New grafted PLA-g-PEG polymeric nanoparticles used to improve bioavailability of oral drugs.

Les nanoparticules (NPs) de polymère ont montré des résultats prometteurs pour leur utilisation comme système de transport de médicaments pour une libération contrôlée du médicament, ainsi que pour du ciblage. La biodisponibilité des médicaments administrés oralement pourrait être limitée par un processus de sécrétion intestinale, qui pourrait par la suite être concilié par la glycoprotéine P (P-gp). La dispersion de la Famotidine (modèle de médicament) à l’intérieur des nanoparticules (NPs) pegylées a été évaluée afin d’augmenter la biodisponibilité avec du polyéthylène glycol (PEG), qui est connu comme un inhibiteur de P-gp. L’hypothèse de cette étude est que l’encapsulation de la Famotidine (un substrat de P-gp) à l’intérieur des NPs préparées à partir de PEG-g-PLA pourrait inhiber la fonction P-gp. La première partie de cette étude avait pour but de synthétiser quatre copolymères de PEG greffés sur un acide polylactide (PLA) et sur un squelette de polymère (PLA-g-PEG), avec des ratios de 1% et 5% (ratio molaire de PEG vs acide lactique monomère) de soit 750, soit 2000 Da de masse moléculaire. Ces polymères ont été employés afin de préparer des NPs chargés de Famotidine qui possède une faible perméabilité et une solubilité aqueuse relativement basse. Les NPs préparées ont été analysées pour leur principaux paramètres physicochimiques tels que la taille et la distribution de la taille, la charge de surface (Potentiel Zeta), la morphologie, l’efficacité d’encapsulation, le pourcentage résiduel en alcool polyvinylique (PVA) adsorbé à la surface des NPs, les propriétés thermiques, la structure cristalline et la libération du médicament. De même, les formules de NPs ont été testées in vitro sur des cellules CaCo-2 afin dʼévaluer la perméabilité bidirectionnelle de la Famotidine. Généralement, les NPs préparées à partir de polymères greffés PLA-g-5%PEG ont montré une augmentation de la perméabilité du médicament, ce par l’inhibition de l’efflux de P-gp de la Famotidine dans le modèle CaCo-2 in vitro. Les résultats ont montré une baisse significative de la sécrétion de la Famotidine de la membrane basolatéral à apical lorsque la Famotidine était encapsulée dans des NPs préparées à partir de greffes de 5% PEG de 750 ou 2000 Da, de même que pour d’autres combinaisons de mélanges physiques contenant du PEG5%. La deuxième partie de cette étude est à propos de ces NPs chargées qui démontrent des résultats prometteurs en termes de perméabilité et d’inhibition d’efflux de P-gp, et qui ont été choises pour développer une forme orale solide. La granulation sèche a été employée pour densifier les NPs, afin de développer des comprimés des deux formules sélectionnées de NPs. Les comprimés à base de NPs ont démontré un temps de désintégration rapide (moins d’une minute) et une libération similaire à la Famotidine trouvée sur le marché. Les résultats de l’étude du transport de comprimés à base de NPs étaient cohérents avec les résultats des formules de NPs en termes d’inhibition de P-gp, ce qui explique pourquoi le processus de fabrication du comprimé n’a pas eu d’effet sur les NPs. Mis ensemble, ces résultats montrent que l’encapsulation dans une NP de polymère pegylé pourrait être une stratégie prometteuse pour l’amélioration de la biodisponibilité des substrats de P-gp.

Une approche moléculaire pour mieux comprendre l'infertilité chez la vache laitière

