Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

Fonction de l'AmtB dans la régulation de la nitrogénase chez Rhodobacter capsulatus

La fixation de l’azote diatomique est un processus très important à la vie, vu sa nécessité dans la biosynthèse de plusieurs molécules de base; acides aminés, acides nucléiques, etc. La réduction de l’azote en ammoniaque est catalysée par la nitrogénase, une enzyme consommatrice de beaucoup d’énergie étant donné qu’elle nécessite 20 à 30 moles d’ATP pour la réduction d’une mole d’azote. De ce fait une régulation rigoureuse est exigée afin de minimiser le gaspillage d’énergie. Plusieurs systèmes de contrôle sont connus, aussi bien au niveau post-traductionnel que traductionnel. Chez la bactérie photosynthétique pourpre non-sulfureuse R. capsulatus, la régulation de l’activité de la nitrogénase nécessite une panoplie de protéines dont la protéine membranaire AmtB, qui est impliquée dans le transport et la perception d’ammonium, et les protéines PII qui jouent plusieurs rôles clés dans la régulation de l’assimilation d’azote. Suite à l’ajout de l’ammonium dans le milieu, une inhibition réversible de l’activité de la nitrogénase est déclenchée via un mécanisme d’ADP-ribosylation de la nitrogénase. La séquestration de GlnK (une protéine PII) par l’AmtB permet à DraT, une ADP-ribosyltransférase, d’ajouter un groupement ADP-ribose sur la protéine-Fe de la nitrogénase l’empêchant ainsi de former un complexe avec la protéine-MoFe. Donc, le transfert d’électrons est bloqué, engendrant ainsi l’inhibition de l’activité de la nitrogénase qui dure aussi long que la concentration d’azote fixé reste élevé, phénomène appelé le « Switch-off/Switch-on » de la nitrogénase. Dans ce mémoire, pour mieux comprendre ce phénomène de régulation, des mutations ponctuelles au niveau de certains résidus conservés de la protéine AmtB, dont D338, G367, H193 et W237, étaient générées par mutagénèse dirigée, afin d’examiner d’avantage leur rôle dans le transport d’ammonium, la formation du complexe AmtB-GlnK, ainsi que dans le « Switch-off » et l’ADP-ribosylation. Les résultats permettent de conclure l’importance et la nécessité de certains résidus telle que le G367 dans la régulation de la nitrogénase et le transport d’ammonium, contrairement au résidu D338 qui ne semble pas être impliqué directement dans la régulation de l’activité de la nitrogénase. Ces résultats suggèrent d’autres hypothèses sur les rôles des acides aminés spécifiques d’AmtB dans ses fonctions comme transporteur et senseur d’ammonium.

Étude de la régulation de la nitrogénase chez Rhodobacter capsulatus dans la noirceur

