Les aquaporines 4 et 9 dans le système nerveux central : expression lors de la différenciation cellulaire et implication dans le métabolisme énergétique astrocytaire "in vitro"

RESUME : Les aquaporines (AQPs) sont des protéines membranaires perméables à l'eau (aquaporines strictes) et, pour certaines d'entre elles, également au glycérol (aquaglycéroporines). Ces protéines sont présentes dans les bactéries, les plantes et les différents organes des mammifères. Dans le cerveau, la moindre augmentation de volume hydrique peut avoir de graves conséquences sur son fonctionnement, d'où l'importance de la régulation de l'homéostasie de l'eau grâce aux AQPs. L'AQP4, une aquaporine stricte, est présente dans les astrocytes et est impliquée dans la formation et la résorption des oedèmes cérébraux. En revanche, l'AQP9 est une aquaglycéroporine, qui est localisée non seulement dans les astrocytes mais également dans les neurones catécholaminergiques. Bien que la distribution de l'AQP4 dans le cerveau soit clairement établie, la présence de l'AQP9 est toujours une donnée controversée et son rôle fonctionnel dans le système nerveux central n'est pas connu. Par ailleurs, aucune donnée n'existe sur l'expression des AQP4 et 9 lors de la différenciation de cellules souches neurales foetales (CSNf) en astrocytes ou en neurones catécholaminergiques. Dans la première partie de ce travail, un protocole a été mis au point permettant de différencier des CSNf de souris en astrocytes et neurones, dont des neurones catécholaminergiques. La caractérisation des cultures de CSNf et des cultures mixtes par immunofluorescence a permis de montrer que l'immunomarquage AQP9 est présent dans les CSNf et est conservé lors de leur différenciation en astrocytes ou en neurones catécholaminergiques. Les résultats obtenus ont mis en évidence une très bonne corrélation entre l'expression de la TH (tyrosine hydroxylase: enzyme limitante de la synthèse des catécholamines) et celle de l'AQP9 lors de la différenciation des CSNf en neurones catécholaminergiques. Par contre, l'immunomarquage AQP4 n'est pas présent dans les CSNf alors qu'il est observé dans les astrocytes. De plus, aucun immunomarquage AQP4 ou AQP9 n'a été observé dans les neurones NIAP2-positifs. Dans la deuxième partie de ce travail, l'expression des AQP4 et 9 a été quantifiée dans les CSNf ainsi que dans trois populations d'astrocytes présentant des propriétés métaboliques différentes. Ces trois populations astrocytaires sont issues de la différenciation des CSNf par le CNTF, le LIF ou le sérum de veau foetal. Les analyses par RTPCR quantitative et western blot ont montré une augmentation de l'expression de l'AQP9 et de l'AQP4 corrélée à l'acquisition de propriétés métaboliques spécifiques des astrocytes matures. Dans la dernière partie, la technique d'ARN interférents a permis d'étudier le rôle fonctionnel de l'AQP9 dans le modèle de culture pure d'astrocytes différenciés par le sérum. L'inhibition de l'expression d'AQP9 entraîne une diminution de la perméabilité au glycérol et une augmentation de l'utilisation de glucose, corrélée à une stimulation du métabolisme oxydatif astrocytaire. En revanche, 1a baisse d'expression d'AQP9 n'a aucun effet sur la glycolyse anaérobie ni sur la libération du lactate. En conclusion, dans ce modèle in vitro, seule l'AQP9 est exprimée dans les CSNf et les neurones catécholaminergiques alors que dans Ies astrocytes, à la fois l'AQP9 et l'AQP4 sont exprimées. Cette distribution est identique à celle observée in vivo et confirme la localisation spécifique de l'AQP9 dans les neurones catécholaminergiques. De plus, ces résultats montrent, pour la première fois, l'implication de l'AQP9 dans la perméabilité des astrocytes au glycérol et son implication dans le métabolisme énergétique astrocytaire. ABSTACT : Aquaporins (AQPs) are membrane proteins permeable to water (orthodoxes aquaporins) and some of them are also permeable to glycerol (aquaglyceroporins). These proteins are widely expressed in bacteria, plants and mammals. AQP water homeostasis regulation in brain is of primary importance as the brain volume cannot increase. AQP4, an orthodoxe aquaporin, is present in astrocytes and seems to be involved in edema formation and resorption. On the other hand, AQP9 is an aquaglyceroporin which is localised not only in astrocytes but also in catecholaminergic neurons. Although AQP4 distribution in brain is clearly established, the presence of AQP9 is still a discussed data and its functional role in the central nervous system is unknown. In addition, no data