Remoção fotocatalítica de micropoluentes em meios porosos funcionalizados

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

An efficient Azorean thermophilic consortium for lignocellulosic biomass degradation

[Excerpt] Lignocellulosic plant biomass is being envisioned by biorefinery industry as an alternative to current petroleum platform because of the large scale availability, low cost and environmentally benign production. The industrial bioprocessing designed to transform lignocellulosic biomass into biofuels are harsh and the enzymatic reactions may be severely compromised reducing the production of fermentable sugars from lignocellulosic biomass. Thermophilic bacteria consortium are a potential source of cellulases and hemicellulases adapted to extreme environmental conditions, which can be exploited as a new source for the development of more robust enzymatic cocktails. (...)

Effect of sulfate and iron (III) on LCFA degradation by a methanogenic community

[Excerpt] Under anaerobic conditions long chain fatty acids (LCFA) can be converted to methane by syntrophic bacteria and methanogenic archaea. LCFA degradation was also reported in the presence of alternative hydrogenotrophic partners, such as sulfate-reducing bacteria (SRB) and iron-reducing bacteria (IRB), which generally show higher affinity for H2 than methanogens and are more resistant to LCFA [1,2,3]. Their presence in a microbial culture degrading LCFA can be advantageous to reduce LCFA toxicity towards methanogens, although high concentrations of external electron acceptor (EEA) can lead to outcompetition of methanogens and cease methane production. In this work, we tested the effect of adding sub-stoichiometric concentrations of sulfate and iron(III) to methanogenic communities degrading LCFA. (...)

Effects of fermentation residues on the melt processability and thermomechanical degradation of PHBV produced from cheese whey using mixed microbial cultures

"Available online 28 March 2016"

Proteomic analysis of nitrate-dependent acetone degradation by Alicycliphilus denitrificans strain BC

Alicycliphilus denitrificans strain BC grows anaerobically on acetone with nitrate as electron acceptor. Comparative proteomics of cultures of A. denitrificans strain BC grown on either acetone or acetate with nitrate was performed to study the enzymes involved in the acetone degradation pathway. In the proposed acetone degradation pathway, an acetone carboxylase converts acetone to acetoacetate, an AMP-dependent synthetase/ligase converts acetoacetate to acetoacetyl-CoA, and an acetyl-CoA acetyltransferase cleaves acetoacetyl-CoA to two acetyl-CoA. We also found a putative aldehyde dehydrogenase associated with acetone degradation. This enzyme functioned as a -hydroxybutyrate dehydrogenase catalyzing the conversion of surplus acetoacetate to -hydroxybutyrate that may be converted to the energy and carbon storage compound, poly--hydroxybutyrate. Accordingly, we confirmed the formation of poly-?-hydroxybutyrate in acetone-grown cells of strain BC. Our findings provide insight in nitrate-dependent acetone degradation that is activated by carboxylation of acetone. This will aid studies of similar pathways found in other microorganisms degrading acetone with nitrate or sulfate as electron acceptor.

Respuesta adaptativa y degradación de compuestos de amonio cuaternarios sintéticos por Pseudomonas putida. Adaptative answer and degradation of quaternary ammonium compounds by Pseudomonas putida.

