By-products of beer fermentation

Among the most important factors influencing beer quality is the presence of well-adjusted amounts of higher alcohols and esters; as well as the successful reduction of undesirable by-products such as diacetyl. While higher alcohols and esters contribute rather positively to the beer aroma, diacetyl is mostly unwelcome for beer types with lighter taste. Thus, the complex metabolic pathways in yeast responsible for the synthesis of both pleasant and unpleasant by-products of fermentation were given special attention in this last chapter.

The brewing yeast

The concept of brewing science is very recent when compared with the history of beer. It began with the microscopic observations of Louis Pasteur and evolved through the last century with improvements in engineering, microbiology, and instrumental analysis. However, the most profound insight into brewing processes only emerged in the past decades through the advances in molecular biology and genetic engineering. These techniques allowed scientists to not only affirm their experiences and past findings, but also to clarify a vast number of links between cellular structures and their role within the metabolic pathways in yeast. This chapter is therefore dedicated to the behavior of the brewing yeast during fermentation. The discussion puts together the recent findings in the core carbon and nitrogen metabolism of the model yeast Saccharomyces cerevisiae and their fermentation performance.

Elektrochemisches Monitoring mikrobieller Aktivität : Grundlagen und Anwendung in der Abwasserreinigung

Bioactivity sensor, wastewater purification, electrochemistry, microbial activity, metabolic pathways

A New Large-DNA-Fragment Delivery System Based on Integrase Activity from an Integrative and Conjugative Element.

During the past few decades, numerous plasmid vectors have been developed for cloning, gene expression analysis, and genetic engineering. Cloning procedures typically rely on PCR amplification, DNA fragment restriction digestion, recovery, and ligation, but increasingly, procedures are being developed to assemble large synthetic DNAs. In this study, we developed a new gene delivery system using the integrase activity of an integrative and conjugative element (ICE). The advantage of the integrase-based delivery is that it can stably introduce a large DNA fragment (at least 75 kb) into one or more specific sites (the gene for glycine-accepting tRNA) on a target chromosome. Integrase recombination activity in Escherichia coli is kept low by using a synthetic hybrid promoter, which, however, is unleashed in the final target host, forcing the integration of the construct. Upon integration, the system is again silenced. Two variants with different genetic features were produced, one in the form of a cloning vector in E. coli and the other as a mini-transposable element by which large DNA constructs assembled in E. coli can be tagged with the integrase gene. We confirmed that the system could successfully introduce cosmid and bacterial artificial chromosome (BAC) DNAs from E. coli into the chromosome of Pseudomonas putida in a site-specific manner. The integrase delivery system works in concert with existing vector systems and could thus be a powerful tool for synthetic constructions of new metabolic pathways in a variety of host bacteria.

Pharmacogenetics-based population pharmacokinetic analysis of efavirenz in HIV-1-infected individuals.

Besides CYP2B6, other polymorphic enzymes contribute to efavirenz (EFV) interindividual variability. This study was aimed at quantifying the impact of multiple alleles on EFV disposition. Plasma samples from 169 human immunodeficiency virus (HIV) patients characterized for CYP2B6, CYP2A6, and CYP3A4/5 allelic diversity were used to build up a population pharmacokinetic model using NONMEM (non-linear mixed effects modeling), the aim being to seek a general approach combining genetic and demographic covariates. Average clearance (CL) was 11.3 l/h with a 65% interindividual variability that was explained largely by CYP2B6 genetic variation (31%). CYP2A6 and CYP3A4 had a prominent influence on CL, mostly when CYP2B6 was impaired. Pharmacogenetics fully accounted for ethnicity, leaving body weight as the only significant demographic factor influencing CL. Square roots of the numbers of functional alleles best described the influence of each gene, without interaction. Functional genetic variations in both principal and accessory metabolic pathways demonstrate a joint impact on EFV disposition. Therefore, dosage adjustment in accordance with the type of polymorphism (CYP2B6, CYP2A6, or CYP3A4) is required in order to maintain EFV within the therapeutic target levels.