L’atmosphère terrestre est très riche en azote (N2). Mais cet azote diatomique est sous une forme très stable, inutilisable par la majorité des êtres vivants malgré qu’il soit indispensable pour la synthèse de matériels organiques. Seuls les procaryotes diazotrophiques sont capables de vivre avec le N2 comme source d’azote. La fixation d’azote est un processus qui permet de produire des substances aminées à partir de l’azote gazeux présent dans l’atmosphère (78%). Cependant, ce processus est très complexe et nécessite la biosynthèse d’une vingtaine de protéines et la consommation de beaucoup d’énergie (16 molécules d’ATP par mole de N2 fixé). C’est la raison pour laquelle ce phénomène est rigoureusement régulé. Les bactéries photosynthétiques pourpres non-sulfureuses sont connues pour leur capacité de faire la fixation de l’azote. Les études faites à la lumière, dans le mode de croissance préféré de ces bactéries (photosynthèse anaérobie), ont montré que la nitrogénase (enzyme responsable de la fixation du diazote) est sujet d’une régulation à trois niveaux: une régulation transcriptionnelle de NifA (protéine activatrice de la transcription des gènes nif), une régulation post-traductionnelle de l’activité de NifA envers l’activation de la transcription des autres gènes nif, et la régulation post-traductionnelle de l’activité de la nitrogénase quand les cellules sont soumises à un choc d’ammoniaque. Le système de régulation déjà décrit fait intervenir essentiellement une protéine membranaire, AmtB, et les deux protéines PII, GlnB et GlnK. Il est connu depuis long temps que la nitrogénase est aussi régulée quand une culture photosynthétique est exposée à la noirceur, mais jusqu’aujourd’hui, on ignore encore la nature des systèmes intervenants dans cette régulation. Ainsi, parmi les questions qui peuvent se poser: quelles sont les protéines qui interviennent dans l’inactivation de la nitrogénase lorsqu’une culture anaérobie est placée à la noirceur? Une analyse de plusieurs souches mutantes, amtB- , glnK- , glnB- et amtY- poussées dans différentes conditions de limitation en azote, serait une façon pour répondre à ces interrogations. Alors, avec le suivi de l’activité de la nitrogénase et le Western Blot, on a montré que le choc de noirceur provoquerait un "Switch-off" de l’activité de la nitrogénase dû à une ADP-ribosylation de la protéine Fe. On a réussit aussi à montrer que ii tout le système déjà impliqué dans la réponse à un choc d’ammoniaque, est également nécessaire pour une réponse à un manque de lumière ou d’énergie (les protéines AmtB, GlnK, GlnB, DraG, DraT et AmtY). Or, Rhodobacter capsulatus est capable de fixer l’azote et de croitre aussi bien dans la micro-aérobie à la noirceur que dans des conditions de photosynthèse anaérobies, mais jusqu'à maintenant sa régulation dans l’obscurité est peu étudiée. L’étude de la fixation d’azote à la noirceur nous a permis de montrer que le complexe membranaire Rnf n’est pas nécessaire à la croissance de R. capsulatus dans de telles conditions. Dans le but de développer une façon d’étudier la régulation de la croissance dans ce mode, on a tout d’abord essayé d’identifier les conditions opératoires (O2, [NH4 + ]) permettant à R. capsulatus de fixer l’azote en microaérobie. L’optimisation de cette croissance a montré que la concentration optimale d’oxygène nécessaire est de 10% mélangé avec de l’azote.

Moyens de défense des bactéries.

Fifty years ago, the introduction of penicillin, followed by many other antibacterial agents, represented an often underestimated medical revolution. Indeed, until that time, bacterial infections were the prime cause of mortality, especially in children and elderly patients. The discovery of numerous new substances and their development on an industrial scale confronted us with the illusion that bacterial infections were all but vanquished. However, the widespread and sometimes uncontrolled usage of these agents has led to the selection of bacteria resistant to practically all available antibiotics. Bacteria utilize three main resistance strategies: (i) decrease in drug accumulation, (ii) modification of target, and (iii) modification of the antibiotic. Bacteria can decrease drug accumulation either by becoming impermeable to antibiotics, or by actively excreting the drug accumulated in the cell. As an alternative, they can modify the structure of the antibiotic's molecular target--usually an essential metabolic enzyme of the bacteria--and thus escape the drug's toxic effect. Lastly, they can produce enzymes capable of modifying and directly inactivating the antibiotics. In addition, bacteria have evolved extremely efficient genetic transfer systems capable of exchanging and accumulating resistance genes. Some pathogens, such as methicillin-resistant Staphylococcus aureus and enterococci are now resistant to almost all available antibiotics. Vancomycin is the only non-experimental drug left to treat severe infections due to such organisms. However, vancomycin resistance has already appeared several years ago in enterococci, and was also recently described in staphylococci, in Japan, France and the United-States. Antibiotics are precious drugs which must be administered to patients who need them. On the other hand, the development of resistance must be kept under control by a better comprehension of its mechanisms and modes of transmission and by abiding by the fundamental rules of anti-infectious chemotherapy, i.e.: (i) choose the most efficient antibiotic according to clinical and local epidemiological data, (ii) target the bacteria according to the microbiological data at hand, and (iii) administer the antibiotic at an adequate dose which will leave the pathogen no chance to develop any resistance.