exists on AQP4 or AQP9 expression during fetal neural stem cells (fNSC) differentiation into astrocytes or catecholaminergic neurons. In the first part of this work, a protocol was developed to differentiate mouse fNSC into astrocytes and neurons, with the aim to obtain catecholaminergic neurons. By immunefluorescence, we have shown that AQP9 is expressed in fNSC cultures and also in astrocytes and catecholaminergic neurons in mixt cultures. The results obtained highlighted a very good correlation between TH expression (tyrosin hydroxylase being a limiting enzyme of catecholamines synthesis) and AQP9 in fNSC and all along their differentiation into catecholaminergic neurons. On the other hand, AQP4 immunolabelling is not observed in fNSC whereas it is in astrocytes. Moreover, neitheir AQP4, nor AQP9 immunoreactivity was observed in MAP2-positive neurons. In the second part of this work, AQP4 and AQP9 expression was quantified in fNSC and in three populations of astrocytes presenting different metabolic properties. These three astrocyte populations result from fNSC differentiation by addition of CNTF, LIF or fetal calf serum. Quantitative RT-PCR and western blot analyses have shown an increase in both AQP4 and AQP9 expression, correlated with the acquisition of specific metabolic properties of mature astrocytes. In the last part, siRNA were used to study the functional role of AQP9 in the pure astrocyte culture model differentiated by addition of fetal calf serum. Inhibition of AQP9 expression leads to a decrease of glycerol uptake and to an increase of glucose uptake, correlated with a stimulation of the astrocyte oxydative metabolism. On the other hand, inhibition of AQP9 expression does not have any effect on anaerobic glycolysis nor on lactate release. In conclusion, in this in vitro model, only AQP9 is expressed in fNSC and in catecholaminergic neurons whereas in astrocytes, both AQP9 and AQP4 are expressed. This distribution is identical to that observed in vivo and confirms the specific AQP9 localization in catecholaminergic neurons. IVloreover, these results show, for the first time, that AQP9 is implicated in glycerol uptake and in astrocyte energetic metabolism. Résumé large public : Les aquaporines, des protéines localisées dans les membranes cellulaires sont, comme leur nom l'indique, des canaux à eau. Pendant longtemps, il a été considéré que l'eau diffusait librement dans et à travers les cellules; la caractérisation des AQPs a révolutionné la vision des scientifiques concernant les mouvements d'eau entre les différents compartiments infra et extracellulaires, et a d'ailleurs valu le Prix Nobel à Peter Agre en 1992. Certaines AQPs, dites "strictes", laissent passer uniquement l'eau et participent au contrôle du volume hydrique. Ce contrôle est particulièrement important pour le bon fonctionnement du cerveau en raison de la présence de la boîte crânienne qui limite les variations de volume. D'autres AQPs, les aquaglycéroporines, sont perméables non seulement à l'eau mais également à d'autres molécules comme le glycérol. Elles facilitent, par exemple, la sortie du glycérol des cellules graisseuses et sa capture par les cellules du foie afin de produire du glucose en période de jeûne. Le cerveau est principalement composé de deux types de cellules: les neurones et les cellules gliales, majoritairement des astrocytes. L'AQP4, une AQP stricte, est présente dans les astrocytes et joue un rôle dans la formation et la résorption des oedèmes cérébraux. L'AQP9, une aquaglycéroporine, est également présente dans les astrocytes et dans une population spécifique de neurones, les neurones catécholaminergiques, touchés dans la maladie de Parkinson. A ce jour, la présence de l'AQP9 dans le cerveau est une donnée controversée et son rôle fonctionnel est inconnu. Ce travail de thèse a permis de montrer que l'AQP9 est bien présente d'une part dans les cellules souches neurales foetales et d'autre ,part dans les astrocytes et neurones catécholaminergiques issus de leur différenciation. De plus, ces expériences ont mis en évidence un rôle de l'AQP9 dans l'entrée du glycérol dans les astrocytes, ce qui pourrait être bénéfique dans des conditions d'ischémie. Enfin, les .résultats de cette étude suggèrent également un rôle de l'AQP9 dans le métabolisme énergétique des astrocytes. L'ensemble de ces travaux démontre le rôle important de l'AQP9 dans le cerveau et ouvre de nouvelles perspectives quant aux rôles des AQPs dans des situations pathologiques telles que l'ischémie cérébrale ou encore la maladie de Parkinson.