Optimisation of antiretroviral therapy : pharmacokinetic and pharmacogenetic approaches

Les progrès de la thérapie antirétrovirale ont transformé l'infection par le VIH d'une condition inévitablement fatale à une maladie chronique. En dépit de ce succès, l'échec thérapeutique et la toxicité médicamenteuse restent fréquents. Une réponse inadéquate au traitement est clairement multifactorielle et une individualisation de la posologie des médicaments qui se baserait sur les facteurs démographiques et génétiques des patients et sur les taux sanguins totaux, libres et/ou cellulaires des médicaments pourrait améliorer à la fois l'efficacité et la tolérance de la thérapie, cette dernière étant certainement un enjeu majeur pour un traitement qui se prend à vie.L'objectif global de cette thèse était de mieux comprendre les facteurs pharmacocinétiques (PK) et pharmacogénétiques (PG) influençant l'exposition aux médicaments antirétroviraux (ARVs) nous offrant ainsi une base rationnelle pour l'optimisation du traitement antiviral et pour l'ajustement posologique des médicaments chez les patients VIH-positifs. Une thérapie antirétrovirale adaptée au patient est susceptible d'augmenter la probabilité d'efficacité et de tolérance à ce traitement, permettant ainsi une meilleure compliance à long terme, et réduisant le risque d'émergence de résistance et d'échec thérapeutique.A cet effet, des méthodes de quantification des concentrations plasmatiques totales, libres et cellulaires des ARVs ainsi que de certains de leurs métabolites ont été développées et validées en utilisant la chromatographie liquide coupée à la spectrométrie de masse en tandem. Ces méthodes ont été appliquées pour la surveillance des taux d'ARVs dans diverses populations de patients HIV-positifs. Une étude clinique a été initiée dans le cadre de l'étude VIH Suisse de cohorte mère-enfant afin de déterminer si la grossesse influence la cinétique des ARVs. Les concentrations totales et libres du lopînavir, de l'atazanavir et de la névirapine ont été déterminées chez les femmes enceintes suivies pendant leur grossesse, et celles-ci ont été trouvées non influencées de manière cliniquement significative par la grossesse. Un ajustement posologique de ces ARVs n'est donc pas nécessaire chez les femmes enceintes. Lors d'une petite étude chez des patients HIV- positifs expérimentés, la corrélation entre l'exposition cellulaire et plasmatique des nouveaux ARVs, notamment le raltégravir, a été déterminée. Une bonne corrélation a été obtenue entre taux plasmatiques et cellulaires de raltégravir, suggérant que la surveillance des taux totaux est un substitut satisfaisant. Cependant, une importante variabilité inter¬patient a été observée dans les ratios d'accumulation cellulaire du raltégravir, ce qui devrait encourager des investigations supplémentaires chez les patients en échec sous ce traitement. L'efficacité du suivi thérapeutique des médicaments (TDM) pour l'adaptation des taux d'efavirenz chez des patients avec des concentrations au-dessus de la cible thérapeutique recommandée a été évaluée lors d'une étude prospective. L'adaptation des doses d'efavirenz basée sur le TDM s'est montrée efficace et sûre, soutenant l'utilisation du TDM chez les patients avec concentrations hors cible thérapeutique. L'impact des polymorphismes génétiques des cytochromes P450 (CYP) 2B6, 2A6 et 3A4/5 sur la pharmacocinétique de l'efavirenz et de ces métabolites a été étudié : un modèle de PK de population intégrant les covariats génétiques et démographiques a été construit. Les variations génétiques fonctionnelles dans les voies de métabolisation principales (CYP2B6) et accessoires {CYP2A6et 3A4/S) de l'efavirenz ont un impact sur sa disposition, et peuvent mener à des expositions extrêmes au médicament. Un? ajustement des doses guidé par le TDM est donc recommandé chez ces patients, en accord avec les polymorphismes génétiques.Ainsi, nous avons démonté qu'en utilisant une approche globale tenant compte à la fois des facteurs PK et PG influençant l'exposition aux ARVs chez les patients infectés, il est possible, si nécessaire, d'individualiser la thérapie antirétrovirale dans des situations diverses. L'optimisation du traitement antirétroviral contribue vraisemblablement à une meilleure efficacité thérapeutique à iong terme tout en réduisant la survenue d'effets indésirables.Résumé grand publicOptimisation de la thérapie antirétrovirale: approches pharmacocinétiques et pharmacogénétiquesLes progrès effectués dans le traitement de l'infection par le virus de llmmunodéficienoe humaine acquise (VIH) ont permis de transformer une affection mortelle en une maladie chronique traitable avec des médicaments de plus en plus efficaces. Malgré ce succès, un certain nombre de patients ne répondent pas de façon optimale à leur traitement etyou souffrent d'effets indésirables médicamenteux entraînant de fréquentes modifications dans leur thérapie. Il a été possible de mettre en évidence que l'efficacité d'un traitement antirétroviral est dans la plupart des cas corrélée aux concentrations de médicaments mesurées dans le sang des patients. Cependant, le virus se réplique dans la cellule, et seule la fraction des médicaments non liée aux protéines du plasma sanguin peut entrer dans la cellule et exercer l'activité antirétrovirale au niveau cellulaire. Il existe par ailleurs une importante variabilité des concentrations sanguines de médicament chez des patients prenant pourtant la même dose de médicament. Cette variabilité peut être due à des facteurs démographiques et/ou génétiques susceptibles d'influencer la réponse au traitement antirétroviral.Cette thèse a eu pour objectif de mieux comprendre les facteurs pharmacologiques et génétiques influençant l'efficacité et ta toxicité des médicaments antirétroviraux, dans le but d'individualiser la thérapie antivirale et d'améliorer le suivi des patients HIV-positifs.A cet effet, des méthodes