MARCKS-related protein (MRP) is a substrate for the Leishmania major surface protease leishmanolysin (gp63).

Myristoylated alanine-rich C kinase substrate (MARCKS) and MARCKS-related protein (MRP; MacMARCKS) are protein kinase C substrates in diverse cell types. Activation of murine macrophages by cytokines increases MRP expression, but infection with Leishmania promastigotes during activation results in MRP depletion. We therefore examined the effect of Leishmania major LV39 on recombinant MRP. Both live promastigotes and a soluble fraction of LV39 lysates degraded MRP to yield lower molecular weight fragments. Degradation was independent of MRP myristoylation and was inhibited by protein kinase C-dependent phosphorylation of MRP. MRP was similarly degraded by purified leishmanolysin (gp63), a Leishmania surface metalloprotease. Degradation was evident at low enzyme/substrate ratios, over a broad pH range, and was inhibited by 1,10-phenanthroline and by a hydroxamate dipeptide inhibitor of leishmanolysin. Using mass spectrometric analysis, cleavage was shown to occur within the effector domain of MRP between Ser(92) and Phe(93), in accordance with the substrate specificity of leishmanolysin. Moreover, an MRP construct in which the effector domain had been deleted was resistant to cleavage. Thus, Leishmania infection may result in leishmanolysin-dependent hydrolysis of MRP, a major protein kinase C substrate in macrophages.

Peptide substrate specificity of the membrane-bound metalloprotease of Leishmania.

The promastigote surface protease (PSP) of Leishmania is a neutral membrane-bound zinc enzyme. The protease has no exopeptidase activity and does not cleave a large selection of substrates with chromogenic and fluorogenic leaving groups at the P1' site. The substrate specificity of the enzyme was studied by using natural and synthetic peptides of known amino acid sequence. The identification of 11 cleavage sites indicates that the enzyme preferentially cleaves peptides at the amino side when hydrophobic residues are in the P1' site and basic amino acid residues in the P2' and P3' sites. In addition, tyrosine residues are commonly found at the P1 site. Hydrolysis is not, however, restricted to these residues. These results have allowed the synthesis of a model peptide, H2N-L-I-A-Y-L-K-K-A-T-COOH, which is cleaved by PSP between the tyrosine and leucine residues with a kcat/Km ratio of 1.8 X 10(6) M-1 s-1. Furthermore, a synthetic nonapeptide overlapping the last four amino acids of the prosequence and the first five residues of mature PSP was found to be cleaved by the protease at the expected site to release the mature enzyme. This result suggests a possible autocatalytic mechanism for the activation of the protease. Finally, the hydroxamate-derivatized dipeptide Cbz-Tyr-Leu-NHOH was shown to inhibit PSP competitively with a KI of 17 microM.

Evaluation of some organic compounds on bloodstream forms of Trypanosoma cruzi

Accidental transmission of Chagas' disease to man by blood transfusion is a serious problem in Latin-America. This paper describes the testing of several synthetic, semi-synthetic, and natural compounds for their activity against blood trypomastigotes in vitro at 4-C. The compounds embody several types of chemical structures: benzoquinone, naphthoquinone, anthracenequinone, phenanthrenequinone, imidazole, piperazine, quinoline, xanthene, and simple benzenic and naphthalenic derivates. Some of them are for the first time tested against Trypanosoma cruzi. The toxic effect these compounds on this parasite was done by two quite distinct sets of experiments. In one set, the compounds were added to infected blood as ethanolic solution. In this situation the most active one was a furan-1, 2-naphthoquinone, in the same range as gentian violet, a new fact to be considered in the assessment of structure-activity relationships in this class of compounds. In other set, we tentatively evaluated the biological activity of water insoluble compounds by adding them in a pure form without solvent into infected blood. In this way some appear to be very active and it was postulated that the effectiveness of such compounds must result from interactions between them and specific blood components.

