Molecular biodiversity of microbial communities in polluted soils and their role in soil phytoremediation

Les métaux lourds (ML) s’accumulent de plus en plus dans les sols à l’échelle mondiale, d’une part à cause des engrais minéraux et divers produits chimiques utilisés en agriculture intensive, et d’autre part à cause des activités industrielles. Toutes ces activités génèrent des déchets toxiques qui s’accumulent dans l’environnement. Les ML ne sont pas biodégradables et leur accumulation cause donc des problèmes de toxicité des sols et affecte la biodiversité des microorganismes qui y vivent. La fertilisation en azote (N) est une pratique courante en agriculture à grande échelle qui permet d’augmenter la fertilité des sols et la productivité des cultures. Cependant, son utilisation à long terme cause plusieurs effets néfastes pour l'environnement. Par exemple, elle augmente la quantité des ML dans les sols, les nappes phréatiques et les plantes. En outre, ces effets néfastes réduisent et changent considérablement la biodiversité des écosystèmes terrestres. La structure des communautés des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) a été étudiée dans des sols contaminés par des ML issus de la fertilisation à long terme en N. Le rôle des différentes espèces de CMA dans l'absorption et la séquestration des ML a été aussi investigué. Dans une première expérience, la structure des communautés de CMA a été analysée à partir d’échantillons de sols de sites contaminés par des ML et de sites témoins non-contaminés. Nous avons constaté que la diversité des CMA indigènes a été plus faible dans les sols et les racines des plantes récoltées à partir de sites contaminés par rapport aux sites noncontaminés. Nous avons également constaté que la structure de la communauté d'AMF a été modifiée par la présence des ML dans les sols. Certains ribotypes des CMA ont été plus souvent associés aux sites contaminés, alors que d’autres ribotypes ont été associés aux sites non-contaminés. Cependant, certains ribotypes ont été observés aussi bien dans les sols pollués que non-pollués. Dans une deuxième expérience, les effets de la fertilisation organique et minérale (N) sur les différentes structures des communautés des CMA ont été étudiés. La variation de la structure de la communauté de CMA colonisant les racines a été analysée en fonction du type de fertilisation. Certains ribotypes de CMA étaient associés à la fertilisation organique et d'autres à la fertilisation minérale. En revanche, la fertilisation minérale a réduit le nombre de ribotypes de CMA alors que la fertilisation organique l’a augmenté. Dans cette expérience, j’ai démontré que le changement de structure des communautés de CMA colonisant des racines a eu un effet significatif sur la productivité des plantes. Dans une troisième expérience, le rôle de deux espèces de CMA (Glomus irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du cadmium (Cd) par des plants de tournesol cultivés dans des sols amendés avec trois niveaux différents de Cd a été évalué. J’ai démontré que les deux espèces de CMA affectent différemment l’absorption ou la séquestration de ce ML par les plants de tournesol. Cette expérience a permis de mieux comprendre le rôle potentiel des CMA dans l'absorption des ML selon la concentration de cadmium dans le sol et les espèces de CMA. Mes recherches de doctorat démontrent donc que la fertilisation en N affecte la structure des communautés des CMA dans les racines et le sol. Le changement de structure de la communauté de CMA colonisant les racines affecte de manière significative la productivité des plantes. J’ai aussi démontré que, sous nos conditions expériemntales, l’espèce de CMA G. irregulare a été observée dans tous les sites (pollués et non-pollués), tandis que le G. mosseae n’a été observé en abondance que dans les sites contaminés. Par conséquent, j’ai étudié le rôle de ces deux espèces (G. irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du Cd par le tournesol cultivé dans des sols amendés avec trois différents niveaux de Cd en serre. Les résultats indiquent que les espèces de CMA ont un potentiel différent pour atténuer la toxicité des ML dans les plantes hôtes, selon le niveau de concentration en Cd. En conclusion, mes travaux suggèrent que le G. irregulare est une espèce potentiellement importante pour la phytoextration du Cd, alors que le G. mosseae pourrait être une espèce appropriée pour phytostabilisation du Cd et du Zn.