de dosage très sensibles ont été développées pour permettre la quantification des médicaments antirétroviraux dans le sang et les cellules. Ces méthodes analytiques ont été appliquées dans le cadre de diverses études cliniques réalisées avec des patients. Une des études cliniques a recherché s'il y avait un impact des changements physiologiques liés à la grossesse sur les concentrations des médicaments antirétroviraux. Nous avons ainsi pu démontrer que la grossesse n'influençait pas de façon cliniquement significative le devenir des médicaments antirétroviraux chez les femmes enceintes HIV- positives. La posologie de médicaments ne devrait donc pas être modifiée dans cette population de patientes. Par ailleurs, d'autres études ont portés sur les variations génétiques des patients influençant l'activité enzymatique des protéines impliquées dans le métabolisme des médicaments antirétroviraux. Nous avons également étudié l'utilité d'une surveillance des concentrations de médicament (suivi thérapeutique) dans le sang des patients pour l'individualisation des traitements antiviraux. Il a été possible de mettre en évidence des relations significatives entre l'exposition aux médicaments antirétroviraux et l'existence chez les patients de certaines variations génétiques. Nos analyses ont également permis d'étudier les relations entre les concentrations dans le sang des patients et les taux mesurés dans les cellules où le virus HIV se réplique. De plus, la mesure des taux sanguins de médicaments antirétroviraux et leur interprétation a permis d'ajuster la posologie de médicaments chez les patients de façon efficace et sûre.Ainsi, la complémentarité des connaissances pharmacologiques, génétiques et virales s'inscrit dans l'optique d'une stratégie globale de prise en charge du patient et vise à l'individualisation de la thérapie antirétrovirale en fonction des caractéristiques propres de chaque individu. Cette approche contribue ainsi à l'optimisation du traitement antirétroviral dans la perspective d'un succès du traitement à long terme tout en réduisant la probabilité des effets indésirables rencontrés. - The improvement in antirétroviral therapy has transformed HIV infection from an inevitably fatal condition to a chronic, manageable disease. However, treatment failure and drug toxicity are frequent. Inadequate response to treatment is clearly multifactorial and, therefore, dosage individualisation based on demographic factors, genetic markers and measurement of total, free and/or cellular drug level may increase both drug efficacy and tolerability. Drug tolerability is certainly a major issue for a treatment that must be taken indefinitely.The global objective of this thesis aimed at increasing our current understanding of pharmacokinetic (PK) and pharmacogenetic (PG) factors influencing the exposition to antirétroviral drugs (ARVs) in HIV-positive patients. In turn, this should provide us with a rational basis for antiviral treatment optimisation and drug dosage adjustment in HIV- positive patients. Patient's tailored antirétroviral regimen is likely to enhance treatment effectiveness and tolerability, enabling a better compliance over time, and hence reducing the probability of emergence of viral resistance and treatment failure.To that endeavour, analytical methods for the measurement of total plasma, free and cellular concentrations of ARVs and some of their metabolites have been developed and validated using liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. These assays have been applied for the monitoring of ARVs levels in various populations of HIV- positive patients. A clinical study has been initiated within the frame of the Mother and Child Swiss HIV Cohort Study to determine whether pregnancy influences the exposition to ARVs. Free and total plasma concentrations of lopinavir, atazanavir and nevirapine have been determined in pregnant women followed during the course of pregnancy, and were found not influenced to a clinically significant extent by pregnancy. Dosage adjustment for these drugs is therefore not required in pregnant women. In a study in treatment- experienced HIV-positive patients, the correlation between cellular and total plasma exposure to new antirétroviral drugs, notably the HIV integrase inhibitor raltegravir, has been determined. A good correlation was obtained between total and cellular levels of raltegravir, suggesting that monitoring of total levels are a satisfactory. However, significant inter-patient variability was observed in raltegravir cell accumulation which should prompt further investigations in patients failing under an integrase inhibitor-based regimen. The effectiveness of therapeutic drug monitoring (TDM) to guide efavirenz dose reduction in patients having concentrations above the recommended therapeutic range was evaluated in a prospective study. TDM-guided dosage adjustment of efavirenz was found feasible and safe, supporting the use of TDM in patients with efavirenz concentrations above therapeutic target. The impact of genetic polymorphisms of cytochromes P450 (CYP) 2B6, 2A6 and 3A4/5 on the PK of efavirenz and its metabolites was studied: a population PK model was built integrating both genetic and demographic covariates. Functional genetic variations in main (CYP2B6) and accessory (2A6, 3A4/5) metabolic pathways of efavirenz have an impact on efavirenz disposition, and may lead to extreme drug exposures. Dosage adjustment guided by TDM is thus required in those patients, according to the pharmacogenetic polymorphism.Thus, we have demonstrated, using a comprehensive approach taking into account both PK and PG factors influencing ARVs exposure in HIV-infected patients, the feasibility of individualising antirétroviral therapy in various situations. Antiviral treatment optimisation is likely to increase long-term treatment success while reducing the occurrence of adverse drug reactions.

