Real-time quantitative PCR assay for measurement of bird telomeres

We present the application of a real-time quantitative PCR assay, previously developed to measure relative telomere length in humans and mice, to two bird species, the zebra finch Taeniopygia guttata and the Alpine swift Apus melba. This technique is based on the PCR amplification of telomeric (TTAGGG)(n) sequences using specific oligonucleotide primers. Relative telomere length is expressed as the ratio (T/S) of telomere repeat copy number (T) to control single gene copy number (S). This method is particularly useful for comparisons of individuals within species, or where the same individuals are followed longitudinally. We used glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) as a single control gene. In both species, we validated our PCR measurements of relative telomere length against absolute measurements of telomere length determined by the conventional method of quantifying telomere terminal restriction fragment (TRF) lengths using both the traditional Southern blot analysis (Alpine swifts) and in gel hybridization (zebra finches). As found in humans and mice, telomere lengths in the same sample measured by TRF and PCR were well correlated in both the Alpine swift and the zebra finch.. Hence, this PCR assay for measurement of bird telomeres, which is fast and requires only small amounts of genomic DNA, should open new avenues in the study of environmental factors influencing variation in telomere length, and how this variation translates into variation in cellular and whole organism senescence.

Application of real-time PCR for total airborne bacterial assessment : comparison with epifluorescence microscopy and culture-dependent methods

Traditional culture-dependent methods to quantify and identify airborne microorganisms are limited by factors such as short-duration sampling times and inability to count nonculturableor non-viable bacteria. Consequently, the quantitative assessment of bioaerosols is often underestimated. Use of the real-time quantitative polymerase chain reaction (Q-PCR) to quantify bacteria in environmental samples presents an alternative method, which should overcome this problem. The aim of this study was to evaluate the performance of a real-time Q-PCR assay as a simple and reliable way to quantify the airborne bacterial load within poultry houses and sewage treatment plants, in comparison with epifluorescencemicroscopy and culture-dependent methods. The estimates of bacterial load that we obtained from real-time PCR and epifluorescence methods, are comparable, however, our analysis of sewage treatment plants indicate these methods give values 270-290 fold greater than those obtained by the ''impaction on nutrient agar'' method. The culture-dependent method of air impaction on nutrient agar was also inadequate in poultry houses, as was the impinger-culture method, which gave a bacterial load estimate 32-fold lower than obtained by Q-PCR. Real-time quantitative PCR thus proves to be a reliable, discerning, and simple method that could be used to estimate airborne bacterial load in a broad variety of other environments expected to carry high numbers of airborne bacteria. [Authors]

Analytical validation of a lymphocytic choriomeningitis virus real-time RT-PCR assay.

Lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) is a rare cause of central nervous system disease in humans. Screening by real-time RT-PCR assay is of interest in the case of aseptic meningitis of unknown etiology. A specific LCMV real-time RT-PCR assay, based on the detection of genomic sequences of the viral nucleoprotein (NP), was developed to assess the presence of LCMV in cerebrospinal fluids (CSF) sent for viral screening to a Swiss university hospital laboratory. A 10-fold dilution series assay using a plasmid containing the cDNA of the viral NP of the LCMV isolate Armstrong (Arm) 53b demonstrated the high sensitivity of the assay with a lowest detection limit of ≤50 copies per reaction. High sensitivity was confirmed by dilution series assays in a pool of human CSF using four different LCMV isolates (Arm53b, WE54, Traub and E350) with observed detection limits of ≤10PFU/ml (Arm53b and WE54) and 1PFU/ml (Traub and E350). Analysis of 130 CSF showed no cases of acute infection. The absence of positive cases was confirmed by a published PCR assay detecting all Old World arenaviruses. This study validates a specific and sensitive real-time RT-PCR assay for the diagnosis of LCMV infections. Results showed that LCMV infections are extremely rare in hospitalized patients western in Switzerland.

Quantification of thermotolerant campylobacter in Swiss water treatment plants, by real-time quantitative polymerase chain reaction

A total of 49 wastewater samples from 23 different wastewater treatment plants (WWTPs) were analyzed using real-time quantitative polymerase chain reaction for the presence and quantity of thermotolerant campylobacters. Thermotolerant campylobacters were detected in 87.5% (21/24) and 64% (16/25) of untreated and treated wastewater samples, respectively. Their concentration was sufficiently high to be quantified in 20.4% (10/49) of the samples. In these samples, the concentration ranged from 68 000 to 2292 000 cells/L in untreated wastewater and from 10 800 to 28 000 cells/L in treated water. We conclude that thermotolerant campylobacters present a health hazard for workers at WWTPs in Switzerland. [Authors]

Variable viral clearance despite adequate ganciclovir plasma levels during valganciclovir treatment for cytomegalovirus disease in D+/R- transplant recipients.

