxemia.

PURPOSE: Low tidal volume ventilation and permissive hypercapnia are required in patients with sepsis complicated by ARDS. The effects of hypercapnia on tissue oxidative metabolism in this setting are unknown. We therefore determined the effects of moderate hypercapnia on markers of systemic and splanchnic oxidative metabolism in an animal model of endotoxemia. METHODS: Anesthetized rats maintained at a PaCO(2) of 30, 40 or 60 mmHg were challenged with endotoxin. A control group (PaCO(2) 40 mmHg) received isotonic saline. Hemodynamic variables, arterial lactate, pyruvate, and ketone bodies were measured at baseline and after 4 h. Tissue adenosine triphosphate (ATP) and lactate were measured in the small intestine and the liver after 4 h. RESULTS: Endotoxin resulted in low cardiac output, increased lactate/pyruvate ratio and decreased ketone body ratio. These changes were not influenced by hypercapnia, but were more severe with hypocapnia. In the liver, ATP decreased and lactate increased independently from PaCO(2) after endotoxin. In contrast, the drop of ATP and the rise in lactate triggered by endotoxin in the intestine were prevented by hypercapnia. CONCLUSIONS: During endotoxemia in rats, moderate hypercapnia prevents the deterioration of tissue energetics in the intestine.

The release of antidiuretic hormone is appropriate in response to hypovolemia and/or sodium administration in children with severe head injury: a trial of lactated Ringer's solution versus hypertonic saline.

We conducted an open, randomized, and prospective study to determine the effect of hypertonic saline on the secretion of antidiuretic hormone (ADH) and aldosterone in children with severe head injury (Glasgow coma scale <8). Thirty-one consecutive patients at a level III pediatric intensive care unit at a children's hospital received either lactated Ringer's solution (Ringer's group, n = 16) or hypertonic saline (Hypertonic Saline group, n = 15) over a 3-day period. Serum ADH levels were significantly larger in the Hypertonic Saline group as compared with the Ringer's group (P = 0.001; analysis of variance) and were correlated to sodium intake (Ringer's group: r = 0.39, R(2) = 0.15, P = 0.02; Hypertonic Saline group: r = 0.42, R(2) = 0.18, P = 0.02) and volume of fluids given IV (Ringer's group: r = 0.38, R(2) = 0.15, P = 0.02; Hypertonic Saline group: r = 0.32, R(2) = 0.1, P = not significant). Correlation of ADH to plasma osmolality was significant if plasma osmolality was >280 mOsm/kg (r = 0.5, R(2) = 0.25, P = 0.06), indicating an osmotic threshold for ADH release. Serum aldosterone levels were larger on the first day than during Days 2 and 3 in both groups and inversely correlated to serum sodium levels only in the Ringer's group (r = -0.55, R(2) = 0.3, P < 0.001). This group received a significantly larger fluid volume on Day 1 (P = 0.05, Mann-Whitney U-test) than did patients in the Hypertonic Saline group, indicating hypovolemia during the first day. Head-injured children have appropriate levels of ADH. They may be hypovolemic during the first day of treatment, especially if they receive lactated Ringer's solution. IMPLICATIONS: In head-injured patients, we recommend fluid restriction to avoid inappropriate secretion of antidiuretic hormone. In a prospective, randomized, and controlled study in 31 children, we were able to show that the antidiuretic hormone levels are appropriate in response to hypovolemia, sodium load, or both.

A prospective, randomized, and controlled study of fluid management in children with severe head injury: lactated Ringer's solution versus hypertonic saline.