Mitochondria: Sovereign of inflammation?

NLRP3 inflammasome-dependent inflammatory responses are triggered by a variety of signals of host danger, including infection, tissue damage and metabolic dysregulation. How these diverse activators cause inflammasome activation is poorly understood. Recent data suggest that the mitochondria integrate these distinct signals and relay this information to the NLRP3 inflammasome. Dysfunctional mitochondria generate ROS, which is required for inflammasome activation. On the contrary, the NLRP3 inflammasome is negatively regulated by autophagy, which is a catabolic process that removes damaged or otherwise dysfunctional organelles, including mitochondria. In addition to the processing and secretion of pro-inflammatory cytokines such as IL-1β, NLRP3 inflammasome activation also influences cellular metabolic pathways such as glycolysis and lipogenesis. Mapping the connections between mitochondria, metabolism and inflammation is of great interest, as malfunctioning of this network is associated with many chronic inflammatory diseases.

Monographies on drugs, which are frequently analysed in the course of Therapeutic Drug Monitoring

In 1995 the working group "Drug Monitoring" of the Swiss Society of Clinical Chemistry (SSCC) has already published a printed version of drug monographs, which are now newly compiled and presented in a standardised manner. The aim of these monographs is to give an overview on the most important informations that are necessary in order to request a drug analysis or is helpful to interpret the results. Therefore, the targeted audience are laboratory health professionals or the receivers of the reports. There is information provided on the indication for therapeutic drug monitoring, protein binding, metabolic pathways and enzymes involved, elimination half life time and elimination routes as well as information on therapeutic or toxic concentrations. Because preanalytical considerations are of particular importance for therapeutic drug monitoring, there is also information given at which time the determination of the drug concentration is reasonable and when steady-state concentrations are reached after changing the dose. Furthermore, the stability of the drug and its metabolite(s), respectively, after blood sampling is described. For readers with a specific interest, references to important publications are given. The number of the monographs will be continuously enlarged. The updated files are presented on the homepage of the SSCC (www.sscc.ch).

