Direct observation of the enhancement of noncooperative protein self-assembly by macromolecular crowding: Indefinite linear self-association of bacterial cell division protein FtsZ

Recent measurements of sedimentation equilibrium and sedimentation velocity have shown that the bacterial cell division protein FtsZ self-associates to form indefinitely long rod-like linear aggregates in the presence of GDP and Mg2+. In the present study, the newly developed technique of non-ideal tracer sedimentation equilibrium was used to measure the effect of high concentrations—up to 150 g/liter—of each of two inert “crowder” proteins, cyanmethemoglobin or BSA, on the thermodynamic activity and state of association of dilute FtsZ under conditions inhibiting (−Mg2+) and promoting (+Mg2+) FtsZ self-association. Analysis of equilibrium gradients of both FtsZ and crowder proteins indicates that, under the conditions of the present experiment, FtsZ interacts with each of the two crowder proteins essentially entirely via steric repulsion, which may be accounted for quantitatively by a simple model in which hemoglobin, albumin, and monomeric FtsZ are modeled as effective spherical hard particles, and each oligomeric species of FtsZ is modeled as an effective hard spherocylinder. The functional dependence of the sedimentation of FtsZ on the concentrations of FtsZ and either crowder indicates that, in the presence of high concentrations of crowder, both the weight-average degree of FtsZ self-association and the range of FtsZ oligomer sizes present in significant abundance are increased substantially.

Chemically distinct transition states govern rapid dissociation of single L-selectin bonds under force

Carbohydrate–protein bonds interrupt the rapid flow of leukocytes in the circulation by initiation of rolling and tethering at vessel walls. The cell surface carbohydrate ligands are glycosylated proteins like the mucin P-selectin glycoprotein ligand-1 (PSGL-1), which bind ubiquitously to the family of E-, P-, and L-selectin proteins in membranes of leukocytes and endothelium. The current view is that carbohydrate–selectin bonds dissociate a few times per second, and the unbinding rate increases weakly with force. However, such studies have provided little insight into how numerous hydrogen bonds, a Ca2+ metal ion bond, and other interactions contribute to the mechanical strength of these attachments. Decorating a force probe with very dilute ligands and controlling touch to achieve rare single-bond events, we have varied the unbinding rates of carbohydrate–selectin bonds by detachment with ramps of force/time from 10 to 100,000 pN/sec. Testing PSGL-1, its outer 19 aa (19FT), and sialyl LewisX (sLeX) against L-selectin in vitro on glass microspheres and in situ on neutrophils, we found that the unbinding rates followed the same dependence on force and increased by nearly 1,000-fold as rupture forces rose from a few to ≈200 pN. Plotted on a logarithmic scale of loading rate, the rupture forces reveal two prominent energy barriers along the unbinding pathway. Strengths above 75 pN arise from rapid detachment (<0.01 sec) impeded by an inner barrier that requires a Ca2+ bond between a single sLeX and the lectin domain. Strengths below 75 pN occur under slow detachment (>0.01 sec) impeded by the outer barrier, which appears to involve an array of weak (putatively hydrogen) bonds.

Complete genome sequence of Caulobacter crescentus

The complete genome sequence of Caulobacter crescentus was determined to be 4,016,942 base pairs in a single circular chromosome encoding 3,767 genes. This organism, which grows in a dilute aquatic environment, coordinates the cell division cycle and multiple cell differentiation events. With the annotated genome sequence, a full description of the genetic network that controls bacterial differentiation, cell growth, and cell cycle progression is within reach. Two-component signal transduction proteins are known to play a significant role in cell cycle progression. Genome analysis revealed that the C. crescentus genome encodes a significantly higher number of these signaling proteins (105) than any bacterial genome sequenced thus far. Another regulatory mechanism involved in cell cycle progression is DNA methylation. The occurrence of the recognition sequence for an essential DNA methylating enzyme that is required for cell cycle regulation is severely limited and shows a bias to intergenic regions. The genome contains multiple clusters of genes encoding proteins essential for survival in a nutrient poor habitat. Included are those involved in chemotaxis, outer membrane channel function, degradation of aromatic ring compounds, and the breakdown of plant-derived carbon sources, in addition to many extracytoplasmic function sigma factors, providing the organism with the ability to respond to a wide range of environmental fluctuations. C. crescentus is, to our knowledge, the first free-living α-class proteobacterium to be sequenced and will serve as a foundation for exploring the biology of this group of bacteria, which includes the obligate endosymbiont and human pathogen Rickettsia prowazekii, the plant pathogen Agrobacterium tumefaciens, and the bovine and human pathogen Brucella abortus.

