Plumage ornaments, bacterial colonisation and signalling in european starling, "Sturnus vulgaris"

Abstract Animal behaviours or structures are used by senders as signals to try to increase their fitness by altering the behaviour of receivers. A large fraction of studies on sexual selection have focussed on male ornaments and have demonstrated that these ornaments signal the quality of their owner and are used by female for mate choice. Although females can also exhibit conspicuous traits, studies on female ornaments are markedly lacking. In chapter 1, we show that female starlings are showier on chest whiteness than males and that females' whiteness may potentially indicate female condition at the start of breeding and provide fitness advantages to breeding birds. Furthermore we point out that feather density and abrasion are important factors shaping the expression of chest whiteness. This suggests that further understanding of the evolution of chest whiteness in Starlings requires to examine the environmental and physiological factors that shape feather condition. Plumage may suffer from damage through abrasion and bacterial activity. In chapter 2, we focus on factors that influence feather-degrading bacterial communities. Within the hypothesis that parental care can be trade-off against the demands of self-maintenance, we show that a brood size manipulation modifies the structure of feather-degrading bacterial communities and the density of free- living bacteria. Thus we have pointed out a potentially poorly known cost of reproduction. In the same context of a trade-off between reproductive activities and individual self-maintenance, chapter 3 shows that at a proximate level in females but not in males, the individual variation in time and/or energy allocated in reproductive activities is associated with prolactin hormone levels. Our study provides evidence for the existence of a sex related difference in the relationship between brood size and prolactin levels. Birds have evolved sanitation behaviours and preen gland secretions to preserve the condition of their plumage. In chapter 4, we describe a method that allows to measure preen gland in situ. Then we use this method to characterize a number of phenotypic and ecological factors that explain variation in preen gland size in free-living individuals. In parent-offspring interactions, parents use offspring signals to provision their brood. In chapter 5, we demonstrate that nestling flanges and body skin reflect in the ultra-violet (UV) wavelengths ant that parents use this UV reflectance in food allocation decisions. Résumé Certains comportements et structures chez les animaux agissent, pour ceux qui les émettent, comme des signaux permettant d'augmenter leur fitness en altérant les comportements de ceux qui les perçoivent. Une grande partie des études sur la sélection sexuelle s'est focalisée sur les ornements mâles. Ces études ont démontré que ces ornements pouvaient signaler la qualité de celui qui les porte et influencer le choix des femelles. Bien que les femelles puissent aussi présenter des traits voyants, les études sur leurs ornements font défaut. Dans le chapitre 1 de ce travail, nous montrons que les étourneaux femelles sont plus voyantes que les mâles sur la base de la blancheur de la poitrine. De plus la blancheur des femelles peut signaler leur condition au début de la saison de reproduction et ainsi être corrélée avec leur fitness. Nous mettons aussi en évidence que la densité et l'abrasion des plumes sont des facteurs importants, contrôlant l'expression de la blancheur de la poitrine. Ceci suggère que des études futures pourraient examiner le rôle des facteurs environnementaux et physiologiques qui influencent la condition des plumes pour mieux comprendre l'évolution de la blancheur chez les étourneaux. Le plumage subit des dommages à travers l'abrasion et probablement aussi par l'activité de dégradation de bactéries. Dans le chapitre 2 de ce travail, nous nous intéressons aux facteurs qui influencent les communautés de bactéries dégradant les plumes. Nous basant sur l'hypothèse selon laquelle il existe un compromis entre les soins parentaux et la maintenance corporelle, nous montrons qu'une manipulation de la taille de nichée modifie la structure des communautés de bactéries dégradant les plumes ainsi que les densités de bactéries libres présentes sur le plumage. Ainsi nous mettons en évidence un coût encore peu connu des activités de reproduction. Dans le même contexte, nous montrons, dans le chapitre 3, que des variations individuelles dans l'énergie et/ou le temps alloué dans les activités de reproduction sont associés, chez les femelles, à un niveau proximal à l'hormone prolactine. Cette relation n'est pas présente chez les mâles. Cette étude montre que la relation entre la taille de nichée et les niveaux de prolactine diffère avec le sexe des individus. Les oiseaux utilisent des comportements de nettoyage associés aux sécrétions de la glande uropygiale afin de préserver la condition de leurs plumes. Dans le chapitre 4 de ce travail, nous décrivons une méthode qui permet de mesurer la taille de la glande in situ. Puis nous caractérisons certains facteurs écologiques et physiologiques qui expliquent les variations de la taille de la glande chez des individus capturés dans leur environnement. Les parents nourrissent leur progéniture en réponse à des signaux émis par ceux-ci. Dans le chapitre 5 de ce travail, nous démontrons que les commissures et la peau sur le corps des oisillons reflètent la lumière dans l'ultraviolet. Nous montrons que les parents utilisent cette réflexion dans l'ultraviolet lors de l'allocation de nourriture pour leurs jeunes.