Au cours des dernières années, une sélection génétique importante a été faite pour améliorer la production de lait des bovins, ceci au détriment des performances reproductives. Cette diminution de performance n’a cependant pas été rapportée chez la génisse présentant un même potentiel génétique. Cette immense production de lait et les changements métaboliques qui l’accompagnent ont donc un impact négatif sur l’efficacité reproductive des vaches laitières qui subissent un stress métabolique supérieur à celui des génisses. Le but de l’étude était d’acquérir une meilleure connaissance des différences moléculaires et métaboliques entre ces deux groupes d’animaux pour amener à une meilleure compréhension de la pathogenèse de l’infertilité chez la vache laitière. Pour ce faire, les vagues folliculaires de vaches en lactation (30-50 jours en lait; N = 12) et de génisses (N = 10) ont été synchronisées par ablation écho guidée des follicules et par traitement hormonal avec injection de prostaglandine et insertion d’un implant de progestérone. L’aspiration du liquide folliculaire et des cellules de la granulosa du follicule dominant a été faite au jour 6. Les paramètres métaboliques mesurés chez les animaux à partir de prises de sang, faites au jour 6, confirment un plus grand stress métabolique chez la vache, les niveaux de BHBA, acides biliaires et cholestérol étant plus élevés et le niveau de glucose plus bas chez celles-ci. Un total de six échantillons a été utilisé pour le séquençage d’ARN et des analyses bio-informatiques ont été effectuées. Plusieurs gènes et voies de signalisation ont présenté des différences entre les deux groupes d’animaux incluant le cycle cellulaire et la production d’hormones. Une confirmation des résultats par PCR en temps réel a été faite, mais la grande variation intragroupe a nui à l’obtention de résultats significatifs. Conjointement, une culture primaire de cellules de la granulosa a été réalisée pour évaluer l’effet des acides biliaires sur la stéroïdogenèse suite à la détection d’une plus grande quantité de ceux-ci chez la vache laitière. La présence d’acide biliaire dans la culture cellulaire cause une diminution de l’accumulation d’estradiol ainsi que de l’expression des gènes CYP19A1 et CYP11A1. Les résultats présentés dans ce mémoire indiquent une différence potentielle au niveau métabolique et moléculaire des follicules dominants entre la vache laitière et la génisse pouvant avoir une responsabilité dans la diminution de l’efficacité reproductive observée chez la vache laitière.

Lymphatic vessel function in atherosclerosis

L'athérosclérose est une maladie inflammatoire chronique caractérisée par l'accumulation de cholestérol dans la paroi artérielle et associée à une réponse immunitaire anormale dans laquelle les macrophages jouent un rôle important. Récemment, il a été démontré que les vaisseaux lymphatiques jouent un rôle primordial dans le transport inverse du cholestérol (Martel et al. JCI 2013). L’objectif global de mon stage de maîtrise a été de mieux caractériser la dysfonction lymphatique associée à l’athérosclérose, en étudiant de plus près l’origine physiologique et temporelle de ce mauvais fonctionnement. Notre approche a été d’étudier, depuis l’initiation de l’athérosclérose jusqu’à la progression d’une lésion athérosclérotique tardive, la physiologie des deux constituants principaux qui forment les vaisseaux lymphatiques : les capillaires et collecteurs lymphatiques. En utilisant comme modèle principal des souris Ldlr-/-; hApoB100+/+, nous avons pu démontrer que la dysfonction lymphatique est présente avant même l’apparition de l’athérosclérose, et que cette dysfonction est principalement associée avec un défaut au niveau des vaisseaux collecteurs, limitant ainsi le transport de la lymphe des tissus périphériques vers le sang. De plus, nous avons démontré pour la première fois l’expression du récepteur au LDL par les cellules endothéliales lymphatiques. Nos travaux subséquents démontrent que ce défaut de propulsion de la lymphe pourrait être attribuable à l’absence du récepteur au LDL, et que la dysfonction lymphatique observée précocement dans l’athérosclérose peut être limitée par des injections systémiques de VEGF (vascular endothelial growth factor) –C. Ces résultats suggèrent que la caractérisation fonctionnelle de la capacité de pompage des vaisseaux collecteurs serait une condition préalable à la compréhension de l'interaction entre la fonction du système lymphatique et la progression de l'athérosclérose. Ultimement, nos travaux nous ont amené à considérer de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles dans la prévention et le traitement de l’athérosclérose.