Combining hypoxic methods for peak performance.

New methods and devices for pursuing performance enhancement through altitude training were developed in Scandinavia and the USA in the early 1990s. At present, several forms of hypoxic training and/or altitude exposure exist: traditional 'live high-train high' (LHTH), contemporary 'live high-train low' (LHTL), intermittent hypoxic exposure during rest (IHE) and intermittent hypoxic exposure during continuous session (IHT). Although substantial differences exist between these methods of hypoxic training and/or exposure, all have the same goal: to induce an improvement in athletic performance at sea level. They are also used for preparation for competition at altitude and/or for the acclimatization of mountaineers. The underlying mechanisms behind the effects of hypoxic training are widely debated. Although the popular view is that altitude training may lead to an increase in haematological capacity, this may not be the main, or the only, factor involved in the improvement of performance. Other central (such as ventilatory, haemodynamic or neural adaptation) or peripheral (such as muscle buffering capacity or economy) factors play an important role. LHTL was shown to be an efficient method. The optimal altitude for living high has been defined as being 2200-2500 m to provide an optimal erythropoietic effect and up to 3100 m for non-haematological parameters. The optimal duration at altitude appears to be 4 weeks for inducing accelerated erythropoiesis whereas <3 weeks (i.e. 18 days) are long enough for beneficial changes in economy, muscle buffering capacity, the hypoxic ventilatory response or Na(+)/K(+)-ATPase activity. One critical point is the daily dose of altitude. A natural altitude of 2500 m for 20-22 h/day (in fact, travelling down to the valley only for training) appears sufficient to increase erythropoiesis and improve sea-level performance. 'Longer is better' as regards haematological changes since additional benefits have been shown as hypoxic exposure increases beyond 16 h/day. The minimum daily dose for stimulating erythropoiesis seems to be 12 h/day. For non-haematological changes, the implementation of a much shorter duration of exposure seems possible. Athletes could take advantage of IHT, which seems more beneficial than IHE in performance enhancement. The intensity of hypoxic exercise might play a role on adaptations at the molecular level in skeletal muscle tissue. There is clear evidence that intense exercise at high altitude stimulates to a greater extent muscle adaptations for both aerobic and anaerobic exercises and limits the decrease in power. So although IHT induces no increase in VO(2max) due to the low 'altitude dose', improvement in athletic performance is likely to happen with high-intensity exercise (i.e. above the ventilatory threshold) due to an increase in mitochondrial efficiency and pH/lactate regulation. We propose a new combination of hypoxic method (which we suggest naming Living High-Training Low and High, interspersed; LHTLHi) combining LHTL (five nights at 3000 m and two nights at sea level) with training at sea level except for a few (2.3 per week) IHT sessions of supra-threshold training. This review also provides a rationale on how to combine the different hypoxic methods and suggests advances in both their implementation and their periodization during the yearly training programme of athletes competing in endurance, glycolytic or intermittent sports.

Naudan lietelannan käsittelymenetelmien taloudellinen vertailu

Maataloudessa syntyvä lanta on arvokas lannoite ja maanparannusaine, jonka käsittelystä aiheutuu sekä kustannuksia että ympäristövaikutuksia. Muita haasteita ovat esimerkiksi lannan mikrobit, lannan levitykseen soveltuvan ajankohdan lyhyys, lannan ravinteiden sovittaminen kasvien tarpeisiin ja lannan ravinteiden määrä suhteessa levityskelpoisen peltoalan määrään. Tutkimuksen tavoitteena oli tunnistaa naudan lietelannan käsittelyketjuihin liittyvät kustannukset ja osoittaa eri käsittelyketjujen kustannusten eroavaisuudet. Tavoitteena oli myös tunnistaa ja osoittaa käsittelyketjujen laadulliset erot. Kustannukset selvitettiin kustannuslaskelmin ja laadulliset erot SWOT-menetelmällä. Tutkimuksen kohteeksi valittiin 6 tilakokoluokkaa ja käsittelyketjuiksi lietelanta-, kompostointi- ja mädätysketju. Tutkimuksessa alhaisimmat kustannukset olivat lietelantaketjulla, jonka kustannukset 25 – 250 naudan tilalla olivat 5 200 – 6 600 €/a ja yksikkökustannukset 1 – 9 €/m3. Mädätysketjun kustannukset vastaavissa tilakokoluokissa olivat noin 33 000 – 50 000 €/a ja yksikkökustannukset 8 – 55 €/m3. Kompostointiketjun kustannukset olivat 35 000 – 143 000 €/a ja yksikkökustannukset 24 – 58 €/m3. Lietelantaketjun edullisuus johtui vähäisistä laite- ja rakennusinvestoinneista ja pienistä työmääristä ja kompostointiketjun kalleus suurista tukiaine- ja investointikustannuksista. Käsittelyketjujen asettaminen paremmuusjärjestykseen oli hankalaa. Työn määrä oli pienin lietelantaketjussa ja toiseksi pienin suurilla tiloilla mädätysketjussa. Kompostointiketjulla itse levitykseen kuluva aika oli pienin. Ravinteiden osalta mädätysketju oli parhain ja kompostointiketju huonoin. Ympäristövaikutuksiltaan ja hajuhaitoiltaan kompostointi- ja mädätysketju olivat parhaimmat. Mikrobien osalta parhain oli kompostointiketju.

Bacterial variations on the methionine salvage pathway.