Antibiotiques et bactéries antibiorésistantes dans les effluents d'hôpitaux : état des lieux en Europe (revue de la littérature)

L'utilisation massive d'antibiotiques dans les établissements de santé participe à la sélection des souches bactériennes résistantes aux antibiotiques. Ces bactéries ainsi que les résidus d'antibiotiques se retrouvent dans les effluents des hôpitaux et atteignent les stations d'épuration communales, où elles ne sont pas systématiquement éliminées par le processus de traitement des eaux. La dissémination d'antibiotiques et de souches résistantes dans l'environnement naturel peut avoir des conséquences non négligeables en termes de santé publique et de perturbations écologiques. En Europe, il semble qu'actuellement très peu d'hôpitaux traitent leurs effluents, mais ceci devrait se généraliser à l'avenir. Le but de cette revue est de faire un état des lieux et une synthèse des études ayant mesuré la présence d'antibiotiques et de bactéries résistantes aux antibiotiques dans les eaux de sorties des hôpitaux et d'évaluer les risques potentiels liés à la dissémination aéroportée (bioaérosols) de ces bactéries dans l'environnement direct de l'hôpital. [Auteure]

Improving the microbial production of biofuels through metabolic engineering

Les défis conjoints du changement climatique d'origine anthropique et la diminution des réserves de combustibles fossiles sont le moteur de recherche intense pour des sources d'énergie alternatives. Une avenue attrayante est d'utiliser un processus biologique pour produire un biocarburant. Parmi les différentes options en matière de biocarburants, le bio-hydrogène gazeux est un futur vecteur énergétique attrayant en raison de son efficacité potentiellement plus élevé de conversion de puissance utilisable, il est faible en génération inexistante de polluants et de haute densité d'énergie. Cependant, les faibles rendements et taux de production ont été les principaux obstacles à l'application pratique des technologies de bio-hydrogène. Des recherches intensives sur bio-hydrogène sont en cours, et dans les dernières années, plusieurs nouvelles approches ont été proposées et étudiées pour dépasser ces inconvénients. À cette fin, l'objectif principal de cette thèse était d'améliorer le rendement en hydrogène moléculaire avec un accent particulier sur l'ingénierie métabolique et l’utilisation de bioprocédés à variables indépendantes. Une de nos hypothèses était que la production d’hydrogène pourrait être améliorée et rendue plus économiquement viable par ingénierie métabolique de souches d’Escherichia coli producteurs d’hydrogène en utilisant le glucose ainsi que diverses autres sources de carbone, y compris les pentoses. Les effets du pH, de la température et de sources de carbone ont été étudiés. La production maximale d'hydrogène a été obtenue à partir de glucose, à un pH initial de 6.5 et une température de 35°C. Les études de cinétiques de croissance ont montré que la μmax était 0.0495 h-1 avec un Ks de 0.0274 g L-1 lorsque le glucose est la seule source de carbone en milieu minimal M9. .Parmi les nombreux sucres et les dérivés de sucres testés, les rendements les plus élevés d'hydrogène sont avec du fructose, sorbitol et D-glucose; 1.27, 1.46 et 1.51 mol H2 mol-1 de substrat, respectivement. En outre, pour obtenir les interactions entre les variables importantes et pour atteindre une production maximale d'hydrogène, un design 3K factoriel complet Box-Behnken et la méthodologie de réponse de surface (RSM) ont été employées pour la conception expérimentale et l'analyse de la souche d'Escherichia coli DJT135. Le rendement en hydrogène molaire maximale de 1.69 mol H2 mol-1 de glucose a été obtenu dans les conditions optimales de 75 mM de glucose, à 35°C et un pH de 6.5. Ainsi, la RSM avec un design Box-Behken était un outil statistique utile pour atteindre des rendements plus élevés d'hydrogène molaires par des organismes modifiés génétiquement. Ensuite, l'expression hétérologue de l’hydrogénases soluble [Ni-Fe] de Ralstonia eutropha H16 (l'hydrogénase SH) a tenté de démontrer que la mise en place d'une voie capable de dériver l'hydrogène à partir de NADH pourrait surpasser le rendement stoechiométrique en hydrogène.. L’expression a été démontrée par des tests in vitro de l'activité enzymatique. Par ailleurs, l'expression de SH a restaurée la croissance en anaérobie de souches mutantes pour adhE, normalement inhibées en raison de l'incapacité de réoxyder le NADH. La mesure de la production d'hydrogène in vivo a montré que plusieurs souches modifiées métaboliquement sont capables d'utiliser l'hydrogénase SH pour dériver deux moles d’hydrogène par mole de glucose consommé, proche du maximum théorique. Une autre stratégie a montré