Associations of short-term particle and noise exposures with markers of cardiovascular and respiratory health among highway maintenance workers

BACKGROUND: Highway maintenance workers are constantly and simultaneously exposed to traffic-related particle and noise emissions, and both have been linked to increased cardiovascular morbidity and mortality in population-based epidemiology studies. OBJECTIVES: We aimed to investigate short-term health effects related to particle and noise exposure. METHODS: We monitored 18 maintenance workers, during as many as five 24-hour periods from a total of 50 observation days. We measured their exposure to fine particulate matter (PM2.5), ultrafine particles, noise, and the cardiopulmonary health endpoints: blood pressure, pro-inflammatory and pro-thrombotic markers in the blood, lung function and fractional exhaled nitric oxide (FeNO) measured approximately 15 hours post-work. Heart rate variability was assessed during a sleep period approximately 10 hours post-work. RESULTS: PM2.5 exposure was significantly associated with C-reactive protein and serum amyloid A, and negatively associated with tumor necrosis factor α. None of the particle metrics were significantly associated with von Willebrand factor or tissue factor expression. PM2.5 and work noise were associated with markers of increased heart rate variability, and with increased HF and LF power. Systolic and diastolic blood pressure on the following morning were significantly associated with noise exposure after work, and non-significantly associated with PM2.5. We observed no significant associations between any of the exposures and lung function or FeNO. CONCLUSIONS: Our findings suggest that exposure to particles and noise during highway maintenance work might pose a cardiovascular health risk. Actions to reduce these exposures could lead to better health for this population of workers.

Occurrence and bioaccumulation study of PCDD and PCDF from mineral feed additives

Occurrence of polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs) and polychlorinated dibenzofurans (PCDFs) was evaluated in sepiolite as a widely employed binder and anti-caking agent for animal feed. Also, naturally contaminated kaolinitic clay was used for comparative purposes. Since sepiolite shows remarkable adsorption properties, particular interest was paid to the extraction steps as they become critical for the final determination of these pollutants in such matrixes. Furthermore, classical Soxhlet extraction using different extracting strategies as well as acid treatment were carried out with simultaneous liquid-liquid extraction. Results obtained depended on the extraction procedure applied. Acid treatment or Soxhlet extraction using a mixture of toluene:ethanol as solvent allowed to reach the minimum requirements of recovery rates. However, Soxhlet extraction using a mixture cyclohexane:toluene as extracting solvent did not allow to comply with minimum specifications for recovery. Significant differences were obtained in TEQ units when acid treatment was applied in comparison to Soxhlet extraction. This fact can be explained because the use of drastic acid conditions allows removing strongly adsorbed analytes which can be uniquely extracted after a total destruction of the crystalline structure of sepiolite. On the contrary, Soxhlet extraction was not able to destroy the structure of sepiolite and as a consequence the PCDDs/Fs were strongly adsorbed in the internal structure of the mineral. From biological point of view the availability of these toxicants constitutes a critical aspect playing an important role in the final decision choosing particular analytical procedures. Then, acid conditions in the digestive tract should be taken into account. In this scenario, a bioaccumulation study was conducted to evaluate the transference of PCDDs/PCDFs from the sepiolite into the animal tissues when fed with feed containing sepiolite. To this end, chickens were used as a model to examine the bioavailability of PCDDs/PCDFs. Four groups of chickens were exposed through their diet to a control feed, feed with 3% w/w sepiolite as additive, feed contaminated with PCDDs/PCDFs at concentration around 2.8 pg WHO-TEQ/g and feed with 2% of a contaminated kaolinitic clay (460 pg TEQ/g mineral). Livers of the four studied groups were analyzed throughout the exposure period. Results of this trial showed that the performance of broilers was not affected by the presence of dioxins at levels tested, and chickens did not show any abnormal behaviour. Dioxins intentionally added to the diet were absorbed and accumulated in the liver in a significant manner, whereas the PCDDs/Fs from sepiolite were not available for chickens since livers from broilers fed 3% sepiolite presented similar WHO-TEQ values than those from broilers fed control diet.