Factors conditioning the habitat and the density of Biomphalaria tenagophila (Orbigny, 1835) in an isolated schistosomiasis focus in Rio de Janeiro city

The present work was carried out in a watercress garden in Alto da Boa Vista, in the city of Rio de Janeiro, Brazil. The investigation was carried out in two phases. The first one (1985-86) involved the sampling of Biomphalaria tenegophila in two areas to determine its relative populational densities. The results showed that the populations presented similar densities and dynamics. The second phase (1988-89) involved the study of the influence of some environmental factors on the establishment of B. tenagophila in watercress garden. Two factors were identified as responsible for the establishment of B. tenagophila in the garden: (1) the quality of the water entering the irrigation system, to which domestic sewage is added, and (2) alterations in the nature of the substrate, due to inadequate fertilization techniques, which employ organic matter from adjacent pigsties. Aquatic plants and hydrological parameters of the irrigation system were subsidiary factors to the establishment of B. tenagophila in the garden.

Reduced peroxisomal citrate synthase activity increases substrate availability for polyhydroxyalkanoate biosynthesis in plant peroxisomes.

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are bacterial carbon storage polymers used as renewable, biodegradable plastics. PHA production in plants may be a way to reduce industrial PHA production costs. We recently demonstrated a promising level of peroxisomal PHA production in the high biomass crop species sugarcane. However, further production strategies are needed to boost PHA accumulation closer to commercial targets. Through exogenous fatty acid feeding of Arabidopsis thaliana plants that contain peroxisome-targeted PhaA, PhaB and PhaC enzymes from Cupriavidus necator, we show here that the availability of substrates derived from the β-oxidation cycle limits peroxisomal polyhydroxybutyrate (PHB) biosynthesis. Knockdown of peroxisomal citrate synthase activity using artificial microRNA increased PHB production levels approximately threefold. This work demonstrates that reduction of peroxisomal citrate synthase activity may be a valid metabolic engineering strategy for increasing PHA production in other plant species.

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.

Tailed Duplex DNA is the preferred substrate for Rad51 protein-mediated homologous pairing.

Purpose of the Study: To elucidate the mechanism of homologous recombination and double-strand break repair mediated by the eukaryotic recombination pin, Rad51.

Characterization of the hemagglutinin receptor specificity and neuraminidase substrate specificity of clinical isolates of human influenza A viruses

Six clinical isolates of influenza A viruses were examined for hemagglutinin receptor specificity and neuraminidase substrate specificity. All of the viral isolates minimally passaged in mammalian cells demonstrated preferential agglutination of human erythrocytes enzymatically modified to contain NeuAc alpha 2,6Gal sequences, with no agglutination of cells bearing NeuAc alpha 2,3Gal sequences. This finding is consistent with the hemagglutination receptor specificity previously demonstrated for laboratory strains of influenza A viruses. The neuraminidase substrate specificities of the clinical isolates examined were also identical to that described for the N2 neuraminidase of recent laboratory strains of human influenza viruses. The H3N2 viruses all displayed the ability to release sialic acid from both alpha 2, 3 and alpha 2, 6 linkages. In addition, two clinical isolates of H1N1 viruses also demonstrated this dual neuraminidase substrate specificity, a characteristic which has not been previously described for the N1 neuraminidase. These results demonstrate that complementary hemagglutinin and neuraminidase specificities are found in recent isolates of both H1N1 and H3N2 influenza viruses.

Effect of diets high or low in unavailable and slowly digestible carbohydrates on the pattern of 24-h substrate oxidation and feelings of hunger in humans.

BACKGROUND: The pattern of substrate utilization with diets containing a high or a low proportion of unavailable and slowly digestible carbohydrates may constitute an important factor in the control, time course, and onset of hunger in humans. OBJECTIVE: We tested the hypothesis that isoenergetic diets differing only in their content of unavailable carbohydrates would result in different time courses of total, endogenous, and exogenous carbohydrate oxidation rates. DESIGN: Two diets with either a high (H diet) or a low (L diet) content of unavailable carbohydrates were fed to 14 healthy subjects studied during two 24-h periods in a metabolic chamber. Substrate utilization was assessed by whole-body indirect calorimetry. In a subgroup of 8 subjects, endogenous and exogenous carbohydrate oxidation were assessed by prelabeling the body glycogen stores with [(13)C]carbohydrate. Subjective feelings of hunger were estimated with use of visual analogue scales. RESULTS: Total energy expenditure and substrate oxidation did not differ significantly between the 2 diets. However, there was a significant effect of diet (P: = 0.03) on the carbohydrate oxidation pattern: the H diet elicited a lower and delayed rise of postprandial carbohydrate oxidation and was associated with lower hunger feelings than was the L diet. The differences in hunger scores between the 2 diets were significantly associated with the differences in the pattern of carbohydrate oxidation among diets (r = -0.67, P: = 0. 006). Exogenous and endogenous carbohydrate oxidation were not significantly influenced by diet. CONCLUSIONS: The pattern of carbohydrate utilization is involved in the modulation of hunger feelings. The greater suppression of hunger after the H diet than after the L diet may be helpful, at least over the short term, in individuals attempting to better control their food intake.