Morphology and bacterial colonisation of tooth/ceramic restoration interface after different cement excess removal techniques

Objectives: To evaluate the influence of different protocols for resin cement removal during cementation on biofilm formation.Methods: Twenty-eight ceramic blocks, which were injected under pressure, were placed over enamel blocks obtained from freshly extracted bovine incisors. The ceramic blocks were cemented to the enamel blocks using a dual-cured resin cement and the excess resin was removed according to the experimental group: TS: Teflon spatula; BR: brush; BR+: brush and polishing; SB+: scalpel blade and polishing. After autoclaving, the samples were colonised by incubation in a sucrose broth suspension standardised with Streptococcus mutans in microaerophilic stove. Specimens were quantitatively analysed for bacterial adherence at the adhesive interface using confocal laser scanning microscopy and counting the colony forming units, and qualitatively analysed using SEM. The roughness (Ra/Rz/RSm) was also analysed. Data were analysed by 1-way ANOVA and Tukey's test (5%).Results: The roughness values ranged from 0.96 to 1.69 mu m for Ra (p > 0.05), from 11.59 to 22.80 mu m for Rz (p = 0.02 < 0.05) and from 293.2 to 534.3 mu m for RSm (p = 0.00). Bacterial adhesion varied between 1,974,000 and 2,814,000 CFU/ml (p = 0.00). Biofilm mean thickness ranged from 0.477 and 0.556 mu m (p > 0.05), whilst the biovolume values were between 0.388 and 0.547 mu m(3)/mu m(2) (p = 0.04). Lower values for roughness, bacterial adhesion, biofilm thickness and biovolume were found with BR, whilst TS presented the highest values for most of the parameters. SEM images confirmed the quantitative values.Conclusions: The restoration margin morphology and interface roughness affects bacterial accumulation. The brush technique promoted less bacterial colonisation at the adhesive interface than did the other removal methods.Clinical significance: The brush technique seems to be a good option for removing the excess resin cement after adhesive cementation in clinical practice, as indicated by its better results with lower bacterial colonisation. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Viewing biofilms within the larger context of bacterial aggregations

The ‘Microbial Cities’ vision of bacterial biofilms has dominated our understanding of the development and functioning of bacterial aggregations for the past 20 years, during which active sludge, clumps, colonies, flocs, mats, pellicles, rafts, slimes, zooglea, etc. have been largely forgotten or ignored. Although the medically inspired developmental model of human pathogen biofilms has merits including providing a rationale for the development of anti-biofilm therapeutics, it fails to provide links to other types of bacterial aggregation that are commonly found in a wide range of natural and man-made environments. Possibly as a result, applied and environmental microbiologists tend to avoid the term ‘biofilm’ and use others such as ‘microbial mats’ instead. Here we challenge the simplistic planktonic (independent and free-swimming bacteria)-biofilm (sessile and co-operative bacteria) dichotomy, and consider biofilms within the larger context of bacterial aggregations. By placing biofilms into context, which we see as a continuum of aggregations or communities with varying abiotic and biotic properties, fundamental physical, biological, and evolutionary ecological processes that effect community development and function can no longer be considered unique to biofilms, but may also be important in other aggregations that develop over time and change in nature depending on prevailing conditions. By doing this, we will be better able to distinguish those processes which govern bacterial colonisation and ecological success in a wider sense from those that are unique to particular environments and specialised strategies.