Radial and longitudinal diffusion of myoglobin in single living heart and skeletal muscle cells

We have used a fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) technique to measure radial diffusion of myoglobin and other proteins in single skeletal and cardiac muscle cells. We compare the radial diffusivities, Dr (i.e., diffusion perpendicular to the long fiber axis), with longitudinal ones, Dl (i.e., parallel to the long fiber axis), both measured by the same technique, for myoglobin (17 kDa), lactalbumin (14 kDa), and ovalbumin (45 kDa). At 22°C, Dl for myoglobin is 1.2 × 10−7 cm2/s in soleus fibers and 1.1 × 10−7 cm2/s in cardiomyocytes. Dl for lactalbumin is similar in both cell types. Dr for myoglobin is 1.2 × 10−7 cm2/s in soleus fibers and 1.1 × 10−7 cm2/s in cardiomyocytes and, again, similar for lactalbumin. Dl and Dr for ovalbumin are 0.5 × 10−7 cm2/s. In the case of myoglobin, both Dl and Dr at 37°C are about 80% higher than at 22°C. We conclude that intracellular diffusivity of myoglobin and other proteins (i) is very low in striated muscle cells, ≈1/10 of the value in dilute protein solution, (ii) is not markedly different in longitudinal and radial direction, and (iii) is identical in heart and skeletal muscle. A Krogh cylinder model calculation holding for steady-state tissue oxygenation predicts that, based on these myoglobin diffusivities, myoglobin-facilitated oxygen diffusion contributes 4% to the overall intracellular oxygen transport of maximally exercising skeletal muscle and less than 2% to that of heart under conditions of high work load.

Multicomponent diffusion in polymeric liquids.

It is shown how the phase-space kinetic theory of polymeric liquid mixtures leads to a set of extended Maxwell-Stefan equations describing multicomponent diffusion. This expression reduces to standard results for dilute solutions and for undiluted polymers. The polymer molecules are modeled as flexible bead-spring structures. To obtain the Maxwell-Stefan equations, the usual expression for the hydrodynamic drag force on a bead, used in previous kinetic theories, must be replaced by a new expression that accounts explicitly for bead-bead interactions between different molecules.

Successful external fertilization in turbulent environments.

Mathematical and experimental simulations predict that external fertilization is unsuccessful in habitats characterized by high water motion. A key assumption of such predictions is that gametes are released in hydrodynamic regimes that quickly dilute gametes. We used fucoid seaweeds to examine whether marine organisms in intertidal and subtidal habitats might achieve high levels of fertilization by restricting their release of gametes to calm intervals. Fucus vesiculosus L. (Baltic Sea) released high numbers of gametes only when maximal water velocities were below ca. 0.2 m/s immediately prior to natural periods of release, which occur in early evening in association with lunar cues. Natural fertilization success measured at two sites was always close to 100%. Laboratory experiments confirmed that (i) high water motion inhibits gamete release by F. vesiculosus and by the intertidal fucoids Fucus distichus L. (Maine) and Pelvetia fastigiata (J. Ag.) DeToni (California), and (ii) showed that photosynthesis is required for high gamete release. These data suggest that chemical changes in the boundary layer surrounding adults during photosynthesis and/or mechanosensitive channels may modulate gamete release in response to changing hydrodynamic conditions. Therefore, sensitivity to environmental factors can lead to successful external fertilization, even for species living in turbulent habitats.