Étude du polymorphisme rs3846662 de l’HMGCR dans le cerveau et le système périphérique

Dans cette thèse, l’impact du polymorphisme rs3846662 sur l’épissage alternatif de la 3-hydroxy-3-méthylglutaryl coenzyme A réductase (HMGCR) a été investigué in vivo, chez des patients atteints d’hypercholestérolémie familiale (HF) ou de maladie d’Alzheimer (MA). Le premier manuscrit adresse la problématique de la normalisation de la quantification relative des ARNm par PCR quantitative. Les découvertes présentées dans ce manuscrit nous ont permis de déterminer avec un haut niveau de confiance les gènes de référence à utiliser pour la quantification relative des niveaux d’ARNm de l’HMGCR dans des échantillons de sang (troisième manuscrit) et de tissus cérébraux post-mortem (quatrième manuscrit). Dans le deuxième manuscrit, nous démontrons grâce à l’emploi de trois cohortes de patients distinctes, soit la population canadienne française du Québec et les deux populations nord américaines « Alzheimer’s Disease Cooperative Study (ADCS) » et « Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) », que le génotype AA au locus rs3846662 confère à ces porteurs une protection considérable contre la MA. Les femmes porteuses de ce génotype voient leur risque de MA diminuer de près de 50% et l’âge d’apparition de leurs premiers symptômes retarder de 3.6 ans. Les porteurs de l’allèle à risque APOE4 voient pour leur part leurs niveaux de plaques séniles et dégénérescences neurofibrillaires diminuer significativement en présence du génotype AA. Enfin, les individus atteints de déficit cognitif léger et porteurs à la fois de l’allèle APOE4 et du génotype protecteur AA voient leur risque de convertir vers la MA chuter de 76 à 27%. Dans le troisième manuscrit, nous constatons que les individus atteints d’HF et porteurs du génotype AA ont, contrairement au modèle établi chez les gens normaux, des niveaux plus élevés de cholestérol total et de LDL-C avant traitement comparativement aux porteurs de l’allèle G. Le fait que cette association n’est observée que chez les non porteurs de l’APOE4 et que les femmes porteuses du génotype AA présentent à la fois une augmentation des niveaux d’ARNm totaux et une résistance aux traitements par statines, nous indique que ce génotype influencerait non seulement l’épissage alternatif, mais également la transcription de l’HMGCR. Comme une revue exhaustive de la littérature ne révèle aucune étude abondant dans ce sens, nos résultats suggèrent l’existence de joueurs encore inconnus qui viennent influencer la relation entre le génotype AA, l’épissage alternatif et les niveaux d’ARNm de l’HMGCR. Dans le quatrième manuscrit, l’absence d’associations entre le génotype AA et les niveaux d’ARNm Δ13 ou de protéines HMGCR nous suggère fortement que ce polymorphisme est non fonctionnel dans le SNC affecté par la MA. Une étude approfondie de la littérature nous a permis d’étayer cette hypothèse puisque les niveaux de HNRNPA1, la ribonucléoprotéine influencée par l’allèle au locus rs3846662, sont considérablement réduits dans la MA et le vieillissement. Il est donc proposé que les effets protecteurs contre la MA associés au génotype AA soient le résultat d’une action indirecte sur le processus physiopathologique.

Studies on lipid nutrition in larvae and juveniles of the indian white prawn penaeus indicus h. milne edwards

Recent studies with prawns indicate that their growth, metamorphosis, maturation and moulting are affected by the typo and level of lipids supplied in the diets. Despite the recognition of the importance of lipids in the diets of prawns there is no information on the essentiality and quantitative lipid requirements of Indian penaeid prawns. Therefore during the present study about 24 laboratory experiments were conducted to determine the essentiality and dietary requirements of total lipids, phoapholipida, fatty acids cholestrol, and to ascertain the nutritional value of natural lipid sources for the larvae, post-larvae tad juveniles of one of the most suitable cultivable species of panaeid prans. All the experiments were conducted in the laboratory following standard procedures, using isonitrogen and approaximately isocaloric purified diets. Changes were made in tha ingridients as required for specific requirements. For the larvae diets of particle size < 37) were fed, For the postlarvae and juveniles pellet feed was given. while data on survival and growth of larvae and pout-larvae 1-10 were recorded, data were collected on the survival, growth, food conversion ratio, protein efficiency ratio and biochemical composition at the body for post-larva 11-25 and juveniles. The influence ot fatty acid pattern of dietary lipid sources on the fatty acids profile of prawns were also studied in the case of juvenile prawns. Analysis of variance andleast significant differences test were employed to determine the significant differences between treatments in the observed parameters with the help of a newlett Packard master computer.