Evaluation of antimicrobial strategies against biomaterial-associated infections: impact of the surrounding environmental conditions

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Characterisation of microbial communities colonising the hyphal surfaces of arbuscular mycorrhizal fungi.

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are symbiotic soil fungi that are intimately associated with the roots of the majority of land plants. They colonise the interior of the roots and the hyphae extend into the soil. It is well known that bacterial colonisation of the rhizosphere can be crucial for many pathogenic as well as symbiotic plant-microbe interactions. However, although bacteria colonising the extraradical AMF hyphae (the hyphosphere) might be equally important for AMF symbiosis, little is known regarding which bacterial species would colonise AMF hyphae. In this study, we investigated which bacterial communities might be associated with AMF hyphae. As bacterial-hyphal attachment is extremely difficult to study in situ, we designed a system to grow AMF hyphae of Glomus intraradices and Glomus proliferum and studied which bacteria separated from an agricultural soil specifically attach to the hyphae. Characterisation of attached and non-attached bacterial communities was performed using terminal restriction fragment length polymorphism and clone library sequencing of 16S ribosomal RNA (rRNA) gene fragments. For all experiments, the composition of hyphal attached bacterial communities was different from the non-attached communities, and was also different from bacterial communities that had attached to glass wool (a non-living substratum). Analysis of amplified 16S rRNA genes indicated that in particular bacteria from the family of Oxalobacteraceae were highly abundant on AMF hyphae, suggesting that they may have developed specific interactions with the fungi.

Implication des canaux K+ dans les processus de réparation de l’épithélium respiratoire sain et fibrose kystique

La pathologie de la fibrose kystique (FK) est causée par des mutations du gène codant pour le canal Cl- CFTR. Au niveau respiratoire, cette dysfonction du transport transépithélial de Cl- occasionne une altération de la composition et du volume du liquide de surface des voies aériennes. Une accumulation de mucus déshydraté favorise alors la colonisation bactérienne et une réponse inflammatoire chronique, entraînant des lésions épithéliales sévères au niveau des voies aériennes et des alvéoles pouvant culminer en défaillance respiratoire. Le principal objectif de mon projet de maîtrise était d’étudier les processus de réparation de l’épithélium alvéolaire sain, l’épithélium bronchique sain et FK à l’aide d’un modèle in vitro de plaies mécaniques. Nos résultats démontrent la présence d’une boucle autocrine EGF/EGFR contrôlant les processus de migration cellulaire et de réparation des lésions mécaniques. D’autre part, nos expériences montrent que l’EGF stimule l’activité et l’expression des canaux K+ KATP, KvLQT1 et KCa3.1 des cellules épithéliales respiratoires. L’activation de ces canaux est cruciale pour les processus de réparation puisque la majeure partie de la réparation stimulée à l’EGF est abolie en présence d’inhibiteurs de ces canaux. Nous avons également observé que les cellules FK présentent un délai de réparation, probablement causé par un défaut de la réponse EGF/EGFR et une activité/expression réduite des canaux K+. Nos résultats permettent de mieux comprendre les mécanismes de régulation des processus de réparation de l’épithélium sain et FK. De plus, ils ouvrent de nouvelles options thérapeutiques visant à promouvoir, à l’aide d’activateurs de canaux K+ et de facteurs de croissance, la régénération de l’épithélium respiratoire chez les patients atteints de FK.