que le glycérol brut pourrait être converti en hydrogène par photofermentation utilisant Rhodopseudomonas palustris par photofermentation. Les effets de la source d'azote et de différentes concentrations de glycérol brut sur ce processus ont été évalués. À 20 mM de glycérol, 4 mM glutamate, 6.1 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus dans des conditions optimales, un rendement de 87% de la théorie, et significativement plus élevés que ce qui a été réalisé auparavant. En prolongement de cette étude, l'optimisation des paramètres a également été utilisée. Dans des conditions optimales, une intensité lumineuse de 175 W/m2, 30 mM glycérol et 4.5 mM de glutamate, 6.69 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus, soit un rendement de 96% de la valeur théorique. La détermination de l'activité de la nitrogénase et ses niveaux d'expression ont montré qu'il y avait relativement peu de variation de la quantité de nitrogénase avec le changement des variables alors que l'activité de la nitrogénase variait considérablement, avec une activité maximale (228 nmol de C2H4/ml/min) au point central optimal. Dans la dernière section, la production d'hydrogène à partir du glucose via la photofermentation en une seule étape a été examinée avec la bactérie photosynthétique Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-). La méthodologie de surface de réponse avec Box-Behnken a été utilisée pour optimiser les variables expérimentales de façon indépendante, soit la concentration de glucose, la concentration du glutamate et l'intensité lumineuse, ainsi que d'examiner leurs effets interactifs pour la maximisation du rendement en hydrogène moléculaire. Dans des conditions optimales, avec une intensité lumineuse de 175 W/m2, 35 mM de glucose, et 4.5 mM de glutamate,, un rendement maximal d'hydrogène de 5.5 (± 0.15) mol hydrogène /mol glucose, et un maximum d'activité de la nitrogénase de 246 (± 3.5) nmol C2H4/ml/min ont été obtenus. L'analyse densitométrique de l'expression de la protéine-Fe nitrogenase dans les différentes conditions a montré une variation significative de l'expression protéique avec un maximum au point central optimisé. Même dans des conditions optimales pour la production d'hydrogène, une fraction significative de la protéine Fe a été trouvée dans l'état ADP-ribosylée, suggérant que d'autres améliorations des rendements pourraient être possibles. À cette fin, un mutant amtB dérivé de Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-) a été créé en utilisant le vecteur de suicide pSUP202. Les résultats expérimentaux préliminaires montrent que la souche nouvellement conçue métaboliquement, R. capsulatus DG9, produit 8.2 (± 0.06) mol hydrogène / mole de glucose dans des conditions optimales de cultures discontinues (intensité lumineuse, 175 W/m2, 35 mM de glucose et 4.5 mM glutamate). Le statut d'ADP-ribosylation de la nitrogénase-protéine Fe a été obtenu par Western Blot pour la souche R. capsulatus DG9. En bref, la production d'hydrogène est limitée par une barrière métabolique. La principale barrière métabolique est due au manque d'outils moléculaires possibles pour atteindre ou dépasser le rendement stochiométrique en bio-hydrogène depuis les dernières décennies en utilisant les microbes. À cette fin, une nouvelle approche d’ingénierie métabolique semble très prometteuse pour surmonter cette contrainte vers l'industrialisation et s'assurer de la faisabilité de la technologie de la production d'hydrogène. Dans la présente étude, il a été démontré que l’ingénierie métabolique de bactéries anaérobiques facultatives (Escherichia coli) et de bactéries anaérobiques photosynthétiques (Rhodobacter capsulatus et Rhodopseudomonas palustris) peuvent produire de l'hydrogène en tant que produit majeur à travers le mode de fermentation par redirection métabolique vers la production d'énergie potentielle. D'autre part, la méthodologie de surface de réponse utilisée dans cette étude représente un outil potentiel pour optimiser la production d'hydrogène en générant des informations appropriées concernant la corrélation entre les variables et des producteurs de bio-de hydrogène modifiés par ingénierie métabolique. Ainsi, un outil d'optimisation des paramètres représente une nouvelle avenue pour faire un pont entre le laboratoire et la production d'hydrogène à l'échelle industrielle en fournissant un modèle mathématique potentiel pour intensifier la production de bio-hydrogène. Par conséquent, il a été clairement mis en évidence dans ce projet que l'effort combiné de l'ingénierie métabolique et la méthodologie de surface de réponse peut rendre la technologie de production de bio-hydrogène potentiellement possible vers sa commercialisation dans un avenir rapproché.

