Ultra high performance supercritical fluid chromatography coupled with tandem mass spectrometry for screening of doping agents. II: Analysis of biological samples.

The potential and applicability of UHPSFC-MS/MS for anti-doping screening in urine samples were tested for the first time. For this purpose, a group of 110 doping agents with diverse physicochemical properties was analyzed using two separation techniques, namely UHPLC-MS/MS and UHPSFC-MS/MS in both ESI+ and ESI- modes. The two approaches were compared in terms of selectivity, sensitivity, linearity and matrix effects. As expected, very diverse retentions and selectivities were obtained in UHPLC and UHPSFC, proving a good complementarity of these analytical strategies. In both conditions, acceptable peak shapes and MS detection capabilities were obtained within 7min analysis time, enabling the application of these two methods for screening purposes. Method sensitivity was found comparable for 46% of tested compounds, while higher sensitivity was observed for 21% of tested compounds in UHPLC-MS/MS and for 32% in UHPSFC-MS/MS. The latter demonstrated a lower susceptibility to matrix effects, which were mostly observed as signal suppression. In the case of UHPLC-MS/MS, more serious matrix effects were observed, leading typically to signal enhancement and the matrix effect was also concentration dependent, i.e., more significant matrix effects occurred at the lowest concentrations.

Bacteriophages of Erwinia amylovora and their potential use in biological control

Forty-four bacteriophage isolates of Erwinia amy/ovora, the causal agent of fire blight, were collected from sites in and around the Niagara Region of Southern Ontario in the summer of 1998. Phages were isolated only from sites where fire blight was present. Thirty-seven of these phages were isolated from the soil surrounding infected trees, with the remainder isolated from aerial plant tissue samples. A mixture of six E. amy/ovora bacterial host strains was used to enrich field samples in order to avoid the selection bias of a single-host system. Molecular characterization of the phages with a combination of peR and restriction endonuclease digestions showed that six distinct phage types were isolated. Ten phage isolates related to the previously characterized E. amy/ovora phage PEa1 were isolated, with some divergence of molecular markers between phages isolated from different sites. The host ranges of the phages revealed that certain types were unable to efficiently lyse some E. amy/ovora strains, and that some types were able to lyse the epiphytic bacterium Pantoea agg/omerans. Biological control of E. amy/ovora by the bacteriophages was assessed in a bioassay using discs of immature pear fruit. Twenty-three phage isolates were able to significantly suppress the incidence of bacterial exudate on the pear disc surface. Quantification of the bacterial population remaining on the disc surface indicated that population reductions of up to 97% were obtainable by phage treatment, but that elimination of bacteria from the surface was not possible with this model system.

Développement de techniques analytiques pour la détermination des agents anti-infectieux dans les eaux environnementales