Infected erythrocyte choline carrier inhibitors: exploring some potentialities inside Plasmodium phospholipid metabolism for eventual resistance acquisition

We have developed a model for designing antimalarial drugs based on interference with an essential metabolism developed by Plasmodium during its intraerythrocytic cycle, phospholipid (PL) metabolism. The most promising drug interference is choline transporter blockage, which provides Plasmodium with a supply of precursor for synthesis of phosphatidylcholine (PC), the major PL of infected erythrocytes. Choline entry is a limiting step in this metabolic pathway and occurs by a facilitated-diffusion system involving an asymmetric carrier operating according to a cyclic model. Choline transport in the erythrocytes is not sodium dependent nor stereospecific as demonstrated using stereoisomers of alpha and beta methylcholine. These last two characteristics along with distinct effects of nitrogen substitution on transport rate demonstrate that choline transport in the infected erythrocyte possesses characteristics quite distinct from that of the nervous system. This indicates a possible discrimination between the antimalarial activity (inhibition of choline transport in the infected erythrocyte) and a possible toxic effect through inhibition of choline entry in synaptosomes. Apart from the de novo pathway of choline, PC can be synthesized by N-methylation from phosphatidylethanolamine (PE). There is a de novo pathway for PE biosynthesis from ethanolamine in infected cells but phosphatidylserine (PS) decarboxylation also occurs. In addition, PE can be directly and abundantly synthesized from serine decarboxylation into ethanolamine, a pathway which is absent from the host. The variety of the pathways that exist for the biosynthesis of one given PL led us to investigate whether an equilibrium can occur between all PL metabolic pathways. Indeed, if alternative (compensative) pathway(s) can operate after blockage of the de novo PC biosynthesis pathway this would indicate a potential mechanism for resistance acquisition. Up until now, there is no evidence of such a compensative process occurring in Plasmodium-infected erythrocytes under physiological conditions. Besides, the discovery of a highly parasite-specific pathway (serine decarboxylation and the presence of PS synthase) constitutes a very attractive and promising target, which could be attacked if resistances are built up against choline analogs. Indeed, potential inhibitions of the serine decarboxylase pathway could be very useful in acting instead of, or in surgery with, choline analogs.

Estudi d'adipoquines com a marcadors plasmàtics de síndrome metabòlica

La síndrome metabòlica s’associa amb un risc elevat de desenvolupar diabetis tipus 2 i malaltia cardiovascular. La síndrome metabòlica es defineix com un clúster d’anormalitats metabòliques i, d’entre totes, l’obesitat abdominal constitueix el factor de risc més prevalent i crític en el desenvolupament de la síndrome metabòlica, el risc cardiovascular augmentat i la resistència a la insulina. La prevalença augmentada de l’obesitat en la població a nivell mundial ha portat el teixit adipós al primer pla dels estudis epidemiològics. Anteriorment es considerava el reservori energètic de l’organisme, actualment es parla del teixit adipós com un òrgan endocrí, metabòlicament molt actiu, implicat en diferents vies i processos metabòlics. L’etiologia de l’obesitat és complexa i multifactorial, però es fa evident en la disfuncionalitat del teixit adipós. Un teixit adipós disfuncional veu superada la seva capacitat d’emmagatzemar lípid i respon amb la hipersecreció de diferents molècules (adipoquines, citoquines i mediadors inflamatoris) a favor de la resistència a la insulina, proinflamatòries i proaterogèniques. La fatty acid-binding protein 4 (FABP4) i la retinol-binding protein 4 (RBP4) són dues adipoquines que en circulació, es desconeix la funció exacta que duen a terme. Estudis recents han suggerit la FABP4 com a marcador d’adipositat, síndrome metabòlica i diabetis tipus 2. I, RBP4, malgrat que les dades de diferents estudis en humans desperten certa controvèrsia, s’ha associat amb la resistència a la insulina i el desenvolupament de la diabetis tipus 2. En aquesta memòria es recullen els treballs en què es va estudiar el paper d’aquestes adipoquines en relació a malalties de base metabòlica amb afectació del teixit adipós com són la síndrome metabòlica, la diabetis tipus 2, la hiperlipèmia familiar combinada i la, lipodistrofia associada a tractament combinat antiretroviral de la infecció pel virus de la immunodeficiència humana (VIH).