BACKGROUND: The thiomethyl group of S-adenosylmethionine is often recycled as methionine from methylthioadenosine. The corresponding pathway has been unravelled in Bacillus subtilis. However methylthioadenosine is subjected to alternative degradative pathways depending on the organism. RESULTS: This work uses genome in silico analysis to propose methionine salvage pathways for Klebsiella pneumoniae, Leptospira interrogans, Thermoanaerobacter tengcongensis and Xylella fastidiosa. Experiments performed with mutants of B. subtilis and Pseudomonas aeruginosa substantiate the hypotheses proposed. The enzymes that catalyze the reactions are recruited from a variety of origins. The first, ubiquitous, enzyme of the pathway, MtnA (methylthioribose-1-phosphate isomerase), belongs to a family of proteins related to eukaryotic intiation factor 2B alpha. mtnB codes for a methylthioribulose-1-phosphate dehydratase. Two reactions follow, that of an enolase and that of a phosphatase. While in B. subtilis this is performed by two distinct polypeptides, in the other organisms analyzed here an enolase-phosphatase yields 1,2-dihydroxy-3-keto-5-methylthiopentene. In the presence of dioxygen an aci-reductone dioxygenase yields the immediate precursor of methionine, ketomethylthiobutyrate. Under some conditions this enzyme produces carbon monoxide in B. subtilis, suggesting a route for a new gaseous mediator in bacteria. Ketomethylthiobutyrate is finally transaminated by an aminotransferase that exists usually as a broad specificity enzyme (often able to transaminate aromatic aminoacid keto-acid precursors or histidinol-phosphate). CONCLUSION: A functional methionine salvage pathway was experimentally demonstrated, for the first time, in P. aeruginosa. Apparently, methionine salvage pathways are frequent in Bacteria (and in Eukarya), with recruitment of different polypeptides to perform the needed reactions (an ancestor of a translation initiation factor and RuBisCO, as an enolase, in some Firmicutes). Many are highly dependent on the presence of oxygen, suggesting that the ecological niche may play an important role for the existence and/or metabolic steps of the pathway, even in phylogenetically related bacteria. Further work is needed to uncover the corresponding steps when dioxygen is scarce or absent (this is important to explore the presence of the pathway in Archaea). The thermophile T. tengcongensis, that thrives in the absence of oxygen, appears to possess the pathway. It will be an interesting link to uncover the missing reactions in anaerobic environments.

Diabetes mellitus, periapical inflammation and endodontic treatment outcome

The possible connection between chronic oral inflammatory processes, such as apical periodontitis and periodontal disease (PD), and systemic health is one of the most interesting aspects faced by the medical and dental scientific community. Chronic apical periodontitis shares important characteristics with PD: 1) both are chronic infections of the oral cavity, 2) the Gram-negative anaerobic microbiota found in both diseases is comparable, and 3) in both infectious processes increased local levels of inflammatory mediators may have an impact on systemic levels. One of the systemic disorders linked to PD is diabetes mellitus (DM); is therefore plausible to assume that chronic apical periodontitis and endodontic treatment are also associated with DM. The status of knowledge regarding the relationship between DM and endodontics is reviewed. Upon review, we conclude that there are data in the literature that associate DM with a higher prevalence of periapical lesions, greater size of the osteolityc lesions, greater likelihood of asymptomatic infections and worse prognosis for root filled teeth. The results of some studies suggest that periapical disease may contribute to diabetic metabolic dyscontrol

Kaatopaikkakaasun hyötykäyttömahdollisuudet Anjalankosken Ekoparkissa

Kaatopaikalle sijoitetut biohajoavat orgaaniset jätteet muodostavat jätetäytön hapettomissa olosuhteissa kaatopaikkakaasua, joka koostuu pääasiassa metaanista ja hiilidioksidista. Kaatopaikkakaasun sisältämän metaanin takia, kaasusisältää merkittävästi energiaa, joka on hyödynnettävissä eri tavoin. Tämän diplomityön tavoitteena oli tarkastella vaihtoehtoja Anjalankosken Keltakankaan kaatopaikoilla muodostuvan kaatopaikkakaasun hyödyntämiseksi. Tarkastellut vaihtoehdot tarjoavat ympäristöllisten hyötyjen lisäksi liiketoiminnallista hyötyä Ekoparkissa toimiville yrityksille. Tutkimuksessa tehdyt laskelmatosoittivat, että työssä tarkastellut kaatopaikkakaasun hyötykäyttövaihtoehdot ovat sekä taloudellisesti että kaasun riittävyyden kannalta hyödynnettävissä. Esimerkiksi kaatopaikkakaasun hyödyntämisellä kaukolämmön tuotannossa voidaan kattaa noin kolmannes Anjalankosken vuotuisesta kaukolämmön tarpeesta. Kaatopaikkakaasun lietteen kuivauskapasiteetti kattaa Pohjois-Kymenlaaksossa muodostuvan jätevesilietteen käsittelytarpeen. Biopolttoaineen kuivauskapasiteetti on riittävä olemassa oleviin valmistuslaitosten tuotantokapasiteetteihin verrattuna. Myös perinteisillä sähkön- ja lämmöntuotantotekniikoilla voidaan kattaa Ekoparkin oma sähkön- ja lämmöntarve. Kaatopaikkavesien haihdutus ei tulosten perusteella ole sekä taloudellisesti että kaasun riittävyyden kannalta hyödynnettävissä. Tuhkan vitrifioinnissa haasteen muodostaa investointikustannuksen suuruus. Anjalankosken Ekoparkin yritykset voivat hyödyntää työn tuloksia uuden liiketoiminnan kehittämiseen. Lisäksi tuloksia voidaan hyödyntää soveltaen eri kokoluokan kaatopaikkojen kaatopaikkakaasujen hyötykäyttöä suunniteltaessa.