Microbial response to restoration of tantalite mine soils in western Rwanda

Artisanal columbite-tantalite (coltan) mining has had negative effects on the rural economy in the great Lakes region of Africa through labor deficits, degradation and loss of farmland, food insecurity, high cost of living, and reduced traditional export crop production alongside secondary impacts that remotely affect the quality of air, water, soil, plants, animals, and human wellbeing. The situation is multifaceted and calls for a holistic approach for short and long-term mitigation of such negative effects. This study focuses on the effects of mine land restoration on soil microbiological quality in the Gatumba Mining District of western Rwanda. Some coltan mine wastelands were afforested with pine and eucalyptus trees while farmers directly cultivated others due to land scarcity. Farmyard manure (FYM) is the sole fertilizer applied on the wastelands although it is insufficient to achieve the desired crop yields. Despite this, several multi-purpose plants such as Tithonia diversifolia, Markhamia lutea, and Canavalia brasiliensis thrive in the area and could supplement FYM. The potential for these “new” amendments to improve soil microbial properties, particularly in the tantalite mine soils was investigated. The specific objectives of the study were to: (a) evaluate the effects of land use on soil microbial indices of the tantalite mine soils; (b) investigate the restorative effects of organic amendments on a Technosol; and (c) estimate the short-term N and P supply potential of the soil amendments in the soils. Fresh soils (0-20 cm) from an unmined native forest, two mine sites afforested with pine and eucalyptus forests (pine and eucalyptus Technosols), an arable land, and two cultivated Technosols (Kavumu and Kirengo Technosols) were analyzed for the physicochemical properties. Afterwards, a 28-day incubation (22oC) experiment was conducted followed by measurements of mineral N, soil microbial biomass C, N, P, and fungal ergosterol contents using standard methods. This was followed by a 12-week incubation study of the arable soil and the Kavumu Technosol amended with FYM, Canavalia and Tithonia biomass, and Markhamia leaf litter after which soil microbial properties were measured at 2, 8, and 12 weeks of incubation. Finally, two 4-week incubation experiments each were conducted in soils of the six sites to estimate (i) potential mineralizable N using a soil-sand mixture (1:1) amended with Canavalia and goat manure and (ii) P mineralization mixtures (1:1) of soil and anion exchange resins in bicarbonate form amended with Tithonia biomass and goat manure. In study one, afforestation increased soil organic carbon and total N contents in the pine and eucalyptus Technosols by 34-40% and 28-30%, respectively of that in the native forest soil. Consequently, the microbial biomass and activity followed a similar trend where the cultivated Technosols were inferior to the afforested ones. The microbial indices of the mine soils were constrained by soil acidity, dithionite-extractable Al, and low P availability. In study two, the amendments substantially increased C and N mineralization, microbial properties compared with non-amended soils. Canavalia biomass increased CO2 efflux by 340%, net N mineralization by 30-140%, and microbial biomass C and N by 240-600% and 240-380% (P < 0.01), respectively after four weeks of incubation compared with the non-amended soils. Tithonia biomass increased ergosterol content by roughly 240%. The Kavumu Technosol showed a high potential for quick restoration of its soil quality due to its major responses to the measured biological parameters. In study three, Canavalia biomass gave the highest mineralizable N (130 µg g-1 soil, P < 0.01) in the Kavumu Technosol and the lowest in the native forest soil (-20 µg g-1 soil). Conversely, the mineralizable N of goat manure was negative in all soils ranging from -2.5 µg N g-1 to -7.7 µg N g-1 soil except the native forest soil. However, the immobilization of goat manure N in the “cultivated soils” was 30-70% lower than in the “forest soils” signifying an imminent recovery of the amended soils from N immobilization. The mineralization of goat manure P was three-fold that of Tithonia, constituting 61-71% of total P applied. Phosphorus mineralization slightly decreased after four weeks of incubation due to sulfate competition as reflected in a negative correlation, which was steeper in the Tithonia treatment. In conclusion, each amendment used in this research played a unique role in C, N, and P mineralization and contributed substantially to microbial properties in the tantalite mine soils. Interestingly, the “N immobilizers” exhibited potentials for P release and soil organic carbon storage. Consequently, the combined use of the amendments in specific ratios, or co-composting prior to application is recommended to optimize nutrient release, microbial biomass dynamics and soil organic matter accrual. Transport of organic inputs seems more feasible for smallholder farmers who typically manage small field sizes. To reduce acidity in the soils, liming with wood ash was recommended to also improve P availability and enhance soil biological quality, even if it may only be possible on small areas. Further, afforestation with mixed-species of fast-growing eucalyptus and legume or indigenous tree species are suggested to restore tantalite mine wastelands. It is emphasized most of this research was conducted under controlled laboratory conditions, which exclude interaction with environmental variables. Also fine fractions of the amendments were used compared with the usual practice of applying a mixture of predominantly coarser fractions. Therefore, the biological dynamics reported in the studies here may not entirely reflect those of farmers’ field conditions.