Visualització dinàmica d'un procés metabòlic amb finalitats docents

La incorporació del Moodle com a eina de docència, i l’augment de hores no presencials a les diverses assignatures fa que calgui incorporar les noves tecnologies perquè els alumnes disposin de més material docent al seu abast. Però l’acumulació de material fa que només sigui útil aquell material que es guanyi a l’alumne. En aquest sentit, creiem que les animacions i les eines interactives poden ser materials atractius pels alumnes. En aquest projecte hem creat una eina d’animació interactiva perquè l’estudiant de Bioquímica practiqui i aprengui una de les rutes metabòliques principals: la glucòlisi. Aquesta eina consta d’una pantalla separada en 3 zones: 1) una zona lateral que inclou la ruta metabòlica completa, i en la que l’alumne pot prémer sobre cada un dels passos que estructuren la ruta (finestra del metabolisme); 2) una zona inferior que presenta la reacció individual de la ruta metabòlica, en la que s’observa l’estructura química de les molècules i informació de l’enzim implicat en la reacció (finestra de l’enzim); i 3) una zona central en la que a través d’una animació amb Macromedia Flash MX, l’alumne observa el mecanisme químic de la reacció (finestra del mecanisme químic). Les tres zones són interactives i en prémer sobre elles donen informació, respectivament sobre la ruta completa, l’enzim de cada pas en particular i el mecanisme d’acció. A més, la finestra del mecanisme químic permet aturar en qualsevol moment la animació, tornar enrere i veure els intermediaris. Durant el segon semestre del curs 2006-2007 hem avaluat l’eina amb alumnes de Bioquímica de la Llicenciatura de Química, incorporant-la als dossier electrònics. Creiem que hem assolit els objectius que es proposaven: aprendre una ruta metabòlica, de manera divertida; aprendre el mecanisme de cada un dels passos de la ruta i aprendre l’estructura química dels metabòlits intermediaris de la ruta.

Animació de les rutes glucolítica i gluconeogènica : una eina no presencial per a aprendre de manera amena

La incorporació del Moodle com a eina de docència, i l’augment de hores no presencials a les diverses assignatures fa que calgui incorporar les noves tecnologies perquè els alumnes disposin de més material docent al seu abast. Però l’acumulació de material fa que només sigui útil aquell material que es guanyi a l’alumne. En aquest sentit, creiem que les animacions i les eines interactives poden ser materials atractius pels alumnes. En aquest projecte hem creat una eina d’animació interactiva perquè l’estudiant de Bioquímica practiqui i aprengui dues rutes principals del metabolisme de hidrats de carboni: la glucòlisi i la gluconeogènesi. Aquesta eina consta d’una pantalla separada en 3 zones: 1) una zona lateral que inclou la ruta metabòlica completa, i en la que l’alumne pot prémer sobre cada un dels passos que estructuren la ruta (finestra del metabolisme); 2) una zona inferior que presenta la reacció individual de la ruta metabòlica, en la que s’observa l’estructura química de les molècules i informació de l’enzim implicat en la reacció (finestra de l’enzim); i 3) una zona central en la que a través d’una animació amb Macromedia Flash MX, l’alumne observa el mecanisme químic de la reacció (finestra del mecanisme químic). Les tres zones són interactives i en prémer sobre elles donen informació, respectivament sobre la ruta completa, l’enzim de cada pas en particular i el mecanisme d’acció. A més, la finestra del mecanisme químic permet aturar en qualsevol moment la animació, tornar enrere i veure els intermediaris. Durant el segon semestre del curs 2007-2008 hem avaluat l’eina amb alumnes de Bioquímica de la Llicenciatura de Química, incorporant-la als dossier electrònics i al Moodle. Creiem que hem assolit els objectius que es proposaven: que l’alumne aprengui les dues rutes metabòliques, de manera divertida; el mecanisme de cada un dels passos de les rutes i l’estructura química dels metabòlits intermediaris de les rutes.

