Effect of two types of biosurfactants on phenanthrene availability to the bacterial bioreporter Burkholderia sartisoli strain RP037.

Biosurfactants are tensio-active agents that have often been proposed as a means to enhance the aqueous solubility of hydrophobic organic contaminants, such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Biosurfactant-producing bacteria such as those belonging to the genus Pseudomonas might therefore enhance PAH availability to PAH-degrading bacteria. We tested the effects of two types of biosurfactants produced by Pseudomonas sp., cyclic lipopeptides and rhamnolipids, on phenanthrene bioavailability. Bioavailability was judged from growth rates on phenanthrene and from specific induction of a phenanthrene-responsive GFP-reporter in Burkholderia sartisoli strain RP037. Co-culturing of strain RP037 with the lipopeptide-producing bacterium Pseudomonas putida strain PCL1445 enhanced GFP expression compared to a single culture, but this effect was not significantly different when strain RP037 was co-cultivated with a non-lipopeptide-producing mutant of P. putida. The addition of partially purified supernatant extracts from the P. putida lipopeptide producer equally did not unequivocally enhance phenanthrene bioavailability to strain RP037 compared to controls. In contrast, a 0.1% rhamnolipid solution strongly augmented RP037 growth rates on phenanthrene and led to a significantly larger proportion of cells in culture with high GFP expression. Our data therefore suggest that biosurfactant effects may be strongly dependent on the strain and type of biosurfactant.

Molecular basis of messenger RNA recognition by the specific bacterial repressing clamp RsmA/CsrA.

Proteins of the RsmA/CsrA family are global translational regulators in many bacterial species. We have determined the solution structure of a complex formed between the RsmE protein, a member of this family from Pseudomonas fluorescens, and a target RNA encompassing the ribosome-binding site of the hcnA gene. The RsmE homodimer with its two RNA-binding sites makes optimal contact with an 5'-A/UCANGGANGU/A-3' sequence in the mRNA. When tightly gripped by RsmE, the ANGGAN core folds into a loop, favoring the formation of a 3-base-pair stem by flanking nucleotides. We validated these findings by in vivo and in vitro mutational analyses. The structure of the complex explains well how, by sequestering the Shine-Dalgarno sequence, the RsmA/CsrA proteins repress translation.

MHC class I expression dependent on bacterial infection and parental factors in whitefish embryos (Salmonidae).

Ecological conditions can influence not only the expression of a phenotype, but also the heritability of a trait. As such, heritable variation for a trait needs to be studied across environments. We have investigated how pathogen challenge affects the expression of MHC genes in embryos of the lake whitefish Coregonus palaea. In order to experimentally separate paternal (i.e. genetic) from maternal and environmental effects, and determine whether and how stress affects the heritable variation for MHC expression, embryos were produced in full-factorial in vitro fertilizations, reared singly, and exposed at 208 degree days (late-eyed stage) to either one of two strains of Pseudomonas fluorescens that differ in their virulence characteristics (one increased mortality, while both delayed hatching time). Gene expression was assessed 48 h postinoculation, and virulence effects of the bacterial infection were monitored until hatching. We found no evidence of MHC class II expression at this stage of development. MHC class I expression was markedly down-regulated in reaction to both pseudomonads. While MHC expression could not be linked to embryo survival, the less the gene was expressed, the earlier the embryos hatched within each treatment group, possibly due to trade-offs between immune function and developmental rate or further factors that affect both hatching timing and MHC expression. We found significant additive genetic variance for MHC class I expression in some treatments. That is, changes in pathogen pressures could induce rapid evolution in MHC class I expression. However, we found no additive genetic variance in reaction norms in our study population.