ABSTRACT: BACKGROUND: Valganciclovir, the oral prodrug of ganciclovir, has been demonstrated equivalent to iv ganciclovir for CMV disease treatment in solid organ transplant recipients. Variability in ganciclovir exposure achieved with valganciclovir could be implicated as a contributing factor for explaining variations in the therapeutic response. This prospective observational study aimed to correlate clinical and cytomegalovirus (CMV) viral load response (DNAemia) with ganciclovir plasma concentrations in patients treated with valganciclovir for CMV infection/disease. METHODS: Seven CMV D+/R- transplant recipients (4 kidney, 2 liver and 1 heart) were treated with valganciclovir (initial dose was 900-1800 mg/day for 3-6.5 weeks, followed by 450-900 mg/day for 2-9 weeks). DNAemia was monitored by real time quantitative PCR and ganciclovir plasma concentration was measured at trough (Ctrough) and 3 h after drug administration (C3h) by HPLC. RESULTS: Four patients presented with CMV syndrome, two had CMV tissue-invasive disease after prophylaxis discontinuation, and one liver recipient was treated pre-emptively for asymptomatic rising CMV viral load 5 weeks post-transplantation in the absence of prophylaxis. CMV DNAemia decreased during the first week of treatment in all recipients except in one patient (median decrease: -1.2 log copies/mL, range: -1.8 to 0) despite satisfactory ganciclovir exposure (AUC0-12 = 48 mg.h/L, range for the 7 patients: 40-118 mg.h/L). Viral clearance was obtained in five patients after a median of time of 34 days (range: 28-82 days). Two patients had recurrent CMV disease despite adequate ganciclovir exposure (65 mg.h/L, range: 44-118 mg.h/L). CONCLUSIONS: Valganciclovir treatment for CMV infection/disease in D+/R- transplant recipients can thus result in variable viral clearance despite adequate ganciclovir plasma concentrations, probably correlating inversely with anti-CMV immune responses after primary infection.

Periodic fever, aphthous stomatitis, pharyngitis, cervical adenitis syndrome is linked to dysregulated monocyte IL-1β production.

BACKGROUND: The exact pathogenesis of the pediatric disorder periodic fever, aphthous stomatitis, pharyngitis, cervical adenitis (PFAPA) syndrome is unknown. OBJECTIVES: We hypothesized that PFAPA might be due to dysregulated monocyte IL-1β production linked to genetic variants in proinflammatory genes. METHODS: Fifteen patients with PFAPA syndrome were studied during and outside a febrile episode. Hematologic profile, inflammatory markers, and cytokine levels were measured in the blood. The capacity of LPS-stimulated PBMCs and monocytes to secrete IL-1β was assessed by using ELISA, and active IL-1β secretion was visualized by means of Western blotting. Real-time quantitative PCR was performed to assess cytokine gene expression. DNA was screened for variants of the MEFV, TNFRSF1A, MVK, and NLRP3 genes in a total of 57 patients with PFAPA syndrome. RESULTS: During a febrile attack, patients with PFAPA syndrome revealed significantly increased neutrophil counts, erythrocyte sedimentation rates, and C-reactive protein, serum amyloid A, myeloid-related protein 8/14, and S100A12 levels compared with those seen outside attacks. Stimulated PBMCs secreted significantly more IL-1β during an attack (during a febrile episode, 575 ± 88 pg/mL; outside a febrile episode, 235 ± 56 pg/mL; P < .001), and this was in the mature active p17 form. IL-1β secretion was inhibited by ZYVAD, a caspase inhibitor. Similar results were found for stimulated monocytes (during a febrile episode, 743 ± 183 pg/mL; outside a febrile episode, 227 ± 92 pg/mL; P < .05). Genotyping identified variants in 15 of 57 patients, with 12 NLRP3 variants, 1 TNFRSF1A variant, 4 MEFV variants, and 1 MVK variant. CONCLUSION: Our data strongly suggest that IL-1β monocyte production is dysregulated in patients with PFAPA syndrome. Approximately 20% of them were found to have NLRP3 variants, suggesting that inflammasome-related genes might be involved in this autoinflammatory syndrome.

Effects of four-week high-fructose diet on gene expression in skeletal muscle of healthy men.

AIMS: A high-fructose diet (HFrD) may play a role in the obesity and metabolic disorders epidemic. In rodents, HFrD leads to insulin resistance and ectopic lipid deposition. In healthy humans, a four-week HFrD alters lipid homoeostasis, but does not affect insulin sensitivity or intramyocellular lipids (IMCL). The aim of this study was to investigate whether fructose may induce early molecular changes in skeletal muscle prior to the development of whole-body insulin resistance. METHODS: Muscle biopsies were taken from five healthy men who had participated in a previous four-week HFrD study, during which insulin sensitivity (hyperinsulinaemic euglycaemic clamp), and intrahepatocellular lipids and IMCL were assessed before and after HFrD. The mRNA concentrations of 16 genes involved in lipid and carbohydrate metabolism were quantified before and after HFrD by real-time quantitative PCR. RESULTS: HFrD significantly (P<0.05) increased stearoyl-CoA desaturase-1 (SCD-1) (+50%). Glucose transporter-4 (GLUT-4) decreased by 27% and acetyl-CoA carboxylase-2 decreased by 48%. A trend toward decreased peroxisomal proliferator-activated receptor-gamma coactivator-1alpha (PGC-1alpha) was observed (-26%, P=0.06). All other genes showed no significant changes. CONCLUSION: HFrD led to alterations of SCD-1, GLUT-4 and PGC-1alpha, which may be early markers of insulin resistance.

