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.

Development of a collection of bacteria causing meningitis in Rio de Janeiro from 1990 to 1991

From March 1990 to December 1992, the National Institute for Quality Control of Health-INCQS Research Collection received 1476 bacterial samples isolated from human cerebrospinal fluid of patients suspect of meningitis in Rio de Janeiro, from the São Sebastião State Institute of Infectious Diseases (IEISS). Neisseria meningitidis was found in most of these materials, followed in smaller number by Haemophilus sp. and Streptococcus pneumoniae. The great majority of N. meningitidis strains was serogroup B, followed by serogroup C and a few strains of serogroup W135. More than 50 of the isolated bacterial agents came from the predominant 0-4 years age group. The majority of the strains were from patients in the region known as "Baixada Fluminense" (Low Lands). The aim of the work presented here is to obtain samples of meningitis cases in at least 70 of the State of Rio de Janeiro and develop a collaborative research between INCQS-FIOCRUZ and the IEISS, in order to set up a collection of strains for future studies. However, despite work being carried out in a rather satisfactory way, difficulties still arise and have to be overcome, to survey data.

Ultrasensitive reporter protein detection in genetically engineered bacteria.

We demonstrate the use of laser-induced fluorescence confocal spectroscopy to measure analyte-stimulated enhanced green fluorescent protein (egfp) synthesis by genetically modified Escherichia coli bioreporter cells. Induction is measured in cell lysates and, since the spectroscopic focal volume is approximately the size of one bioreporter cell, also in individual live bacteria. This is, to our knowledge, the first ever proof-of-concept work utilizing instrumentation with single-molecule detection capability to monitor bioreporter response. Although we use arsenic inducible bioreporters here, the method is extensible to gfp/egfp bioreporters that are responsive to other substances.

Bacterial overgrowth during treatment with omeprazole compared with cimetidine: a prospective randomised double blind study.

BACKGROUND: Gastric and duodenal bacterial overgrowth frequently occurs in conditions where diminished acid secretion is present. Omeprazole inhibits acid secretion more effectively than cimetidine and might therefore more frequently cause bacterial overgrowth. AIM: This controlled prospective study compared the incidence of gastric and duodenal bacterial overgrowth in patients treated with omeprazole or cimetidine. METHODS: 47 outpatients with peptic disease were randomly assigned to a four week treatment regimen with omeprazole 20 mg or cimetidine 800 mg daily. Gastric and duodenal juice were obtained during upper gastrointestinal endoscopy and plated for anaerobic and aerobic organisms. RESULTS: Bacterial overgrowth (> or = 10(5) cfu/ml) was present in 53% of the patients receiving omeprazole and in 17% receiving cimetidine (p < 0.05). The mean (SEM) number of gastric and duodenal bacterial counts was 6.0 (0.2) and 5.0 (0.2) respectively in the omeprazole group and 4.0 (0.2) and 4.0 (0.1) in the cimetidine group (p < 0.001 and < 0.01; respectively). Faecal type bacteria were found in 30% of the patients with bacterial overgrowth. Basal gastric pH was higher in patients treated with omeprazole compared with cimetidine (4.2 (0.5) versus 2.0 (0.2); p < 0.001) and in patients with bacterial overgrowth compared with those without bacterial overgrowth (5.1 (0.6) versus 2.0 (0.1); p < 0.0001). The nitrate, nitrite, and nitrosamine values in gastric juice did not increase after treatment with either cimetidine or omeprazole. Serum concentrations of vitamin B12, beta carotene, and albumin were similar before and after treatment with both drugs. CONCLUSIONS: These results show that the incidence of gastric and duodenal bacterial overgrowth is considerably higher in patients treated with omeprazole compared with cimetidine. This can be explained by more pronounced inhibition of gastric acid secretion. No patient developed signs of malabsorption or an increase of N-nitroso compounds. The clinical significance of these findings needs to be assessed in studies with long-term treatment with omeprazole, in particular in patients belonging to high risk groups such as HIV infected and intensive care units patients.

Effects of Intermittent Training on Anaerobic Performance and MCT Transporters in Athletes.