The influence of bacterial activity on phosphorite formation in the Miocene Monterey Formation, California

Authigenic phosphorites from the Miocene Monterey Formation (California) including an autochthonous phosphatic laminite were analyzed for molecular biomarkers, element content, and sulfur isotopic composition of associated pyrite and sulfate to evaluate the role of bacterial activity in the precipitation of phosphate minerals. The phosphorites formed in a depositional environment typified by upwelling with dynamic bottom currents and hardground formation. Pyrite enclosed in the phosphorites shows delta S-34 values as low as -36.5 parts per thousand VCDT, which is consistent with bacterial sulfate reduction. In a three-step extraction phosphorite dissolution extraction procedure, molecular fossils of sulfate-reducing bacteria (di-O-alkyl glycerol ethers and short-chain branched fatty acids i- and ai-C-15:0, i- and ai-C-17:0, and 10MeC(16:0)) were preferentially released from the mineral lattice. This suggests that the molecular fossils were tightly bound to carbonate fluorapatite, indicating that sulfate-reducing bacteria were involved in mineral formation. A close association of sulfate-reducing bacteria with large sulfide-oxidizing bacteria, which was previously suggested to favor carbonate fluorapatite precipitation, could neither be confirmed nor excluded for the Miocene Monterey Formation phosphorites. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Protection from lethal Gram-negative bacterial sepsis by targeting Toll-like receptor 4

Rapport de synthèse : L'immunité innée regroupe les mécanismes moléculaires et cellulaires formant la première ligne de défense contre les infections microbiennes. La détection des micro-organismes pathogènes est assurée par des cellules sentinelles (cellules dendritiques et macrophages) qui jouent un rôle fondamental dans l'initiation des mécanismes de défense de l'hôte. Au contact de produits microbiens, ces cellules produisent un large échantillonnage de molécules, dont des cytokines, impliquées dans le développement de la réponse inflammatoire. La régulation de cette réponse relève d'un équilibre délicat, son insuffisance tant que son excès pouvant compromettre le devenir des patients infectés. La sepsis sévère et le choc septique représentent les formes les plus sévères d'infection, et leur mortalité demeure élevée (25 à 30% pour la sepsis sévère et 50 à 60% pour le choc septique). De plus, l'incidence de la sepsis tend à augmenter, atteignant en 2000 plus de 240 cas pour 100'000 personnes en Grande-Bretagne. La sepsis est caractérisée dans sa phase aiguë par une réponse inflammatoire exubérante. La plupart des thérapies visant à la bloquer ont toutefois montré des bénéfices incertains lors de leur application clinique. Il est donc impératif d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Les "Toll-like receptors" (TLRs) sont une famille de récepteurs qui jouent un rôle fondamental dans la détection des micro-organismes par les cellules du système immunitaire inné. Parmi eux, TLR4 est indispensable à la reconnaissance du lipopolysaccharide (LPS) des bactéries Gram-négatives. L'interaction entre TLR4 et le LPS représentant un élément précoce de la réponse de l'hôte à l'infection, nous avons émit l'hypothèse que TLR4 pourrait représenter une cible de choix en vue du développement de nouvelles thérapies contre la sepsis. Dans l'objectif de valider ce concept, nous avons, dans un premier temps, démontré que des souris génétiquement déficientes en TLR4 étaient totalement résistantes au choc septique induit par Escherichia coli (E. coli), une bactérie Gram-négative fréquemment responsable de sepsis. Forts de cette observation, nous avons développé une molécule recombinante composée du domaine extracellulaire de TLR4 fusionné à la partie IgGi-Fc. Cette molécule soluble, qui inhibait la réponse des macrophages au LPS in vitro, a été utilisée pour générer des anticorps anti-TLR4 chez le lapin. La spécificité et l'efficacité de ces anticorps ont été prouvées en démontrant que les anti-TLR4 bloquaient les signaux d'activation intracellulaire et la production de TNF et d'IL-6 en réponse au LPS et aux bactéries Gram-négatives in vitro et in vivo. Enfin, l'efficacité des ces anticorps a été testée dans des modèles de sepsis chez la souris. Ainsi, l'injection prophylactique (-lh) ou thérapeutique (+3h) d'anticorps anti-TLR4 réduisait la production de TNF et protégeait les animaux de la mort. De manière spectaculaire, ces anticorps réduisaient également la production de TNF et protégeaient de la sepsis à E. coli lorsqu'ils étaient administrés de manière prophylactique (-4h) et thérapeutique, jusqu'à 13 heures après l'initiation de l'infection. Ces résultats indiquent donc qu'il est possible de bloquer le développement de la réponse inflammatoire et de protéger du choc septique à bactéries Gram-négatives en utilisant des thérapies ciblant TLR4. Par ailleurs, ils suggèrent qu'une fenêtre d'opportunité de plusieurs heures pourrait être mise à profit pour initier un traitement chez les patients septiques. Ces résultats devraient encourager la poursuite des essais cliniques en cours qui visent à tester l'efficacité de thérapies dirigées contre TLR4 comme traitement complémentaire de la sepsis.