Metabolic effects of fructose in humans

Abstract : Fructose is a simple sugar, whose consumption has increased over the past decades. In rodents, a high-fructose diet (HFrD) induces several features of the metabolic syndrome. The aim of the studies included in this thesis was to investigate the metabolic effects of a HFrD in humans, with a focus on insulin sensitivity and ectopic fat deposition. Moreover, we addressed the question whether these effects may differ between individuals according to gender and the genetic background. The first study was designed to evaluate the impact of a 4-week HFrD on insulin sensitivity and lipid metabolism in 7 healthy men. Insulin sensitivity, intrahepatocellular lipids (IHCL) and intramyocellular lipids (IMCL) contents were measured before and after 1 and 4 weeks of HFrD (1.5 g fructose/kg body weight/day). Insulin sensitivity was assessed by a 2-step hyperinsulinemic euglycemic clamp. IHCL and IMCL were measured by 1H-magnetic resonance spectroscopy (MRS). Fructose caused significant (P<0.05) increases in fasting plasma concentrations of triacylglycerol (TG) (+36%), VLDL-TG (+72%) and glucose (+6%) without any change in body weight, IHCL, IMCL, and insulin sensitivity. In the second study, muscle biopsies were taken from five of these healthy male subjects before and after 4 weeks of HFrD. mRNA concentrations of 18 genes involved in lipid and carbohydrate metabolism were quantified by real-time quantitative PCR. We found that a 4-week HFrD increased the expression of genes involved in lipid synthesis, while it decreased those involved in insulin sensitivity and lipid oxidation; these molecular changes maybe early markers of insulin resistance and altered lipid metabolism. The third study aimed at delineating whether male and females equally respond to a HFrD. For this purpose, higher doses of fructose (twice the dose of the previous study) were provided to 8 healthy young males and 8 healthy young females over 6 days. HFrD significantly increased fasting TG in males (+71 %), whereas this increase was markedly blunted in females (+16%). Males also developed hepatic insulin resistance, characterized by increased hepatic glucose output (+12%), and showed higher alanine aminotransferase concentration (+38%), but none of these effect was observed in females. This study suggests that short-term HFrD leads to hypertriglyceridemia and hepatic insulin resistance in men, but premenopausal women seem protected against these effects. Finally, the fourth study investigated whether healthy offspring of type 2 diabetic patients (OffT2D), a subgroup of individuals prone to metabolic disorders due to their genetic background, may have exacerbated response to HFrD. Eight healthy males (Ctrl) and 16 OffT2D received a HFrD and isocaloric diet in a randomized order. In both groups, HFrD significantly increased IHCL (Ctrl: +76%; OffT2D: +79%) and fasting plasma VLDL-TG (Ctrl: +51 %; OffT2D: +110%). In absolute values, these increments were significantly higher in OffT2D, suggesting that these individuals may be more prone to developing metabolic disorders when challenged by high fructose intake. In order to better delineate the specific effects of fructose vs the hypercaloric energy content, we repeated the complete metabolic investigations after an isocaloric high glucose diet in four of the eight Ctrl volunteers. After a high glucose diet, TG and IHCL concentrations remained similar to the control values, in contrast to the marked increases observed after the HFrD. In conclusion, the studies included in this thesis provided novel insights into the metabolic effects of fructose in humans. They showed that fructose may rapidly increase fasting VLDL-TG, IHCL and lead to hepatic insulin resistance; these effects seem specific to fructose, and potential mechanisms may involve both stimulation of hepatic de novo lipogenesis and decreased lipid oxidation. Moreover, the results suggest that women seem protected against such deleterious effects, while OffT2D displayed exacerbated response. Résumé : Le fructose est un sucre simple, dont la consommation a augmenté durant les dernières décennies. Dans les modèles animaux, un régime riche en fructose (RRFru) peut induire plusieurs composantes du syndrome métabolique. Le but de cette thèse était d'étudier les effets d'un régime riche en fructose sur la sensibilité à l'insuline et la déposition de lipides ectopiques chez l'humain, et si ces effets variaient selon le genre ou le background génétique. La première étude avait pour but d'évaluer l'effet d'un RRFru d'une durée de 4 semaines sur la sensibilité à l'insuline et le métabolisme des lipides chez des hommes sains. La sensibilité à l'insuline, les lipides intrahépatiques (IHCL) et intramusculaires (IMCL) ont été mesurés avant, et après 1 et 4 semaines du RRFru (1.5 g fructose/kg/jour). La sensibilité à l'insuline a été déterminée par un clamp hyperinsulinémique euglycémique, et les IHCL/IMCL par spectroscopie à résonnance magnétique. Le fructose a augmenté les concentrations plasmatiques à jeun des VLDL- triglycérides (TG) (+72%) et de glucose (+6%), sans induire de changement au niveau de la sensibilité à l'insuline, IHCL ou IMCL. Dans la deuxième étude, des biopsies de muscle squelettique ont été prélevées chez cinq de ces volontaires avant et après les 4 semaines de RRFru. Les concentrations de mRNA de 18 gènes impliqués dans le métabolisme des lipides et des hydrates de carbone ont été mesurées par RT-PCR quantitative. Le RRFru a augmenté l'expression de gènes impliqués dans la synthèse de lipides, et diminué celles de gènes impliqués dans la sensibilité à l'insuline et l'oxydation de lipides. Ces changements pourraient constituer des altérations précoces de la sensibilité à l'insuline et du métabolisme lipidique en réponse au fructose. La troisième étude avait pour but de définir si les réponses au RRFru étaient semblables entre les hommes et les femmes. Pour ceci, des doses plus