This study examined the effects of intermittent hypoxic training (IHT) on skeletal muscle monocarboxylate lactate transporter (MCT) expression and anaerobic performance in trained athletes. Cyclists were assigned to two interventions, either normoxic (N; n = 8; 150 mmHg PIO2) or hypoxic (H; n = 10; ∼3000 m, 100 mmHg PIO2) over a three week training (5×1 h-1h30.week-1) period. Prior to and after training, an incremental exercise test to exhaustion (EXT) was performed in normoxia together with a 2 min time trial (TT). Biopsy samples from the vastus lateralis were analyzed for MCT1 and MCT4 using immuno-blotting techniques. The peak power output (PPO) increased (p<0.05) after training (7.2% and 6.6% for N and H, respectively), but VO2max showed no significant change. The average power output in the TT improved significantly (7.3% and 6.4% for N and H, respectively). No differences were found in MCT1 and MCT4 protein content, before and after the training in either the N or H group. These results indicate there are no additional benefits of IHT when compared to similar normoxic training. Hence, the addition of the hypoxic stimulus on anaerobic performance or MCT expression after a three-week training period is ineffective.

Intracellular bacteria and adverse pregnancy outcomes.

Clin Microbiol Infect 2011; 17: 1312-1322 ABSTRACT: This review considers the role of intracellular bacteria in adverse pregnancy outcomes, such as miscarriage, stillbirths, and preterm labour. The cause of miscarriage, stillbirth and preterm labour often remains unexplained. Intracellular bacteria that grow either poorly or not at all on media used routinely to detect human pathogens could be the aetiological agents of these obstetric conditions. For example, Listeria monocytogenes and Coxiella burnetti are intracellular bacteria that have a predilection for the fetomaternal unit and may induce fatal disease in the mother and/or fetus. Both are important foodborne or zoonotic pathogens in pregnancy. Preventive measures, diagnostic tools and treatment will be reviewed. Moreover, we will also address the importance in adverse pregnancy outcomes of other intracellular bacteria, including Brucella abortus and various members of the order Chlamydiales. Indeed, there is growing evidence that Chlamydia trachomatis, Chlamydia abortus and Chlamydia pneumoniae infections may also result in adverse pregnancy outcomes in humans and/or animals. Moreover, newly discovered Chlamydia-like organisms have recently emerged as new pathogens of both animals and humans. For example, Waddlia chondrophila, a Chlamydia-related bacterium isolated from aborted bovine fetuses, has also been implicated in human miscarriages. Future research should help us to better understand the pathophysiology of adverse pregnancy outcomes caused by intracellular bacteria and to determine the precise mode of transmission of newly identified bacteria, such as Waddlia and Parachlamydia. These emerging pathogens may represent the tip of the iceberg of a large number of as yet unknown intracellular pathogenic agents.

