Microfluidics: a new look at cell migration analysis

This thesis explores the development and employment of microfluidic devices as a tool for studying the effect of the surrounding environment on embryonic stem cells during the migration phenomena. Different single-cell microchips were designed and manufactured to study mouse embryonic fibroblasts (MEFs) migration towards an environmental variation (increase of serum concentration in the culture medium) that was expected to function as a motility stimuli. Considering the experimental, cells were injected into the microchips chambers and individually isolated by dedicated cell traps with view to a single-cell analysis. Once fribroblasts were attached to the surface, culture medium with an increased serum level was subsequently injected in an adjacent chamber to promote the formation of a serum concentration gradient. The gradient established between the chambers could be sensed by the fibroblasts and thus triggered the cells mobilization towards and in the direction of the richer serum medium. Additionally, the experiment allowed the observation of MEFs’ structural reorganization when migrating through micro-tunnels containing widths below the cell size, suggesting a cytoskeleton rearrangement on account of the nutritional stimulus introduced. Furthermore, results indicate that fibronectin promotes MEFs adhesion to the substrate and that MEFs migration is characterized as haptotactic.

Entre a plasticidade do corpo e da imagem : contributos para uma viagem interactiva pelos territórios incertos da arte contemporânea

Este trabalho de investigação começou por ser estruturado em torno de quatro grandes capítulos (quatro grandes linhas de orientação temática), todos eles amplamente desenvolvidos no sentido de podermos cartografar alguns dos principais territórios e sintomas da arte contemporânea, sendo certo também, que cada um deles assenta precisamente nos princípios de uma estrutura maleável que, para todos os efeitos, se encontra em processo de construção (work in progress), neste caso, graças à plasticidade do corpo, do espaço, da imagem e do uso criativo das tecnologias digitais, no âmbito das quais, aliás, tudo se parece produzir, transformar e disseminar hoje em dia à nossa volta (quase como se de uma autêntica viagem interactiva se tratasse). Por isso, a partir daqui, todo o esforço que se segue procurará ensaiar uma hipótese de trabalho (desenvolver uma investigação) que, porventura, nos permita desbravar alguns caminhos em direcção aos intermináveis túneis do futuro, sempre na expectativa de podermos dar forma, função e sentido a um desejo irreprimível de liberdade criativa, pois, a arte contemporânea tem essa extraordinária capacidade de nos transportar para muitos outros lugares do mundo, tão reais e imaginários como a nossa própria vida. Assim sendo, há que sumariar algumas das principais etapas a desenvolver ao longo desta investigação. Ora, num primeiro momento, começaremos por reflectir sobre o conceito alargado de «crise» (a crise da modernidade), para logo de seguida podermos abordar a questão da crise das antigas categorias estéticas, questionando assim, para todos os efeitos, quer o conceito de «belo» (Platão) e de «gosto» (Kant), quer ainda o conceito de «forma» (Foccilon), não só no sentido de tentarmos compreender algumas das principais razões que terão estado na origem do chamado «fim da arte» (Hegel), mas também algumas daquelas que terão conduzido à estetização generalizada da experiência contemporânea e à sua respectiva disseminação pelas mais variadas plataformas digitais. Num segundo momento, procuraremos reflectir sobre alguns dos principais problemas da inquietante história das imagens, nomeadamente para tentarmos perceber como é que todas estas transformações técnicas (ligadas ao aparecimento da fotografia, do cinema, do vídeo, do computador e da internet) terão contribuído para o processo de instauração e respectivo alargamento daquilo que todos nós ficaríamos a conhecer como a nova «era da imagem», ou a imagem na «era da sua própria reprodutibilidade técnica» (Benjamin), pois, só assim é que conseguiremos interrogar este imparável processo de movimentação, fragmentação, disseminação, simulação e interacção das mais variadas «formas de vida» (Nietzsche, Agamben). Entretanto, chegados ao terceiro grande momento, interessa-nos percepcionar a arte contemporânea como uma espécie de plataforma interactiva que, por sua vez, nos levará a interpelar alguns dos principais dispositivos metafóricos e experimentais da viagem, neste caso, da viagem enquanto linha facilitadora de acesso à arte, à cultura e à vida contemporânea em geral, ou seja, todo um processo de reflexão que nos incitará a cartografar alguns dos mais atractivos sintomas provenientes da estética do flâneur (na perspectiva de Rimbaud, Baudelaire, Long e Benjamin) e, consequentemente, a convocar algumas das principais sensações decorrentes da experiência altamente sedutora daqueles que vivem mergulhados na órbita interactiva do ciberespaço (na condição de ciberflâneurs), quase como se o mundo inteiro, agora, fosse tão somente um espaço poético «inteiramente navegável» (Manovich). Por fim, no quarto e último momento, procuraremos fazer uma profunda reflexão sobre a inquietante história do corpo, principalmente com o objectivo de reforçar a ideia de que apesar das suas inúmeras fragilidades biológicas (um ser que adoece e morre), o corpo continua a ser uma das «categorias mais persistentes de toda a cultura ocidental» (Ieda Tucherman), não só porque ele resistiu a todas as transformações que lhe foram impostas historicamente, mas também porque ele se soube reinventar e readaptar pacientemente face a todas essas transformações históricas. Sinal evidente de que a sua plasticidade lhe iria conferir, principalmente a partir do século XX («o século do corpo») um estatuto teórico e performativo verdadeiramente especial. Tão especial, aliás, que basta termos uma noção, mesmo que breve, da sua inquietante história para percebermos imediatamente a extraordinária importância dalgumas das suas mais variadas transformações, atracções, ligações e exibições ao longo das últimas décadas, nomeadamente sob o efeito criativo das tecnologias digitais (no âmbito das quais se processam algumas das mais interessantes operações de dinamização cultural e artística do nosso tempo). Em suma, esperamos sinceramente que este trabalho de investigação possa vir a contribuir para o processo de alargamento das fronteiras cada vez mais incertas, dinâmicas e interactivas do conhecimento daquilo que parece constituir, hoje em dia, o jogo fundamental da nossa contemporaneidade.