A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.

Antibacterials and modulators of bacterial resistance from the immature cones of Chamaecyparis lawsoniana

As part of an on-going project to characterize compounds from immature conifer cones with antibacterial or modulatory activity against multidrug-resistant (MDR) strains of Staphylococcus aureus, eight compounds were isolated from the cones of Chatnaecyparis lawsoniana. The active compounds were mainly diterpenes, with minimum inhibitory concentrations ranging from 4 to 128 mu g/ml against MDR effluxing S. aureus strains and two epidemic methicillin-resistant (EMRSA) clinical isolates. The compounds extracted were the diterpenes ferruginol, pisiferol and its epimer 5-epipisiferol, formosanoxide, trans-communic acid and torulosal, the sesquiterpene oplopanonyl acetate and the germacrane 4 beta-hydroxygermacra-1(10)-5-diene. Some of these compounds also exhibited modulatory activity in potentiating antibiotic activity against effluxing strains and ferruginol, used at a sub-inhibitory concentration, resulted in an 80-fold potentiation of oxacillin activity against strain EMRSA-15. An efflux inhibition assay using an S. aureus strain possessing the MDR NorA efflux pump resulted in 40% inhibition of ethidium bromide efflux at 10 mu M ferruginol (2.86 mu g/ml). We report the H-1 and C-13 NMR data for the cis A/B ring junction epimer of pisiferol which we have named 5-epipisiferol. We also unambiguously assign all H-1 and C-13 NMR resonances for trans-communic acid. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Isopimaric acid from Pinus nigra shows activity against multidrug-resistant and EMRSA strains of Staphylococcus aureus

The diterpene isopimaric acid was extracted from the immature cones of Pinus nigra (Arnold) using bioassay. guided fractionation of a crude hexane extract. Isopimaric acid was assayed against multidrug-resistant (MDR) and methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). The minimum inhibitory concentrations (MIC) were 32-64 mu g/mL and compared with a commercially obtained resin acid, abietic acid, with MICs of 64 mu g/mL. Resin acids are known to have antibacterial activity and are valued in traditional medicine for their antiseptic properties: These results show that isopimaric acid is active against MDR an MRSA strains of S. aureus which are becoming, increasingly resistant to antibiotics. Both compounds were evaluated for modulation activity in combination with antibiotics, but did not potentiate the activity of the antibiotics tested. However, the compounds were also assayed in combination with the efflux pump inhibitor reserpine, to ice if inhibition of the TetK or NorA efflux pump increased their activity. Interestingly, rather than a potentiation of activity by a reduction in MIC, a two to four-fold increase in MIC was seen. It may he that isopimaric acid and abietic acid are not substrates for these efflux pumps, but it is also possible that an antagonistic interaction with reserpine may render the antibiotics inactive. H-1-NMR of abietic acid and reserpine taken individually and in combination, revealed a shift in resonance of some peaks for both compounds when mixed together compared with the spectra of the compounds on their own. It is proposed that this may he due to complex formation between abietic acid and reserpine and that this complex formation is responsible for a reduction in activity and elevation of MIC. Copyright (c) 2005 John Wiley & Sons, Ltd.