Genomics of "chlamydia"-related bacteria

AbstractThe Chlamydiales order is an important bacterial phylum that comprises some of the most successful human pathogens such as Chlamydia trachomatis, the leading infectious cause of blindness worldwide. Since some years, several new bacteria related to Chlamydia have been discovered in clinical or environmental samples and might represent emerging pathogens. The genome sequencing of classical Chlamydia has brought invaluable information on these obligate intracellular bacteria otherwise difficult to study due to the lack of tools to perform basic genetic manipulation. The recent emergence of high-throughput sequencing technologies yielding millions of reads in a short time lowered the costs of genome sequencing and thus represented a unique opportunity to study Chlamydia-re\ated bacteria. Based on the sequencing and the analysis of Chlamydiales genomes, this thesis provides significant insights into the genetic determinants of the intracellular lifestyle, the pathogenicity, the metabolism and the evolution of Chlamydia-related bacteria. A first approach showed the efficacy of rapid sequencing coupled to proteomics to identify immunogenic proteins. This method, particularly useful for an emerging pathogen such as Parachlamydia acanthamoebae, enabled us to discover good candidates for the development of diagnostic tools that would permit to evaluate at larger scale the role of this bacterium in disease. Second, the complete genome of Waddlia chondrophila, a potential agent of miscarriage, encodes numerous virulence factors to manipulate its host cell and resist to environmental stresses. The reconstruction of metabolic pathways showed that the bacterium possesses extensive capabilities compared to related organisms. However, it is still incapable of synthesizing some essential components and thus has to import them from its host. Third, the genome comparison of Protochlamydia naegleriophila to its closest known relative Protochlamydia amoebophila revealed a particular evolutionary dynamic with the occurrence of an unexpected genome rearrangement. Fourth, a phylogenetic analysis of P. acanthamoebae and Legionella drancourtii identified several genes probably exchanged by horizontal gene transfer with other intracellular bacteria that might occur within their amoebal host. These genes often encode mechanisms for resistance to metal or toxic compounds. As a whole, the analysis of the different genomes enabled us to highlight a large diversity in size, GC percentage, repeat content as well as plasmid organization. The abundant genomic data obtained during this thesis have a wide impact since they provide the necessary bases for detailed investigations on countless aspects of the biology and the evolution of Chlamydia-related bacteria, whether in wet lab or by bioinformatical analyses.RésuméL'ordre des Chlamydiales est un important phylum bactérien qui comprend de nombreuses espèces pathogènes pour l'homme et les animaux, dont Chlamydia trachomatis, responsable du trachome, la cause majeure de cécité d'origine infectieuse à travers le monde. Durant ces dernières décennies, de nombreuses bactéries apparentées aux Chlamydia ont été découvertes dans des échantillons environnementaux ou cliniques mais leur éventuel rôle pathogène dans le développement de maladies reste peu connu. Ces bactéries sont des intracellulaires obligatoires car elles ont besoin d'une cellule hôte pour se multiplier, ce qui rend leur étude particulièrement difficile. Le développement de nouvelles technologies permettant de séquencer le génome d'un organisme rapidement et à moindre coût ainsi que l'essor des méthodes d'analyse s'y rapportant représentent une opportunité exceptionnelle d'étudier ces organismes. Dans ce contexte, cette thèse démontre l'utilité de la génomique pour développer de nouveaux outils diagnostiques ainsi que pour étudier le métabolisme de ces bactéries, leurs facteurs de virulence et leur évolution.Ainsi, une première approche a illustré l'utilité d'un séquençage rapide pour obtenir les informations nécessaires à l'identification de protéines qui sont reconnues par des anticorps humains ou animaux. Cette méthode, particulièrement utile pour un pathogène émergent tel que Parachlamydia acanthamoebae, a permis de découvrir de bons candidats pour le développement d'un outil diagnostique qui permettrait d'évaluer à plus large échelle le rôle de cette bactérie notamment dans la pneumonie. L'analyse du contenu génique de Waddlia chondrophila, un autre germe qui pourrait être impliqué dans les avortements et tes fausses-couches, a en outre mis en évidence la présence de nombreux facteurs connus qui lui permettent de manipuler son hôte. Cette bactérie possède de plus grandes capacités métaboliques que les autres Chlamydia, mais elle est incapable de synthétiser certains composants et doit donc les importer de son hôte pour subvenir à ses besoins. La comparaison du génome de Protochlamydia naegleriophila à son plus proche parent, Protochlamydia amoebophila, a dévoilé une évolution dynamique particulière avec l'occurrence d'un réarrangement majeur inattendu après la séparation de ces deux espèces. En outre, ces études ont montré l'occurrence de plusieurs transferts de gène avec d'autres organismes plus éloignés, notamment d'autres intracellulaires d'amibes, souvent pour l'acquisition de mécanismes de résistances à des composés toxiques. Les données génomiques acquises durant ce travail posent les fondements nécessaires a de nombreuses analyses qui permettront progressivement de mieux comprendre de nombreux aspects de ces bactéries fascinantes.

Molecular and isotopic characterization of biomarkers in the Frick Swiss Jura sediments: A palaeoenvironmental reconstruction on the northern Tethys margin