Epigenetic regulation of the bacterial cell cycle.

N(6)-methyl-adenines can serve as epigenetic signals for interactions between regulatory DNA sequences and regulatory proteins that control cellular functions, such as the initiation of chromosome replication or the expression of specific genes. Several of these genes encode master regulators of the bacterial cell cycle. DNA adenine methylation is mediated by Dam in gamma-proteobacteria and by CcrM in alpha-proteobacteria. A major difference between them is that CcrM is cell cycle regulated, while Dam is active throughout the cell cycle. In alpha-proteobacteria, GANTC sites can remain hemi-methylated for a significant period of the cell cycle, depending on their location on the chromosome. In gamma-proteobacteria, most GATC sites are only transiently hemi-methylated, except regulatory GATC sites that are protected from Dam methylation by specific DNA-binding proteins.

Bacterial lipopolysaccharide induces apoptosis in the trout ovary

BACKGROUND: In mammals it is well known that infections can lead to alterations in reproductive function. As part of the innate immune response, a number of cytokines and other immune factors is produced during bacterial infection or after treatment with lipopolysaccharide (LPS) and acts on the reproductive system. In fish, LPS can also induce an innate immune response but little is known about the activation of the immune system by LPS on reproduction in fish. Therefore, we conducted studies to examine the in vivo and in vitro effects of lipopolysaccharide (LPS) on the reproductive function of sexually mature female trout. METHODS: In saline- and LPS -injected brook trout, we measured the concentration of plasma steroids as well as the in vitro steroidogenic response (testosterone and 17alpha-hydroxyprogesterone) of ovarian follicles to luteinizing hormone (LH), the ability of 17alpha,20beta-dihydroxy-4-pregnen-3-one to induce germinal vesicle breakdown (GVBD) in vitro, and that of epinephrine to stimulate follicular contraction in vitro. We also examined the direct effects of LPS in vitro on steroid production, GVBD and contraction in brook trout ovarian follicles. The incidence of apoptosis was evaluated by TUNEL analysis. Furthermore, we examined the gene expression pattern in the ovary of saline- and LPS-injected rainbow trout by microarray analysis. RESULTS: LPS treatment in vivo did not affect plasma testosterone concentration or the basal in vitro production of steroids, although a small but significant potentiation of the effects of LH on testosterone production in vitro was observed in ovarian follicles from LPS-treated fish. In addition, LPS increased the plasma concentration of cortisol. LPS treatment in vitro did not affect the basal or LH-stimulated steroid production in brook trout ovarian follicles. In addition, we did not observe any effects of LPS in vivo or in vitro on GVBD or follicular contraction. Therefore, LPS did not appear to impair ovarian steroid production, oocyte final maturation or follicular contraction under the present experimental conditions. Interestingly, LPS administration in vivo induced apoptosis in follicular cells, an observation that correlated with changes in the expression of genes involved in apoptosis, as evidenced by microarray analysis. CONCLUSION: These results indicate that female trout are particularly resistant to an acute administration of LPS in terms of ovarian hormone responsiveness. However, LPS caused a marked increase in apoptosis in follicular cells, suggesting that the trout ovary could be sensitive to the pro-apoptotic effects of LPS-induced inflammatory cytokines.