Les agents anti-infectieux sont utilisés pour traiter ou prévenir les infections chez les humains, les animaux, les insectes et les plantes. L’apparition de traces de ces substances dans les eaux usées, les eaux naturelles et même l’eau potable dans plusieurs pays du monde soulève l’inquiétude de la communauté scientifique surtout à cause de leur activité biologique. Le but de ces travaux de recherche a été d’étudier la présence d’anti-infectieux dans les eaux environnementales contaminées (c.-à-d. eaux usées, eaux naturelles et eau potable) ainsi que de développer de nouvelles méthodes analytiques capables de quantifier et confirmer leur présence dans ces matrices. Une méta-analyse sur l’occurrence des anti-infectieux dans les eaux environnementales contaminées a démontré qu’au moins 68 composés et 10 de leurs produits de transformation ont été quantifiés à ce jour. Les concentrations environnementales varient entre 0.1 ng/L et 1 mg/L, selon le composé, la matrice et la source de contamination. D’après cette étude, les effets nuisibles des anti-infectieux sur le biote aquatique sont possibles et ces substances peuvent aussi avoir un effet indirect sur la santé humaine à cause de sa possible contribution à la dissémination de la résistance aux anti-infecteiux chez les bactéries. Les premiers tests préliminaires de développement d’une méthode de détermination des anti-infectieux dans les eaux usées ont montré les difficultés à surmonter lors de l’extraction sur phase solide (SPE) ainsi que l’importance de la sélectivité du détecteur. On a décrit une nouvelle méthode de quantification des anti-infectieux utilisant la SPE en tandem dans le mode manuel et la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS). Les six anti-infectieux ciblés (sulfaméthoxazole, triméthoprime, ciprofloxacin, levofloxacin, clarithromycin et azithromycin) ont été quantifiés à des concentrations entre 39 et 276 ng/L dans les échantillons d’affluent et d’effluent provenant d’une station d’épuration appliquant un traitement primaire et physico- chimique. Les concentrations retrouvées dans les effluents indiquent que la masse moyenne totale de ces substances, déversées hebdomadairement dans le fleuve St. Laurent, était de ~ 2 kg. En vue de réduire le temps total d’analyse et simplifier les manipulations, on a travaillé sur une nouvelle méthode de SPE couplée-LC-MS/MS. Cette méthode a utilisé une technique de permutation de colonnes pour préconcentrer 1.00 mL d’échantillon dans une colonne de SPE couplée. La performance analytique de la méthode a permis la quantification des six anti-infectieux dans les eaux usées municipales et les limites de détection étaient du même ordre de grandeur (13-60 ng/L) que les méthodes basées sur la SPE manuelle. Ensuite, l’application des colonnes de SPE couplée de chromatographie à débit turbulent pour la préconcentration de six anti-infectieux dans les eaux usées a été explorée pour diminuer les effets de matrice. Les résultats obtenus ont indiqué que ces colonnes sont une solution de réchange intéressante aux colonnes de SPE couplée traditionnelles. Finalement, en vue de permettre l’analyse des anti-infectieux dans les eaux de surface et l’eau potable, une méthode SPE couplée-LC-MS/MS utilisant des injections de grand volume (10 mL) a été développée. Le volume de fuite de plusieurs colonnes de SPE couplée a été estimé et la colonne ayant la meilleure rétention a été choisie. Les limites de détection et de confirmation de la méthode ont été entre 1 à 6 ng/L. L’analyse des échantillons réels a démontré que la concentration des trois anti-infectieux ciblés (sulfaméthoxazole, triméthoprime et clarithromycine) était au dessous de la limite de détection de la méthode. La mesure des masses exactes par spectrométrie de masse à temps d’envol et les spectres des ions produits utilisant une pente d’énergie de collision inverse dans un spectromètre de masse à triple quadripôle ont été explorés comme des méthodes de confirmation possibles.

Potentiel du spinosad et de Beauveria bassiana comme agents de lutte contre le ver gris (Agrotis ipsilon)

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Developmental, morphological, and behavioural plasticity in the reproductive strategies of stink bugs and their egg parasitoids

L’environnement façonne la physiologie, la morphologie et le comportement des organismes par l’entremise de processus écologiques et évolutifs complexes et multidimensionnels. Le succès reproducteur des animaux est déterminé par la valeur adaptative d’un phénotype dans un environnement en modification constante selon une échelle temporelle d’une à plusieurs générations. De plus, les phénotypes sont façonnés par l’environnement, ce qui entraine des modifications adaptatives des stratégies de reproduction tout en imposant des contraintes. Dans cette thèse, considérant des punaises et leurs parasitoïdes comme organismes modèles, j’ai investigué comment plusieurs types de plasticité peuvent interagir pour influencer la valeur adaptative, et comment la plasticité des stratégies de reproduction répond à plusieurs composantes des changements environnementaux (qualité de l’hôte, radiation ultraviolette, température, invasion biologique). Premièrement, j’ai comparé la réponse comportementale et de traits d’histoire de vie à la variation de taille corporelle chez le parasitoïde Telenomus podisi Ashmead (Hymenoptera : Platygastridae), démontrant que les normes de réaction des comportements étaient plus souvent positives que celles des traits d’histoires de vie. Ensuite, j’ai démontré que la punaise prédatrice Podisus maculiventris Say (Hemiptera : Pentatomidae) peut contrôler la couleur de ses œufs, et que la pigmentation des œufs protège les embryons du rayonnement ultraviolet; une composante d’une stratégie complexe de ponte qui a évoluée en réponse à une multitude de facteurs environnementaux. Puis, j’ai testé comment le stress thermique affectait la dynamique de la mémoire du parasitoïde Trissolcus basalis (Wollaston) (Hymenoptera : Platygastridae) lors de l’apprentissage de la fiabilité des traces chimiques laissées par son hôte. Ces expériences ont révélé que des températures hautes et basses prévenaient l’oubli, affectant ainsi l’allocation du temps passé par les parasitoïdes dans des agrégats d’hôtes contenant des traces chimiques. J’ai aussi développé un cadre théorique général pour classifier les effets de la température sur l’ensemble des aspects comportementaux des ectothermes, distinguant les contraintes des adaptations. Finalement, j’ai testé l’habileté d’un parasitoïde indigène (T. podisi) à exploiter les œufs d’un nouveau ravageur invasif en agriculture, Halyomorpha halys Stål (Hemiptera : Pentatomidae). Les résultats ont montré que T. podisi attaque les œufs de H. halys, mais qu’il ne peut s’y développer, indiquant que le ravageur invasif s’avère un « piège évolutif » pour ce parasitoïde. Cela pourrait indirectement bénéficier aux espèces indigènes de punaises en agissant comme un puits écologique de ressources (œufs) et de temps pour le parasitoïde. Ces résultats ont des implications importantes sur la réponse des insectes, incluant ceux impliqués dans les programmes de lutte biologique, face aux changements environnementaux.