Genomics of "chlamydia"-related bacteria

AbstractThe Chlamydiales order is an important bacterial phylum that comprises some of the most successful human pathogens such as Chlamydia trachomatis, the leading infectious cause of blindness worldwide. Since some years, several new bacteria related to Chlamydia have been discovered in clinical or environmental samples and might represent emerging pathogens. The genome sequencing of classical Chlamydia has brought invaluable information on these obligate intracellular bacteria otherwise difficult to study due to the lack of tools to perform basic genetic manipulation. The recent emergence of high-throughput sequencing technologies yielding millions of reads in a short time lowered the costs of genome sequencing and thus represented a unique opportunity to study Chlamydia-re\ated bacteria. Based on the sequencing and the analysis of Chlamydiales genomes, this thesis provides significant insights into the genetic determinants of the intracellular lifestyle, the pathogenicity, the metabolism and the evolution of Chlamydia-related bacteria. A first approach showed the efficacy of rapid sequencing coupled to proteomics to identify immunogenic proteins. This method, particularly useful for an emerging pathogen such as Parachlamydia acanthamoebae, enabled us to discover good candidates for the development of diagnostic tools that would permit to evaluate at larger scale the role of this bacterium in disease. Second, the complete genome of Waddlia chondrophila, a potential agent of miscarriage, encodes numerous virulence factors to manipulate its host cell and resist to environmental stresses. The reconstruction of metabolic pathways showed that the bacterium possesses extensive capabilities compared to related organisms. However, it is still incapable of synthesizing some essential components and thus has to import them from its host. Third, the genome comparison of Protochlamydia naegleriophila to its closest known relative Protochlamydia amoebophila revealed a particular evolutionary dynamic with the occurrence of an unexpected genome rearrangement. Fourth, a phylogenetic analysis of P. acanthamoebae and Legionella drancourtii identified several genes probably exchanged by horizontal gene transfer with other intracellular bacteria that might occur within their amoebal host. These genes often encode mechanisms for resistance to metal or toxic compounds. As a whole, the analysis of the different genomes enabled us to highlight a large diversity in size, GC percentage, repeat content as well as plasmid organization. The abundant genomic data obtained during this thesis have a wide impact since they provide the necessary bases for detailed investigations on countless aspects of the biology and the evolution of Chlamydia-related bacteria, whether in wet lab or by bioinformatical analyses.RésuméL'ordre des Chlamydiales est un important phylum bactérien qui comprend de nombreuses espèces pathogènes pour l'homme et les animaux, dont Chlamydia trachomatis, responsable du trachome, la cause majeure de cécité d'origine infectieuse à travers le monde. Durant ces dernières décennies, de nombreuses bactéries apparentées aux Chlamydia ont été découvertes dans des échantillons environnementaux ou cliniques mais leur éventuel rôle pathogène dans le développement de maladies reste peu connu. Ces bactéries sont des intracellulaires obligatoires car elles ont besoin d'une cellule hôte pour se multiplier, ce qui rend leur étude particulièrement difficile. Le développement de nouvelles technologies permettant de séquencer le génome d'un organisme rapidement et à moindre coût ainsi que l'essor des méthodes d'analyse s'y rapportant représentent une opportunité exceptionnelle d'étudier ces organismes. Dans ce contexte, cette thèse démontre l'utilité de la génomique pour développer de nouveaux outils diagnostiques ainsi que pour étudier le métabolisme de ces bactéries, leurs facteurs de virulence et leur évolution.Ainsi, une première approche a illustré l'utilité d'un séquençage rapide pour obtenir les informations nécessaires à l'identification de protéines qui sont reconnues par des anticorps humains ou animaux. Cette méthode, particulièrement utile pour un pathogène émergent tel que Parachlamydia acanthamoebae, a permis de découvrir de bons candidats pour le développement d'un outil diagnostique qui permettrait d'évaluer à plus large échelle le rôle de cette bactérie notamment dans la pneumonie. L'analyse du contenu génique de Waddlia chondrophila, un autre germe qui pourrait être impliqué dans les avortements et tes fausses-couches, a en outre mis en évidence la présence de nombreux facteurs connus qui lui permettent de manipuler son hôte. Cette bactérie possède de plus grandes capacités métaboliques que les autres Chlamydia, mais elle est incapable de synthétiser certains composants et doit donc les importer de son hôte pour subvenir à ses besoins. La comparaison du génome de Protochlamydia naegleriophila à son plus proche parent, Protochlamydia amoebophila, a dévoilé une évolution dynamique particulière avec l'occurrence d'un réarrangement majeur inattendu après la séparation de ces deux espèces. En outre, ces études ont montré l'occurrence de plusieurs transferts de gène avec d'autres organismes plus éloignés, notamment d'autres intracellulaires d'amibes, souvent pour l'acquisition de mécanismes de résistances à des composés toxiques. Les données génomiques acquises durant ce travail posent les fondements nécessaires a de nombreuses analyses qui permettront progressivement de mieux comprendre de nombreux aspects de ces bactéries fascinantes.