Rôle du régulateur Fur et des petits ARN non codants RfrA et RfrB dans l’homéostasie du fer et la virulence de Salmonella

La régulation de l’homéostasie du fer est cruciale chez les bactéries. Chez Salmonella, l’expression des gènes d’acquisition et du métabolisme du fer au moment approprié est importante pour sa survie et sa virulence. Cette régulation est effectuée par la protéine Fur et les petits ARN non codants RfrA et RfrB. Le rôle de ces régulateurs est d’assurer que le niveau de fer soit assez élevé pour la survie et le métabolisme de Salmonella, et assez faible pour éviter l’effet toxique du fer en présence d’oxygène. Les connaissances concernant le rôle de ces régulateurs ont été principalement obtenues par des études chez S. Typhimurium, un sérovar généraliste causant une gastro-entérite chez les humains. Très peu d’informations sont connues sur le rôle de ces régulateurs chez S. Typhi, un sérovar humain-spécifique responsable de la fièvre typhoïde. Le but de cette étude était de déterminer les rôles de Fur, RfrA et RfrB dans l’homéostasie du fer et la virulence de Salmonella, et de démontrer qu’ils ont une implication distincte chez les sérovars Typhi et Typhimurium. Premièrement, Fur, RfrA et RfrB régulent l’homéostasie du fer de Salmonella. Les résultats de cette étude ont démontré que Fur est requis pour la résistance au stress oxydatif et pour une croissance optimale dans différentes conditions in vitro. La sensibilité du mutant fur est due à l’expression des petits ARN RfrA et RfrB, et cette sensibilité est beaucoup plus importante chez S. Typhi que chez S. Typhimurium. Également, Fur inhibe la transcription des gènes codant pour les sidérophores en conditions riches en fer, tandis que les petits ARN RfrA et RfrB semblent être importants pour la production d’entérobactine et de salmochélines chez S. Typhi lors de conditions pauvres en fer. Ensuite, ces régulateurs affectent la virulence de Salmonella. Fur est important pour la motilité de Salmonella, particulièrement chez S. Typhi. Fur est nécessaire pour l’invasion des deux sérovars dans les cellules épithéliales, et pour l’entrée et la survie de S. Typhi dans les macrophages. Chez S. Typhimurium, Fur ne semble pas impliqué dans l’interaction avec les macrophages. De plus, les petits ARN RfrA et RfrB sont importants pour la multiplication intracellulaire de Salmonella dans les macrophages pour les deux sérovars. Finalement, la protéine Fur et les petits ARN RfrA et RfrB régulent l’expression de l’opéron fimbriaire tcf, absent du génome de S. Typhimurium. Un site de liaison putatif de la protéine Fur a été identifié dans la région promotrice de tcfA chez S. Typhi, mais une régulation directe n’a pas été confirmée. L’expression de tcf est induite par le fer et par Fur, et est inhibée par les petits ARN RfrA et RfrB. Ainsi, ces régulateurs affectent des gènes de virulence qui sont retrouvés spécifiquement chez S. Typhi. En somme, ce projet a permis de démontrer que les régulateurs de l’homéostasie du fer de Salmonella peuvent affecter la résistance de cette bactérie pathogène à différents stress, notamment le stress oxydatif, la croissance en conditions de carence en fer ainsi que la virulence. Ces régulateurs jouent un rôle distinct chez les sérovars Typhi et Typhimurium.

