In vitro and in vivo effects of deoxynivalenol (DON) mycotoxin on porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) in piglets

Les récoltes de céréales sont souvent contaminées par des moisissures qui se développent pendant la récolte et l’entreposage et produisent des métabolites secondaires appelés mycotoxines. Le porc est reconnu pour être sensible au déoxynivalénol (DON). L’infection virale la plus importante chez le porc est causée par le virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin (VSRRP). Celui-ci provoque un syndrome grippal et des troubles de reproduction. L’objectif du présent projet était de déterminer l'effet in vitro de DON sur la réplication du VSRRP dans de lignées cellulaires permissives, MARC-145 et PAM, et déterminer in vivo l'impact de DON dans des aliments naturellement contaminés sur l’infection au VSRRP chez le porcelet. Tout d’abord, les cellules ont été incubées avec des doses croissantes de DON et ont été infectées avec du VSRRP pour évaluer la viabilité et la mortalité cellulaire, la réplication virale et l’expression de cytokines. Les résultats ont montré que les concentrations de DON de 560ng/ml et plus affectaient significativement la survie des cellules MARC-145 et PAM infectées par le VSRRP. En revanche, il y avait une augmentation significative de la viabilité et une réduction de la mortalité cellulaire à des concentrations de DON de 140 à 280 ng/ml pour les cellules PAM et de 70 à 280 ng/ml pour les cellules MARC-145 avec une réduction de l'effet cytopathique provoqué parle VSRRP. Au niveau in vivo, 30 porcelets divisés en 3 groupes de 10 porcelets et nourris pendant 2 semaines avec 3 différentes diètes naturellement ont été contaminées avec DON (0; 2,5 et 3,5 mg/kg). Les porcelets ont été subdivisés en 6 groupes, 3 groupes de 6 porcelets et ont été exposés au DON pendant 2 semaines et infectés par voie intratrachéale et intramusculaire avec le virus. Les 3 autres groupes de 4 porcelets servaient de contrôle non infectés. Les signes cliniques ont été enregistrés pendant 21 jours. La virémie a été évaluée par PCR. À la fin de l’expérimentation, les porcelets ont été euthanasiés et les lésions pulmonaires ont été évaluées. Les résultats ont montré que l’ingestion de DON à 3,5 mg/kg a augmenté l’effet du VSRRP sur la sévérité des signes cliniques, les lésions pulmonaires et la mortalité. L’ingestion de DON à 2,5 mg/kg a entrainé une augmentation de la virémie au jour 3 après l’infection mais sans impact sur les signes cliniques et les lésions pulmonaires. Mot clés: DON, VSRRP, MARC-145, PAM, effet cytopathique, cytokines, PCR