Parhaat käyttökelpoiset tekniikat (BAT) perunankuorimoiden jätteiden käsittelyssä -käytäntöjä Euroopan maista

Yhä suurempi osa suurkeittiöistä ja ravintoloista käyttää ruuan valmistuksessa valmiiksi prosessoituja kasviksia, jotka hankitaan pääasiassa lähellä sijaitsevista tilakuorimoista. Kuorimoilla syntyy suuria määriä jätettä, enimmäkseen kuorijätteitä, multaa ja jätevettä. Tässä työssä tarkastellaan perunankuorimoiden kuorintamenetelmiä ja kuorintaprosessia, prosessissa syntyviä jätteitä ja niiden käsittelyä sekä ympäristöasioiden hallintamenetel-miä kuorimoilla Suomessa ja muissa EU-maissa. Työn tavoitteena oli selvittää, minkälainen on lainsäädäntö ja minkälaiset ovat kuorimotoimintaa koskevat lupakäytännöt Ruotsissa, Saksassa, Belgiassa ja Iso-Britanniassa. Lisäksi tavoitteena oli selvittää, onko näissä maissa määritelty, millainen on perunankuorimoille soveltuva paras käyttökelpoinen tekniikka (BAT) erityisesti jätteiden käsittelyssä. Euroopan yhteisön neuvoston direktiivi (96/61/EY) ympäristön pilaantumisen ehkäisemisen ja vähentämisen yhtenäistämiseksi edellyttää perunankuorimoilta toimintaansa ympäristöluvan. Laitosten koko, joilta ympäristölupa vaaditaan, vaihtelee suuresti eri maissa. Myös kuorimoiden jäteveden puhdistusvaatimukset vaihtelevat maittain. Belgi-assa ja Saksassa perunankuorimoilla syntyville jätevesille on asetettu päästöraja-arvot laissa. Kansallinen BAT-ohjeistus vihanneksia ja hedelmiä jatkojalostavalle teollisuudelleon tehty Belgiassa ja Iso-Britanniassa. Sen sijaan Saksassa ja Ruotsissa kansallista ohjeistusta ei ole tehty. Kansallisten BAT-ohjeistusten pohjalta Euroopan yhteisöjen komissio on julkaissut tammikuussa 2006 elintarviketeollisuudelle BAT-vertailuasiakirjan eli BREFin (BAT Referense Document), joissa kuvataan yleisellä tasolla BAT-tekniikoiksi sovitut tekniikat mm. perunan prosessoinnissa. Tässä työssä tuli ilmi, että kokoerot Suomen ja tässä työssä tarkasteltavien maiden kuo-rimoiden välillä ovat suuret. Voidaankin todeta, että tässä työssä tarkastelluissa BAT - ohjeistuksissa ja Euroopan komission BREF-dokumentissa esitetyt BAT-tekniikat etenkin jätevedenpuhdistuksessa eivät suoraan ole sovellettavissa Suomen olosuhteisiin kuorimoidemme pienestä koosta johtuen. Kiinteiden kuorintajätteiden käsittelyssä BAT-tekniikoiksi ulkomailla on määritelty lä-hinnä rehukäyttö, kompostointi ja peltoon levitys. Perunankuorimoiden jäteveden puhdistuksessa BAT-tekniikaksi Belgiassa on määritelty primääripuhdistus ja sekundääripuhdistus aerobisella menetelmällä. Iso-Britanniassapuolestaan BAT-tekniikkaa on primää-ripuhdistus, sekundääripuhdistus aerobisesti tai anaerobisesti ja tertiääripuhdistus, mikäli se on taloudellisesti mahdollista toteuttaa. Kuorijätteiden kompostointi on tällä hetkelläSuomessa melko harvinaista, sillä jätteiden suuri vesipitoisuus ja kylmä ilmastomme vaikeuttavat kompostointia. Kompostointimah-dollisuuksia ja kompostointiprosessin optimointia kuorintajätteille sopivaksi tulisikin tutkia tulevaisuudessa yhtenä jätteiden käsittelyvaihtoehtona. Kuorimoiden jätevesien puhdistuksessa tulevat Suomessa kysymykseen lähinnä yksinkertaiset kiinteistökohtaiset pienpuhdistamot, kuten panospuhdistamot. Pienpuhdistamolaitteistoihin liittyvää tutki-mus-ja kehitystyötä on viime vuosina tehty paljon ja sitä olisi tärkeää jatkaa edelleen, jotta löydettäisiin entistä kustannustehokkaampia ratkaisuja.