Cardiac Na+/H+ exchanger during post-natal development in the rat: Changes in mRNA expression and sarcolemmal activity

We examined Na+–H+exchanger isoform 1 (NHE-1) mRNA expression in ventricular myocardium and its correlation with sarcolemmal NHE activity in isolated ventricular myocytes, during postnatal development in the rat. The expression of glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) mRNA did not change in ventricular myocardium between 2 and 42 days after birth. Therefore, at seven time points within that age range, GAPDH expression was used to normalize NHE-1 mRNA levels, as determined by reverse transcription polymerase chain reaction analysis. There was a progressive five-fold reduction in NHE-1 mRNA expression in ventricular myocardium from 2 days to 42 days of age. As an index of NHE activity, acid efflux rates (JH) were determined in single neonatal (2–4-day-old) and adult (42-day-old) ventricular myocytes (n=16/group) loaded with the pH fluoroprobe carboxy-seminaphthorhodafluor-1. In HEPES-buffered medium, basal intracellular pH (pHi) was similar at 7.28±0.02 in neonatal and 7.31±0.02 in adult myocytes, but intrinsic buffering power was lower in the former age group. The rate at which pHirecovered from a similar acid load was significantly greater in neonatal than in adult myocytes (0.36±0.07v0.16±0.02 pH units/min at pHi=6.8). This was reflected by a significantly greaterJH(22±4v9±1 pmol/cm2/s at pHi=6.8), indicating greater sarcolemmal NHE activity in neonatal myocytes. The concomitant reductions in tissue NHE-1 mRNA expression and sarcolemmal NHE activity suggest that myocardial NHE-1 is subject to regulation at the mRNA level during postnatal development.

Forest soil carbon cycle under elevated CO2 – a case of increased throughput?

Forest soils account for a large part of the stable carbon pool held in terrestrial ecosystems. Future levels of atmospheric CO2 are likely to increase C input into the soils through increased above- and below-ground production of forests. This increased input will result in greater sequestration of C only if the additional C enters stable pools. In this review, we compare current observations from four large-scale Free Air FACE Enrichment (FACE) experiments on forest ecosystems (EuroFACE, Aspen-FACE, Duke FACE and ORNL-FACE) and consider their predictive power for long-term C sequestration. At all sites, FACE increased fine root biomass, and in most cases higher fine root turnover resulted in higher C input into soil via root necromass. However, at all sites, soil CO2 efflux also increased in excess of the increased root necromass inputs. A mass balance calculation suggests that a large part of the stimulation of soil CO2 efflux may be due to increased root respiration. Given the duration of these experiments compared with the life cycle of a forest and the complexity of processes involved, it is not yet possible to predict whether elevated CO2 will result in increased C storage in forest soil.

Periplasmic adaptor protein AcrA has a distinct role in the antibiotic resistance and virulence of Salmonella enterica serovar Typhimurium

Objectives: AcrA can function as the periplasmic adaptor protein (PAP) in several RND tripartite efflux pumps, of which AcrAB-TolC is considered the most important. This system confers innate multiple antibiotic resistance. Disruption of acrB or tolC impairs the ability of Salmonella Typhimurium to colonize and persist in the host. The aim of this study was to investigate the role of AcrA alone in multidrug resistance and pathogenicity. Methods: The acrA gene was inactivated in Salmonella Typhimurium SL1344 by insertion of the aph gene and this mutant complemented with pWKS30acrA. The antimicrobial susceptibility of the mutant to six antibiotics as well as various dyes and detergents was determined. In addition, efflux activity was quantified. The ability of the mutant to adhere to, and invade, tissue culture cells in vitro was measured. Results: Following disruption of acrA, RT-PCR and western blotting confirmed that acrB/AcrB was still expressed when acrA was disrupted. The acrA mutant was hypersusceptible to antibiotics, dyes and detergents. In some cases, lower MICs were seen than for the acrB or tolC mutants. Efflux of the fluorescent dye Hoechst H33342 was less than in wild-type following disruption of acrA. acrA was also required for adherence to, and invasion of, tissue culture cells. Conclusions: Inactivation of acrA conferred a phenotype distinct to that of acrB::aph and tolC::aph. These data indicate a role for AcrA distinct to that of other protein partners in both efflux of substrates and virulence.