Egfr Activating Mutations And Their Association With Response To Platinum-doublet Chemotherapy In Brazilian Non-small Cell Lung Cancer Patients.

The aim of the study was to analyze the frequency of epidermal growth factor receptor (EGFR) mutations in Brazilian non-small cell lung cancer patients and to correlate these mutations with response to benefit of platinum-based chemotherapy in non-small cell lung cancer (NSCLC). Our cohort consisted of prospective patients with NSCLCs who received chemotherapy (platinum derivates plus paclitaxel) at the [UNICAMP], Brazil. EGFR exons 18-21 were analyzed in tumor-derived DNA. Fifty patients were included in the study (25 with adenocarcinoma). EGFR mutations were identified in 6/50 (12 %) NSCLCs and in 6/25 (24 %) adenocarcinomas; representing the frequency of EGFR mutations in a mostly self-reported White (82.0 %) southeastern Brazilian population of NSCLCs. Patients with NSCLCs harboring EGFR exon 19 deletions or the exon 21 L858R mutation were found to have a higher chance of response to platinum-paclitaxel (OR 9.67 [95 % CI 1.03-90.41], p = 0.047). We report the frequency of EGFR activating mutations in a typical southeastern Brazilian population with NSCLC, which are similar to that of other countries with Western European ethnicity. EGFR mutations seem to be predictive of a response to platinum-paclitaxel, and additional studies are needed to confirm or refute this relationship.

Fatty Acid Synthase Inhibitors Induce Apoptosis In Non-tumorigenic Melan-a Cells Associated With Inhibition Of Mitochondrial Respiration.

The metabolic enzyme fatty acid synthase (FASN) is responsible for the endogenous synthesis of palmitate, a saturated long-chain fatty acid. In contrast to most normal tissues, a variety of human cancers overexpress FASN. One such cancer is cutaneous melanoma, in which the level of FASN expression is associated with tumor invasion and poor prognosis. We previously reported that two FASN inhibitors, cerulenin and orlistat, induce apoptosis in B16-F10 mouse melanoma cells via the intrinsic apoptosis pathway. Here, we investigated the effects of these inhibitors on non-tumorigenic melan-a cells. Cerulenin and orlistat treatments were found to induce apoptosis and decrease cell proliferation, in addition to inducing the release of mitochondrial cytochrome c and activating caspases-9 and -3. Transfection with FASN siRNA did not result in apoptosis. Mass spectrometry analysis demonstrated that treatment with the FASN inhibitors did not alter either the mitochondrial free fatty acid content or composition. This result suggests that cerulenin- and orlistat-induced apoptosis events are independent of FASN inhibition. Analysis of the energy-linked functions of melan-a mitochondria demonstrated the inhibition of respiration, followed by a significant decrease in mitochondrial membrane potential (ΔΨm) and the stimulation of superoxide anion generation. The inhibition of NADH-linked substrate oxidation was approximately 40% and 61% for cerulenin and orlistat treatments, respectively, and the inhibition of succinate oxidation was approximately 46% and 52%, respectively. In contrast, no significant inhibition occurred when respiration was supported by the complex IV substrate N,N,N',N'-tetramethyl-p-phenylenediamine (TMPD). The protection conferred by the free radical scavenger N-acetyl-cysteine indicates that the FASN inhibitors induced apoptosis through an oxidative stress-associated mechanism. In combination, the present results demonstrate that cerulenin and orlistat induce apoptosis in non-tumorigenic cells via mitochondrial dysfunction, independent of FASN inhibition.