Nouvelles stratégies pour l’analyse des cyanotoxines par spectrométrie de masse

Les cyanobactéries ont une place très importante dans les écosystèmes aquatiques et un nombre important d’espèces considéré comme nuisible de par leur production de métabolites toxiques. Ces cyanotoxines possèdent des propriétés très variées et ont souvent été associées à des épisodes d’empoisonnement. L’augmentation des épisodes d’efflorescence d’origine cyanobactériennes et le potentiel qu’ils augmentent avec les changements climatiques a renchéri l’intérêt de l’étude des cyanobactéries et de leurs toxines. Considérant la complexité chimique des cyanotoxines, le développement de méthodes de détection simples, sensibles et rapides est toujours considéré comme étant un défi analytique. Considérant ces défis, le développement de nouvelles approches analytiques pour la détection de cyanotoxines dans l’eau et les poissons ayant été contaminés par des efflorescences cyanobactériennes nuisibles a été proposé. Une première approche consiste en l’utilisation d’une extraction sur phase solide en ligne couplée à une chromatographie liquide et à une détection en spectrométrie de masse en tandem (SPE-LC-MS/MS) permettant l’analyse de six analogues de microcystines (MC), de l’anatoxine (ANA-a) et de la cylindrospermopsine (CYN). La méthode permet une analyse simple et rapide et ainsi que la séparation chromatographique d’ANA-a et de son interférence isobare, la phénylalanine. Les limites de détection obtenues se trouvaient entre 0,01 et 0,02 μg L-1 et des concentrations retrouvées dans des eaux de lacs du Québec se trouvaient entre 0,024 et 36 μg L-1. Une deuxième méthode a permis l’analyse du b-N-méthylamino-L-alanine (BMAA), d’ANA-a, de CYN et de la saxitoxine (STX) dans les eaux de lac contaminés. L’analyse de deux isomères de conformation du BMAA a été effectuée afin d’améliorer la sélectivité de la détection. L’utilisation d’une SPE manuelle permet la purification et préconcentration des échantillons et une dérivatisation à base de chlorure de dansyle permet une chromatographie simplifiée. L’analyse effectuée par LC couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) et des limites de détections ont été obtenues entre 0,007 et 0,01 µg L-1. Des échantillons réels ont été analysés avec des concentrations entre 0,01 et 0,3 µg L-1 permettant ainsi la confirmation de la présence du BMAA dans les efflorescences de cyanobactéries au Québec. Un deuxième volet du projet consiste en l’utilisation d’une technologie d’introduction d’échantillon permettant des analyses ultra-rapides (< 15 secondes/échantillons) sans étape chromatographique, la désorption thermique à diode laser (LDTD) couplée à l’ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI) et à la spectrométrie de masse (MS). Un premier projet consiste en l’analyse des MC totales par l’intermédiaire d’une oxydation de Lemieux permettant un bris de la molécule et obtenant une fraction commune aux multiples congénères existants des MC. Cette fraction, le MMPB, est analysée, après une extraction liquide-liquide, par LDTD-APCI-MS/MS. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et des concentrations entre 1 et 425 µg L-1 ont été trouvées dans des échantillons d’eau de lac contaminés du Québec. De plus, une analyse en parallèle avec des étalons pour divers congénères des MC a permis de suggérer la possible présence de congénères ou d’isomères non détectés. Un deuxième projet consiste en l’analyse directe d’ANA-a par LDTD-APCI-HRMS pour résoudre son interférence isobare, la phénylalanine, grâce à la détection à haute résolution. La LDTD n’offre pas de séparation chromatographique et l’utilisation de la HRMS permet de distinguer les signaux d’ANA-a de ceux de la phénylalanine. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et la méthode a été appliquée sur des échantillons réels d’eau avec un échantillon positif en ANA-a avec une concentration de 0,21 µg L-1. Finalement, à l’aide de la LDTD-APCI-HRMS, l’analyse des MC totales a été adaptée pour la chair de poisson afin de déterminer la fraction libre et liée des MC et comparer les résultats avec des analyses conventionnelles. L’utilisation d’une digestion par hydroxyde de sodium précédant l’oxydation de Lemieux suivi d’une purification par SPE a permis d’obtenir une limite de détection de 2,7 µg kg-1. Des échantillons de poissons contaminés ont été analysés, on a retrouvé des concentrations en MC totales de 2,9 et 13,2 µg kg-1 comparativement aux analyses usuelles qui avaient démontré un seul échantillon positif à 2 µg kg-1, indiquant la possible présence de MC non détectés en utilisant les méthodes conventionnelles.