Exposure of Escherichia coli and Salmonella enterica serovar Typhimurium to triclosan induces a species-specific response, including drug detoxification

Objectives: The use of triclosan within various environments has been linked to the development of multiple drug resistance (MDR) through the increased expression of efflux pumps such as AcrAB-ToIC. In this work, we investigate the effect of triclosan exposure in order to ascertain the response of two species to the presence of this widely used biocide. Methods: The transcriptomes of Salmonella enterica serovar Typhimurium SL1344 and Escherichia coli K-12 MG1655 after exposure to the MIC of triclosan (0.12 mg/L) were determined in microarray experiments. Phenotypic validation of the transcriptomic data included RT-PCR, ability to form a biofilm and motility assays. Results: Despite important differences in the triclosan-dependent transcriptomes of the two species, increased expression of efflux pump component genes was seen in both. Increased expression of soxS was observed in Salmonella Typhimurium, however, within E. coli, decreased expression was seen. Expression of fabBAGI in Salmonella Typhimurium was decreased, whereas in E. coli expression of fabABFH was increased. Increased expression of ompR and genes within this regulon (e.g. ompC, csgD and ssrA) was seen in the transcriptome of Salmonella Typhimurium. An unexpected response of E. coli was the differential expression of genes within operons involved in iron homeostasis; these included fhu, fep and ent. Conclusions: These data indicate that whilst a core response to triclosan exposure exists, the differential transcriptome of each species was different. This suggests that E. coli K-12 should not be considered the paradigm for the Enterobacteriaceae when exploring the effects of antimicrobial agents.

Triclosan resistance in Salmonella enterica serovar Typhimurium

Objectives: The aim of this study was to characterize the mechanisms of resistance to triclosan in Salmonella enterica serovar Typhimurium. Methods: Mutants resistant to triclosan were selected from nine S. enterica serovar Typhimurium strains. Mutants were characterized by genotyping, mutagenesis and complementation of fabI and analysis of efflux activity. Fitness of triclosan-resistant mutants was determined in vitro and in vivo. Results: Three distinct resistance phenotypes were observed: low- (LoT), medium- (MeT) and high-level (HiT) with MICs of 4-8, 16-32 and > 32 mg/L of triclosan, respectively, for inhibition. The genotype of fabI did not correlate with triclosan MIC. Artificial overexpression and mutagenesis of fabI in SL1344 each resulted in low-level triclosan resistance, indicating that FabI alone does not mediate high-level triclosan resistance in Salmonella Typhimurium. Active efflux of triclosan via AcrAB-TolC confers intrinsic resistance to triclosan as inactivation of acrB and tolC in wild-type strains and the triclosan-resistant mutants led to large decreases in triclosan resistance, which were reversed by complementation. Exemplars of each phenotype were evaluated for fitness in vivo; no fitness cost was seen and mutants colonized and persisted in chickens throughout a 28 day competitive index experiment. Conclusions: These data show that triclosan resistance can occur via distinct pathways in salmonella and that mutants selected after single exposure to triclosan are fit enough to compete with wild-type strains.

Role of glutamate metabolism in bacterial responses towards acid and other stresses

Glutamate plays a central role in a wide range of metabolic processes in bacterial cells. This review focuses on the involvement of glutamate in bacterial stress responses. In particular it reviews the role of glutamate metabolism in response against acid stress and other stresses. The glutamate decarboxylase (GAD) system has been implicated in acid tolerance in several bacterial genera. This system facilitates intracellular pH homeostasis by consuming protons in a decarboxylation reaction that produces γ-aminobutyrate (GABA) from glutamate. An antiporter system is usually present to couple the uptake of glutamate to the efflux of GABA. Recent insights into the functioning of this system will be discussed. Finally the intracellular fate of GABA will also be discussed. Many bacteria are capable of metabolising GABA to succinate via the GABA shunt pathway. The role and regulation of this pathway will be addressed in the review. © 2012 The Authors Journal of Applied Microbiology © 2012 The Society for Applied Microbiology.