Molecular and stable carbon isotope compositions of source-specific hydrocarbons have been used to reconstruct palaeoenvironmental conditions during deposition of the Middle Hettangian to Upper Sinemurian sediments on the northern epicontinental Tethys margin, Frick Swiss Jura. Increasing algal, cyanobacterial and phytoplanktonic (i.e., dinoflagellate) contributions associated with the C-13-enrichment of cyanobacteria derivatives (i.e., hopanes and monomethylalkanes) suggest enhanced primary productivity upsection. This is related to the C-13-enrichment of dissolved CO2 in the upper layers and the progressive increase of depth and oxygenation of the water column. In the Middle Hettangian shallow-water environments (lagoon), the occurrence of green sulfur bacteria (Chlorobiaceae) derivatives indicates that the lower part of the water column was strictly anoxic and rich in H2S. Since these bacteria require very low light intensity to grow, these euxinic conditions may be extended up to the photic zone, allowing for anaerobic photosynthesis. Light penetration depth is most likely reduced by high productivity and/or turbidity in the photic zone. In these sediments, C-13-depleted hopanoids (-39.5 parts per thousand) are most likely associated with phototrophic purple sulfur bacteria utilizing isotopically light organic carbon at the base of the aerobic zone. These purple sulfur bacteria may have consumed the H2S used by Chlorobiaceae in the deeper layers and thus, sustained the algae and cyanobacteria productivity in the upper layers. The C-13-depleted carbonate (-13.3 parts per thousand) may be partially related to the anaerobic oxidation of the organic matter during bacterial sulfate-reduction. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Diversity of Vibrionaceae bacteria isolated from the haemolymph of the spider crab Maja brachydactyla

Aims: The aim of this study was to characterise and identify vibrios isolated from the haemolymph of apparently healthy adult spider crabs (Maja brachydactyla) wild-caught in the Spanish localities of Galician coast and in the Canary Islands and also from captive animals held at IRTA’s facilities in the Ebro Delta of Catalonia, north-west Spanish Mediterranean coast. Methods and Results: A total of 277 bacterial isolates were obtained, and of these, 171 were characterised with rep-PCR, resulting electrophoretic bands were analysed and clusters formed. Identification of representative strains of each cluster was made by sequencing the 16S rRNA. Samples from animals caught in Galicia and captive at IRTA (around 15–18 C) rendered mostly species belonging to the Splendidus clade (72Æ2 and 76Æ6% respectively), commonly found in cold waters (below 20 C). Higher species diversity was found in the haemolymph of the captive animals. In the warmer Canary Islands waters (around 21 C), the diversity of vibrios is dominated by three clades, Harveyi (Vibrio core group, 39Æ3%), Orientalis (23Æ2%) and Splendidus (21Æ4%) with a species diversity that equals that of the colder captive animals. Conclusions: Differences in the vibrios populations were found in the haemolymph extracted from animals collected from the three localities. Potential new species were found, and their description is under way. Significance and Impact of Study: As with other invertebrates, spider crabs also contain a diverse population of vibrios. These findings should help researchers to diagnose when a crab is infected.

Transcriptional control of the hydrogen cyanide biosynthetic genes hcnABC by the anaerobic regulator ANR and the quorum-sensing regulators LasR and RhlR in Pseudomonas aeruginosa.

Virulence factors of Pseudomonas aeruginosa include hydrogen cyanide (HCN). This secondary metabolite is maximally produced at low oxygen tension and high cell densities during the transition from exponential to stationary growth phase. The hcnABC genes encoding HCN synthase were identified on a genomic fragment complementing an HCN-deficient mutant of P. aeruginosa PAO1. The hcnA promoter was found to be controlled by the FNR-like anaerobic regulator ANR and by the quorum-sensing regulators LasR and RhlR. Primer extension analysis revealed two transcription starts, T1 and T2, separated by 29 bp. Their function was confirmed by transcriptional lacZ fusions. The promoter sequence displayed an FNR/ANR box at -42.5 bp upstream of T2 and a lux box centered around -42.5 bp upstream of T1. Expression of the hcn genes was completely abolished when this lux box was deleted or inactivated by two point mutations in conserved nucleotides. The lux box was recognized by both LasR [activated by N-(oxododecanoyl)-homoserine lactone] and RhlR (activated by N-butanoyl-homoserine lactone), as shown by expression experiments performed in quorum-sensing-defective P. aeruginosa mutants and in the N-acyl-homoserine lactone-negative heterologous host P. fluorescens CHA0. A second, less conserved lux box lying 160 bp upstream of T1 seems to account for enhanced quorum-sensing-dependent expression. Without LasR and RhlR, ANR could not activate the hcn promoter. Together, these data indicate that expression of the hcn promoter from T1 can occur under quorum-sensing control alone. Enhanced expression from T2 appears to rely on a synergistic action between LasR, RhlR, and ANR.

The Role of Secretory Immunoglobulin A in the Natural Sensing of Commensal Bacteria by Mouse Peyer's Patch Dendritic Cells.