élevées de fructose ont été administrées à 8 jeunes hommes et 8 jeunes femmes durant 6 jours. Le RRFru a augmenté les TG chez les hommes (+71 %), et de manière nettement plus modeste chez les femmes (+16%). Les hommes ont développé une résistance hépatique à l'insuline, ainsi qu'une augmentation des concentrations d'alanine aminotransférase (+38%), mais aucun de ces effets n'a été observé chez les femmes. Cette étude suggère qu'à court terme, un RRFru mène à une hypertriglycéridémie et résistance hépatique à l'insuline chez l'homme, tandis que les femmes semblent en être protégées. Finalement, la 4ème étude a investigué si des personnes apparentées à des patients diabétiques de type 2 (AppDT2), qui constituent un groupe d'individus à risque de développer des maladies métaboliques en raison de leur background génétique, avaient des réponses plus marquées au RRFru. Huit hommes sains (Ctrl) et 16 AppDT2 on reçu dans un ordre randomisé un RRFru et une diète isocalorique durant 6 jours. Dans les deux groupes, le RRFru a augmenté significativement les IHCL (Ctrl: +76%; AppDT2: +79%) et les VLDL-TG plasmatiques à jeun (Ctrl: +51%; AppDT2: +110%). En valeurs absolues, ces deux augmentations étaient plus importantes dans le groupe des AppDT2, suggérant que ces individus sont plus à risque de développer des problèmes métaboliques suite à un apport de fructose. Afin de définir les effets spécifiques du fructose, quatre des huit sujets Ctrl ont été soumis à un régime riche en glucose. Après le régime riche en glucose, les concentrations de TG et d'IHCL étaient semblables aux valeurs obtenues après une diète isocalorique, contrairement aux nombreux effets observés après le RRFru. En conclusion, ces différentes études ont démontré que chez l'humain, le fructose peut rapidement induire une augmentation des VLDL-TG à jeun, des IHCL et une résistance hépatique à l'insuline ; ces effets semblent être spécifiques au fructose. De plus, les différents résultats obtenus montrent que les femmes développent des effets moindres en réponse au fructose, contrairement aux AppDT2, chez qui les effets du fructose semblent plus marqués. Résumé grand public : Le fructose est un sucre simple, présent naturellement et en faibles quantités dans les fruits, mais également constituant du sucrose - appelé aussi sucre de table. Depuis les années 1970, la consommation de fructose a augmenté dans les pays industrialisés et émergents, principalement par le biais d'une hausse de consommation de boissons sucrées de type soda. Dans des modèles animaux tels que les rongeurs, un régime riche en fructose mène au développement de plusieurs facteurs de risques étroitement liés aux maladies cardiovasculaires, à l'obésité et au diabète de type 2; ceux-ci sont caractérisés par une augmentation des concentrations de glucose et de lipides sanguins, ainsi qu'une accumulation de lipides dits « ectopiques », à savoir dans le foie et les muscles. Le but de cette thèse était de définir les effets d'un régime riche en fructose chez l'être humain. De plus, nous nous sommes intéressés à savoir si ces effets étaient semblables entre différents groupes d'individus, à savoir des personnes de sexe masculin / féminin, ou des personnes dont au moins un des parents est diabétique de type 2. Pour ceci, différents groupes de volontaires (hommes, femmes, avec histoire familiale de diabète de type 2) âgés de 18-30 ans se sont soumis à une alimentation enrichie en fructose, d'une durée allant de 6 à 28 jours, suivant l'étude à laquelle ils participaient. La quantité de fructose consommée en plus de l'alimentation normale durant ces périodes équivalait au contenu en fructose de 2-4 litres de boissons sucrées par jour. Des prises de sang ont été effectuées au terme de chacun de ces différents régimes, ainsi que des mesures de sensibilité à l'insuline et de concentrations de lipides dans le foie et le muscle par résonnance magnétique nucléaire, en collaboration avec l'Hôpital de l'Ile de Berne. Les résultats montrent qu'après 6 jours de régime riche en fructose, les volontaires sains de sexe masculin ont presque doublé leurs concentrations de lipides sanguins et hépatiques. De plus, le foie de ces volontaires réagissait moins bien à l'insuline, ce qui pourrait mener à long terme à des maladies métaboliques comme le diabète de type 2. Un des mécanismes postulés est que le fructose pourrait stimuler la formation de lipides dans le foie, contribuant ainsi à un dysfonctionnement de cet organe. De manière surprenante, des femmes d'âge et d'IMC (Indice de Masse Corporelle) comparables aux hommes étudiés n'ont pas développé ces différents effets en réponse au régime riche en fructose. Il semblerait donc qu'elles possèdent certaines propriétés pouvant les «protéger », du moins à court terme, des problèmes métaboliques induits par le fructose. De tels mécanismes sont pour l'heure inconnus, mais il est possible que des différences hormonales, ou de répartition de la masse graisseuse dans le corps, puissent jouer un rôle. Enfin, nous avons également démontré que chez certaines personnes ayant au moins un parent (père ou mère) diabétique de type 2, les augmentations de lipides sanguins et hépatiques induits par le fructose étaient plus marquées que chez des volontaires sans parents diabétiques. Ceci est néanmoins à tempérer par le fait que nous avons observé une grande hétérogénéité des réponses parmi ces individus, découlant certainement d'interactions complexes entre différents facteurs tels que la génétique, le mode de vie, l'alimentation et l'activité physique. Ces différents résultats donnent lieu à une meilleure compréhension du rôle de facteurs alimentaires dans le développement de problèmes métaboliques tels que le diabète de type 2. Ils vont également permettre de tester différentes approches thérapeutiques. Bien qu'ayant été obtenus avec des doses de fructose importantes, ces études soulignent l'effet potentiellement dangereux pour la santé d'une alimentation riche en sucres.