Développement d'une méthode d'isolation des noyaux adaptée aux macrophages pour une caractérisation protéomique d'une nouvelle structure autophagique induite par le virus HSV-1

L’autophagie est un processus cellulaire catabolique qui a été conservé durant l’évolution de la levure à l’homme. Cet important mécanisme consiste en une dégradation des composants cytoplasmiques dans une structure lytique, le lysosome. Il existe trois types de l’autophagie : la microautophagie, l’autophagie médiée par les chaperones et la macroautophagie nommée « autophagie ». Il a été démontré que lors de l’autophagie, le matériel cytoplasmique (protéines cytosoliques et organites) est séquestré dans l’autophagosome qui finit par fusionner avec le lysosome, formant ainsi l’autophagolysosome. Le matériel séquestré et la membrane interne de l’autophagosome seront dégradés par les hydrolases lysosomales. Plusieurs études se sont focalisées sur la détermination de la machinerie moléculaire et les mécanismes de l’autophagie. Il a été démontré l’implication de 31 molécules Atg essentielles dans le processus de l’autophagie. L’identification de ces protéines a permis de déceler le rôle de l’autophagie non seulement dans le maintien de l’homéostasie cellulaire mais aussi dans la défense contre les agents pathogènes. En effet, l’autophagie joue un rôle important dans l’immunité innée conduisant à contrôler l’évasion des pathogènes dont les bactéries et les virus. Également, l’autophagie est impliquée dans l’immunité adaptative en favorisant la présentation des antigènes viraux par le CMH de classe II aux cellules T CD4+. De plus, une étude récente suggère que l’autophagie contribue à la présentation antigénique par le CMH de classe I aux cellules T CD8+ durant une infection virale par le virus HSV-1 (Herpes simplex type 1). Toutefois, certains virus y compris HSV-1 ont pu développer des mécanismes pour contourner et inhiber en partie le rôle protecteur de l’autophagie. Récemment, une étude dans notre laboratoire a mis en évidence, lors d’une infection virale par HSV-1 des cellules macrophages BMA, la présence d’une nouvelle structure autophagique dans une phase tardive de l’infection. Cette nouvelle structure est différente des autophagosomes classiques à double membrane et est caractérisée morphologiquement par quatre membranes dérivées de l’enveloppe nucléaire interne et externe. Peu de choses ont été rapportées sur cette nouvelle voie autophagique qui peut être un mécanisme de défense cellulaire quand l’autophagie classique dans le cytosol est inhibée par HSV-1. Il devient donc intéressant de caractériser les molécules impliquées dans la formation de ces autophagosomes issus du noyau par spectrométrie de masse. Pour ce faire, il était impératif d’établir un outil d’isolation des noyaux à partir de macrophages infectés par HSV-1 dans lesquels les autophagosomes issus des noyaux seront formés. La validation de cette méthode d’isolation a été effectuée en déterminant la pureté et l’intégrité des noyaux isolés à partir des cellules non infectées (contrôle) et infectées par HSV-1. La pureté des préparations de noyaux isolés a été caractérisée par l’absence de contaminants cellulaires et un enrichissement en noyaux. Également, il a fallu déterminer la cinétique de formation des autophagosomes issus des noyaux pour les deux lignées cellulaires de macrophages utilisées dans ce projet. Dans une perspective future, l’analyse protéomique à partir des échantillons purs des noyaux isolés (non infectés et infectés) mènera à identifier les protéines impliquées dans la formation des autophagosomes dérivés des noyaux, ce qui permettra ultérieurement d’effectuer des études sur les mécanismes moléculaires et les fonctions de cette nouvelle voie autophagique.

Escherichia coli STb toxin induces apoptosis in intestinal epithelial cell lines

La toxine stable à la chaleur de type b (STb) est une des toxines produites par les souches Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) impliquée dans le développement de la diarrhée. Une étude antérieure par Goncalves et al. (2009) a démontré que les cellules ayant internalisé la toxine STb démontraient une morphologie qui rappelle l’apoptose. Le changement du potentiel membranaire observé par Goncalves et al. (2009) nous a incité à vérifier la capacité de la toxine STb à induire l’apoptose des cellules HRT-18 et IEC-18 par la voie intrinsèque. Les cellules HRT-18 et IEC-18 ont été traitées avec de la toxine purifiée pour une durée de 24 heures puis ells ont été récoltées et examinées pour des caratéristiques de l’apoptose. L’activation des caspases-9 et -3, mais pas de la caspase-8, a été observée dans les deux lignées cellulaires à l’aide des substrats fluorescents spécifiques pour chaque caspase. L’ADN extrait des cellules HRT-18 et IEC-18 a révélé une fragmentation lorsque migré sur gel d’agarose. La condensation et la fragmentation des noyaux ont été observées en microscopie à fluorescence suite à une coloration de l’ADN au Hoechst 33342. Les indices apoptotiques des cellules HRT-18 et IEC-18 traitées avec des quantités croissantes de STb montrent une dose-réponse pour les deux lignées. L’activation de la caspase-9 est une indication que la voie intrinsèque de l’apoptose est activée dans les cellules HRT-18 et IEC-18. L’absence de l’activation de la caspase-8 démontre que la voie extrinsèque n’est pas impliquée dans la mort cellulaire médiée par STb.