Mecanismos de control de la aplicación y el cumplimiento de los tratados internacionales en materia ambiental

Investigación elaborada a partir de una estancia en el Center of International Environmental Law (CIEL) de Washington, Estados Unidos, entre los meses de julio y septiembre del 2006. CIEL es una organización no gubernamental sin ánimo de lucro que trabaja utilizando el Derecho Internacional y las instituciones internacionales para proteger el medio ambiente, la salud humana y asegurar una sociedad justa y sostenible. El ámbito de trabajo del CIEL abarca a más de 16 países en 6 continentes. CIEL también pertenece al programa de investigación y formación del American University Washington College of Law. Este programa incluye cursos de Derecho Internacional del Medio Ambiente y Derecho Comparado del medio ambiente. La actividad científica realizada ha consistido en: primer lugar en una investigación, capacitación y apoyo jurídico realizado en el ámbito de la aplicación de la Convención de Estocolmo sobre contaminantes orgánicos persistentes en los países latinoamericanos; y en segundo lugar, en la participación en los varios seminarios relativos a diferentes ámbitos del Derecho Internacional del medio ambiente. Todo ello ha contribuido a dar un impulso definitivo a la tesis doctoral de la becaria.

Indirect hydrogen analysis by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS).

Gas chromatography (GC) is an analytical tool very useful to investigate the composition of gaseous mixtures. The different gases are separated by specific columns but, if hydrogen (H2 ) is present in the sample, its detection can be performed by a thermal conductivity detector or a helium ionization detector. Indeed, coupled to GC, no other detector can perform this detection except the expensive atomic emission detector. Based on the detection and analysis of H2 isotopes by low-pressure chemical ionization mass spectrometry (MS), a new method for H2 detection by GC coupled to MS with an electron ionization ion source and a quadrupole analyser is presented. The presence of H2 in a gaseous mixture could easily be put in evidence by the monitoring of the molecular ion of the protonated carrier gas. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.

Endocrine disruptors: from endocrine to metabolic disruption.

Synthetic chemicals currently used in a variety of industrial and agricultural applications are leading to widespread contamination of the environment. Even though the intended uses of pesticides, plasticizers, antimicrobials, and flame retardants are beneficial, effects on human health are a global concern. These so-called endocrine-disrupting chemicals (EDCs) can disrupt hormonal balance and result in developmental and reproductive abnormalities. New in vitro, in vivo, and epidemiological studies link human EDC exposure with obesity, metabolic syndrome, and type 2 diabetes. Here we review the main chemical compounds that may contribute to metabolic disruption. We then present their demonstrated or suggested mechanisms of action with respect to nuclear receptor signaling. Finally, we discuss the difficulties of fairly assessing the risks linked to EDC exposure, including developmental exposure, problems of high- and low-dose exposure, and the complexity of current chemical environments.

Anàlisi dels contaminants orgànics persistents en Citharus linguatula en el litoral català

S’ha estudiat la bioacumulació de contaminants orgànics persistents en el múscul d’una espècie de peix en dos punts del litoral català: al Port de Barcelona i a la costa de Blanes. Citharus linguatula ha estat escollida per les seves característiques d’hàbitats (està més exposada a la contaminació al ser una espècie bentònica). La metodologia emprada consisteix en la homogeneïtzació amb sulfat de sodi i una extracció assistida amb microones amb n-hexà-acetona(1:1 v/v) durant 20 minuts. Els extractes es netegen i es fraccionen amb una columna cromatogràfica d’alúmina que permet la separació dels extractes en dos fraccions: un amb la majoria dels compostos organoclorats (hexaclorbenzè, DDTs, ciclodiens clorats i policlorbifenils) i l’altre amb els isòmers hexaclorciclohexans i els PAHs. Aquestes dos fraccions són posteriorment analitzades en el GC-MS. S’ha pogut corroborar l’elevada presència de PCBs a Barcelona, així com que en aquest punt de mostreig les espècies estan més exposades a la contaminació per organoclorats. S’ha identificat la presència de DDTs en els dos llocs estudiats. Pel que fa als PAHs s’ha pogut observar que a Barcelona també hi ha més presència d’aquests. Cal destacar que la concentració obtinguda dels compostos no es pot donar com a vàlida per l’existència d’indicis d’errors experimentals o d’injecció.