Effectiveness of intermittent preventive treatment with sulfadoxine-pyrimethamine during pregnancy on placental malaria, maternal anaemia and birthweight in areas with high and low malaria transmission intensity in Tanzania.

OBJECTIVE: To assess the effectiveness of IPTp in two areas with different malaria transmission intensities. METHODS: Prospective observational study recruiting pregnant women in two health facilities in areas with high and low malaria transmission intensities. A structured questionnaire was used for interview. Maternal clinic cards and medical logs were assessed to determine drug intake. Placental parasitaemia was screened using both light microscopy and real-time quantitative PCR. RESULTS: Of 350 pregnant women were recruited and screened for placental parasitaemia, 175 from each area. Prevalence of placental parasitaemia was 16.6% (CI 11.4-22.9) in the high transmission area and 2.3% (CI 0.6-5.7) in the low transmission area. Being primigravida and residing in a high transmission area were significant risk factors for placental malaria (OR 2.4; CI 1.1-5.0; P = 0.025) and (OR 9.4; CI 3.2-27.7; P < 0.001), respectively. IPTp was associated with a lower risk of placental malaria (OR 0.3; CI 0.1-1.0; P = 0.044); the effect was more pronounced in the high transmission area (OR 0.2; CI 0.06-0.7; P = 0.015) than in the low transmission area (OR 0.4; CI 0.04-4.5; P = 0.478). IPTp use was not associated with reduced risk of maternal anaemia or low birthweight, regardless of transmission intensity. The number needed to treat (NNT) was four (CI 2-6) women in the high transmission area and 33 (20-50) in the low transmission area to prevent one case of placental malaria. CONCLUSION: IPTp may have an effect on lowering the risk of placental malaria in areas of high transmission, but this effect did not translate into a benefit on risks of maternal anaemia or low birthweight. The NNT needs to be considered, and weighted against that of other protective measures, eventually targeting areas which are above a certain threshold of malaria transmission to maximise the benefit.

Influence of neuroblastoma stage on serum-based detection of MYCN amplification.