Étude de la résistance aux antibiotiques des entérocoques d'origine animale du Québec

Les entérocoques font partie de la flore normale intestinale des animaux et des humains. Plusieurs études ont démontré que les entérocoques d’origine animale pouvaient représenter un réservoir de gènes de résistance aux antibiotiques pour la communauté humaine et animale. Les espèces Enterococcus faecalis et Enterococcus faecium sont importantes en santé publique; elles sont responsables d’environ 12% de toutes les infections nosocomiales aux États-Unis. Au Canada, les cas de colonisation et/ou d’infections à entérocoques résistants à la vancomycine ont plus que triplé de 2005 à 2009. Un total de 387 isolats E. faecalis et E. faecium aviaires, et 124 isolats E. faecalis porcins ont été identifiés et analysés pour leur susceptibilité aux antibiotiques. De hauts pourcentages de résistance envers les macrolides et les tétracyclines ont été observés tant chez les isolats aviaires que porcins. Deux profils phénotypiques prédominants ont été déterminés et analysés par PCR et séquençage pour la présence de gènes de résistance aux antibiotiques. Différentes combinaisons de gènes de résistance ont été identifiées dont erm(B) et tet(M) étant les plus prévalents. Des extractions plasmidiques et des analyses par hybridation ont permis de déterminer, pour la première fois, la colocalisation des gènes erm(B) et tet(M) sur un plasmide d’environ 9 kb chez des isolats E. faecalis porcins, et des gènes erm(B) et tet(O) sur un plasmide de faible poids moléculaire d’environ 11 kb chez des isolats E. faecalis aviaires. De plus, nous avons démontré, grâce à des essais conjugatifs, que ces plasmides pouvaient être transférés. Les résultats ont révélé que les entérocoques intestinaux aviaires et porcins, lesquels peuvent contaminer la viande à l’abattoir, pouvaient représenter un réservoir de gènes de résistance envers la quinupristine-dalfopristine, la bacitracine, la tétracycline et les macrolides. Afin d’évaluer l’utilisation d’un antisérum polyclonal SA dans l’interférence de la résistance à de fortes concentrations de bacitracine (gènes bcrRAB), lors d’un transfert conjugatif répondant aux phéromones, un isolat multirésistant E. faecalis aviaire a été sélectionné. Après induction avec des phéromones produites par la souche réceptrice E. faecalis JH2-2, l’agrégation de la souche donatrice E. faecalis 543 a été observée ainsi que des fréquences de transfert élevées en bouillon lors d’une courte période de conjugaison. Le transfert conjugatif des gènes asa1, traB et bcrRAB ainsi que leur colocalisation a été démontré chez le donneur et un transconjugant T543-1 sur un plasmide de 115 kb par électrophorèse à champs pulsé (PFGE) et hybridation. Une CMI de > 2 048 µg/ml envers la bacitracine a été obtenue tant chez le donneur que le transconjuguant tandis que la souche réceptrice JH2-2 démontrait une CMI de 32 µg/ml. Le séquençage des gènes asa1, codant pour la substance agrégative, et traB, une protéine régulant négativement la réponse aux phéromones, a révélé une association de cet élément génétique avec le plasmide pJM01. De plus, cette étude présente qu’un antisérum polyclonal SA peut interférer significativement dans le transfert horizontal d’un plasmide répondant aux phéromones codant pour de la résistance à de fortes doses de bacitracine d’une souche E. faecalis aviaire multirésistante. Des isolats cliniques E. faecium d’origine humaine et canine ont été analysés et comparés. Cette étude rapporte, pour la première fois, la caractérisation d’isolats cliniques E. faecium résistants à l’ampicilline (EFRA) d’origine canine associés à CC17 (ST17) au Canada. Ces isolats étaient résistants à la ciprofloxacine et à la lincomycine. Leur résistance envers la ciprofloxacine a été confirmée par la présence de substitutions dans la séquence en acides aminés des gènes de l’ADN gyrase (gyrA/gyrB) et de la topoisomérase IV (parC/parE). Des résistances élevées envers la gentamicine, la kanamycine et la streptomycine, et de la résistance envers les macrolides et les lincosamides a également été observées. La fréquence de résistance envers la tétracycline était élevée tandis que celle envers la vancomycine n’a pas été détectée. De plus, aucune résistance n’a été observée envers le linézolide et la quinupristine-dalfopristine. Les données ont démontré une absence complète des gènes esp (protéine de surface des entérocoques) et hyl (hyaluronidase) chez les isolats canins EFRA testés tandis qu’ils possédaient tous le gène acm (adhésine de liaison au collagène d’E. faecium). Aucune activité reliée à la formation de biofilm ou la présence d’éléments CRISPR (loci de courtes répétitions palindromiques à interespaces réguliers) n’a été identifiée chez les isolats canins EFRA. Les familles de plasmide rep6 and rep11 ont significativement été associées aux isolats d’origine canine. Les profils PFGE des isolats d’origine humaine et canine n'ont révélé aucune relation (≤ 80%). Ces résultats illustrent l'importance d'une utilisation judicieuse des antibiotiques en médecine vétérinaire afin d’éviter la dissémination zoonotique des isolats EFRA canins. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes de résistance aux antibiotiques et de leurs éléments mobiles ainsi qu’à de nouvelles stratégies afin de réduire le transfert horizontal de la résistance aux antibiotiques et des facteurs de virulence.