Antibody Based Diagnostic for Detection Of Vibrios and their Biological Control using Antagonistic Bacteria in Macrobrachium Rosenbergii Larval Rearing Systems

The main objective of the work undertaken here was to develop an appropriate microbial technology to protect the larvae of M.rosenbergii in hatchery from vibriosis. This technology precisely is consisted of a rapid detection system of vibrios and effective antagonistic probiotics for the management of vibrios. The present work was undertaken with the realizations that to stabilize the production process of commercial hatcheries an appropriate, comprehensive and fool proof technology is required primarily for the rapid detection of Vibrio and subsequently for its management. Nine species of Vibrio have been found to be associated with larvae of M. rosenbergii in hatchery. Haemolytic assay of the Vibrio and Aeromonas on prawn blood agar showed that all isolates of V. alginolyticus and Aeromonas sp., from moribund, necrotized larve were haemolytic and the isolates of V.cholerae, V.splendidus II, V.proteolyticus and V.fluvialis from the larvae obtained from apparently healthy larval rearing systems were non-haemolytic. Hydrolytic enzymes such as lipase, chitinase and gelatinase were widespread amongst the Vibrio and Aeromonas isolates. Dominance of V.alginolyticus among the isolates from necrotic larvae and the failure in isolating them from rearing water strongly suggest that they infect larvae and multiply in the larval body and cause mortality in the hatchery. The observation suggested that the isolate V. alginolyticus was a pathogen to the larvae of M.rosenbergii. To sum up, through this work, nine species of Vibrio and genus Aeromonas associated with M.rosenbergii larval rearing systems could be isolated and segregated based on the haemolytic activity and the antibodies (PA bs) for use in diagnosis or epidemiological studies could be produced, based on a virulent culture of V.alginolyticus. This could possibly replace the conventional biochemical tests for identification. As prophylaxis to vibriosis, four isolates of Micrococcus spp. and an isolate of Pseudomonas sp. could be obtained which could possibly be used as antagonistic probiotics in the larval rearing system of M.rosenbergii.

Caracterització de metabòlits produïts per soques de "Pseudomonas fluorescens" efectives en el control biològic de fongs fitopatògens