BACKGROUND: MYCN oncogene amplification has been defined as the most important prognostic factor for neuroblastoma (NB), the most common solid extracranial neoplasm in children. High copy numbers are strongly associated with rapid tumor progression and poor outcome, independently of tumor stage or patient age, and this has become an important factor in treatment stratification. PROCEDURE: By real-time quantitative PCR analysis, we evaluated the clinical relevance of circulating MYCN DNA of 267 patients with locoregional or metastatic NB in children less than 18 months of age. RESULTS: For patients in this age group with INSS stage 4 or 4S NB and stage 3 patients, serum-based determination of MYCN DNA sequences had good sensitivity (85%, 83%, and 75% respectively) and high specificity (100%) when compared to direct tumor gene determination. In contrast, the approach showed low sensitivity patients with stages 1 and 2 disease. CONCLUSION: Our results show that the sensitivity of the serum-based MYCN DNA sequence determination depends on the stage of the disease. However, this simple, reproducible assay may represent a reasonably sensitive and very specific tool to assess tumor MYCN status in cases with stage 3 and metastatic disease for whom a wait and see strategy is often recommended.

Santé au travail : approche moléculaire pour évaluer le risque de l'exposition aux bioaérosols sur les lieux de travail

RESUME : Dans de nombreux environnements professionnels, des travailleurs sont exposés à des bioaérosols, que ce soit des bactéries, champignons, virus ou fragments de microorganismes. Ces bioaérosols peuvent être responsables de maladies infectieuses (p.ex. légionellose), ou de maladies non infectieuses (touchant principalement les voies respiratoires). Cependant, pour une majorité des bioaérosols, les relations entre une exposition à une certaine dose et les effets sur la santé humaine sont peu connues. Ce manque de connaissances étant dû principalement à une absence de méthodes adéquates permettant de quantifier cette exposition. La real-time quantitative PCR (Q-PCR) est un outil basé sur la quantification du DNA dont le potentiel de quantification des bioaérosols dans des environnements professionnels n'a pas été exploré. Le but de ce travail est de développer une méthode de Q-PCR permettant de quantifier des bioaérosols - en particulier des bactéries - et d'appliquer ces techniques pour des mesures préventives sur les lieux de travail. Dans ce travail, la Q-PCR a été appliquée à 1a quantification de pathogènes, de groupes taxonomiques spécifiques et de la charge bactérienne totale dans des environnements de travail, stations d'épuration et élevages industriels de volailles. Nous avons montré que la Q-PCR : 1) est capable de quantifier des pathogènes difficilement cultivables si ceux-ci sont présents en concentration importante, 2) a le potentiel pour être un outil performant dans l'étude des communautés bactériennes présentes dans l'air d'environnements professionnels, 3) est aussi performante que le comptage total des bactéries par DAPI pour quantifier 1a charge bactérienne totale et est donc une alternative prometteuse aux techniques culture-dépendantes. La Q-PCR pourrait être utilisée afin d'établir des relations doses-réponses pour la charge bactérienne ; soit dans des populations de travailleurs hautement exposés (p.ex. les éleveurs de volailles), soit en exposant des cellules à des concentrations de bioaérosols mesurées par Q-PCR. ABSTRACT : Many workers are exposed to bioaerosols such as bacteria, fungi, viruses or fragments of microorganisms. These bioaerosols can be responsible of infectious (e.g. legionellosis) or non infectious diseases (mainly respiratory symptoms). However, for a majority of them, the relationship between exposure and effects on human health is not clearly established. This is mainly due to the lack of valid quantitative assessment methods. Real-time quantitative PCR (Q-PCR) is a tool based on the quantification of DNA, of which the potential for the quantification of bioaerosols in work environments has not yet been explored. The aim of this work was to develop a Q-PCR method permitting to quantify bioaerosols -mainly bacteria and to apply those techniques in occupational environments. In this work, Q-PCR was applied to the quantification of pathogens, of specific taxonomic groups and of the total bacterial load in two different occupational settings, namely wastewater treatment plants and poultry houses. We showed that Q-PCR : 1) is capable of quantifying difficult to cultivate pathogens; when they are present at high concentrations, 2) has the potential to be a useful tool for studying bacterial communities in the air of work environments, 3) is as efficient as epifluorescence for the quantification of total bacterial load, and is a promising alternative to the culture-dependent methods. Q-PCR could be used to establish doses-responses relationships for bacterial load, either in populations of highly exposed workers such as poultry farmers, or by exposing cells to concentrations of bioaerosols quantified with Q-PCR.

Detection of live and antibiotic-killed bacteria by quantitative real-time PCR of specific fragments of ribosomal RNA