L’entérotoxine STb d’Escherichia coli déloge la claudine-1 des jonctions serrées

Escherichia coli produit diverses entérotoxines thermolabiles et thermostables. STb est une toxine de faible poids moléculaire résistant à la chaleur chargée de la diarrhée chez les animaux de la ferme. Une étude antérieure a montré que les cellules ayant internalisé la toxine STb provoquent un dysfonctionnement de la barrière épithéliale par des changements dans les protéines des jonctions serrées (TJ). Ces modifications contribuent probablement à la diarrhée observée. Pour mieux comprendre le mécanisme de l'augmentation de la perméabilité intestinale, nous avons traité les cellules du côlon humain (T84) avec la toxine purifiée STb une fois que les cellules ont été récoltées et les protéines extraites. Après l'utilisation d'une solution contenant 1% de Nonidet P-40 (un détergent non dénaturant, non ionique), nous avons étudié la distribution de la claudine -1, une protéine majeure des TJs, responsable de l'imperméabilité de l'épithélium, entre la membrane (NP40-insoluble) et le cytoplasme (NP40-soluble). En utilisant l’immunoblot et la microscopie confocale, nous avons observé que le traitement des monocouches de cellules T84 avec STb induit la redistribution de la claudine-1. Après 24h, les cellules cultivées en milieu faible en Ca+ (5 uM) et traitées par STb, ont montré qu’environ 40 % de plus de la claudine-1 se sont délogées dans le cytoplasme par comparaison au contrôle. En passant d’un milieu faible à un milieu contenant des quantités physiologiques de Ca++ (1,8 mM) nous avons observé une augmentation du taux de claudine- 1 délogé, comme la délocalisation comparable et ce, après 6h. Un milieu supplémenté avec la même concentration de Mg++ ou Zn++ n'a pas affecté le taux de délogement comparé au milieu contenant une faible teneur en Ca++. En utilisant des anticorps anti-phosphosérine et anti-phosphothréonine, nous avons observé que la perte des claudines-1 de la membrane a été accompagnée par une déphosphorylation de cette protéine des TJs. Dans l'ensemble, nos résultats ont montré une importante redistribution de la claudine-1 dans les cellules traitées par la toxine STb. La perte de la claudine-1 phosphorylée de la membrane est susceptible d'être impliquée dans la perméabilité accrue observée. Les mécanismes par lesquels ces changements sont provoqués restent à élucider.