Regulation of horizontal gene transfer of the catabolic island ICEclc

ICEclc is a mobile genetic element found in two copies on the chromosome of the bacterium Pseudomonas knackmussii B13. ICEclc harbors genes encoding metabolic pathways for the degradation of chlorocatechols (CLC) and 2-aminophenol (2AP). At low frequencies, ICEclc excises from the chromosome, closes into a circular DNA molecule which can transfer to another bacterium via conjugation. Once in the recipient cell, ICEclc can reintegrate into the chromosome by site-specific recombination. This thesis aimed at identifying the regulatory network underlying the decisions for ICEclc horizontal transfer (HGT). The first chapter is an introduction on integrative and conjugative elements (ICEs) more in general, of which ICEclc is one example. In particular I emphasized the current knowledge of regulation and conjugation machineries of the different classes of ICE. In the second chapter, I describe a transcriptional analysis using microarrays and other experiments to understand expression of ICEclc in exponential and stationary phase. By overlaying transcriptomic profiles with Northern hybridizations and RT- PCR data, we established a transcription map for the entire core region of ICEclc, a region assumed to encode the ICE conjugation process. We also demonstrated how transcription of the ICEclc core is maximal in stationary phase, which correlates to expression of reporter genes fused to key ICEclc promoters. In the third chapter, I present a transcriptome analysis of ICEclc in a variety of different host species, in order to explore whether there are species-specific differences. In the fourth chapter, I focus on the role of a curious ICEclc-encoded TetR-type transcriptional repressor. We find that this gene, which we name mfsR, not only controls its own expression but that of a set of genes for a putative multi-drug efflux pump (mfsABC) as well. By using a combination of biochemical and molecular biology techniques, I could show that MfsR specifically binds to operator boxes in two ICEclc promoters (PmfsR and PmfsA), inhibiting the transcription of both the mfsR and mfsABC-orf38184 operons. Although we could not detect a clear phenotype of an mfsABC deletion, we discuss the implications of pump gene reorganizations in ICEclc and close relatives. In the fifth chapter, we find that mfsR not only controls its own expression and that of the mfsABC operon, but is also indirectly controlling ICEclc transfer. Using gene deletions, microarrays, transfer assays and microscopy-based reporter fusions, we demonstrate that mfsR actually controls a small operon of three regulatory genes. The last gene of this mfsR operon, orf17162, encodes a LysR-type activator that when deleted strongly impairs ICEclc transfer. Interestingly, deletion of mfsR leads to transfer competence in almost all cells, thereby overruling the bistability process in the wild-type. In the final sixth chapter, I discuss the relevance of the present thesis and the resulting perspectives for future studies.

Drug monographs on drugs which are frequently analysed in the context of Therapeutic Drug Monitoring = Arzneimittel-Monographien für Medikamente, die regelmässig im Rahmen des Therapeutic Drug Monitorings analysiert werden

In addition to the monographs which were published last year by the working group "Drug Monitoring" of the Swiss Society of Clinical Chemistry (SSCC) [1], new monographs have been written. The aim of these monographs is to give an overview of the most important information necessary for ordering a drug analysis or interpreting the results. Therefore, the targeted readers comprise laboratory health professionals and all receivers of laboratory reports. There is information provided on the indication for therapeutic drug monitoring, protein binding, metabolic pathways and enzymes involved, elimination half-life and elimination routes, and on therapeutic or toxic concentrations. Preanalytical considerations are of particular importance for therapeutic drug monitoring. Therefore, information is provided regarding a reasonable timing for the determination of drug concentrations as well as steady-state concentrations after changing the dose. Furthermore, the stability of the drug and its metabolite(s) after blood sampling is described. For readers with a specific interest in drug analysis, references to important publications are given. The number of monographs will be continuously enlarged. The updated files are presented on the homepage of the SSCC (www.sscc.ch).