A technique for detecting matrix proteins in the crystalline spicule of the sea urchin embryo.

The presence of proteins associated with the CaCO3-containing biocrystals found in a wide variety of marine organisms is well established. In these organisms, including the primitive skeleton (spicule) of the sea urchin embryo, the structural and functional role of these proteins either in the biomineralization process or in control of the structural features of the biocrystals is unclear. Recently, one of the matrix proteins of the sea urchin spicule, SM 30, has been shown to contain a carbohydrate chain (the 1223 epitope) that has been implicated in the process whereby Ca2+ is deposited as CaCo3. Because an understanding of the localization of this protein, as well as other proteins found within the spicule, is central to understanding their function, we undertook to develop methods to localize spicule matrix proteins in intact spicules, using immunogold techniques and scanning electron microscopy. Gold particles indicative of this matrix glycoprotein could not be detected on the surface of spicules that had been isolated from embryo homogenates and treated with alkaline hypochlorite to remove any associated membranous material. However, when isolated spicules were etched for 2 min with dilute acetic acid (10 mM) to expose more internal regions of the crystal, SM 30 and perhaps other proteins bearing the 1223 carbohydrate epitope were detected in the calcite matrix. These results, indicating that these two antigens are widely distributed in the spicule, suggest that this technique should be applicable to any matrix protein for which antibodies are available.

Síntese e caracterização de nanomateriais superparamagnéticos do tipo core-shell para aplicação em catálise e biomedicina

As diversas aplicações tecnológicas de nanopartículas magnéticas (NPM) vêm intensificando o interesse por materiais com propriedades magnéticas diferenciadas, como magnetização de saturação (MS) intensificada e comportamento superparamagnético. Embora MNP metálicas de Fe, Co e bimetálicas de FeCo e FePt possuam altos valores de MS, sua baixa estabilidade química dificulta aplicações em escala nanométrica. Neste trabalho foram sintetizadas NPM de Fe, Co, FeCo e FePt com alta estabilidade química e rigoroso controle morfológico. NPM de óxido metálicos (Fe e Co) também foram obtidas. Dois métodos de síntese foram empregados. Usando método baseado em sistemas nanoheterogêneos (sistemas micelares ou de microemulsão inversa), foram sintetizadas NPM de Fe3O4 e Co metálico. Foram empregados surfactantes cátion-substituídos: dodecil sulfato de ferro(III) (FeDS) e dodecil sulfato de cobalto(II) (CoDS). Para a síntese das NPM, foram estudados e determinados a concentração micelar crítica do FeDS em 1-octanol (cmc = 0,90 mmol L-1) e o diagrama de fases pseudoternário para o sistema n-heptano/CoDS/n-butanol/H2O. NPM esferoidais de magnetita com3,4 nm de diâmetro e comportamento quase-paramagnético foram obtidas usando sistemas micelares de FeDS em 1-octanol. Já as NPM de Co obtidas via microemulsão inversa, apesar da larga distribuição de tamanho e baixa MS, são quimicamente estáveis e superparamagnéticas. O segundo método é baseado na decomposição térmica de complexos metálicos, pelo qual foram preparadas NPM esféricas de FePt e de óxidos metálicos (Fe3O4, FeXO1-X, (Co,Fe)XO1-X e CoFe2O4) com morfologia controlada e estabilidade química. O método não mostrou a mesma efetividade na síntese de NPM de FeAg e FeCo: a liga FeAg não foi obtida enquanto que NPM de FeCo com estabilidade química foram obtidas sem controle morfológico. NPM de Fe e FeCo foram preparadas a partir da redução térmica de NPM de Fe3O4 e CoFe2O4, as quais foram previamente recobertas com sílica. A sílica previne a sinterização inter-partículas, além de proporcionar caráter hidrofílico e biocompatibilidade ao material. As amostras reduzidas apresentaram aumento dos valores de MS (entre 21,3 e 163,9%), o qual é diretamente proporcional às dimensões das NPM. O recobrimento com sílica foi realizado via hidrólise de tetraetilortosilicato (TEOS) em sistema de microemulsão inversa. A espessura da camada de sílica foi controlada variando-se o tempo de reação e as concentrações de TEOS e de NPM, sendo então proposto um mecanismo do processo de recobrimento. Algumas amostras receberam um recobrimento adicional de TiO2 na fase anatase, para o qual foi empregado etilenoglicol como solvente e ligante para formação de glicolato de Ti como precursor. A espessura da camada de TiO2 (2-12 nm) é controlada variando as quantidades relativas entre NPM e o precursor de Ti. Ensaios de hipertermia magnética foram realizados para as amostras recobertas com sílica. Ensaios de hipertermia magnéticas mostram grande aumento da taxa de aquecimento das amostras após a redução térmica, mesmo para dispersões diluídas de NPM (0,6 a 4,5 mg mL-1). Taxas de aquecimento entre 0,3 e 3,0oC min-1 e SAR entre 37,2 e 96,3 W g-1. foram obtidos. A atividade fotocatalítica das amostras recobertas foram próximas à da fase anatase pura, com a vantagem de possuir um núcleo magnético que permite a recuperação do catalisador pela simples aplicação de campos magnéticos externos. Os resultados preliminares dos ensaios de hipertermia magnética e fotocatálise indicam um forte potencial dos materiais aqui relatados para aplicações em biomedicina e em fotocatálise.