Marine yeasts as source of single cell protein and immunostimulant for application in penaeid prawn culture systems

The study revealed the potential of marine yeasts as a source of single cell protein and immunostimulant for prawns. Prawns fed with the selected marine yeasts were showing more growth compared to the control feed and commercial feed. Yeasts being rich with proteins, vitamins and carbohydrates serve as a growth promoter for prawns as being evidenced in this study. The better performance of marine yeasts, D. hansenii S8 and S100 and C. tropicalis S186 compared to S. cerevisiae S36 as a feed supplement is worth investigating. Besides being a rich nutritional source, yeasts act as immunostimulants by virtue of its high carbohydrate (Beta, 1-3 glucan) and RNA content. Beta, 1-3 glucan, a cell wall component of yeasts /fungi is the most commonly used immunostimulant in aquaculture. The present study shows that even the whole cell yeast could serve as a good immunostimulant when supplied through diet. Extraction of Beta-1,3 glucan results in the removal of nutrients like proteins, vitamins etc. from the cell biomass.Utilization of the yeast biomass as such in the diet would help perform a dual role as nutritional component and immunostimulant for aquaculture applications.

Process Optimization for Mass Production of Marine Yeast Candida sp. S 27 and its Nutritional Characterization

The main source of protein for human and animal consumption is from the agricultural sector, where the production is vulnerable to diseases, fluctuations in climatic conditions and deteriorating hydrological conditions due to water pollution. Therefore Single Cell Protein (SCP) production has evolved as an excellent alternative. Among all sources of microbial protein, yeast has attained global acceptability and has been preferred for SCP production. The screening and evaluation of nutritional and other culture variables of microorganisms are very important in the development of a bioprocess for SCP production. The application of statistical experimental design in bioprocess development can result in improved product yields, reduced process variability, closer confirmation of the output response to target requirements and reduced development time and overall cost.The present work was undertaken to develop a bioprocess technology for the mass production of a marine yeast, Candida sp.S27. Yeasts isolated from the offshore waters of the South west coast of India and maintained in the Microbiology Laboratory were subjected to various tests for the selection of a potent strain for biomass production. The selected marine yeast was identified based on ITS sequencing. Biochemical/nutritional characterization of Candida sp.S27 was carried out. Using Response Surface Methodology (RSM) the process parameters (pH, temperature and salinity) were optimized. For mass production of yeast biomass, a chemically defined medium (Barnett and Ingram, 1955) and a crude medium (Molasses-Yeast extract) were optimized using RSM. Scale up of biomass production was done in a Bench top Fermenter using these two optimized media. Comparative efficacy of the defined and crude media were estimated besides nutritional evaluation of the biomass developed using these two optimized media.

Molecular Characterization and Gene Expression Profiling of Antimicrobial Peptides in Penaeid Shrimps

The constitutive production of AMPs in shrimps ensures that animals are able to protect themselves from low-level assaults by pathogens present in the environment. As these molecules play important roles in the shrimp immune defense system, the expression level of these AMPs are possible indicators of the immune state of shrimps. The present study also indicates the antiviral property of AMPs, especially ALF, stressing the importance of their up-regulation through the application of immunostimulants/probiotics as a prophylactic strategy in aquaculture. The present study shows that shrimp defense system is equipped enough to evade WSSV infection to a certain extent, when the animals were maintained on marine yeast and probiotic diet, whereas the control diet fed group succumbed to WSSV infection. This study reveals that marine yeast and probiotic supplemented diet can delay the process of WSSV infection and confer greater protection to the animals. Particularly, the protection conferred by marine yeast, C. haemulonii S27 and Bacillus MCCB101 were highly promising imparting greater hope to the aquaculture community to overcome the prevailing disease problems in aquaculture. It may be inferred from the present study that up-regulation of AMP genes could be effected by the application of immunostimulants and probiotics. Also, AMP expression profile could be used as an effective tool for screening immunostimulants and probiotics for application in shrimp culture. Ultimately, it is likely that no single compound or strategy will provide a solution to the problem of disease within aquaculture and that, in reality, a suite of techniques will be required including the manipulation of the rearing environment, addition of probionts as a matter of routine during culture, and the use of immunostimulants and other supplements during vulnerable growth phases. Finally, the development of good management practices, the control of environmental variables, genetic improvement in the penaeid species, understanding of host-virus interaction, modulation of the shrimp immune system, supported by functional genomics and proteomics of this crustacean, as a whole suggests that the control of WSSV is not far.