Rockburst laboratory tests database - Application of data mining techniques

Rockburst is characterized by a violent explosion of a block causing a sudden rupture in the rock and is quite common in deep tunnels. It is critical to understand the phenomenon of rockburst, focusing on the patterns of occurrence so these events can be avoided and/or managed saving costs and possibly lives. The failure mechanism of rockburst needs to be better understood. Laboratory experiments are undergoing at the Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering (SKLGDUE) of Beijing and the system is described. A large number of rockburst tests were performed and their information collected, stored in a database and analyzed. Data Mining (DM) techniques were applied to the database in order to develop predictive models for the rockburst maximum stress (σRB) and rockburst risk index (IRB) that need the results of such tests to be determined. With the developed models it is possible to predict these parameters with high accuracy levels using data from the rock mass and specific project.

Modification of microfiltration membranes by hydrogel impregnation for pDNA purification

The huge efforts for the achievement of highly purified biomolecules are growing every day. A great number of efficient techniques, such as chromatography, are already available in laboratory for separation processes. However, membrane-based technologies are the best match to assure simplicity, efficiency and easy scale-up procedures. Herein we report the modification of a commercial microfiltration membrane for plasmid DNA purification by agarose gel impregnation. The membrane was characterized by SEM, ATR-FTIR, EDS, contact angle, and porosity measurements. Additionally, the membrane pore radius was estimated from observed rejections of different proteins and with that information the rejection of a 6050 bp plasmid DNA (pDNA) molecule was estimated for different values of flux using a theoretical model of large flexible molecules in membranes with parallel cylindrical pores, which is applicable to pDNA ultrafiltration in conventional membranes, as recently shown in the literature. The experimental results show that the modified membrane has higher pDNA rejections than the predicted by the model, suggesting that the different type of porous structure that a hydrogel has, may have a positive effect on pDNA rejections as compared to other biomolecules with more rigid structures, making this type of modified membranes potential better candidates to be used for the selective recovery of pDNA in this type of bioprocesses.