El objetivo de este trabajo es caracterizar la respuesta de P. putida frente a condiciones ambientales adversas dadas por la presencia del detergente catiónico tetradeciltrimetilamonio (TDTMA). El objetivo final que se persigue es el de utilizar este microorganismo como vehículo en procesos de biorremediación. El proyecto comprende aspectos relacionados con la degradación y con la respuesta adaptativa que le permiten a P. putida tolerar altas concentraciones del biocida. La degradación de TDTMA por P. putida involucra una actividad monooxigenasa, que produce trimetilamina (TMA) y tetradecilalcanal. Parte de la TMA producida es demetilada, por una TMAdehidrogenasa (TMADH), e utilizada por la bacteria como fuente de nitrógeno y parte es acumulada intracelularmente, inhibiendo el crecimiento bacteriano. Considerando la importancia de las oxigenasas y dehidrogenasas en la transformación química de compuestos recalcitrantes, se identificarán los genes responsables de la actividad monooxigenasa y de la TMADH, se caracterizarán las enzimas, lo que permitirá conocer, además, datos evolutivos de las mismas. Teniendo en cuenta que la acumulación intracelular TMA conduce a la degradación parcial del detergente, efecto contrarrestado por la adición de aluminio (Al), se investigarán si otros factores nutricionales participan en el control de la degradación de TDMA por P. putida. Se investigará si el regulador global NtrC, que se activa en respuesta a limitación de nitrógeno, participa en el metabolismo de TDTMA. Se prevé construir mutantes en los genes que codifican para monoxigenasa y TMADH y analizar la respuesta de estas cepas frente al estrés ocasionado por TDTMA y Al. En este proyecto se postula además que los cambios a nivel de fosfolípidos (PL) de membrana son una estrategia de P. putida para sobrevivir en presencia del TDTMA. Para concluir si fosfatidilglicerol es el principal responsable de la adaptación de P. putida frente al estrés ocasionado por TDTMA, se pretenden obtener mutantes afectadas en la biosíntesis de novo de PL, particularmente en cardiolipina sintasa. Paralelamente se estudiará si fosfolipasa D participa en la respuesta, lo que permitirá asignar un rol a esta enzima en procesos de señalización análogos a los que ocurren en organismos eucariotas. En presencia de TDTMA y Al, P. putida responde aumentando el contenido de fosfatidilcolina y posiblemente este PL actúe como un reservorio temporario del ión. Identificar en P. putida los genes que codifican para las enzimas responsables de su biosíntesis, particularmente fosfatidilcolina sintasa y/o fosfolípido N-metiltranferasa, conducirá a conocer el mecanismo por el cual fosfatidilcolina estaría involucrada en la respuesta a Al.

Evaluación de la degradación del suelo en agroecosistemas del centro-sur de Córdoba mediante indicadores e índices. Assessment of soil degradation in agroecosystems of central-southern Córdoba by means of indicators and indices