Inférence robuste à la présence des valeurs aberrantes dans les enquêtes

Cette thèse comporte trois articles dont un est publié et deux en préparation. Le sujet central de la thèse porte sur le traitement des valeurs aberrantes représentatives dans deux aspects importants des enquêtes que sont : l’estimation des petits domaines et l’imputation en présence de non-réponse partielle. En ce qui concerne les petits domaines, les estimateurs robustes dans le cadre des modèles au niveau des unités ont été étudiés. Sinha & Rao (2009) proposent une version robuste du meilleur prédicteur linéaire sans biais empirique pour la moyenne des petits domaines. Leur estimateur robuste est de type «plugin», et à la lumière des travaux de Chambers (1986), cet estimateur peut être biaisé dans certaines situations. Chambers et al. (2014) proposent un estimateur corrigé du biais. En outre, un estimateur de l’erreur quadratique moyenne a été associé à ces estimateurs ponctuels. Sinha & Rao (2009) proposent une procédure bootstrap paramétrique pour estimer l’erreur quadratique moyenne. Des méthodes analytiques sont proposées dans Chambers et al. (2014). Cependant, leur validité théorique n’a pas été établie et leurs performances empiriques ne sont pas pleinement satisfaisantes. Ici, nous examinons deux nouvelles approches pour obtenir une version robuste du meilleur prédicteur linéaire sans biais empirique : la première est fondée sur les travaux de Chambers (1986), et la deuxième est basée sur le concept de biais conditionnel comme mesure de l’influence d’une unité de la population. Ces deux classes d’estimateurs robustes des petits domaines incluent également un terme de correction pour le biais. Cependant, ils utilisent tous les deux l’information disponible dans tous les domaines contrairement à celui de Chambers et al. (2014) qui utilise uniquement l’information disponible dans le domaine d’intérêt. Dans certaines situations, un biais non négligeable est possible pour l’estimateur de Sinha & Rao (2009), alors que les estimateurs proposés exhibent un faible biais pour un choix approprié de la fonction d’influence et de la constante de robustesse. Les simulations Monte Carlo sont effectuées, et les comparaisons sont faites entre les estimateurs proposés et ceux de Sinha & Rao (2009) et de Chambers et al. (2014). Les résultats montrent que les estimateurs de Sinha & Rao (2009) et de Chambers et al. (2014) peuvent avoir un biais important, alors que les estimateurs proposés ont une meilleure performance en termes de biais et d’erreur quadratique moyenne. En outre, nous proposons une nouvelle procédure bootstrap pour l’estimation de l’erreur quadratique moyenne des estimateurs robustes des petits domaines. Contrairement aux procédures existantes, nous montrons formellement la validité asymptotique de la méthode bootstrap proposée. Par ailleurs, la méthode proposée est semi-paramétrique, c’est-à-dire, elle n’est pas assujettie à une hypothèse sur les distributions des erreurs ou des effets aléatoires. Ainsi, elle est particulièrement attrayante et plus largement applicable. Nous examinons les performances de notre procédure bootstrap avec les simulations Monte Carlo. Les résultats montrent que notre procédure performe bien et surtout performe mieux que tous les compétiteurs étudiés. Une application de la méthode proposée est illustrée en analysant les données réelles contenant des valeurs aberrantes de Battese, Harter & Fuller (1988). S’agissant de l’imputation en présence de non-réponse partielle, certaines formes d’imputation simple ont été étudiées. L’imputation par la régression déterministe entre les classes, qui inclut l’imputation par le ratio et l’imputation par la moyenne sont souvent utilisées dans les enquêtes. Ces méthodes d’imputation peuvent conduire à des estimateurs imputés biaisés si le modèle d’imputation ou le modèle de non-réponse n’est pas correctement spécifié. Des estimateurs doublement robustes ont été développés dans les années récentes. Ces estimateurs sont sans biais si l’un au moins des modèles d’imputation ou de non-réponse est bien spécifié. Cependant, en présence des valeurs aberrantes, les estimateurs imputés doublement robustes peuvent être très instables. En utilisant le concept de biais conditionnel, nous proposons une version robuste aux valeurs aberrantes de l’estimateur doublement robuste. Les résultats des études par simulations montrent que l’estimateur proposé performe bien pour un choix approprié de la constante de robustesse.

Survival in water of Campylobacter jejuni strains isolated from the slaughterhouse

Campylobacter jejuni cause gastroenteritis in humans. The main transmission vector is the consumption or handling of contaminated chicken meat, since chicken can be colonized asymptomatically by C. jejuni. However, water has been implicated as the transmission vector in a few outbreaks. One possibility is the contamination of water effluent by C. jejuni originating from chicken farm. The ability of C. jejuni to be transmitted by water would be closely associated to its ability to survive in water. Therefore, in this study, we have evaluated the ability of reference strains and chickenisolated strains to survive in water. Defined water media were used, since the composition of tap water is variable. We showed that some isolates survive better than others in defined freshwater (Fraquil) and that the survival was affected by temperature and the concentration of NaCl. By comparing the ability of C. jejuni to survive in water with other phenotypic properties previously tested, we showed that the ability to survive in water was negatively correlated with autoagglutination. Our data showed that not all chicken isolates have the same ability to survive in water, which is probably due to difference in genetic content.