Transketolase-like 1 expression is modulated during Colorectal cancer progression and metastasis formation

Background Transketolase-like 1 (TKTL1) induces glucose degradation through anaerobic pathways, even in presence of oxygen, favoring the malignant aerobic glycolytic phenotype characteristic of tumor cells. As TKTL1 appears to be a valid biomarker for cancer prognosis, the aim of the current study was to correlate its expression with tumor stage, probability of tumor recurrence and survival, in a series of colorectal cancer patients. Methodolody/Principal Findings Tumor tissues from 63 patients diagnosed with colorectal cancer at different stages of progression were analyzed for TKTL1 by immunohistochemistry. Staining was quantified by computational image analysis, and correlations between enzyme expression, local growth, lymph-node involvement and metastasis were assessed. The highest values for TKTL1 expression were detected in the group of stage III tumors, which showed significant differences from the other groups (Kruskal-Wallis test, P = 0.000008). Deeper analyses of T, N and M classifications revealed a weak correlation between local tumor growth and enzyme expression (Mann-Whitney test, P = 0.029), a significant association of the enzyme expression with lymph-node involvement (Mann-Whitney test, P = 0.0014) and a significant decrease in TKTL1 expression associated with metastasis (Mann-Whitney test, P = 0.0004). Conclusions/Significance To our knowledge, few studies have explored the association between variations in TKTL1 expression in the primary tumor and metastasis formation. Here we report downregulation of enzyme expression when metastasis appears, and a correlation between enzyme expression and regional lymph-node involvement in colon cancer. This finding may improve our understanding of metastasis and lead to new and more efficient therapies against cancer.

Sputum containing zinc enhances carbapenem resistance, biofilm formation and virulence of Pseudomonas aeruginosa.

Pseudomonas aeruginosa chronic lung infections are the leading cause of mortality in cystic fibrosis patients, a serious problem which is notably due to the numerous P. aeruginosa virulence factors, to its ability to form biofilms and to resist the effects of most antibiotics. Production of virulence factors and biofilm formation by P. aeruginosa is highly coordinated through complex regulatory systems. We recently found that CzcRS, the zinc and cadmium-specific two-component system is not only involved in metal resistance, but also in virulence and carbapenem antibiotic resistance in P. aeruginosa. Interestingly, zinc has been shown to be enriched in the lung secretions of cystic fibrosis patients. In this study, we investigated whether zinc might favor P. aeruginosa pathogenicity using an artificial sputum medium to mimic the cystic fibrosis lung environment. Our results show that zinc supplementation triggers a dual P. aeruginosa response: (i) it exacerbates pathogenicity by a CzcRS two-component system-dependent mechanism and (ii) it stimulates biofilm formation by a CzcRS-independent mechanism. Furthermore, P. aeruginosa cells embedded in these biofilms exhibited increased resistance to carbapenems. We identified a novel Zn-sensitive regulatory circuit controlling the expression of the OprD porin and modifying the carbapenem resistance profile. Altogether our data demonstrated that zinc levels in the sputum of cystic fibrosis patients might aggravate P. aeruginosa infection. Targeting zinc levels in sputum would be a valuable strategy to curb the increasing burden of P. aeruginosa infections in cystic fibrosis patients.

Identifying quantitative operation principles in metabolic pathways: a systematic method for searching feasible enzyme activity patterns leading to cellular adaptive responses