Las actividades agropecuarias ejercen diferentes presiones sobre los recursos naturales. Esto ha llevado, en algunas áreas, a un deterioro del suelo que provoca un impacto sobre la sustentabilidad en los sistemas agropecuarios. Para evaluar la degradación del suelo se han propuesto listas de indicadores, sin embargo, se carece de una herramienta metodológica robusta, adaptada a las condiciones edafoclimáticas regionales. Además, existe una demanda de productores e instituciones interesados en orientar acciones para preservar el suelo. El objetivo de este proyecto es evaluar la degradación física, química y biológica de los suelos en agroecosistemas del centro-sur de Córdoba. Por ello se propone desarrollar una herramienta metodológica que consiste en un set de indicadores físicos, químicos y biológicos, con valores umbrales, integrados en índices de degradación, que asistan a los agentes tomadores de decisiones y productores, en la toma de decisiones respecto de la degradación del suelo. El área de trabajo será una región agrícola del centro-sur de Córdoba con más de 100 años de agricultura. La metodología comienza con la caracterización del uso del territorio y sistemas de manejo, su clasificación y la obtención de mapas base de usos y manejos, mediante sensores remotos y encuestas. Se seleccionarán sitios de muestreo mediante una metodología semi-dirigida usando un SIG, asegurando un mínimo de un punto de muestreo por unidad de mapeo. Se elegirán sitios de referencia lo más cercano a una condición natural. Los indicadores a evaluar surgen de listas propuestas en trabajos previos del grupo, seleccionados en base a criterios internacionales y a adecuados a suelos de la región. Se usarán indicadores núcleo y complementarios. Para la obtención de umbrales, se usarán por un lado valores provenientes de la bibliografía y por otro, umbrales generados a partir de la distribución estadística del indicador en suelos de referencia. Para estandarizar cada indicador se definirá una función de transformación. Luego serán ponderarán mediante análisis estadísticos mulivariados e integrados en índices de degradación física, química y biológica, y un índice general de degradación. El abordaje concluirá con el desarrollo de dos instrumentos para la toma de decisiones: uno a escala regional, que consistirá en mapas de degradación en base a unidades cartográficas ambientales, de uso del territorio y de sistemas de manejo y otro a escala predial que informará sobre la degradación del suelo de un lote en particular, en comparación con suelos de referencia. Los actores interesados contarán con herramientas robustas para la toma de decisiones respecto de la degradación del suelo tanto a escala regional como local. Agricultural activities exert different pressures on natural resources. In some areas this has led to soil degradation and has an impact on agricultural sustainability. To assess soil degradation a robust methodological tool, adapted to regional soil and climatic conditions, is lacking. In addition, there is a demand from farmers and institutions interested in direct actions to preserve the soil. The objective of this project is to assess physical, chemical and biological soil degradation in agroecosystems of Córdoba. We propose to develop a tool that consists of a set of physical, chemical and biological indicators, with threshold values, integrated in soil degradation indices. The study area is a region with more than 100 years of agriculture. The methodology begins with the characterization of land use and management systems and the obtaining of base maps by means of remote sensing and survey. Sampling sites will be selected through a semi-directed methodology using GIS, ensuring at least one sampling point by mapping unit. Reference sites will be chosen as close to a natural condition. The proposed indicators emerge from previous works of the group, selected based on international standards and appropriate for the local soils. To obtain the thresholds, we will use, by one side, values from the literature, and by the other, values generated from the statistical distribution of the indicator in the reference soils. To standardize indicators transformation functions will be defined. Indicators will be weighted by mans of multivariate analysis and integrated in soil degradation indices. The approach concluded with the development of two instruments for decision making: a regional scale one, consisting in degradation maps based on environmental, land use and management systems mapping units; and an instrument at a plot level which will report on soil degradation of a particular plot compared to reference soils.

Degradación de efluentes de las industrias del cuero y textil mediante procesos fotocatalíticos heterogéneos empleando la luz solar. Degradation of effluents from the leather and textile industries through heterogeneous photocatalytic processes using sunlight.