Pollution and pollutant transport in the geosphere - An introduction to the symposium

Environmental research in earth sciences is focused on the geosphere, i.e. (1) waters and sediments of rivers, lakes and oceans, and (2) soils and underlying shallow rock formations,both water-unsaturated and -saturated. The subsurface is studied down to greater depths at sites where waste repositories or tunnels are planned and mining activities exist. In recent years, earth scientists have become more and more involved in pollution problems related to their classical field of interest, e.g. groundwater, ore deposits, or petroleum and non-metal natural deposits (gravel, clay, cement precursors). Major pollutants include chemical substances, radioactive isotopes and microorganisms. Mechanisms which govern the transport of pollutants are of physical, chemical (dissolution, precipitation, adsorption), or microbiological (transformation) nature. Land-use planning must reflect a sustainable development and sound scientific criteria. Today's environmental pollution requires working teams with an interdisciplinary background in earth sciences, hydrology, chemistry, biology, physics as well as engineering. This symposium brought together for the first time in Switzerland earth and soil scientists, physicists and chemists, to present and discuss environmental issues concerning the geosphere.

Evaluation of cumulative PCB exposure estimated by a job exposure matrix versus PCB serum concentrations.

Although polychlorinated biphenyls (PCBs) have been banned in many countries for more than three decades, exposures to PCBs continue to be of concern due to their long half-lives and carcinogenic effects. In National Institute for Occupational Safety and Health studies, we are using semiquantitative plant-specific job exposure matrices (JEMs) to estimate historical PCB exposures for workers (n = 24,865) exposed to PCBs from 1938 to 1978 at three capacitor manufacturing plants. A subcohort of these workers (n = 410) employed in two of these plants had serum PCB concentrations measured at up to four times between 1976 and 1989. Our objectives were to evaluate the strength of association between an individual worker's measured serum PCB levels and the same worker's cumulative exposure estimated through 1977 with the (1) JEM and (2) duration of employment, and to calculate the explained variance the JEM provides for serum PCB levels using (3) simple linear regression. Consistent strong and statistically significant associations were observed between the cumulative exposures estimated with the JEM and serum PCB concentrations for all years. The strength of association between duration of employment and serum PCBs was good for highly chlorinated (Aroclor 1254/HPCB) but not less chlorinated (Aroclor 1242/LPCB) PCBs. In the simple regression models, cumulative occupational exposure estimated using the JEMs explained 14-24% of the variance of the Aroclor 1242/LPCB and 22-39% for Aroclor 1254/HPCB serum concentrations. We regard the cumulative exposure estimated with the JEM as a better estimate of PCB body burdens than serum concentrations quantified as Aroclor 1242/LPCB and Aroclor 1254/HPCB.

An interregional input-output analysis of the pollution content of trade flows and environmental trade balances between five states in the US Mid-West

In this paper we attempt an empirical application of the multi-region input-output (MRIO) method in order to enumerate the pollution content of interregional trade flows between five Mid-West regions/states in the US –Illinois, Indiana, Iowa, Michigan and Wisconsin – and the rest of the US. This allows us to analyse some very important issues in terms of the nature and significance of interregional environmental spillovers within the US Mid-West and the existence of pollution ‘trade balances’ between states. Our results raise questions in terms of the extent to which authorities at State level can control local emissions where they are limited in the way some emissions can be controlled, particularly with respect to changes in demand elsewhere in the Mid-West and US. This implies a need for policy co-ordination between national and state level authorities in the US to meet emissions reductions targets. The existence of an environmental trade balances between states also raises issues in terms of net losses/gains in terms of pollutants as a result of interregional trade within the US and whether, if certain activities can be carried out using less polluting technology in one region relative to others, it is better for the US as a whole if this type of relationship exists.

Innovative method for carbon dioxide determination in human postmortem cardiac gas samples using headspace-gas chromatography-mass spectrometry and stable labeled isotope as internal standard.