Cristalização assistida por destilação por membranas aplicada ao reuso de água: comparação com outros métodos de reuso, análise do processo e projeto hierárquico de processo.

No presente trabalho foram avaliados processos alternativos de dessalinização visando a recuperação e reuso da água contida em salmouras concentradas, sendo o processo de cristalização assistida por destilação por membranas (MDC) investigado com profundidade. Foi desenvolvido um modelo diferencial para o processo de destilação por membranas por contato direto (DCMD), contemplando métodos termodinâmicos rigorosos para sistemas aquosos de eletrólitos fortes, bem como mecanismos de transferência de calor e massa e efeitos de polarização de temperatura e concentração característicos deste processo de separação. Com base em simulações realizadas a partir do modelo matemático assim desenvolvido, foram investigados os principais parâmetros que influenciam o projeto de um módulo de membranas para DCMD. O modelo foi posteriormente estendido com equações de balanço de massa e energia adicionais para incluir a operação de cristalização e desta forma representar o processo de MDC. De posse dos resultados das simulações e do modelo estendido, foi desenvolvido um método hierárquico para o projeto de processos de MDC, com o objetivo de conferir características de rastreabilidade e repetibilidade a esta atividade. Ainda a partir do modelo MDC foram discutidos aspectos importantes em MDC como a possibilidade de nucleação e crescimento de cristais sobre a superfície das membranas, bem como o comportamento do processo com sais com diferentes características de solubilidade e largura da zona metaestável. Verificou-se que para sais cuja solubilidade varia muito pouco com a temperatura e que possuem zona metaestável com pequena largura, caso do NaCl, a operação com resfriamento no cristalizador não é viável pois aumenta excessivamente o consumo energético do processo, sendo nesses casos preferível a operação \"isotérmica\" - sem resfriamento no cristalizador - e o convívio com a possibilidade de nucleação no interior do módulo. No extremo oposto, observou-se que para sais com grande variabilidade da solubilidade com a temperatura, um pequeno resfriamento no cristalizador é suficiente para garantir condições de subsaturação no interior do módulo, sem grande ônus energético para o processo. No caso de sais com pequena variabilidade da solubilidade com a temperatura, mas com largura da zona metaestável elevada, existe certo ônus energético para a operação com resfriamento do cristalizador, porém não tão acentuado como no caso de sais com zona metaestável estreita. Foi proposto um fluxograma alternativo para o processo de MDC, onde foi introduzido um circuito de pré-concentração da alimentação antes do circuito de cristalização, para o caso de alimentação com soluções muito diluídas. Este esquema proporcionou um aumento do fluxo permeado global do processo e consequentemente uma redução na área total de membrana requerida. Verificou-se que através do processo com préconcentração da alimentação de 5% até 10% em massa - no caso de dessalinização de uma solução de NaCl - foi possível reduzir-se a área total da membrana em 27,1% e o consumo energético específico do processo em 10,6%, quando comparado ao processo sem pré-concentração. Foram desenvolvidas ferramentas úteis para o projeto de processos de dessalinização por MDC em escala industrial.