Coordenação de segurança em obra: metodologia, técnicas e ferramentas

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Modelação numérica de túneis com consideração explícita das heterogeneidades do maciço

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Chlamydia pneumoniae and atherosclerosis. Identification of bacterial DNA in the arterial wall

OBJECTIVE: The intracellular Gram-negative bacterium Chlamydia pneumoniae has been associated with atherosclerosis. The presence of Chlamydia pneumoniae has been investigated in fragments of the arterial wall with a technique for DNA identification. METHODS: Arterial fragments obtained from vascular surgical procedures in 58 patients were analyzed. From these patients, 39 were males and the mean age was 65±6 years. The polymerase chain reaction was used to identify the bacterial DNA with a pair of primers that codify the major outer membrane protein (MOMP) of Chlamydia pneumoniae. The amplified product was visualized by electrophoresis in the 2% agarose gel stained with ethidium bromide, and it was considered positive when migrating in the band of molecular weight of the positive controls. RESULTS: Seven (12%) out of the 58 patients showed positive results for Chlamydia pneumoniae. CONCLUSION: DNA from Chlamydia pneumoniae was identified in the arterial wall of a substantial number of patients with atherosclerosis. This association, which has already been described in other countries, corroborates the evidence favoring a role played by Chlamydia pneumoniae in atherogenesis.

Differentiation of the sibling species Biomphalaria occidentalis and Biomphalaria tenagophila by the electrophoretic patterns of their hemoglobin

A simple and rapid method for differentialing the sibling species Biomphalaria tenagophila and Biomphalaria occidentalis by agarose gel electrophoresis (AGE) is described. Snail hemolymph is used as the test sample and the red colaration of the hemoglobin fraction permits visualization of the migration patterns without resorting to specific stains. Moreover, hemolymph samples may be obtained without killing the snail, thus permitting its use for other studies for breeding.

Pollution and pollutant transport in the geosphere - An introduction to the symposium

Environmental research in earth sciences is focused on the geosphere, i.e. (1) waters and sediments of rivers, lakes and oceans, and (2) soils and underlying shallow rock formations,both water-unsaturated and -saturated. The subsurface is studied down to greater depths at sites where waste repositories or tunnels are planned and mining activities exist. In recent years, earth scientists have become more and more involved in pollution problems related to their classical field of interest, e.g. groundwater, ore deposits, or petroleum and non-metal natural deposits (gravel, clay, cement precursors). Major pollutants include chemical substances, radioactive isotopes and microorganisms. Mechanisms which govern the transport of pollutants are of physical, chemical (dissolution, precipitation, adsorption), or microbiological (transformation) nature. Land-use planning must reflect a sustainable development and sound scientific criteria. Today's environmental pollution requires working teams with an interdisciplinary background in earth sciences, hydrology, chemistry, biology, physics as well as engineering. This symposium brought together for the first time in Switzerland earth and soil scientists, physicists and chemists, to present and discuss environmental issues concerning the geosphere.

Species identification in mammals from mixed biological samples based on mitochondrial DNA control region length polymorphism.

The ability to identify the species origin of an unknown biological sample is relevant in the fields of human and wildlife forensics. However, the detection of several species mixed in the same sample still remains a challenge. We developed and tested a new approach for mammal DNA identification in mixtures of two or three species, based on the analysis of mitochondrial DNA control region interspecific length polymorphism followed by direct sequencing. Contrary to other published methods dealing with species mixtures, our protocol requires a single universal primer pair and is not based on a pre-defined panel of species. Amplicons can be separated either on agarose gels or using CE. The advantages and limitations of the assay are discussed under different conditions, such as variable template concentration, amplicon sizes and size difference among the amplicons present in the mixture. For the first time, this protocol provides a simple, reliable and flexible method for simultaneous identification of multiple mammalian species from mixtures, without any prior knowledge of the species involved.