A novel approach to measure carbon dioxide (CO2) in gaseous samples, based on a precise and accurate quantification by (13)CO2 internal standard generated in situ is presented. The main goal of this study was to provide an innovative headspace-gas chromatography-mass spectrometry (HS-GC-MS) method applicable in the routine determination of CO2. The main drawback of the GC methods discussed in the literature for CO2 measurement is the lack of a specific internal standard necessary to perform quantification. CO2 measurement is still quantified by external calibration without taking into account analytical problems which can often occur considering gaseous samples. To avoid the manipulation of a stable isotope-labeled gas, we have chosen to generate in situ an internal labeled standard gas ((13)CO2) on the basis of the stoichiometric formation of CO2 by the reaction of hydrochloric acid (HCl) with sodium hydrogen carbonate (NaH(13)CO3). This method allows a precise measurement of CO2 concentration and was validated on various human postmortem gas samples in order to study its efficiency.

Anatomy of contaminated aquifers of an industrial site: insights from the stable isotope compositions of waters and dissolved inorganic carbon

The hydrogen and oxygen isotopes of water and the carbon isotope composition of dissolved inorganic carbon (DIC) from different aquifers at an industrial site, highly contaminated by organic pollutants representing residues of the former gas production, have been used as natural tracers to characterize the hydrologic system. On the basis of their stable isotope compositions as well as the seasonal variations, different groups of waters (precipitation, surface waters, groundwaters and mineral waters) as well as seasonably variable processes of mixing between these waters can clearly be distinguished. In addition, reservoir effects and infiltration rates can be estimated. In the northern part of the site an influence of uprising mineral waters within the Quaternary aquifers, presumably along a fault zone, can be recognized. Marginal infiltration from the Neckar River in the cast and surface water infiltration adjacent to a steep hill on the western edge of the site with an infiltration rate of about one month can also be resolved through the seasonal variation. Quaternary aquifers closer to the centre of the site show no seasonal variations, except for one borehole close to a former mill channel and another borehole adjacent to a rain water channel. Distinct carbon isotope compositions and concentrations of DIC for these different groups of waters reflect variable influence of different components of the natural carbon cycle: dissolution of marine carbonates in the mineral waters, biogenic, soil-derived CO2 in ground- and surface waters, as well as additional influence of atmospheric CO2 for the surface waters. Many Quaternary aquifer waters have, however, distinctly lower delta(13)C(DIC) values and higher DIC concentrations compared to those expected for natural waters. Given the location of contaminated groundwaters at this site but also in the industrially well-developed valley outside of this site, the most likely source for the low C-13(DIC) values is a biodegradation of anthropogenic organic substances, in particular the tar oils at the site.

Determinació de la deposició atmosfèrica de metalls pesants a les Muntanyes de Prades (Tarragona) a partir dels bioindicadors Xanthoria parietina i Hypnum cupressiforme

En aquest estudi s’ha determinat la deposició atmosfèrica de metalls pesants a partir dels bioindicadors Xanthoria parietina (liquen) i Hypnum cupressiforme (molsa), en 16 punts de mostreig repartits per la zona on s’ubicarà el futur parc natural de les Muntanyes de Prades (Tarragona). A partir de la comparació de les concentracions obtingudes en aquest treball amb les d’altres estudis de plantejament equiparable, es va comprovar que la majoria de valors de concentració dels metalls eren similars als d’altres zones geogràfiques estudiades, a excepció del crom i el níquel, que presentaven valors clarament més elevats. A partir de proves estadístiques (ANOVA, regressions múltiples) es va determinar que existien diferències significatives entre les concentracions de metalls dels diferents punts de mostreig. També es van detectar correlacions significatives entre les concentracions dels punts de mostreig i la distància d’aquests respecte els focus potencials de contaminació que s’havien considerat prèviament. Amb les dades obtingudes a partir un petit anàlisi de la riquesa liquènica dels punts de mostreig, es va disposar d’informació extra per poder avaluar les fonts i el patró de distribució d’aquests contaminants.