Impairment of the Bacterial Biofilm Stability by Triclosan

The accumulation of the widely-used antibacterial and antifungal compound triclosan (TCS) in freshwaters raises concerns about the impact of this harmful chemical on the biofilms that are the dominant life style of microorganisms in aquatic systems. However, investigations to-date rarely go beyond effects at the cellular, physiological or morphological level. The present paper focuses on bacterial biofilms addressing the possible chemical impairment of their functionality, while also examining their substratum stabilization potential as one example of an important ecosystem service. The development of a bacterial assemblage of natural composition – isolated from sediments of the Eden Estuary (Scotland, UK) – on non-cohesive glass beads (,63 mm) and exposed to a range of triclosan concentrations (control, 2 – 100 mg L21) was monitored over time by Magnetic Particle Induction (MagPI). In parallel, bacterial cell numbers, division rate, community composition (DGGE) and EPS (extracellular polymeric substances: carbohydrates and proteins) secretion were determined. While the triclosan exposure did not prevent bacterial settlement, biofilm development was increasingly inhibited by increasing TCS levels. The surface binding capacity (MagPI) of the assemblages was positively correlated to the microbial secreted EPS matrix. The EPS concentrations and composition (quantity and quality) were closely linked to bacterial growth, which was affected by enhanced TCS exposure. Furthermore, TCS induced significant changes in bacterial community composition as well as a significant decrease in bacterial diversity. The impairment of the stabilization potential of bacterial biofilm under even low, environmentally relevant TCS levels is of concern since the resistance of sediments to erosive forces has large implications for the dynamics of sediments and associated pollutant dispersal. In addition, the surface adhesive capacity of the biofilm acts as a sensitive measure of ecosystem effects

Polyethylene glycol and polyvinylpirrolidone effect on bacterial rRNA extraction and hybridization from cells exposed to tannins

In order to detect fluctuations in ruminal microbial populations due to forage tannins using 16S ribosomal RNA (rRNA) probes, recovery of intact rRNA is required. The objective of this work was to evaluate the effect of polyethylene glycol (PEG) and polyvinylpirrolidone (PVP) on extraction of bacterial rRNA, in the presence of tannins from tropical legume forages and other sources, that hybridize with oligonucleotide probes. Ruminococcus albus 8 cells were exposed to 8 g/L tannic acid or 1 g/L condensed tannins extracted from Acacia angustissima, banana (Musa sp.) skin, Desmodium ovalifolium, red grape (Vitis vinifera) skin and Inga edulis, or no tannins. Cells were rinsed with Tris buffer pH 7 containing either 8% PEG or 6% PVP prior to cell lysis. Total RNA samples rinsed with either PEG or PVP migrated through denaturing agarose gels. The 16S rRNA bands successfully hybridized with a R. albus species-specific oligonucleotide probe, regardless of tannin source. The effect of rinsing buffers on the density of 16S rRNA bands, as well as on the hybridization signals was compared. There were significant effects (P<0.01) when the controls were compared to either buffer treatments due to tannin type, buffer used and the interaction of tannin type and buffer. The significant interaction indicates the influence of tannin type on the parameters evaluated.

Cutting edge: cell autonomous rather than environmental factors control bacterial superantigen-induced T cell anergy in vivo.

Anergic T cells display a marked decrease in their ability to produce IL-2 and to proliferate in the presence of an appropriate antigenic signal. Two nonmutually exclusive classes of models have been proposed to explain the persistence of T cell anergy in vivo. While some reports indicate that anergic T cells have intrinsic defects in signaling pathways or transcriptional activities, other studies suggest that anergy is maintained by environmental "suppressor" factors such as cytokines or Abs. To distinguish between these conflicting hypotheses, we employed the well-characterized bacterial superantigen model system to evaluate in vivo the ability of a trace population of adoptively transferred naive or anergized T cells to proliferate in a naive vs anergic environment upon subsequent challenge. Our data clearly demonstrate that bacterial superantigen-induced T cell anergy is cell autonomous and independent of environmental factors.

A new green fluorescent protein-based bacterial biosensor for analysing phenanthrene fluxes.

The polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH)-degrading strain Burkholderia sp. RP007 served as host strain for the design of a bacterial biosensor for the detection of phenanthrene. RP007 was transformed with a reporter plasmid containing a transcriptional fusion between the phnS putative promoter/operator region and the gene encoding the enhanced green fluorescent protein (GFP). The resulting bacterial biosensor--Burkholderia sp. strain RP037--produced significant amounts of GFP after batch incubation in the presence of phenanthrene crystals. Co-incubation with acetate did not disturb the phenanthrene-specific response but resulted in a homogenously responding population of cells. Active metabolism was required for induction with phenanthrene. The magnitude of GFP induction was influenced by physical parameters affecting the phenanthrene flux to the cells, such as the contact surface area between solid phenanthrene and the aqueous phase, addition of surfactant, and slow phenanthrene release from Model Polymer Release System beads or from a water-immiscible oil. These results strongly suggest that the bacterial biosensor can sense different phenanthrene fluxes while maintaining phenanthrene metabolism, thus acting as a genuine sensor for phenanthrene bioavailability. A relationship between GFP production and phenanthrene mass transfer is proposed.

Intravenous fish oil blunts the physiological response to endotoxin in healthy subjects

Résumé L'administration par voie orale d'acides gras polyinsaturés de type ω-3 contenus dans l'huile de poisson exerce des effets bénéfiques sur la réponse métabolique et inflammatoire chez des sujets sains soumis à une injection d'endotoxine. Ce modèle expérimental a été validé pour l'investigation clinique. Il simule un sepsis et induit une réponse comparable à un état grippal, accompagné de modifications métaboliques et inflammatoires. L'objectif de cette étude est de déterminer les effets de l'huile de poisson administré par voie intraveineuse sur la réponse à l'endotoxine chez le sujet sain. L'hypothèse est qu'il sera possible de réduire le temps de latence en comparaison avec la voie orale. Pour ce faire, nous avons inclut dans une étude prospective randomisée 16 volontaires sains âgés de 16 à 35 ans et les avons répartis en 2 groupes : l'un recevant une émulsion lipidique contenant les acides gras polyinsaturés EPA et DHA et l'autre, sans traitement, constituant le groupe contrôle. Huit sujets reçoivent une perfusion continue de 0.5g/kg d'huile de poisson durant 6h, 48h et 24h avant la journée test. Lors de cette journée test, tous les volontaires ont reçu une dose d'endotoxine (2mg/kg) au temps t0. Les paramètres vitaux sont monitorés et enregistrés : fréquence cardiaque, respiratoire, pression artérielle, saturation artérielle en oxygène, ainsi que température. Des prises de sang sont effectuées à intervalles réguliers pour déterminer 1) l'incorporation membranaire des thrombocytes en EPA et DHA ; 2) le taux plasmatique d'hormones (insulin, glucagon, cortisol, ACTH et catécholamines), de marqueurs inflammatoires (TNF-α, IL-6, hsCRP), ainsi que de substrats énergétiques (glucose, lactate, acides gras libres et triglycérides). La dépense énergétique est déterminée par calorimétrie indirecte. L'analyse statistique est effectuée par analyse de variance (ANOVA). Les résultats montrent une incorporation significative de EPA et DHA au niveau membranaire des thrombocytes. L'huile de poisson induit une atténuation significative de la réponse neuro-endocrinienne et inflammatoire en réponse à l'injection d'endotoxine avec diminution de la fièvre (-0.7°C), ainsi que du taux plasmatique ,d'ACTH (-68%), TNF-α (-63%) et de noradrénaline (-%) dans le groupe huile de poisson. En conclusion, cette étude montre que la supplémentation de 2 doses d'huile de poisson par voie intraveineuse modifie la composition phospholipidique des membranes des thrombocytes et diminue la réaction inflammatoire et neuroendocrinienne en réponse à l'endotoxine. Ces résultats positifs ouvrent la perspective d'une supplémentation parentérale préopératoire en acides gras polyinsaturés ω-3 pour diminuer le stress lié à la chirurgie majeure.