OBJECTIVES: Resuscitation in severe head injury may be detrimental when given with hypotonic fluids. We evaluated the effects of lactated Ringer's solution (sodium 131 mmol/L, 277 mOsm/L) compared with hypertonic saline (sodium 268 mmol/L, 598 mOsm/L) in severely head-injured children over the first 3 days after injury. DESIGN: An open, randomized, and prospective study. SETTING: A 16-bed pediatric intensive care unit (ICU) (level III) at a university children's hospital. PATIENTS: A total of 35 consecutive children with head injury. INTERVENTIONS: Thirty-two children with Glasgow Coma Scores of <8 were randomly assigned to receive either lactated Ringer's solution (group 1) or hypertonic saline (group 2). Routine care was standardized, and included the following: head positioning at 30 degrees; normothermia (96.8 degrees to 98.6 degrees F [36 degrees to 37 degrees C]); analgesia and sedation with morphine (10 to 30 microg/kg/hr), midazolam (0.2 to 0.3 mg/kg/hr), and phenobarbital; volume-controlled ventilation (PaCO2 of 26.3 to 30 torr [3.5 to 4 kPa]); and optimal oxygenation (PaO2 of 90 to 105 torr [12 to 14 kPa], oxygen saturation of >92%, and hematocrit of >0.30). MEASUREMENTS AND MAIN RESULTS: Mean arterial pressure and intracranial pressure (ICP) were monitored continuously and documented hourly and at every intervention. The means of every 4-hr period were calculated and serum sodium concentrations were measured at the same time. An ICP of 15 mm Hg was treated with a predefined sequence of interventions, and complications were documented. There was no difference with respect to age, male/female ratio, or initial Glasgow Coma Score. In both groups, there was an inverse correlation between serum sodium concentration and ICP (group 1: r = -.13, r2 = .02, p < .03; group 2: r = -.29, r2 = .08, p < .001) that disappeared in group 1 and increased in group 2 (group 1: r = -.08, r2 = .01, NS; group 2: r = -.35, r2 =.12, p < .001). Correlation between serum sodium concentration and cerebral perfusion pressure (CPP) became significant in group 2 after 8 hrs of treatment (r = .2, r2 = .04, p = .002). Over time, ICP and CPP did not significantly differ between the groups. However, to keep ICP at <15 mm Hg, group 2 patients required significantly fewer interventions (p < .02). Group 1 patients received less sodium (8.0 +/- 4.5 vs. 11.5 +/- 5.0 mmol/kg/day, p = .05) and more fluid on day 1 (2850 +/- 1480 vs. 2180 +/- 770 mL/m2, p = .05). They also had a higher frequency of acute respiratory distress syndrome (four vs. 0 patients, p = .1) and more than two complications (six vs. 1 patient, p = .09). Group 2 patients had significantly shorter ICU stay times (11.6 +/- 6.1 vs. 8.0 +/- 2.4 days; p = .04) and shorter mechanical ventilation times (9.5 +/- 6.0 vs. 6.9 +/- 2.2 days; p = .1). The survival rate and duration of hospital stay were similar in both groups. CONCLUSIONS: Treatment of severe head injury with hypertonic saline is superior to that treatment with lactated Ringer's solution. An increase in serum sodium concentrations significantly correlates with lower ICP and higher CPP. Children treated with hypertonic saline require fewer interventions, have fewer complications, and stay a shorter time in the ICU.

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.

Hydrocarbon biomarkers in the Topla-Mezica zinc-lead deposits, northern Karavanke/Drau Range, Slovenia: Paleoenvironment at the site of ore formation

The Mississippi Valley-type zinc and lead deposits at Topla (250,150 metric tons (t) of ore grading 1.0 wt % Zn and 3.3 wt % Pb) and Mezica (19 million metric tons (Mt) of ore grading 5.3 wt % Pb and 2.7 wt % Zn) occur within the Middle to Upper Triassic platform carbonate rocks of the northern Karavanke/Drau Range geotectonic units of the Eastern Alps, Slovenia. The ore and host rocks of these deposits have been investigated by a combination of inorganic and organic geochemical methods to determine major, trace, and rare earth element (REE) concentrations, hydrocarbon distribution, and stable isotope ratios of carbonates, kerogen, extractable organic matter, and individual hydrocarbons. These data combined with sedimentological evidence provide insight into the paleoenvironmental conditions at the site of ore formation. The carbonate isotope composition, the REE patterns, and the distribution of hydrocarbon biomarkers (normal alkanes and steranes) suggest a marine depositional environment. At Topla, a relatively high concentration of redox sensitive trace elements (V, Mo, U) in the host dolostones and REE patterns parallel to that of the North American shale composite suggest that sediments were deposited in a reducing environment. Anoxic conditions enhanced the preservation of organic matter and resulted in relatively higher total organic carbon contents (up to 0.4 wt %). The isotopic composition of the kerogen (delta C-13(kerogon) = -29.4 to -25.0 parts per thousand, delta N-15(kerogen) = -.13.6 to 6.8 parts per thousand) suggests that marine algae and/or bacteria were the main source of organic carbon with a very minor contribution from detrital continental plants and a varying degree of alteration. Extractable organic matter from Topla ore is generally depleted in C-13 compared to the associated kerogen, which is consistent with an indigenous source of the bitumens. The mineralization correlates with delta N-15(kerogen) values around 0 per mil, C-13 depleted kerogen, C-13 enriched n-heptadecane, and relatively high concentrations of bacteria] hydrocarbon biomarkers, indicating a high cyanobacterial biomass at the site of ore formation. Abundant dissimilatory sulfate-reducing bacteria, feeding on the cyanobacterial remains, led to accumulation of biogenic H2S in the pore water of the sediments. This biogenic H2S was mainly incorporated into sedimentary organic matter and diagenetic pyrite. Higher bacterial activity at the ore site also is indicated by specific concentration ratios of hydrocarbons, which are roughly correlated with total Pb plus Zn contents. This correlation is consistent with mixing of hydrothermal metal-rich, fluids and local bacteriogenic sulfide sulfur. The new geochemical data provide supporting evidence that Topla is a low-temperature Mississippi Valley-type deposit formed in an anoxic supratidal saline to hypersaline environment. A laminated cyanobacterial mat, with abundant sulfate-reducing bacteria was the main site of sulfate reduction.

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

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

Analysis of organic volatile residues in 9 mm spent cartridges

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