Imported Malaria In A Non-endemic Area: The Experience Of The University Of Campinas Hospital In The Brazilian Southeast.

Although malaria in Brazil almost exclusively occurs within the boundaries of the Amazon Region, some concerns are raised regarding imported malaria to non-endemic areas of the country, notably increased incidence of complications due to delayed diagnoses. However, although imported malaria in Brazil represents a major health problem, only a few studies have addressed this subject. A retrospective case series is presented in which 263 medical charts were analysed to investigate the clinical and epidemiological characterization of malaria cases that were diagnosed and treated at Hospital & Clinics, State University of Campinas between 1998 and 2011. Amongst all medical charts analysed, 224 patients had a parasitological confirmed diagnosis of malaria. Plasmodium vivax and Plasmodium falciparum were responsible for 67% and 30% of the infections, respectively. The majority of patients were male (83%) of a productive age (median, 37 years old). Importantly, severe complications did not differ significantly between P. vivax (14 cases, 9%) and P. falciparum (7 cases, 10%) infections. Severe malaria cases were frequent among imported cases in Brazil outside of the Amazon area. The findings reinforce the idea that P. vivax infections in Brazil are not benign, regardless the endemicity of the area studied. Moreover, as the hospital is located in a privileged site, it could be used for future studies of malaria relapses and primaquine resistance mechanisms. Finally, based on the volume of cases treated and the secondary complications, referral malaria services are needed in the non-endemic areas of Brazil for a rapid and efficient and treatment.

Evaluation Of Fe Uptake And Translocation In Transgenic And Non-transgenic Soybean Plants Using Enriched Stable (57)fe As A Tracer.

A tracer experiment is carried out with transgenic T (variety M 7211 RR) and non-transgenic NT (variety MSOY 8200) soybean plants to evaluate if genetic modification can influence the uptake and translocation of Fe. A chelate of EDTA with enriched stable (57)Fe is applied to the plants cultivated in vermiculite plus substrate and the (57)Fe acts as a tracer. The exposure of plants to enriched (57)Fe causes the dilution of the natural previously existing Fe in the plant compartments and then the changed Fe isotopic ratio ((57)Fe/(56)Fe) is measured using a quadrupole-based inductively coupled plasma mass spectrometer equipped with a dynamic reaction cell (DRC). Mathematical calculations based on the isotope dilution methodology allow distinguishing the natural abundance Fe from the enriched Fe (incorporated during the experiment). The NT soybean plants acquire higher amounts of Fe from natural abundance (originally present in the soil) and from enriched Fe (coming from the (57)Fe-EDTA during the experiment) than T soybean ones, demonstrating that the NT soybean plants probably absorb higher amounts of Fe, independently of the source. The percentage of newly incorporated Fe (coming from the treatment) was approximately 2.0 and 1.1% for NT and T soybean plants, respectively. A higher fraction (90.1%) of enriched Fe is translocated to upper parts, and a slightly lower fraction (3.8%) is accumulated in the stems by NT plants than by T ones (85.1%; 5.1%). Moreover, in both plants, the Fe-EDTA facilitates the transport and translocation of Fe to the leaves. The genetic modification is probably responsible for differences observed between T and NT soybean plants.