El principal objectiu d'aquest treball ha estat estudiar la producció de metabòlits amb activitat antibiòtica per soques de l'espècie Pseudomonas fluorescens de la col·lecció EPS, i també avaluar la seva potencialitat com a agents de biocontrol. Es va disposar també de diverses soques de P. fluorescens, cedides per altres investigadors, que van utilitzar-se com a referència perquè algunes són actives en control biològic i produeixen metabòlits secundaris d'interès en el biocontrol de malalties de plantes. La present memòria s'estructura en cinc capítols, que són, introducció al control biològic, descripció de l'etapa de selecció de soques i cerca dels metabòlits produïts, estudi de la producció d'HCN per la soca EPS288, estudi de la producció de l'antibiòtic 2,4-diacetilfloroglucinol (DAPG), i finalment, el darrer capítol, on s'ha estudiat la producció de DAPG sobre material vegetal i la capacitat de colonitzar arrels per diverses soques d'interès. En l'etapa de prospecció, va demostrar-se que un 37% del total de les soques de la col·lecció EPS produïen HCN, totes de l'espècie P. fluorescens, i un 90% d'aquestes provenien de les arrels de plantes. Es va confirmar la producció dels metabòlits secundaris 2,4-diacetilfloroglucinol, àcid fenazina-1-carboxílic, i pirrolnitrina, per diverses soques de la col·lecció EPS seleccionades mitjançant tècniques moleculars. Així, de la col·lecció EPS, les soques EPS317 i EPS808 produeixen DAPG, la EPS263 àcid fenazina-1-carboxílic i pirrolnitrina i, EPS894, EPS895, EPS945 produeixen àcid fenazina-1-carboxílic. La producció d'HCN es va estudiar més exhaustivament en la soca EPS288, seleccionada per la seva activitat antifúngica i candidata a agent de biocontrol contra Stemphylium vesicarium, causant de la estemfiliosi de la perera, i contra Penicillium expansum, causant de la podridura blava en conservació de fruita a postcollita. Per aquest estudi, es va dissenyar i validar un sistema per recollir l'HCN a partir de cultius en medi líquid. S'ha demostrat que la temperatura d'incubació, la concentració cel·lular de sembra i la composició del medi de cultiu afectaven a la producció d'HCN. Els medis complexos i la glicina n'afavorien la síntesi i la font de carboni no afectava. La soca EPS288 va produir més HCN que P. fluorescens CHA0, soca de referència productora d'HCN i descrita com a activa en processos de biocontrol de fongs fitopatògens. En l'estudi de la producció de DAPG, les soques de la col·lecció EPS i de referència, es van comparar en diversos medis de cultiu estudiant l'efecte de la complexitat i consistència del medi, i l'addició de ferro o de glucosa. Va demostrar-se que la producció de DAPG depèn principalment de la soca i de les característiques del medi de cultiu. La glucosa estimula la producció, mentre que el ferro pràcticament no afecta, i en general, el medi sòlid i complex estimula la producció de DAPG. Tanmateix, aquests efectes varien en alguna de les soques assajades donant lloc a comportaments singulars. En el seguiment del creixement amb un sistema automàtic es va comprovar que la velocitat específica de creixement i la concentració cel·lular assolida al final del cultiu, estaven condicionades per la composició del medi de cultiu. En les proves d'antagonisme vers fitopatògens que foren seleccionats com a indicadors, va observar-se que tant l'antagonisme in vitro com la inhibició d'infeccions sobre material vegetal estaven parcialment relacionades amb la producció dels metabòlits secundaris estudiats. La promoció del creixement de portaempelts per aquestes soques depenia de la soca i de l'hoste, però no es pogué establir una relació causa-efecte amb el metabòlits produïts. També es va comprovar que algunes de les soques podien sobreviure en ferides de pomes i de peres, on produïren DAPG. Mutants resistents a rifampicina de diverses soques de la col·lecció EPS i de referència es van inocular en llavors de pomera i de tomatera que es van sembrar i incubar en condicions controlades. Es va fer el seguiment de la població bacteriana total i resistent a rifampicina present a les arrels durant 72 dies. Totes les soques van colonitzar les arrels de les plantes, mantenint una elevada població durant 37 dies, cap d'elles va estimular el creixement ni mostrar efectes fitotòxics, no afectant tampoc signicativament a la població bacteriana espontània de les arrels. La soca EPS808, una de les seleccionades pel treball, va aconseguir uns nivells de producció de DAPG, una velocitat de creixement i una supervivència relativa a les arrels similar a altres soques de referència descrites com a bons agents de biocontrol. En conseqüència, se la considera una candidata a agent de biocontrol que hauria de ser objecte de futurs estudis d'eficàcia.