Fonction de CFTR dans les processus de réparation de l’épithélium des voies aériennes et développement de nouvelles stratégies thérapeutiques en fibrose kystique

La pathologie de la fibrose kystique (FK) est causée par des mutations dans le gène codant pour le canal CFTR. La mutation la plus commune est la délétion du résidu Phe508 (∆F508), qui entraîne un mauvais repliement et la dégradation de la protéine mutée. Ainsi, l’absence du CFTR cause un dysfonctionnement du transport ionique et liquidien qui altère le phénomène de clairance mucociliaire. Il en résulte une accumulation de mucus visqueux obstruant les voies aériennes favorisant une colonisation bactérienne, spécialement par P. aeruginosa, et une inflammation chronique. Ces phénomènes entraînent des lésions épithéliales et un remodelage des voies aériennes. Selon nos analyses ultrastructurales de poumons issus de patients FK au moment de la transplantation, certaines zones de l’épithélium FK montrait des signes de d’initiation des processus de réparation. Malgré cela, un dommage épithélial progressif est observé chez les patients FK et il apparaît évident que les processus de réparation sont insuffisants pour permettre le rétablissement de l’intégrité épithéliale. Le principal objectif de mon étude était d’étudier le rôle du CFTR dans les mécanismes de réparation de l’épithélium FK et de déterminer l’impact de la correction du CFTR sur la réparation épithéliale et ce, en condition aseptique et en présence d’infection. Mes travaux montrent que l’épithélium des voies aériennes FK présente un défaut de réparation, associé, du moins en partie, à l’absence d’un CFTR fonctionnel. De plus, nous avons démontré pour la première fois que l’application du correcteur du CFTR VRT-325 permettait, non seulement, la maturation du CFTR, mais également une amélioration de la capacité des monocouches de cellules des voies aériennes FK à se réparer. D’autre part, nous avons montré que la présence du filtrat bactérien de P. aeruginosa (PsaDM) altérait non seulement l’expression et la fonction du CFTR, mais également les processus de réparation épithéliale. Enfin, nos résultats montrent que l’infection affecte la maturation du CFTR induite par le VRT-325 et diminue les effets bénéfiques du VRT-325 sur la réparation épithéliale. Mes travaux permettent de mieux comprendre le rôle du CFTR dans les processus de réparation de l’épithélium FK et de proposer une nouvelle approche thérapeutique visant à promouvoir la régénération épithéliale chez les patients FK afin de tenter de stabiliser leur état, malgré l’effet délétère de la composante infectieuse.

Diferencias microbiológicas en pacientes con exacerbación severa de EPOC con o sin consolidación neumónica

La EPOC es una causa importante de morbilidad y mortalidad en el mundo y su prevalencia en Bogotá alcanza hasta 8,5%. Las exacerbaciones están asociadas a deterioro funcional y de la calidad de vida por lo que se consideran un factor cardinal de la enfermedad. En la literatura se ha descrito que las infecciones por bacterias y/o virus son las responsables del 78% de las exacerbaciones. Estos datos han sido descritos en poblaciones diferentes y no hay datos en la literatura que muestren cual es la epidemiología local de las exacerbaciones de EPOC y menos aún de aquellas que se asocian a consolidaciones neumónicas. Objetivo: Comparar la microbiología de las exacerbaciones severas de la EPOC que requieren ingreso a UCI con y sin infiltrados alveolares. Materiales y métodos: Estudio de corte transversal en el que se estudiaron pacientes con EPOC que ingresaron a la UCI Médica de la FCI-IC por exacerbación severa, asociada o no a infiltrados alveolares. Se tomaron muestras de microbiología, serológicas y radiografía de tórax para evaluar la etiología de la exacerbación, si se asocia a coinfección viral y a consolidación neumónica o no. Resultados: No se encontró una diferencia estadísticamente significativa en la microbiología de los diferentes grupos evaluados. Se encontró un resistencia global del 24% y llama la atención que hay una alta prevalencia de Serratia Marcescens AMPc entre los 2 grupos, germen que no está descrito como patógeno común en la literatura. Se encontraron diferencias en cuanto a factores de riesgo para presentar neumonía asociada como lo son un mayor índice de paquetes/año (55.1.6 vs. 36.3 paq/año, sig.=0.021). Así mismo se demostró que los pacientes con neumonía asociada presentan mayor necesidad de IOT (48.9 vs. 23.9, sig.=0.013). No hay diferencia significativa en desenlaces como mortalidad (20.5 vs. 13.0, sig.=0.346). Conclusiones: A pesar de no haber diferencia microbiológica entre los 2 grupos se encontraron variables como factores de riesgo y variables clínicas que pueden ayudar a proponer planes de manejo en los dos escenarios. El hecho de encontrar un paciente con neumonía asociada al cuadro de exacerbación no debe afectar en la toma de decisiones en relación al tratamiento antibiótico.