The mammalian gastrointestinal (GI) tract harbors a diverse population of commensal species collectively known as the microbiota, which interact continuously with the host. From very early in life, secretory IgA (SIgA) is found in association with intestinal bacteria. It is considered that this helps to ensure self-limiting growth of the microbiota and hence participates in symbiosis. However, the importance of this association in contributing to the mechanisms ensuring natural host-microorganism communication is in need of further investigation. In the present work, we examined the possible role of SIgA in the transport of commensal bacteria across the GI epithelium. Using an intestinal loop mouse model and fluorescently labeled bacteria, we found that entry of commensal bacteria in Peyer's patches (PP) via the M cell pathway was mediated by their association with SIgA. Preassociation of bacteria with nonspecific SIgA increased their dynamics of entry and restored the reduced transport observed in germ-free mice known to have a marked reduction in intestinal SIgA production. Selective SIgA-mediated targeting of bacteria is restricted to the tolerogenic CD11c(+)CD11b(+)CD8(-) dendritic cell subset located in the subepithelial dome region of PPs, confirming that the host is not ignorant of its resident commensals. In conclusion, our work supports the concept that SIgA-mediated monitoring of commensal bacteria targeting dendritic cells in the subepithelial dome region of PPs represents a mechanism whereby the host mucosal immune system controls the continuous dialogue between the host and commensal bacteria.

A quorum sensing small volatile molecule promotes antibiotic tolerance in bacteria.

Bacteria can be refractory to antibiotics due to a sub-population of dormant cells, called persisters that are highly tolerant to antibiotic exposure. The low frequency and transience of the antibiotic tolerant "persister" trait has complicated elucidation of the mechanism that controls antibiotic tolerance. In this study, we show that 2' Amino-acetophenone (2-AA), a poorly studied but diagnostically important small, volatile molecule produced by the recalcitrant gram-negative human pathogen Pseudomonas aeruginosa, promotes antibiotic tolerance in response to quorum-sensing (QS) signaling. Our results show that 2-AA mediated persister cell accumulation occurs via alteration of the expression of genes involved in the translational capacity of the cell, including almost all ribosomal protein genes and other translation-related factors. That 2-AA promotes persisters formation also in other emerging multi-drug resistant pathogens, including the non 2-AA producer Acinetobacter baumannii implies that 2-AA may play an important role in the ability of gram-negative bacteria to tolerate antibiotic treatments in polymicrobial infections. Given that the synthesis, excretion and uptake of QS small molecules is a common hallmark of prokaryotes, together with the fact that the translational machinery is highly conserved, we posit that modulation of the translational capacity of the cell via QS molecules, may be a general, widely distributed mechanism that promotes antibiotic tolerance among prokaryotes.

Intestinal bacteria condition dendritic cells to promote IgA production.

Immunoglobulin (Ig) A represents the predominant antibody isotype produced at the intestinal mucosa, where it plays an important role in limiting the penetration of commensal intestinal bacteria and opportunistic pathogens. We show in mice that Peyer's Patch-derived dendritic cells (PP-DC) exhibit a specialized phenotype allowing the promotion of IgA production by B2 cells. This phenotype included increased expression of the retinaldehyde dehydrogenase 1 (RALDH1), inducible nitric oxide synthase (iNOS), B cell activating factor of the tumor necrosis family (BAFF), a proliferation-inducing ligand (APRIL), and receptors for the neuropeptide vasoactive intestinal peptide (VIP). The ability of PP-DC to promote anti-CD40 dependent IgA was partially dependent on retinoic acid (RA) and transforming growth factor (TGF)-beta, whilst BAFF and APRIL signaling were not required. Signals delivered by BAFF and APRIL were crucial for CD40 independent IgA production, although the contribution of B2 cells to this pathway was minimal. The unique ability of PP-DC to instruct naïve B cells to differentiate into IgA producing plasma cells was mainly imparted by the presence of intestinal commensal bacteria, and could be mimicked by the addition of LPS to the culture. These data indicate that exposure to pathogen-associated molecular patterns present on intestinal commensal bacteria condition DC to express a unique molecular footprint that in turn allows them to promote IgA production.