On problems of calculating energy expenditure and substrate utilization from respiratory exchange data.

Indirect calorimetry based on respiratory exchange measurement has been successfully used from the beginning of the century to obtain an estimate of heat production (energy expenditure) in human subjects and animals. The errors inherent to this classical technique can stem from various sources: 1) model of calculation and assumptions, 2) calorimetric factors used, 3) technical factors and 4) human factors. The physiological and biochemical factors influencing the interpretation of calorimetric data include a change in the size of the bicarbonate and urea pools and the accumulation or loss (via breath, urine or sweat) of intermediary metabolites (gluconeogenesis, ketogenesis). More recently, respiratory gas exchange data have been used to estimate substrate utilization rates in various physiological and metabolic situations (fasting, post-prandial state, etc.). It should be recalled that indirect calorimetry provides an index of overall substrate disappearance rates. This is incorrectly assumed to be equivalent to substrate "oxidation" rates. Unfortunately, there is no adequate golden standard to validate whole body substrate "oxidation" rates, and this contrasts to the "validation" of heat production by indirect calorimetry, through use of direct calorimetry under strict thermal equilibrium conditions. Tracer techniques using stable (or radioactive) isotopes, represent an independent way of assessing substrate utilization rates. When carbohydrate metabolism is measured with both techniques, indirect calorimetry generally provides consistent glucose "oxidation" rates as compared to isotopic tracers, but only when certain metabolic processes (such as gluconeogenesis and lipogenesis) are minimal or / and when the respiratory quotients are not at the extreme of the physiological range. However, it is believed that the tracer techniques underestimate true glucose "oxidation" rates due to the failure to account for glycogenolysis in the tissue storing glucose, since this escapes the systemic circulation. A major advantage of isotopic techniques is that they are able to estimate (given certain assumptions) various metabolic processes (such as gluconeogenesis) in a noninvasive way. Furthermore when, in addition to the 3 macronutrients, a fourth substrate is administered (such as ethanol), isotopic quantification of substrate "oxidation" allows one to eliminate the inherent assumptions made by indirect calorimetry. In conclusion, isotopic tracers techniques and indirect calorimetry should be considered as complementary techniques, in particular since the tracer techniques require the measurement of carbon dioxide production obtained by indirect calorimetry. However, it should be kept in mind that the assessment of substrate oxidation by indirect calorimetry may involve large errors in particular over a short period of time. By indirect calorimetry, energy expenditure (heat production) is calculated with substantially less error than substrate oxidation rates.

A Comparative Study of the Organic Acid Content of the Hemolymph of Schistosoma mansoni-Resistant and Susceptible Strains of Biomphalaria glabrata

The freshwater snail Biomphalaria glabrata is an intermediate host of the trematode Schistosoma mansoni. However, some strains of B. glabrata are resistant to successful infection by S. mansoni larvae. The present work examines the profile of organic acids present in S. mansoni-resistant and -susceptible strains of B. glabrata, in order to determine whether the type of organic acid present is related to susceptibility. The organic acids were extracted from the hemolymph of two susceptible B. glabrata strains (PR, Puerto Rico and Ba, Jacobina-Bahia from Brazil), and from the resistant strains 13-16-R1 and 10R2, using solid phase extraction procedures followed by high performance liquid chromatography. The organic acids obtained were analyzed and identified by comparison with known standards. Pyruvate, lactate, succinate, malate, fumarate, acetate, propionate, ß-hydroxybutyrate and acetoacetate were detected in all hemolymph samples. Under standard conditions, the concentration of each of these substances varied among the strains tested and appeared to be specific for each strain. An interesting variation was the low concentration of pyruvate in the hemolymph of PR-snails. Only the concentration of fumarate was consistently different (p£ 0.05) between resistant and susceptible strains

Development of a method to investigate the hydrolysis of xenobiotic esters by a Mycobacterium smegmatis homogenate.