RÉSUMÉ Le but d'un traitement antimicrobien est d'éradiquer une infection bactérienne. Cependant, il est souvent difficile d'en évaluer rapidement l'efficacité en utilisant les techniques standard. L'estimation de la viabilité bactérienne par marqueurs moléculaires permettrait d'accélérer le processus. Ce travail étudie donc la possibilité d'utiliser le RNA ribosomal (rRNA) à cet effet. Des cultures de Streptococcus gordonii sensibles (parent Wt) et tolérants (mutant Tol 1) à l'action bactéricide de la pénicilline ont été exposées à différents antibiotiques. La survie bactérienne au cours du temps a été déterminée en comparant deux méthodes. La méthode de référence par compte viable a été comparée à une méthode moléculaire consistant à amplifier par PCR quantitative en temps réel une partie du génome bactérien. La cible choisie devait refléter la viabilité cellulaire et par conséquent être synthétisée de manière constitutive lors de la vie de la bactérie et être détruite rapidement lors de la mort cellulaire. Le choix s'est porté sur un fragment du gène 16S-rRNA. Ce travail a permis de valider ce choix en corrélant ce marqueur moléculaire à la viabilité bactérienne au cours d'un traitement antibiotique bactéricide. De manière attendue, les S. gordonii sensibles à la pénicilline ont perdu ≥ 4 log10 CFU/ml après 48 heures de traitement par pénicilline alors que le mutant tolérant Tol1 en a perdu ≥ 1 log10 CFU/ml. De manière intéressant, la quantité de marqueur a augmenté proportionnellement au compte viable durant la phase de croissance bactérienne. Après administration du traitement antibiotique, l'évolution du marqueur dépendait de la capacité de la bactérie à survivre à l'action de l'antibiotique. Stable lors du traitement des souches tolérantes, la quantité de marqueur détectée diminuait de manière proportionnelle au compte viable lors du traitement des souches sensibles. Cette corrélation s'est confirmée lors de l'utilisation d'autres antibiotiques bactéricides. En conclusion, l'amplification par PCR du RNA ribosomal 16S permet d'évaluer rapidement la viabilité bactérienne au cours d'un traitement antibiotique en évitant le recours à la mise en culture dont les résultats ne sont obtenus qu'après plus de 24 heures. Cette méthode offre donc au clinicien une évaluation rapide de l'efficacité du traitement, particulièrement dans les situations, comme le choc septique, où l'initiation sans délai d'un traitement efficace est une des conditions essentielles du succès thérapeutique. ABSTRACT Assessing bacterial viability by molecular markers might help accelerate the measurement of antibiotic-induced killing. This study investigated whether ribosomal RNA (rRNA) could be suitable for this purpose. Cultures of penicillin-susceptible and penicillin-tolerant (Tol1 mutant) Streptococcus gordonii were exposed to mechanistically different penicillin and levofloxacin. Bacterial survival was assessed by viable counts, and compared to quantitative real-time PCR amplification of either the 16S-rRNA genes (rDNA) or the 16S rRNA, following reverse transcription. Penicillin-susceptible S. gordonii lost ≥ 4 log10 CFU/ml of viability over 48 h of penicillin treatment. In comparison, the Toll mutant lost ≤ 1 log10 CFU/ml. Amplification of a 427-base fragment of 16S rDNA yielded amplicons that increased proportionally to viable counts during bacterial growth, but did not decrease during drug-induced killing. In contrast, the same 427-base fragment amplified from 16S rDNA paralleled both bacterial growth and drug-induced killing. It also differentiated between penicillin-induced killing of the parent and the Toll mutant (≥4 log10 CFU/ml and ≤1 lo10 CFU/ml, respectively), and detected killing by mechanistically unrelated levofloxacin. Since large fragments of polynucleotides might be degraded faster than smaller fragments the experiments were repeated by amplifying a 119-base region internal to the origina1 427-base fragment. The amount of 119-base amplicons increased proportionally to viability during growth, but remained stable during drug treatment. Thus, 16S rRNA was a marker of antibiotic-induced killing, but the size of the amplified fragment was critical to differentiate between live and dead bacteria.

Detection of live and antibiotic-killed bacteria by quantitative real-time PCR of specific fragments of rRNA.

Assessing bacterial viability by molecular markers might help accelerate the measurement of antibiotic-induced killing. This study investigated whether rRNA could be suitable for this purpose. Cultures of penicillin-susceptible and penicillin-tolerant (Tol1 mutant) Streptococcus gordonii were exposed to mechanistically different penicillin and levofloxacin. Bacterial survival was assessed by viable counts and compared to quantitative real-time PCR amplification of either the 16S rRNA genes or the 16S rRNA, following reverse transcription. Penicillin-susceptible S. gordonii lost > or =4 log(10) CFU/ml of viability over 48 h of penicillin treatment. In comparison, the Tol1 mutant lost < or =1 log(10) CFU/ml. Amplification of a 427-bp fragment of 16S rRNA genes yielded amplicons that increased proportionally to viable counts during bacterial growth but did not decrease during drug-induced killing. In contrast, the same 427-bp fragment amplified from 16S rRNA paralleled both bacterial growth and drug-induced killing. It also differentiated between penicillin-induced killing of the parent and the Tol1 mutant (> or =4 log(10) CFU/ml and < or =1 log(10) CFU/ml, respectively) and detected killing by mechanistically unrelated levofloxacin. Since large fragments of polynucleotides might be degraded faster than smaller fragments, the experiments were repeated by amplifying a 119-bp region internal to the original 427-bp fragment. The amount of 119-bp amplicons increased proportionally to viability during growth but remained stable during drug treatment. Thus, 16S rRNA was a marker of antibiotic-induced killing, but the size of the amplified fragment was critical for differentiation between live and dead bacteria.