A Hydrodynamic Method For Measuring Aqueous Nanoparticle Surface Interactions

The objectives of this research dissertation were to develop and present novel analytical methods for the quantification of surface binding interactions between aqueous nanoparticles and water-soluble organic solutes. Quantification of nanoparticle surface interactions are presented in this work as association constants where the solutes have interacted with the surface of the nanoparticles. By understanding these nanoparticle-solute interactions, in part through association constants, the scientific community will better understand how organic drugs and nanomaterials interact in the environment, as well as to understand their eventual environmental fate. The biological community, pharmaceutical, and consumer product industries also have vested interests in nanoparticle-drug interactions for nanoparticle toxicity research and in using nanomaterials as drug delivery vesicles. The presented novel analytical methods, applied to nanoparticle surface association chemistry, may prove to be useful in assisting the scientific community to understand the risks, benefits, and opportunities of nanoparticles. The development of the analytical methods presented uses a model nanoparticle, Laponite-RD (LRD). LRD was the proposed nanoparticle used to model the system and technique because of its size, 25 nm in diameter. The solutes selected to model for these studies were chosen because they are also environmentally important. Caffeine, oxytetracycline (OTC), and quinine were selected to use as models because of their environmental importance and chemical properties that can be exploited in the system. All of these chemicals are found in the environment; thus, how they interact with nanoparticles and are transported through the environment is important. The analytical methods developed utilize and a wide-bore hydrodynamic chromatography to induce a partial hydrodynamic separation between nanoparticles and dissolved solutes. Then, using deconvolution techniques, two separate elution profiles for the nanoparticle and organic solute can be obtained. Followed by a mass balance approach, association constants between LRD, our model nanoparticle, and organic solutes are calculated. These findings are the first of their kind for LRD and nanoclays in dilute dispersions.

Efeito da adição de fibras de cana-de-açúcar pré-tratadas na produção de metano advinda da biodigestão anaeróbia de gorduras do leite

A digestão anaeróbia é uma alternativa para o tratamento de resíduos com altas concentrações de matéria orgânica. Por meio dos processos anaeróbios é possível a produção de biogás, fonte de energia renovável e ambientalmente amigável. Elevadas concentrações de lipídios, todavia, apesar de representarem elevado potencial metanogênico, interferem negativamente nos sistemas de tratamento, podendo inibir a atividade microbiana e, consequentemente, a produção de metano. O presente projeto avaliou o efeito da adição de bagaço de cana-de-açúcar no processo de biodigestão anaeróbia de elevadas concentrações de gorduras advindas de efluentes de laticínio. Para tanto foi utilizado bagaço de cana-de-açúcar in natura e pré-tratadas pelos seguintes métodos: organossolve, hidrotérmico, explosão à vapor e ácido diluído. O uso desse material lignocelulósico teve o objetivo de controlar a inibição causada pelos produtos da hidrólise dos lipídios por meio de sua adsorção e, consequentemente, diminuição das concentrações de tais compostos no meio. Outra hipótese era que o bagaço de cana-de-açúcar pudessem agir como co-substrato no processo de biodigestão anaeróbia. Inicialmente realizaram-se ensaios de biodegradabilidade anaeróbia com concentrações crescentes de gordura, que resultaram em relação entre substrato e microrganismo 0,06, 0,1, 0,2, 0,4 e 0,6 g DQO/gSTV. O ensaio com concentração em que foi verificada a inibição severa (0,4 gDQO/gSTV) do processo foi repetido com adição das fibras tratadas e não tratadas. Aos dados de produção acumulada de metano ajustou-se modelo de Gompertz, e parâmetros cinéticos foram inferidos. O bagaço de cana-de-açúcar mostrou potencial como adsorvente de gordura, pois as produções metanogênicas foram superiores à condição inibida sem adição desse material. A adição de fibras pré-tratadas por método organossolve resultou nas maiores produções de metano.