Background: Optimization methods allow designing changes in a system so that specific goals are attained. These techniques are fundamental for metabolic engineering. However, they are not directly applicable for investigating the evolution of metabolic adaptation to environmental changes. Although biological systems have evolved by natural selection and result in well-adapted systems, we can hardly expect that actual metabolic processes are at the theoretical optimum that could result from an optimization analysis. More likely, natural systems are to be found in a feasible region compatible with global physiological requirements. Results: We first present a new method for globally optimizing nonlinear models of metabolic pathways that are based on the Generalized Mass Action (GMA) representation. The optimization task is posed as a nonconvex nonlinear programming (NLP) problem that is solved by an outer- approximation algorithm. This method relies on solving iteratively reduced NLP slave subproblems and mixed-integer linear programming (MILP) master problems that provide valid upper and lower bounds, respectively, on the global solution to the original NLP. The capabilities of this method are illustrated through its application to the anaerobic fermentation pathway in Saccharomyces cerevisiae. We next introduce a method to identify the feasibility parametric regions that allow a system to meet a set of physiological constraints that can be represented in mathematical terms through algebraic equations. This technique is based on applying the outer-approximation based algorithm iteratively over a reduced search space in order to identify regions that contain feasible solutions to the problem and discard others in which no feasible solution exists. As an example, we characterize the feasible enzyme activity changes that are compatible with an appropriate adaptive response of yeast Saccharomyces cerevisiae to heat shock Conclusion: Our results show the utility of the suggested approach for investigating the evolution of adaptive responses to environmental changes. The proposed method can be used in other important applications such as the evaluation of parameter changes that are compatible with health and disease states.

Reduction of oxidative cellular damage by overexpression of the thioredoxin TRX2 gene improves yield and quality of wine yeast dry active biomass

Background: Wine Saccharomyces cerevisiae strains, adapted to anaerobic must fermentations, suffer oxidative stress when they are grown under aerobic conditions for biomass propagation in the industrial process of active dry yeast production. Oxidative metabolism of sugars favors high biomass yields but also causes increased oxidation damage of cell components. The overexpression of the TRX2 gene, coding for a thioredoxin, enhances oxidative stress resistance in a wine yeast strain model. The thioredoxin and also the glutathione/glutaredoxin system constitute the most important defense against oxidation. Trx2p is also involved in the regulation of Yap1p-driven transcriptional response against some reactive oxygen species. Results: Laboratory scale simulations of the industrial active dry biomass production process demonstrate that TRX2 overexpression increases the wine yeast final biomass yield and also its fermentative capacity both after the batch and fed-batch phases. Microvinifications carried out with the modified strain show a fast start phenotype derived from its enhanced fermentative capacity and also increased content of beneficial aroma compounds. The modified strain displays an increased transcriptional response of Yap1p regulated genes and other oxidative stress related genes. Activities of antioxidant enzymes like Sod1p, Sod2p and catalase are also enhanced. Consequently, diminished oxidation of lipids and proteins is observed in the modified strain, which can explain the improved performance of the thioredoxin overexpressing strain. Conclusions: We report several beneficial effects of overexpressing the thioredoxin gene TRX2 in a wine yeast strain. We show that this strain presents an enhanced redox defense. Increased yield of biomass production process in TRX2 overexpressing strain can be of special interest for several industrial applications.

Las semillas y los frutos arqueológicos: aportación a la reconstrucción paleoambiental

La contribución de los análisis de semillas y frutos a la reconstrucción paleoambiental es más reducida que la de otras disciplinas paleobotánicas, aunque su aportación es fundamental ya que permite identificar a nivel de especie numerosas plantas. No obstante, los problemas en su interpretación son múltiples, lo que hace muy compleja su interpretación paleoecológica. La principal dificultad deriva del hecho de que la mayor parte de los restos provienen de yacimientos arqueológicos, a los cuales han llegado como resultado directo o indirecto de una actividad antrópica. Los de plantas silvestres -mejores indicadoras del entorno de las zonas de hábitat- se conservan principalmente en condiciones anaeróbicas, siendo, pues, los yacimientos de medio húmedo los idóneos para el estudio paleoambiental.

Quorum-sensing regulates biofilm formation in Vibrio scophthalmi

Background: In a previous study, we demonstrated that Vibrio scophthalmi, the most abundant Vibrio species among the marine aerobic or facultatively anaerobic bacteria inhabiting the intestinal tract of healthy cultured turbot (Scophthalmus maximus), contains at least two quorum-sensing circuits involving two types of signal molecules (a 3-hydroxy-dodecanoyl-homoserine lactone and the universal autoinducer 2 encoded by luxS). The purpose of this study was to investigate the functions regulated by these quorum sensing circuits in this vibrio by constructing mutants for the genes involved in these circuits. Results. The presence of a homologue to the Vibrio harveyi luxR gene encoding a main transcriptional regulator, whose expression is modulated by quorumsensing signal molecules in other vibrios, was detected and sequenced. The V. scophthalmi LuxR protein displayed a maximum amino acid identity of 82% with SmcR, the LuxR homologue found in Vibrio vulnificus. luxR and luxS null mutants were constructed and their phenotype analysed. Both mutants displayed reduced biofilm formation in vitro as well as differences in membrane protein expression by mass-spectrometry analysis. Additionally, a recombinant strain of V. scophthalmi carrying the lactonase AiiA from Bacillus cereus, which causes hydrolysis of acyl homoserine lactones, was included in the study. Conclusions: V. scophthalmi shares two quorum sensing circuits, including the main transcriptional regulator luxR, with some pathogenic vibrios such as V. harveyi and V. anguillarum. However, contrary to these pathogenic vibrios no virulence factors (such as protease production) were found to be quorum sensing regulated in this bacterium. Noteworthy, biofilm formation was altered in luxS and luxR mutants. In these mutants a different expression profile of membrane proteins were observed with respect to the wild type strain suggesting that quorum sensing could play a role in the regulation of the adhesion mechanisms of this bacterium.