Multiplex real-time PCR for the diagnosis of malaria: correlation with microscopy.

Malaria is generally diagnosed by microscopy and rapid antigen testing. Molecular methods become more widely used. In the present study, the contribution of a quantitative multiplex malaria PCR was investigated. We assessed: (i) the agreement between PCR-based identification and microscopy and (ii) the correlation between the parasite load as determined by quantitative PCR and by microscopy. For 83 patients positive by microscopy for Plasmodium spp., the first EDTA-blood sample was tested by multiplex PCR to confirm smear-based species identification. Parasite load was assessed daily using both microscopy and PCR. Among the 83 patients tested, one was positive by microscopy only and 82 were positive by microscopy and PCR. Agreement between microscopy and PCR for the identification at the species level was 89% (73/82). Six of the nine discordant results corresponded to co-infections by two or three species and were attributed to inaccurate morphological identification of mixed cases. The parasite load generally decreased rapidly after treatment had been started, with similar decay curves being obtained using both microscopy and PCR. Our PCR proved especially useful for identifying mixed infections. The quantification obtained by PCR closely correlated with microscopy-based quantification and could be useful for monitoring treatment efficacy, at least in clinical trials.

Reverse transcription quantitative real-time polymerase chain reaction reference genes in the spared nerve injury model of neuropathic pain : validation and literature search

La douleur neuropathique est définie comme une douleur causée par une lésion du système nerveux somato-sensoriel. Elle se caractérise par des douleurs exagérées, spontanées, ou déclenchées par des stimuli normalement non douloureux (allodynie) ou douloureux (hyperalgésie). Bien qu'elle concerne 7% de la population, ses mécanismes biologiques ne sont pas encore élucidés. L'étude des variations d'expressions géniques dans les tissus-clés des voies sensorielles (notamment le ganglion spinal et la corne dorsale de la moelle épinière) à différents moments après une lésion nerveuse périphérique permettrait de mettre en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques. Elles se détectent de manière sensible par reverse transcription quantitative real-time polymerase chain reaction (RT- qPCR). Pour garantir des résultats fiables, des guidelines ont récemment recommandé la validation des gènes de référence utilisés pour la normalisation des données ("Minimum information for publication of quantitative real-time PCR experiments", Bustin et al 2009). Après recherche dans la littérature des gènes de référence fréquemment utilisés dans notre modèle de douleur neuropathique périphérique SNI (spared nerve injury) et dans le tissu nerveux en général, nous avons établi une liste de potentiels bons candidats: Actin beta (Actb), Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH), ribosomal proteins 18S (18S), L13a (RPL13a) et L29 (RPL29), hypoxanthine phosphoribosyltransferase 1 (HPRT1) et hydroxymethyl-bilane synthase (HMBS). Nous avons évalué la stabilité d'expression de ces gènes dans le ganglion spinal et dans la corne dorsale à différents moments après la lésion nerveuse (SNI) en calculant des coefficients de variation et utilisant l'algorithme geNorm qui compare les niveaux d'expression entre les différents candidats et détermine la paire de gènes restante la plus stable. Il a aussi été possible de classer les gènes selon leur stabilité et d'identifier le nombre de gènes nécessaires pour une normalisation la plus précise. Les gènes les plus cités comme référence dans le modèle SNI ont été GAPDH, HMBS, Actb, HPRT1 et 18S. Seuls HPRT1 and 18S ont été précédemment validés dans des arrays de RT-qPCR. Dans notre étude, tous les gènes testés dans le ganglion spinal et dans la corne dorsale satisfont au critère de stabilité exprimé par une M-value inférieure à 1. Par contre avec un coefficient de variation (CV) supérieur à 50% dans le ganglion spinal, 18S ne peut être retenu. La paire de gènes la plus stable dans le ganglion spinal est HPRT1 et Actb et dans la corne dorsale il s'agit de RPL29 et RPL13a. L'utilisation de 2 gènes de référence stables suffit pour une normalisation fiable. Nous avons donc classé et validé Actb, RPL29, RPL13a, HMBS, GAPDH, HPRT1 et 18S comme gènes de référence utilisables dans la corne dorsale pour le modèle SNI chez le rat. Dans le ganglion spinal 18S n'a pas rempli nos critères. Nous avons aussi déterminé que la combinaison de deux gènes de référence stables suffit pour une normalisation précise. Les variations d'expression génique de potentiels gènes d'intérêts dans des conditions expérimentales identiques (SNI, tissu et timepoints post SNI) vont pouvoir se mesurer sur la base d'une normalisation fiable. Non seulement il sera possible d'identifier des régulations potentiellement importantes dans la genèse de la douleur neuropathique mais aussi d'observer les différents phénotypes évoluant au cours du temps après lésion nerveuse.