El creciente desarrollo de la industria del cuero y textil en nuestro país, y específicamente en la provincia de Córdoba, ha hecho resurgir en los ultimos años una problemática aún no resuelta que es la elevada contaminación de los recursos hídricos. En ambas industrias, la operación de teñido involucra principalmente colorantes de tipo azoico los cuales son "no biodegradables" y se fragmentan liberando aminas aromáticas cancerígenas. Para abordar esta problemática, la fotocatálisis heterogénea aparece como una nueva tecnología que permitiría la completa mineralización de estos colorantes. A través de radiación y un fotocatalizador sólido adecuado se pueden generan radicales libres eficientes para la oxidación de materia orgánica (colorantes) en medio acuoso. En este sentido, se proponen tamices moleculares mesoporosos modificados con metales de transición (MT) como fotocatalizadores potencialmente aptos para la degradación de estos contaminantes. El propósito principal de este proyecto es el diseño, síntesis, caracterización y evaluación de materiales mesoporosos que presenten actividad fotocatalítica ya sea mediante la modificación de su estructura con diversos metales fotosensibles y/o empleándolos como soporte de óxido de titanio. Se pretende evaluar estos materiales en la degradación de colorantes intentando desplazar su fotosensibilidad hacia la radiación visible para desarrollar nuevas tecnologías con menor impacto ambiental y mayor aprovechamiento de la energía solar. Para ello se sintetizarán materiales del tipo MCM-41 modificados con distintos MT tales como Fe, Cr, Co, Ni y Zn mediante incorporación directa del ión metálico o impregnación. Al mismo tiempo, tanto estos últimos materiales como el MCM-41 silíceo serán empleados como soporte de TiO2. Sus propiedades fisicoquímicas se caracterizarán mediante distintas técnicas instrumentales y su actividad fotocatalítica se evaluará en la degradación de colorantes azoicos bajo radiación visible. Se seleccionará el catalizador más eficiente y se estudiarán los diversos factores que afectan el proceso de fotodegradación. Así mismo, el análisis de la concentración del colorante y los productos presentes en el medio en función del tiempo de reacción permitirá inferir sobre la cinética de la decoloración y postular posibles mecanismos de fotodegradación. Con esta propuesta se espera contribuír al desarrollo de un sector industrial importante en nuestra provincia como es el de las industrias del cuero y textil, mediante la generación de nuevas tecnologías que empleen la energía solar para la degradación de sus efluentes (colorantes). En este sentido, se espera desarrollar nuevos materiales optimizados para lograr la mayor eficiencia fotocatalítica. Esto conduciría entonces hacia la remediación de un problema ambiental de alto impacto tanto para nuestra provincia y nuestro país como para la población mundial, como es la contaminación de los recursos hídricos. Finalmente, con este proyecto se contribuirá a la formación de dos doctorandos y un maestrando, cuyos temas de tesis están vinculados con nuestro objeto de estudio. The increasing development of the textile and leather industries in our country, and specifically in Córdoba, has revived an unresolved problem that is the high contamination of water resources. In both industries, the dyeing involves mainly type azoic dyes which are not biodegradable and break releasing carcinogenic aromatic amines. Heterogeneous photocatalysis appears as a new technology that would allow the complete mineralization of these pollutants. Through radiation and a suitable solid it is possible to generate free radicals for efficient oxidation of organic matter (dyes) in aqueous medium. In this respect, mesoporous molecular sieves modified with transition metals are proposed as potential photocatalysts. The main purpose of this project is the synthesis of mesoporous materials having photocatalytic activity for the degradation of dyes. We will try to move their photosensitivity to visible radiation to develop new technologies with lower environmental impact and greater use of solar energy. Materials MCM-41 modified with metals (Fe, Cr, Co, Ni and Zn) will be synthesized by direct incorporation or impregnation. These materials and the siliceous MCM-41 will be then employed as support of TiO2. The materials will be evaluated in the photocatalytic degradation of azoic dyes under visible radiation. The influence of different factors on the photodegradation proccess will be studied. Kinetic studies will be carried out and a possible reaction way will be proposed. Thus, this work will contribute to the advancement of an important industrial sector and the remediation of an environmental problem with high impact for our province and our country. Moreover, this proyect will contribute to the development of two doctoral tesis and one magister tesis which are vinculated with our study subject.

mRNA metabolism: nonsense mediated mRNA decay as a tool for gene therapy and the role of human DIS3L2 in transcript degradation

Tese de mestrado em Biologia Humana e Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2015

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

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

Tumor necrosis factor (TNF) signaling, but not TWEAK (TNF-like weak inducer of apoptosis)-triggered cIAP1 (cellular inhibitor of apoptosis protein 1) degradation, requires cIAP1 RING dimerization and E2 binding.

Cellular inhibitor of apoptosis (cIAP) proteins, cIAP1 and cIAP2, are important regulators of tumor necrosis factor (TNF) superfamily (SF) signaling and are amplified in a number of tumor types. They are targeted by IAP antagonist compounds that are undergoing clinical trials. IAP antagonist compounds trigger cIAP autoubiquitylation and degradation. The TNFSF member TWEAK induces lysosomal degradation of TRAF2 and cIAPs, leading to elevated NIK levels and activation of non-canonical NF-kappaB. To investigate the role of the ubiquitin ligase RING domain of cIAP1 in these pathways, we used cIAP-deleted cells reconstituted with cIAP1 point mutants designed to interfere with the ability of the RING to dimerize or to interact with E2 enzymes. We show that RING dimerization and E2 binding are required for IAP antagonists to induce cIAP1 degradation and protect cells from TNF-induced cell death. The RING functions of cIAP1 are required for full TNF-induced activation of NF-kappaB, however, delayed activation of NF-kappaB still occurs in cIAP1 and -2 double knock-out cells. The RING functions of cIAP1 are also required to prevent constitutive activation of non-canonical NF-kappaB by targeting NIK for proteasomal degradation. However, in cIAP double knock-out cells TWEAK was still able to increase NIK levels demonstrating that NIK can be regulated by cIAP-independent pathways. Finally we show that, unlike IAP antagonists, TWEAK was able to induce degradation of cIAP1 RING mutants. These results emphasize the critical importance of the RING of cIAP1 in many signaling scenarios, but also demonstrate that in some pathways RING functions are not required.