One of the main problems in combating tuberculosis is caused by a poor penetration of drugs into the mycobacterial cells. A prodrug approach via activation inside mycobacterial cells is a possible strategy to overcome this hurdle and achieve efficient drug uptake. Esters are attractive candidates for such a strategy and we and others communicated previously the activity of esters of weak organic acids against mycobacteria. However very little is known about ester hydrolysis by mycobacteria and no biological model is available to study the activation of prodrugs by these microorganisms. To begin filling this gap, we have embarked in a project to develop an in vitro method to study prodrug activation by mycobacteria using Mycobacterium smegmatis homogenates. Model ester substrates were ethyl nicotinate and ethyl benzoate whose hydrolysis was monitored and characterized kinetically. Our studies showed that in M. smegmatis most esterase activity is associated with the soluble fraction (cytosol) and is preserved by storage at 5°C or at room temperature for one hour, or by storage at -80°C up to one year. In the range of homogenate concentrations studied (5-80% in buffer), k(obs) varied linearly with homogenate concentration for both substrates. We also found that the homogenates showed Michaelis-Menten kinetics behavior with both prodrugs. Since ethyl benzoate is a good substrate for the mycobacterial esterases, this compound can be used to standardize the esterasic activity of homogenates, allowing results of incubations of prodrugs with homogenates from different batches to be readily compared.

Life histories and distribution of ostracods with depth in western Lake Geneva (Petit-Lac), Switzerland: A reconnaissance study

Because environmental conditions within a given basin are different for each season and at different water depth, knowledge of the life history and depth distribution of target species is important for environmental and palaeoenvironmental interpretations based on ostracod species assemblages and/or the geochemical compositions of their valves. In order to determine the distribution of species with depth as well as the life history of species from Lake Geneva, a one year sampling campaign of living ostracods was conducted at five sites (2, 5, 13, 33 and 70 m water depth) on a monthly basis in the Petit-Lac (western basin of Lake Geneva, Switzerland). Based on the results, the different species can be classified into three groups. Littoral taxa are found at 2 and 5 m water depth and include, in decreasing numbers of individuals, Cypridopsis vidua (O. F.Müller, 1776), Pseudocandona compressa (Koch, 1838), Limnocythere inopinata (Baird, 1843), Herpetocypris reptans (Baird, 1835), Potamocypris smaragdina (Vávra, 1891), Potamocypris similis (G. W. Müller, 1912), Plesiocypridopsis newtoni (Brady & Robertson, 1870), Prionocypris zenkeri (Chyzer & Toth, 1858) and Ilyocypris sp. Brady & Norman, 1889. Sublittoral species are found in a majority at 13 m water depth and to a lesser extend at 33 m water depth and include, in decreasing numbers of individuals, Fabaeformiscandona caudata (Kaufmann, 1900), Limnocytherina sanctipatricii, Candona candida (O. F. Müller, 1776) and Isocypris beauchampi (Paris, 1920). Profundal species are found equally at 13, 33 and 70 m water depth and includes, in decreasing numbers of individuals, Cytherissa lacustris (Sars, 1863), Candona neglecta Sars, 1887 and Cypria lacustris Lilljeborg, 1890. The occurrence of Limnocytherina sanctipatricii (Brady & Robertson, 1869) is restricted from late winter to late spring when temperatures are low, while C. vidua, L. inopinata, P. smaragdina, P. similis, P. newtoni and Ilyocypris sp. occur predominantly from spring to early autumn when temperatures are high. Individuals of C. neglecta, C. candida, F. caudata, P. compressa, C. lacustris, H. reptans and Cp. lacustris occur throughout the year with juveniles and adults occurring during the same period (C. neglecta at 70 m, C. lacustris at 13, 33 and 70 m, and H. reptans at 2, 5 and 13 m water depth) or with juveniles occurring during a different period of the year than adults (C. neglecta at 13 and 33 m and C. candida, F. caudata and P. compressa at their respective depth of occurrence). Among the environmental parameters investigated, an estimate of the relationship between ostracod autoecology and environmental parameters suggests that in the Petit-Lac: (i) water temperature and substrate characteristics are important factors controlling the distribution of species with depth, (ii) water temperature is also important for determining the timing of species development and, hence, its specific life history, and (iii) water oxygen and sedimentary organic matter content is less important compared to the other environmental parameter monitored.