Abundància i persistència de Faecalibacteriun prausnitzii en la Malaltia de Crohn

Faecalibacterium prausnitzii és un del bacteris anaeròbis més abundants entre les espècies comensals del tracte intestinal humà sa. Aquesta espècie és una de les principals productores de butirat a l'intestí (que és la principal font d’energia per als colonòcits), però també s'ha suggerit que pot produir compostos antiinflamatoris i intervenir en la regulació de vàries rutes metabòliques de l’hoste. F. prausnitzii és un bacteri difícil de cultivar, ja que presenta una elevada sensibilitat a l'oxigen i presenta uns requeriments nutricionals molt exigents, el que ha compromès considerablement el nombre d’estudis basats en aïllats d’aquesta espècie. No obstant això, en els darrers anys l’interès en aquest bacteri està creixent ja que s’ha evidenciat que les poblacions de F. prausnitzii són variables en diferents grups d'edat i que es veuen reduïdes en certs trastorns intestinals com ara la malaltia inflamatòria intestinal i el càncer colorectal. L’objectiu d'aquest treball ha estat aprofundir en el rol que desenvolupa F. prausnitzii com un dels principals bacteris comensals del tracte intestinal humà. En primer lloc, s’ha dissenyat, optimitzat i validat un nou mètode molecular per determinar l’abundància d’aquesta espècie en mostres del tracte gastrointesinal, i s’ha demostrat la seva possible aplicació per ajudar al diagnòstic de la malaltia de Crohn. En segon lloc, s’ha dut a terme un estudi de les característiques filogenètiques i fenotípiques dels aïllats de F. Prausnitzii disponibles en l'actualitat a fi de coneixre’n millor la diversitat genètica i fenotípica i dilucidar quins factors són crucials en comprometre la població d’aquest bacteri en un intestí malalt. L’anàlisi de les soques ha revelat que F. prausnitzii inclou Principalment dos filogrups, nutricionalment versàtils i molt sensibles a canvis en les condicions ecològiques que pot patir l’intestí de l’hoste sota certes malalties intestinals. En conclusió, els resultat obtinguts en aquest estudi mostren que F. prausnitzii és una espècie ben establerta al còlon sa, amb una elvada versatilitat metabòlica ja que és capaç d’ interactuar amb carbohidrats de diferent estructura i complexitat. S’ha corroborat que aquest microorganisme seria un bon indicador de salut intestinal ja que la seva abundància es veu significativament reduida en pacients amb malaltia de Crohn. Aquests resultats concorden amb els obtinguts per proves fisiològiques que mostren una elevada sensibilitat de l’espècie a determinades condicions relacionades amb malalties intestinals. Estudis futurs s’orientaran a comprendre millor quins factros derrivats de la interacció amb l’hoste també determinen la persistència d’aquesta espècie en un intestí sa o malalt.

Systemic antibody responses to gut commensal bacteria during chronic HIV-1 infection.

BACKGROUND: Human systemic antibody responses to commensal microbiota are not well characterised during health and disease. Of particular interest is the analysis of their potential modulation caused by chronic HIV-1 infection which is associated with sustained enteropathy and systemic B cell disturbances reflected by impaired B cell responses and chronic B cell hyperactivity. The mechanisms underlying B cell hyperactivation and the specificities of the resulting hypergammaglobulinaemia are only poorly understood. METHODS: By a technique referred to as live bacterial FACS (fluorescence-activated cell sorting), the present study investigated systemic antibody responses to several gut and skin commensal bacteria as well as Candida albicans in longitudinal plasma and serum samples from healthy donors, chronic HIV-1-infected individuals with or without diarrhoea and patients with inflammatory bowel disease (IBD). RESULTS: The data show that systemic antibody responses to the commensal microbiota were abundantly present in humans and remained remarkably stable over years. Overall systemic antibody responses to gut commensal bacteria were not affected during chronic HIV-1 infection, with titres decreasing when normalised to elevated plasma immunoglobulin G (IgG) levels found in patients with HIV. In contrast, increases in the titres of high affinity antimicrobiota antibodies were detected in patients with IBD, demonstrating that conditions with known increased intestinal permeability and aberrant mutualism can induce changes in antibody titres observed in these assays. CONCLUSION: Neither HIV-associated enteropathy nor B cell dysfunction impact on the high-affinity systemic antibody responses to gut commensal bacteria. HIV-associated hypergammaglobulinaemia is therefore unlikely to be driven by induction of antimicrobiota antibodies.