Investigation of Postmortem Gases: A Forensic Imaging and Analytical Chemistry Approach

Background: Distinguishing postmortem gas accumulations in the body due to natural decomposition and other phenomena such as gas embolism can prove a difficult task using purely Multi-Detector Computed Tomography (MDCT). The Radiological Alteration Index (RAI) was created with the intention to be able to identify bodies undergoing the putrefaction process based on the quantity of gas detected within the body. The flaw in this approach is the inability to absolutely determine putrefaction as the origin of gas volumes in cases of moderate alteration. The aim of the current study is to identify percentage compositions of O2, N2, CO2 and the presence of gases such as H2 and H2S within these sampling sites in order to resolve this complication. Materials and methods: All cases investigated in our University Center of Legal Medicine are undergoing a Post-Mortem Computed Tomography (PMCT)-scan before external examination or autopsy as a routine investigation. In the obtained images, areas of gas were characterized as 0, I, II or III based on the amount of gas present according to the RAI (1). The criteria for these characterizations were dependent of the site of gas, for example thoracic and abdominal cavities were graded as I (1 - 3cm gas), II (3 - 5cm gas) and III (>5cm gas). Cases showing gaseous sites with grade II or III were selected for this study. The sampling was performed under CT-guidance to target the regions to be punctured. Luer-lock PTFE syringes equipped with a three-way valve and needles were used to sample the gas directly (2). Gaseous samples were then analysed using gas chromatography coupled to a thermal conductivity detector (GC-TCD). The components present in the samples were expressed as a percentage of the overall gas present. Results: Up to now, we have investigated more than 40 cases using our standardized procedure for sampling and analysis of gas. O2, N2 and CO2 were present in most samples. The following distributions were found to correlate to gas origins of gas embolism/scuba diving accidents, trauma and putrefaction: ? Putrefaction → O2 = 1 - 5%; CO2 > 15%; N2 = 10 - 70%; H2 / H2S / CH4 variable presence ? Gas embolism/Scuba diving accidents → O2 and N2= varying percentages; CO2 > 20% ? Trauma → O2 = small percentage; CO2 < 15%; N2 > 65% H2 and H2S indicated levels of putrefaction along with methane which can also gauge environmental conditions or conditions of body storage/burial. Many cases showing large RAI values (advanced alteration) did reveal a radiological diagnosis which was in concordance with the interpretation of the gas composition. However, in certain cases (gas embolism, scuba divers) radiological interpretation was not possible and only chemical gas analysis was found to lead to the correct diagnosis, meaning that it provided complementary information to the radiological diagnosis. Conclusion: Investigation of postmortem gases is a useful tool to determine origin of gas generation which can aid the diagnosis of the cause of death. Levels of gas can provide information on stage of putrefaction and help to perform essential medico-legal diagnosis such as vital gas embolism.

Burkholderia sartisoli sp. nov., isolated from a polycyclic aromatic hydrocarbon-contaminated soil.

A Gram-negative, rod-shaped, aerobic bacterium, designated strain RP007(T), was isolated from a polycyclic aromatic hydrocarbon-contaminated soil in New Zealand. Two additional strains were recovered from a compost heap in Belgium (LMG 18808) and from the rhizosphere of maize in the Netherlands (LMG 24204). The three strains had virtually identical 16S rRNA gene sequences and whole-cell protein profiles, and they were identified as members of the genus Burkholderia, with Burkholderia phenazinium as their closest relative. Strain RP007(T) had a DNA G+C content of 63.5 mol% and could be distinguished from B. phenazinium based on a range of biochemical characteristics. Strain RP007(T) showed levels of DNA-DNA relatedness towards the type strain of B. phenazinium and those of other recognized Burkholderia species of less than 30 %. The results of 16S rRNA gene sequence analysis, DNA-DNA hybridization experiments and physiological and biochemical tests allowed the differentiation of strain RP007(T) from all recognized species of the genus Burkholderia. Strains RP007(T), LMG 18808 and LMG 24204 are therefore considered to represent a single novel species of the genus Burkholderia, for which the name Burkholderia sartisoli sp. nov. is proposed. The type strain is RP007(T) (=LMG 24000(T) =CCUG 53604(T) =ICMP 13529(T)).

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.