INVESTIGATIONS ON THE STRESS EFFECTS OF PETROLEUM HYDROCARBONS ON METAPENAEUS DOBSON (MIERS)

The present investigation has addressed the effects of PHC contaminated culture medium on the morphology, physiology and behaviour of shrimps. The shrimp Metapenaeus dobsoni is an important member of the crustacean animal community abounding the oil contaminated benthic regions of Cochin backwater system. Since it is known that true pollutants can disrupt the sustainability of ecosystems by its effect on species, populations and communities,a representative species was used for the study. The results discussed in this work is bound to help in understanding the ecotoxicant resistance that the animal may display under toxic conditions compared to dynamic steady-state systems in nature.

Unraveling a Benchmark for Sulphur Akin in the Cochin Estuarine System

The thesis deals with a benchmark study of dissolved and sedimentary sulphur compounds which play prominent roles in the prevailing redox conditions in the selected sites of Cochin estuarine system. Sulphur and its analogues play prominent roles in estuarine biochemical processes. A complete knowledge on the sulphur involvement in these processes is restricted due to the lacking of data on the organic sulphur compounds. Sulphate and sulphide in surface and bottom water and Sulphate, acid volatile sulphide and total sulphur in sediments were studied and correlated to know their interrelations in determining the redox condition of the environment. It also characterises the sediments of the sites on the basis of total organic carbon: total sulphur ratio. The study had attempted to decrease the concentration levels of sulphur in the sedimentary environment by the application of a remedial measure. Knowledge of sulphur uptake by plants from prior literatures has prompted to use phytoremediation for decreasing the sulphur concentration. Phytoremediation is an emerging technology that uses plants to clean up or remediate contaminated soil, sludges, sediments, and ground water through contaminant removal, degradation or containment. The plant selected was wheat grass since earlier studies have shown that wheat grass is effective in remediating pollutants particularly trace metals. So reduction in the concentration of selected trace metals was also focussed.

Investigations on the stress effects of petroleum hydrocarbons on Metapenaeus dobsoni (Miers)

The present investigation has addressed the eflects of PHC contaminated culture medium on the morphology, physiology and behaviour of shrimps] The shrimp Metapenaeus dobsoni is an important member of the crustacean animal community abounding the oil contaminated benthic regions of Cochin backwater system. Since it is known that true pollutants can disrupt the sustainability of ecosystems by its eflect on species, populations and communities, a representative species was used for the study. The results discussed in this work is bound to help in understanding the ecotoxicant resistance that the animal may display under toxic conditions compared to aynamic steaay-state systems in nature

Bioremediation of Hydrocarbons by Lysinibacillus fusiformis BTTS10

There exists a need for potential microorganism that could facilitate effective bioremediation of crude oil pollutants in the environment. Hence it was desired to isolate a potential bacterium from marine sediment, which often experiences oil pollution and develop a bioprocess for crude oil biodegradation. In the present study the sediment deposits in the beach of Munakkal, Trichur dist, Kerala, collected immediately after the major event Tsunami in 2004 was collected and analyzed by enrichment culture technique towards isolation of potential strains that could degrade crude oil and its fractions. From the results obtained it was found that the sediment deposits harbor several bacteria with potential for degrading hydrocarbons. However, among the strains obtained, isolate no. BTTS 10 showed capabilities for utilizing both alkanes and aromatic hydrocarbons and hence the same was selected for further studies.

Studies on the mineralogy, geochemistry and origin of the modern sediments of the ashtamudy lake, Kerala

This study enfolds the environment of deposition and the lateral variation in texture, mineralogy and geochemistry of the Ashtamudy lake sediments. While the heavy mineral and clay mineral investigations enable us to decipher the nature, texture and source of sediments; organic matter and carbonate contents and the geochemical analysis of major and minor elements help establish the distribution and concentration of the same in regard to the various physico-chemical processes operating in the lake. Study of trace elements holds prime importance in this work, since their concentrations can be used to outline the extent of contaminated bottom area, as well as the source and dispersal paths of discharged_pollutants. In short, this study brings out a vivid picture of the mineralogy and geochemistry of the lake sediments in different environments, viz., the freshwater, brackish water and marine environments that are confined to the eastern, central and western parts of the lake respectively. For the better understanding and expression of the results of the analysis, the lake has been divided into 3 zones namely: eastern part, central part and western part.