Marine Actinomycetes as Source of Antimicrobial Compounds and as Probiotics and Single Cell Protein for Application in Penaeid Prawn Culture Systems

This thesis Entitled Marine actinomycetes as source of antimicrobial compounds and as probiotics and single cell protein for application in penaeid peawn culture systems. Ocean harbours more than 80% of all life on earth and remains our greatest untapped natural resource. The study revealed the potential of marine actinomycetes as a source of antimicrobial compounds. The selected streptomycetes were found to be capable of inhibiting most of the pathogenic vibrios, whichis a major problem both in hatcheries and grow out systems. The bioactive principle can be incorporated with commercial feeds and applied as medicated diet for the control of vibrios in culture systems.The hydrolytic potential inhibitory property against pathogens and non—pathogenicity to penaeid prawns make the selected Streptomycesspp.an effective probioic in aquaculture. Since there is considerably less inhibition to the natural in pond ecosystem the microbial diversityis being maintained and thereby the water quality. Actinomycetes was found to be a good source of single cell protein as an ingredient inaquaculture feed formulations. Large amount of mycelial waste (actinomycete biomassO is produced from antibiotic industries and this nutrient rich waste can be effectively used as a protein source in aquaculture feeds.This study reveals the importance of marine actinomycetes as a source of antimicrobial compounds and as a probiotic and single cell protein for aquaculture applications.

Marine yeast isolates from Arabian Sea and Bay of Bengal :Biochemical, Molecular and Phylogenetic Analysis

the present study was undertaken with the following objectives: 1. Isolation and identification of yeasts from Arabian Sea and Bay of Bengal. 2. Molecular characterization of yeast isolates and phylogenetic analysis 3. Physiological and biochemical characterization of the isolates. 4. Proximate composition of yeast biomass and bioactive compounds. The Thesis is comprised of six chapters. A general introduction to the topic is given in Chapter1. Isolation and identification of marine yeasts are presented in Chapter 2. Chapter 3 deals with molecular identification and physiological characterization of Non- pigmented yeasts. Molecular identification and physiological characterization of pigmented yeast is presented in Chapter 4. Proximate composition of yeast biomass of various genera and their bioactive compounds are illustrated in Chapter 5. A summary of the results of the present study is given in Chapter 6. References and Appendices are followed

Differences in cell morphology, lipid and apo B secretory capacity in caco-2 cells following long term treatment with saturated and monounsaturated fatty acids

The suitability of the caco-2 cell line as a model for studying the long term impact of dietary fatty acids on intestinal lipid handling and chylomicron production was examined. Chronic supplementation of caco-2 cells with palmitic acid (PA) resulted in a lower triacylglycerol secretion than oleic acid (OA). This was coupled with a detrimental effect of PA, but not OA, on transepithelial electrical resistance (TER) measurements, suggesting a loss of structural integrity across the cell monolayer. Addition of OA reversed the adverse effects of PA and stearic acid on TER and increased the ability of cells to synthesise and accumulate lipid, but did not normalise the secretion of lipids by caco-2 cells. Increasing amounts of OA and decreasing amounts of PA in the incubation media markedly improved the ability of cells to synthesise apolipoprotein B and secrete lipids. Real time RT-PCR revealed a down regulation of genes involved in lipoprotein synthesis following PA than OA. Electron microscopy showed adverse effects of PA on cellular morphology consistent with immature enterocytes such as stunted microvilli and poor tight junction formation. In conclusion, previously reported differences in lipoprotein secretion by caco-2 cells supplemented with saturated fatty acids (SFA) and OA may partly reflect early cytotoxic effects of SFA on cellular integrity and function. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Bacterial Community Composition in Brazilian Anthrosols and Adjacent Soils Characterized Using Culturing and Molecular Identification

Microbial community composition was examined in two soil types, Anthrosols and adjacent soils, sampled from three locations in the Brazilian Amazon. The Anthrosols, also known as Amazonian dark earths, are highly fertile soils that are a legacy of pre-Columbian settlement. Both Anthrosols and adjacent soils are derived from the same parent material and subject to the same environmental conditions, including rainfall and temperature; however, the Anthrosols contain high levels of charcoal-like black carbon from which they derive their dark color. The Anthrosols typically have higher cation exchange capacity, higher pH, and higher phosphorus and calcium contents. We used culture media prepared from soil extracts to isolate bacteria unique to the two soil types and then sequenced their 16S rRNA genes to determine their phylogenetic placement. Higher numbers of culturable bacteria, by over two orders of magnitude at the deepest sampling depths, were counted in the Anthrosols. Sequences of bacteria isolated on soil extract media yielded five possible new bacterial families. Also, a higher number of families in the bacteria were represented by isolates from the deeper soil depths in the Anthrosols. Higher bacterial populations and a greater diversity of isolates were found in all of the Anthrosols, to a depth of up to 1 m, compared to adjacent soils located within 50-500 m of their associated Anthrosols. Compared to standard culture media, soil extract media revealed diverse soil microbial populations adapted to the unique biochemistry and physiological ecology of these Anthrosols.