Blunting the response to endotoxin in healthy sujects : effects of various dose of intravenous fish oil

Enjeux et contexte La recherche de cette dernière décennie sur les acides gras n-3 PUFA contenus dans l'huile de poisson a montré que ceux-ci, et particulièrement l'ΕΡΑ et le DHA, avaient des propriétés anti¬inflammatoires et anti arythmiques puissantes, potentiellement utiles chez les septiques et « cardiaques ». Les mécanismes sous-jacents sont nombreux, incluant l'incorporation des acides gras dans les membranes de phopholipides, la réduction de la production de médiateurs pro-inflammatoires (prostaglandines, leukotrienes, thromboxane), l'augmentation de la production de résolvines et protectines dérivées du DHA, et la régulation de voies de signalisation cellulaire. Cependant, les doses de n-3 PUFA utilisées dans les études cliniques et chez le sujet sain avant le travail de Yann-Karim Pittet étaient nettement supérieures aux doses nutritionnelles de l'ordre de 5-8 g/j par voie orale ou 1 g/kg par voie intraveineuse. De plus, la voie entérale avait la réputation de nécessiter plusieurs jours à semaines de traitement avant d'aboutir à une incorporation d'acides gras membranaire suffisante pour avoir un impact clinique; quant au temps minimal requis pour obtenir cet effet par voie IV, il était inconnu. Depuis, le développement d'émulsions lipidiques intraveineuses destinées à la nutrition parentérale a permis d'imaginer l'administration de prétraitements IV rapides. Pour les étudier, notre laboratoire a développé un modèle d'endotoxine (LPS d'E.Coli) qui mime les réponses physiologique, endocrinienne et biologique du sepsis chez le sujet sain, utilisant des doses de 2 ng/kg IV. Les réponses sont totalement réversibles en 8 heures. Dans le but de réduire à la fois la dose de lipides et le temps de perfusion, ce travail a étudié l'influence de 3 doses dégressives de n-3 PUFA sur les réponses à l'endotoxine, et sur l'incorporation membranaire de ces acides gras. Méthodes Etude prospective chez 3 groupes consécutifs de sujets sains soumis à un challenge d'endotoxine. Intervention : perfusions d'huile de poisson (0.5 et 0.2 g/kg de n-3 PUFA, Omegaven® 10%) ou placebo, administrées en 3 heures ou en 1 heure, soit le jour avant ou le jour-même du test d'endotoxine. Mesures : variables physiologiques (T°, fc, tension artérielle, calorimétrie indirecte) Laboratoire - prises de sang à T0, 60, 120 et 360 min après l'injection de LPS: TNF-α, hs-CRP, hormones de stress, composition en acides gras des membranes plaquettaires. Statistiques Les résultats ont été rapportés en moyennes et écarts types. Des aires sous la courbe (AUC) ont été calculées avec la méthode des parallélépipèdes pour toutes les variables déterminées de manière répétée. L'effet du temps a été exploré par des two-way ANOVA pour mesures répétées. Les comparaisons post-hoc ont été réalisées avec des tests de Dunnett's ou de Scheffe. Les modifications de composition membranaires ainsi que les AUC ont été analysées par des tests non-paramétriques (Kruskal-Wallis). Résultats Après LPS, la température, les concentrations d'ACTH et TNF-α ont augmenté dans les 3 groupes. Ces réponse ont été significativement atténuées (p<0.0001) par l'huile de poisson comparé à ce que nous avions observé dans le groupe contrôle de Pluess et al (ICM 2007). Les concentrations les plus faibles d'ACTH, de TNF-α, et les AUC les plus basses des températures, ont été observées après une dose unique de 0.2 g/kg de n-3 PUFA administrée 1 heure avant le LPS. Par contre, l'incorporation membranaire d'EPA est dose-dépendante. Conclusions Sachant que la réponse à l'endotoxine est reproductible, cette étude montre que 3 doses différentes d'huile de poisson atténuent de manière différente cette réponse. La perfusion de 0.2 g/kg administrée juste avant l'endotoxine s'est avérée la plus efficace à atténuer la réponse fébrile, les cytokines et les hormones de stress, suggérant une capture de l'endotoxine par l'émulsion lipidique qui se surajoute aux effets systémiques et membranaires.