“Assessment of Heavy Metals in the Environmental Compartments of the Central and Northern Coast of Kerala, India”

The nearshore marine ecosystem is a dynamic environment impacted by many activities, especially the coastal waters and sediments contiguous to major urban areas. Although heavy metals are natural constituents of the marine environment, inputs are considered to be conservative pollutants and are potentially toxic, accumulate in the sediment, are bioconcentrated by organisms and may cause health problems to humans via the food chain. A variety of metals in trace amounts are essential for biological processes in all organisms, but excessive levels can be detrimental by acting as enzyme inhibitors. Discharge of industrial wastewater, agriculture runoff and untreated sewage pose a particularly serious threat to the coastal environment of Kerala, but there is a dearth of studies in documenting the contaminant metals. This study aimed principally to assess such contamination by examining the results of heavy metal (Cu, Pb, Cr, Ni, Zn, Cd and Hg) analysis in seawater, sediment and benthic biota from a survey of five transects along the central and northern coast of Kerala in 2008 covering a 10.0 km stretch of near shore environment in each transect. Trophic transfer of metal contaminants from aquatic invertebrates to its predators was also assessed, by employing a suitable benthic food chain model in order to understand which all metals are undergoing biotransference (transfer of metals from a food source to consumer).The study of present contamination levels will be useful for potential environmental remediation and ecosystem restoration at contaminated sites and provides a scientific basis for standards and protective measures for the coastal waters and sediments. The usefulness of biomonitor proposed in this study would allow identification of different bioavailable metals as well as provide an assessment of the magnitude of metal contamination in the coastal marine milieu. The increments in concentration of certain metals between the predator and prey discerned through benthic food chain can be interpreted as evidence of biotransference.

Prevalence of Salmonella in fish and crustaceans from markets in Coimbatore, South India

Seven hundred and thirty fishes and 276 crustaceans collected from various fish markets of Coimbatore, South India, over a period of 2 years (September 1990 to August 1992) were analysed for the prevalence of Salmonella. Fishes (14·25%) and 17·39% of crustaceans were found to be contaminated with Salmonella. Of the different fishes analysed, the highest incidence of Salmonella was seen in Scopelidae (28%) followed by Trachnidae (26·9%). Among crustaceans Portunus pelagicus (33·33%) showed the highest incidence followed by Scylla serrata (28·57%). A well-marked seasonal variation in the incidence pattern was observed in both fishes and crustaceans with a higher incidence during monsoon season followed by post-monsoon and pre-monsoon. The region of the body that showed frequent isolation was the alimentary canal in fishes (41·33%) and gills (35·06%) in crustaceans. Serotyping of the isolates revealed prevalence of Salmonella weltevreden, Salmonella typhi, Salmonella paratyphi B, Salmonella mgulani and Salmonella typhimurium in both fishes and crustaceans. Salmonella senftenberg was isolated only from crustaceans

Microbial Biosurfactants – Review

Biosurfactants are surface active compounds released by microorganisms. They are biodegradable non-toxic and eco-friendly materials. In this review we have updated the information about different microbial surfactants. The biosurfactant production depends on the fermentation conditions, environmental factors and nutrient availability. The extraction of the biosurfactants from the cell-free supernatant using the solvent extraction procedure and the qualitative and quantitative analysis has been discussed with appropriate equipment details. The application of the biosurfactant includes biomedical, cosmetic and bioremediation. The type of microbial biosurfactants include trehalose lipids, rhamnolipids, sophorolipids, glycolipids, cellobiose lipids, polyol lipids, diglycosyl diglycerides, lipoloysaccharides, arthrofactin, lichensyn A and B, surfactin, viscosin, phospholipids, sulphonyl lipids and fatty acids. Rhamnolipid biosurfactants produced by Pseudomonas aeruginosa DS10-129 showed significant applications in the bioremediation of hydrocarbons in gasoline spilled soil and petroleum oily sludge. Rhamnolipid biosurfactant enhanced the bioremediation process by releasing the weathered oil from the soil matrices and enhanced the bioavailability of hydrocarbons for microbial degradation. It is having potential applications in the remediation of hydrocarbon contaminated sites. Biosurfactants from marine microorganisms also offer great potential in bioremediation of oil contaminated oceanic environments