Estudo de equilíbrio e cinética da biossorção de cobre (II) por Rhizopus Microsporus.

A poluição relacionada a metais pesados tem recebido uma atenção especial devido a sua alta toxicidade, não biodegradabilidade e tendência de acumular-se na cadeia alimentar. Apesar disso, metais pesados também são considerados recursos valiosos, portanto a sua remoção em conjunto com a sua recuperação torna-se ainda mais importante. Este caso aplica-se aos rejeitos de mineração de cobre, os quais oferecem a possibilidade de recuperação do metal e de sua contenção de maneira segura do meio ambiente. Tais rejeitos se caracterizam por ocuparem enormes áreas inundadas e abrigarem soluções diluídas de cobre (II), porém, muitas vezes, acima dos limites seguros. Diversos processos tradicionais de tratamento mostram-se disponíveis para remover o cobre de tais soluções, no entanto, em certas aplicações eles podem ser ineficientes ou muito onerosos. Nesse contexto, a biossorção é uma alternativa interessante. Nesse processo, certos microrganismos, como fungos, bactérias e algas, ligam-se passivamente ao cobre na forma íons ou outras moléculas em soluções. No presente trabalho foi avaliado o potencial de biossorção de íons cobre (II) pela biomassa do fungo Rhizopus microsporus, coletado e isolado da área de rejeitos da Mina do Sossego, na região norte do Brasil. Isotermas de biossorção foram determinadas experimentalmente em bateladas sob temperatura de 25°C, agitação de 150 rpm, concentração de biomassa de 2,0 a 2,5 g/L e tempo de contato mínimo de 4 horas. O pH mostrou ser um fator importante no equilíbrio da biossorção, sendo o valor máximo da capacidade de biossorção de 33,12 mg de cobre / g biomassa encontrado em pH 6. Valores sucessivamente menores são encontrados pela acidificação da solução, sendo o pH 1 considerado adequado para o processo de dessorção, correspondendo a uma capacidade de biossorção de 1,95 mg/g. Modelos de adsorção de Langmuir e de Freundlich ajustaram-se adequadamente às isotermas tanto com pH controlado quanto não controlado. Foi constatado que a troca iônica é um dos mecanismos envolvidos na biossorção do cobre com Rhizopus microsporus. Tanto o modelo de pseudo-primeira ordem quanto o de pseudo-segunda ordem ajustaram-se aos dados cinéticos da biossorção, sendo que o equilíbrio ocorre em aproximadamente 4 horas. A biomassa conservou a capacidade de biossorção ao operar repetidamente em três ciclos de sorção-dessorção. A biomassa viável e a morta não apresentaram diferença estatisticamente significativa na capacidade de biossorção.

Colossal anisotropy in diluted magnetic topological insulators

We consider dilute magnetic doping in the surface of a three dimensional topological insulator where a two dimensional Dirac electron gas resides. We find that exchange coupling between magnetic atoms and the Dirac electrons has a strong and peculiar effect on both. First, the exchange-induced single ion magnetic anisotropy is very large and favors off-plane orientation. In the case of a ferromagnetically ordered phase, we find a colossal magnetic anisotropy energy, of the order of the critical temperature. Second, a persistent electronic current circulates around the magnetic atom and, in the case of a ferromagnetic phase, around the edges of the surface.