The transcriptional response to cadmium, organic hydroperoxide, singlet oxygen and UV-A mediated by the sigma(E)-ChrR system in Caulobacter crescentus

Caulobacter crescentus sigma(E) belongs to the ECF (extracytoplasmic function) subfamily of RNA polymerase sigma factors, whose members regulate gene expression in response to distinct environmental stresses. During physiological growth conditions, data indicate that sigma(E) is maintained in reduced levels due to the action of ChrR, a negative regulator of rpoE gene expression and function. However, once bacterial cells are exposed to cadmium, organic hydroperoxide, singlet oxygen or UV-A irradiation, transcription of rpoE is induced in a sigma(E)-dependent manner. Site-directed mutagenesis indicated that residue C188 in ChrR is critical for the cadmium response while residues H140 and H142 are required for the bacterial response to organic hydroperoxide, singlet oxygen and UV-A. Global transcriptional analysis showed that sigma(E) regulates genes involved in protecting cells against oxidative damages. A combination of transcriptional start site identification and promoter prediction revealed that some of these genes contain a putative sigma(E)-dependent motif in their upstream regions. Furthermore, deletion of rpoE and two sigma(E)-dependent genes (cfaS and hsp20) impairs Caulobacter survival when singlet oxygen is constantly generated in the cells.

A two-component system, an anti-sigma factor and two paralogous ECF sigma factors are involved in the control of general stress response in Caulobacter crescentus

The extracytoplasmic function sigma factor sigma(T) is the master regulator of general stress response in Caulobacter crescentus and controls the expression of its paralogue sigma(U). In this work we showed that PhyR and NepR act, respectively, as positive and negative regulators of sigma(T) expression and function. Biochemical data also demonstrated that NepR directly binds sigma(T) and the phosphorylated form of PhyR. We also described the essential role of the histidine kinase gene CC3474, here denominated phyK, for expression of sigma(T)-dependent genes and for resistance to stress conditions. Additionally, in vivo evidence of PhyK-dependent phosphorylation of PhyR is presented. This study also identified a conserved cysteine residue (C95) located in the periplasmic portion of PhyK that is crucial for the function of the protein. Furthermore, we showed that PhyK, PhyR and sigma(T) regulate the same set of genes and that sigma(T) apparently directly controls most of its regulon. In contrast, sigma(U) seems to have a very modest contribution to the expression of a subset of sigma(T)-dependent genes. In conclusion, this report describes the molecular mechanism involved in the control of general stress response in C. crescentus.

Spiroplasma in Drosophila melanogaster Populations: Prevalence, Male-Killing, Molecular Identification, and No Association with Wolbachia

Spiroplasma endosymbionts are maternally transmitted bacteria that may kill infected sons resulting in the production of female-biased broods. The prevalence of male killers varies considerably both between and within species. Here, we evaluate the spatial and temporal status of male-killing and non-male-killing Spiroplasma infection in three Brazilian populations of Drosophila melanogaster, nearly a decade after the first occurrence report for this species. The incidence of the male-killing Spiroplasma ranged from close to 0 to 17.7 % (so far the highest estimate for a Drosophila species) with a suggestion of temporal decline in a population. We also found non-male-killing Spiroplasma coexisting in one population at lower prevalence (3-5 %), and we did not detect it in the other two. This may be taken as a suggestion of a spreading advantage conferred by the male-killing strategy. Sequencing two loci, we identified the phylogenetic position of Spiroplasma strains from the three localities, showing that all strains group closely in the poulsonii clade. Due to intensive sampling effort, we were able to test the association between Spiroplasma infections and another widespread endosymbiont, Wolbachia, whose prevalence ranged from 81.8 to 100 %. The prevalence of Wolbachia did not differ between Spiroplasma-infected and uninfected strains in our largest sample nor were the prevalences of the two endosymbionts associated across localities.