Environmental Degradation and the Limits to LOV

We show how consumers’ environmental concerns may limit ‘love of variety’ (LOV) and be reflected in consumers decisions. We investigate how the impact of environmental degradation on LOV influences demand and optimal product variety, and how a pollution tax on firms might be used to improve upon the market outcome and increase welfare.

Morphological features of collagen degradation in advanced hepatic schistosomiasis of man

Optical and electron microscopical evidences of focal matrix degradation were frequently seen in liver sections taken from patients with periportal ("pipe-stem") fibrosis caused by schistosomiasis mansoni. Besides present of focal areas of rarefaction, fragmentation and dispersion of collagen fibers, the enlargend portal spaces also showed hyperplasia of elastic tisue and disarray of smooth muscle fibers following the destrution of portal vein branches. Ultrastructural cahnges represented by focal lytic and/or electron dense alterations of colagen fibrils were similar to those first seen in experimental material and designated as "chronic collagen degradation". Elastin and related microfibrils were also affected by focal condensation, fragmentation, distorsion and dissolution. Schistosome eggs were scanty in the tissue sections examined. Matrix degradation represented involuting changes related to the progressive diminution of parasite aggression, which occurs spontaneously with age or after cure by chemotherapy. Changes of focal matrix degradation now being described represent the basic morphological counterpart of periportal fibrosis involution documented clinically, especially by ultrasonography, in patients with hepatosplenic schistosomiasis submitted to curative chemotherapy.

Mutation analysis of the different tfd genes for degradation of chloroaromatic compounds in Ralstonia eutropha JMP134.

Ralstonia eutropha JMP134 possesses two sets of similar genes for degradation of chloroaromatic compounds, tfdCDEFB (in short: tfdI cluster) and tfdDII CII EII FII BII (tfdII cluster). The significance of two sets of tfd genes for the organism has long been elusive. Here, each of the tfd genes in the two clusters on the original plasmid pJP4 was replaced by double recombination with a gene fragment in which a kanamycin resistance gene was inserted into the respective tfd gene's reading frame. The insertion mutants were all tested for growth on 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D), 2-methyl-4-chlorophenoxyacetic acid (MCPA), and 3-chlorobenzoate (3-CBA). None of the tfdDII CII EII FII BII genes appeared to be essential for growth on 2,4-D or on 3-CBA. Mutations in tfdC, tfdD and tfdF also did not abolish but only retarded growth on 2,4-D, indicating that they were redundant to some extent as well. Of all tfd genes tested, only tfdE and tfdB were absolutely essential, and interruption of those two reading frames abolished growth on 2,4-D, 3-CBA ( tfdE only), and MCPA completely. Interestingly, strains with insertion mutations in the tfdI cluster and those in tfdDII, tfdCII, tfdEII and tfdBII were severely effected in their growth on MCPA, compared to the wild-type. This indicated that not only the tfdI cluster but also the tfdII cluster has an essential function for R. eutropha during growth on MCPA. In contrast, insertion mutation of tfdDII resulted in better growth of R. eutropha JMP134 on 3-CBA, which is most likely due to the prevention of toxic metabolite production in the absence of TfdDII activity.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.