The tightness performance of pre-formed trays as package

Suojakaasupakkaaminen (MAP) on yleistynyt viime aikoina, koska sen avulla voidaan säilöä tuoreita tai vähän käsiteltyjä elintarvikkeita pidempään. Suurin syy hyllyiän pidentymiseen on hiilidioksidin aiheuttama mikrobien kasvun hidastuminen. Toisaalta huolena on patogeenisten mikrobien lisääntyminen anaerobisissa olosuhteissa. Pidempi säilyvyys voidaan saavuttaa myös käyttämällä vähemmän lisä- ja säilöntäaineita. Samalla suojakaasupakkaaminen kuitenkin vähentää myös pilaantuneiden tuotteiden määrää. Eniten suojakaasua käytetään lihan pakkaamisessa. Suojakaasupakkaamisessa elintarvikepakkaukseen syötetään normaalista huoneilmasta poikkeava kaasuseos. Pääasiassa kaasuseos koostuu hiilidioksidista, hapesta ja typestä. Lisäksi voidaan käyttää pieniä määriä hiilimonoksidia, argonia ja rikkidioksidia. Kaasuseoksen koostumus määräytyy elintarvikkeiden ominaisuuksien ja vaatimusten perusteella. Halutun kaasukoostumuksen tulee säilyä pakkauksessa muutamasta päivästä muutamaan kuukauteen riippuen elintarvikkeesta. Siksi tärkein pakkaukselta vaadittava ominaisuus on riittävä kaasutiiveys ja erityisesti hapenläpäisevyys. Koska suurin osa suojakaasupakkauksista on tällä hetkellä muovisia, tutkittiin kokeellisessa osiossa kartonkipakkausten tiiveysominaisuuksia. Kokeet tehtiin vertailemalla erilaisten vuoka- ja kansimateriaalien vaikutusta pakkausten tiiveyteen. Vuokien onnistuminen oli suurin yksittäinen tuloksiin vaikuttanut tekijä. Epäonnistuneen vuoan vaikutukset näkyivät myös saumauksessa, koska saumaustyökalun ja vuoan piti sopia yhteen. Lisäksi näkymättömät mikroreiät hankaloittivat todellisten vuotokohtien paikallistamista. Vuototestausten perusteella materiaaleille löydettiin kuitenkin viitteelliset optimiparametrit. Tärkein saumauksessa vaikuttanut tekijä oli sopivan saumauslämpötilan valinta. Prässättyjen vuokien laatu oli epätasainen. Siksi erityisesti rinnakkaisten kansitus- ja hapenläpäisymittausten väliset erot olivat merkitseviä. Lisäksi prässäys laski materiaalien hapenläpäisyominaisuuksia. Yksittäisten vuokien tiiveysominaisuudet täyttivät kuitenkin kaupallisille kaasupakkauksille asetetut vaatimukset. Vesihöyrynläpäisevyydessä materiaalin vesihöyrynläpäisy oli merkittävämpää kuin vesihöyryn kulkeutuminen vuotokohtien tai epäonnistuneiden saumojen kautta.

Study of seawater biofiltration by measuring adenosine triphosphate (ATP) and turbidity

In the present study, we examined seawater biofiltration in terms of adenosine triphosphate (ATP) and turbidity. A pilot biofilter continuously fed with fresh seawater reduced both turbidity and biological activity measured by ATP. Experiments operated with an empty bed contact time (EBCT) of between 2 and 14 min resulted in cellular ATP removals of 32% to 60% and turbidity removals of 38% to 75%. Analysis of the water from backwashing the biofilter revealed that the first half of the biofilter concentrated around 80% of the active biomass and colloidal material that produces turbidity. By reducing the EBCT, the biological activity moved from the first part of the biofilter to the end. Balances of cellular ATP and turbidity between consecutive backwashings indicated that the biological activity generated in the biofilter represented more than 90% of the detached cellular ATP. In contrast, the trapped ATP was less than 10% of the overall cellular ATP detached during the backwashing process. Furthermore, the biological activity generated in the biofilter seemed to be more dependent on the elapsed time than the volume filtered. In contrast, the turbidity trapped in the biofilter was proportional to the volume filtered, although a slightly higher amount of turbidity was found in the backwashing water; this was probably due to attrition of the bed medium. Finally, no correlations were found between turbidity and ATP, indicating that the two parameters focus on different matter. This suggests that turbidity should not be used as an alternative to cellular concentration.