[factors Associated With Satisfaction With Life Among Elderly Caregivers And Non-caregivers].

This article seeks to investigate associations between satisfaction with life and sociodemographic variables, health conditions, functionality, social involvement and social support among elderly caregivers and non-caregivers, as well as between satisfaction and the intensity of stress in the caregiver group. A sample of 338 caregivers was selected according to two items of the Brazilian version of the Elders Life Stress Inventory. A comparison-group of elderly non-caregivers was selected at random, with a similar gender, age and income profile. Data were derived from self-reported questionnaires and scales. Elderly caregivers with low levels of satisfaction and high levels of stress revealed more symptoms of insomnia, fatigue, diseases and worse IADL performance. Those with greater satisfaction and less stress revealed a good level of social support. Insomnia, depression and fatigue were associated with low satisfaction among caregivers, and with fatigue, depression and low social support among non-caregivers. It was considered relevant that instrumental, psychological and informative support can improve the quality of life and the quality of care provided by elderly caregivers, especially if they are affected by unfavorable health and psychosocial conditions and low satisfaction with life.

Oxidative Stress And Susceptibility To Mitochondrial Permeability Transition Precedes The Onset Of Diabetes In Autoimmune Non-obese Diabetic Mice.

Beta cell destruction in type 1 diabetes (TID) is associated with cellular oxidative stress and mitochondrial pathway of cell death. The aim of this study was to determine whether oxidative stress and mitochondrial dysfunction are present in T1D model (non-obese diabetic mouse, NOD) and if they are related to the stages of disease development. NOD mice were studied at three stages: non-diabetic, pre-diabetic, and diabetic and compared with age-matched Balb/c mice. Mitochondria respiration rates measured at phosphorylating and resting states in liver and soleus biopsies and in isolated liver mitochondria were similar in NOD and Balb/c mice at the three disease stages. However, NOD liver mitochondria were more susceptible to calcium-induced mitochondrial permeability transition as determined by cyclosporine-A-sensitive swelling and by decreased calcium retention capacity in all three stages of diabetes development. Mitochondria H2O2 production rate was higher in non-diabetic, but unaltered in pre-diabetic and diabetic NOD mice. The global cell reactive oxygen species (ROS), but not specific mitochondria ROS production, was significantly increased in NOD lymphomononuclear and stem cells in all disease stages. In addition, marked elevated rates of 2',7'-dichlorodihydrofluorescein (H2DCF) oxidation were observed in pancreatic islets from non-diabetic NOD mice. Using matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) mass spectrometry (MS) and lipidomic approach, we identified oxidized lipid markers in NOD liver mitochondria for each disease stage, most of them being derivatives of diacylglycerols and phospholipids. These results suggest that the cellular oxidative stress precedes the establishment of diabetes and may be the cause of mitochondrial dysfunction that is involved in beta cell death.

Development And Characterization Of A Cationic Lipid Nanocarrier As Non-viral Vector For Gene Therapy.

The aim of the present work was to produce a cationic solid lipid nanoparticle (SLN) as non-viral vector for protein delivery. Cationic SLN were produced by double emulsion method, composed of softisan(®) 100, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), Tween(®) 80, Span(®) 80, glycerol and lipoid(®) S75 loading insulin as model protein. The formulation was characterized in terms of mean hydrodynamic diameter (z-ave), polydispersity index (PI), zeta potential (ZP), stability during storage time, stability after lyophilization, effect of toxicity and transfection ability in HeLa cells, in vitro release profile and morphology. SLN were stable for 30days and showed minimal changes in their physicochemical properties after lyophilization. The particles exhibited a relatively slow release, spherical morphology and were able to transfect HeLa cells, but toxicity remained an obstacle. Results suggest that SLN are nevertheless promising for delivery of proteins or nucleic acids for gene therapy.