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.

Multilocus enzyme electrophoresis study of Bacillus sphaericus

Multilocus enzyme electrophoresis (MLEE) has been used in the study of some Bacillus species. In this work we applied MLEE and numerical analysis in the study of the Bacillus sphaericus group. B. sphaericus can be distinguished from other entomopathogenic Bacillus by a unique allele (NP-4). Within the species, all insect pathogens were recovered in the same phenetic cluster and all of these strains have the same band position (electrophoresis migration) on the agarose gel (ADH-2). The entomopathogenic group of B. sphaericus seems to be a clonal population, having two widespread frequent genotypes (zymovar 59 and zymovar 119).

Dibenzofuran degradation by Sphingomonas wittichii RW1 under environmental stresses

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

A Simple Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction for Dengue Type 2 Virus Identification

We show here a simplified reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) for identification of dengue type 2 virus. Three dengue type 2 virus strains, isolated from Brazilian patients, and yellow fever vaccine 17DD, as a negative control, were used in this study. C6/36 cells were infected with the virus, and tissue culture fluids were collected after 7 days of infection period. The RT-PCR, a combination of RT and PCR done after a single addition of reagents in a single reaction vessel was carried out following a digestion of virus with 1% Nonidet P-40. The 50ml assay reaction mixture included 50 pmol of a dengue type 2 specific primer pair amplifying a 210 base pair sequence of the envelope protein gene, 0.1 mM of the four deoxynucleoside triphosphates, 7.5U of reverse transcriptase, and 1U of thermostable Taq DNA polymerase. The reagent mixture was incubated for 15 min at 37oC for RT followed by a variable amount of cycles of two-step PCR amplification (92oC for 60 sec, 53oC for 60 sec) with slow temperature increment. The PCR products were subjected to 1.7% agarose gel electrophoresis and visualized with UV light after gel incubation in ethidium bromide solution. DNA bands were observed after 25 and 30 cycles of PCR. Virus amount as low as 102.8 TCID50/ml was detected by RT-PCR. Specific DNA amplification was observed with the three dengue type 2 strains. This assay has advantages compared to other RT-PCRs: it avoids laborious extraction of virus RNA; the combination of RT and PCR reduces assay time, facilitates the performance and reduces risk of contamination; the two-step PCR cycle produces a clear DNA amplification, saves assay time and simplifies the technique

Purification and Partial Characterization of Trypanosoma cruzi Triosephosphate Isomerase

The enzyme triosephosphate isomerase (TPI, EC 5.3.1.1) was purified from extracts of epimastigote forms of Trypanosoma cruzi. The purification steps included: hydrophobic interaction chromatography on phenyl-Sepharose, CM-Sepharose, and high performance liquid gel filtration chromatography. The CM-Sepharose material contained two bands (27 and 25 kDa) with similar isoelectric points (pI 9.3-9.5) which could be separated by gel filtration in high performance liquid chromatography. Polyclonal antibodies raised against the porcine TPI detected one single polypeptide on western blot with a molecular weight (27 kDa) identical to that purified from T. cruzi. These antibodies also recognized only one band of identical molecular weight in western blots of several other trypanosomatids (Blastocrithidia culicis, Crithidia desouzai, Phytomonas serpens, Herpertomonas samuelpessoai). The presence of only one enzymatic form of TPI in T. cruzi epimastigotes was confirmed by agarose gel activity assay and its localization was established by immunocytochemical analysis. The T. cruzi purified TPI (as well as other trypanosomatid' TPIs) is a dimeric protein, composed of two identical subunits with an approximate mw of 27,000 and it is resolved on two dimensional gel electrophoresis with a pI of 9.3. Sequence analysis of the N-terminal portion of the 27 kDa protein revealed a high homology to Leishmania mexicana and T. brucei proteins