Vinasse application to sugar cane fields. Effect on the unsaturated zone and groundwater at Valle del Cauca (Colombia)

Extensive application of vinasse, a subproduct from sugar cane plantations for bioethanol production, is currently taking place as a source of nutrients that forms part of agricultural management in different agroclimatic regions. Liquid vinasse composition is characterised by high variability of organic compounds and major ions, acid pH (4.7), high TDS concentration (117,416–599,400 mg L− 1) and elevated EC (14,350–64,099 μS cm− 1). A large-scale sugar cane field application is taking place in Valle del Cauca (Colombia), where monitoring of soil, unsaturated zone and the aquifer underneath has been made since 2006 to evaluate possible impacts on three experimental plots. For this assessment, monitoring wells and piezometers were installed to determine groundwater flow and water samples were collected for chemical analysis. In the unsaturated zone, tensiometers were installed at different depths to determine flow patterns, while suction lysimeters were used for water sample chemical determinations. The findings show that in the sandy loam plot (Hacienda Real), the unsaturated zone is characterised by low water retention, showing a high transport capacity, while the other two plots of silty composition presented temporal saturation due to La Niña event (2010–2011). The strong La Niña effect on aquifer recharge which would dilute the infiltrated water during the monitoring period and, on the other hand dissolution of possible precipitated salts bringing them back into solution may occur. A slight increase in the concentration of major ions was observed in groundwater (~ 5% of TDS), which can be attributed to a combination of factors: vinasse dilution produced by water input and hydrochemical processes along with nutrient removal produced by sugar cane uptake. This fact may make the aquifer vulnerable to contamination.

ROCK OUTCROPS IN THE CANADIAN SHIELD: AN INVESTIGATION OF CONTAMINANT TRANSPORT FROM SURFACE SOURCES IN FRACTURED ROCK AQUIFERS

Flow, recharge and transport dynamics in fractured rock aquifers with low lying rock outcrops is a largely unexplored area of study in hydrogeology. The purpose of this thesis is to examine these topics in an agricultural area in Eastern Ontario. The study consists of a regional scale groundwater quality study, an infiltration experiment that considers bacteria transport from the ground surface to a well, and a numerical modelling study that tests the parameters that affect surface infiltration of a tracer from a rock outcrop to a deeper horizontal fracture. In the water quality study, approximately 65% of the samples contained total coliform, 16% contained E. coli, and 1% contained nitrate-N at greater than 5 mg/L. Occurrence of E. coli increased when considering seasonality, where wells were drilled on rock outcrops, and for shallow well intervals. Nitrate-N did not occur above the Guidelines for Canadian Drinking Water Quality (Health Canada, 2012) of 10 mg/L. Rapid arrival times were observed in the infiltration study for both the microspheres (30 minutes) and a dye tracer (45 minutes) in a well approximately 6.0 m in horizontal and 2.8 m in vertical distance from the tracer source. Transport velocities were approximately 38.9 m/day for the dye tracer and 115.2 m/day for the colloidal tracer. Results of the model runs indicate that overburden can provide an effective protective layer to transport in fractures, that high groundwater velocities occur in larger fracture apertures and higher gradients dilute tracer concentrations, and that lower groundwater velocities occur with smaller fracture apertures and lower gradients result in elevated tracer concentrations. Lower rainfall rates, larger fracture apertures, early tracer time, larger gradients, and lower water levels maintained unsaturated conditions for longer time periods such that tracer transport was delayed until saturated conditions were attained. The overall heterogeneity of this aquifer environment creates a source water protection conundrum where the water quality is generally good, while transport can occur very quickly in proximity to rock outcrops and in areas with limited overburden.