Operation and control of SBR processes for enhanced biological nutrient removal from wastewater

In the last decades, the awareness of environmental issues has increased in society considerably. There is an increasing need to improve the effluent quality of domestic wastewater treatment processes. This thesis describes the application of the Sequencing Batch Reactor (SBR) technology for Biological Nutrient Removal (BNR) from the wastewater. In particular, the work presented evolves from the nitrogen removal to the biological nutrient removal (i.e. nitrogen plus phosphorous removal) with special attention to the operational strategy design, the identification of possible reactor cycle controls or the influent composition related to the process efficiency. In such sense, also the use of ethanol as an external carbon (when low influent Carbon:Phosphorus (C:P) or Carbon:Nitrogen (C:N) ratios are presented) are studied as an alternative to maintain the BNR efficiency.

Development of molecular monitoring methods and assessment of the environmental fate of the biological control agent of fire blight Pseudomonas fluorescens EPS62e

Pseudomonas fluorescens EPS62e es va seleccionar com a agent de biocontrol del foc bacterià per la seva eficàcia en el control de Erwinia amylovora. En aquest treball es van desenvolupar mètodes de traçabilitat que van permetre la seva detecció específica i quantificació. Mitjançant les tècniques RAPD i U-PCR es van obtenir fragments d'amplificació diferencial per EPS62e que es van seqüenciar i caracteritzar com marcadors SCAR per dissenyar una PCR en temps real. La PCR a temps real es va utilitzar simultàniament amb mètodes microbiològics per estudiar l'adaptabilitat epifítica de EPS62e en pomera i perera. L'ús combinat de mètodes microbiològics i moleculars va permetre la identificació de tres estats fisiològics de EPS62e: la colonització activa, l'entrada en un estat de viable però no cultivable, i la mort cel·lular. Aquest treball mostra que EPS62e està ben adaptada a la colonització de flors a camp, encoratjant la seva utilització dins d'una estratègia de control biològic contra el foc bacterià.

Factors affecting biological control effectiveness of Pasteuria penetrans in Meloidogyne javanica and the bacterial development in the nematode body

The invasion and infectivity of Meloidogyne javanica juveniles (J2) encumbered with spore of Pasteuria Penetrans were influenced by the temperature and the time J2 were in the soil before exposure to roots. The percentage of infected females decreased as the time juveniles spent in soil increased. When spore encumbered J2 were maintained at 30 degrees C the decrease in infection was greater than that at 18 degrees C. The thermal time requirements and the base temperature for P. penetrans development were estimated. The rate of development followed an exponential curve between 21 and 36 degrees C and the base temperature for development was estimated by extrapolation to be 18.5 degrees C. The effect of integrating a nematode resistant tomato cultivar with the biocontrol agent P. penetrans also was investigated. The ability of the biocontrol agent to reduce numbers of root-knot nematodes was dependent on the densities of the nematode and P. penetrans spores in the soil.

The role of weeds in supporting biological diversity within crop fields

Weeds are major constraints on crop production, yet as part of the primary producers within farming systems, they may be important components of the agroecosystem. Using published literature, the role of weeds in arable systems for other above-ground trophic levels are examined. In the UK, there is evidence that weed flora have changed over the past century, with some species declining in abundance, whereas others have increased. There is also some evidence for a decline in the size of arable weed seedbanks. Some of these changes reflect improved agricultural efficiency, changes to more winter-sown crops in arable rotations and the use of more broad-spectrum herbicide combinations. Interrogation of a database of records of phytophagous insects associated with plant species in the UK reveals that many arable weed species support a high diversity of insect species. Reductions in abundances of host plants may affect associated insects and other taxa. A number of insect groups and farmland birds have shown marked population declines over the past 30 years. Correlational studies indicate that many of these declines are associated with changes in agricultural practices. Certainly reductions in food availability in winter and for nestling birds in spring are implicated in the declines of several bird species, notably the grey partridge, Perdix perdix . Thus weeds have a role within agroecosystems in supporting biodiversity more generally. An understanding of weed competitivity and the importance of weeds for insects and birds may allow the identification of the most important weed species. This may form the first step in balancing the needs for weed control with the requirements for biodiversity and more sustainable production methods.