The gut microbiota elicits a profound metabolic reorientation in the mouse jejunal mucosa during conventionalisation

Objective: Proper interactions between the intestinal mucosa, gut microbiota and nutrient flow are required to establish homoeostasis of the host. Since the proximal part of the small intestine is the first region where these interactions occur, and since most of the nutrient absorption occurs in the jejunum, it is important to understand the dynamics of metabolic responses of the mucosa in this intestinal region.Design: Germ-free mice aged 8-10 weeks were conventionalised with faecal microbiota, and responses of the jejunal mucosa to bacterial colonisation were followed over a 30-day time course. Combined transcriptome, histology, (1)H NMR metabonomics and microbiota phylogenetic profiling analyses were used.Results: The jejunal mucosa showed a two-phase response to the colonising microbiota. The acute-phase response, which had already started 1 day after conventionalisation, involved repression of the cell cycle and parts of the basal metabolism. The secondary-phase response, which was consolidated during conventionalisation (days 4-30), was characterised by a metabolic shift from an oxidative energy supply to anabolic metabolism, as inferred from the tissue transcriptome and metabonome changes. Detailed transcriptome analysis identified tissue transcriptional signatures for the dynamic control of the metabolic reorientation in the jejunum. The molecular components identified in the response signatures have known roles in human metabolic disorders, including insulin sensitivity and type 2 diabetes mellitus.Conclusion: This study elucidates the dynamic jejunal response to the microbiota and supports a prominent role for the jejunum in metabolic control, including glucose and energy homoeostasis. The molecular signatures of this process may help to find risk markers in the declining insulin sensitivity seen in human type 2 diabetes mellitus, for instance.

The growing importance of materials that prevent microbial adhesion: antimicrobial effect of medical devices containing silver

Research has clarified the properties required for polymers that resist bacterial colonisation for use in medical devices. The increase in antibiotic-resistant microorganisms has prompted interest in the use of silver as an antimicrobial agent. Silver-based polymers can protect the inner and outer surfaces of devices against the attachment of microorganisms. Thus, this review focuses on the mechanisms of various silver forms as antimicrobial agents against different microorganisms and biofilms as well as the dissociation of silver ions and the resulting reduction in antimicrobial efficacy for medical devices. This work suggests that the characteristics of released silver ions depend on the nature of the silver antimicrobial used and the polymer matrix. In addition, the elementary silver, silver zeolite and silver nanoparticles, used in polymers or as coatings could be used as antimicrobial biomaterials for a variety of promising applications. (C) 2009 Elsevier B. V. and the International Society of Chemotherapy. All rights reserved.

Anti-bacterial skin disinfectants in the reduction of methicillin resistant staphylococcus aureus (MRSA) skin colonisation

DUE TO COPYRIGHT RESTRICTIONS ONLY AVAILABLE FOR CONSULTATION AT ASTON UNIVERSITY LIBRARY AND INFORMATION SERVICES WITH PRIOR ARRANGEMENT

Insights into bacterial colony morphology evolution and diversification during infection development in cystic fibrosis

Tese de Doutoramento em Engenharia Biomédica.

Caractérisation phénotypique et génotypique de Campylobacter jejuni et évaluation d’une stratégie de contrôle de la colonisation du poulet de chair par ce pathogène alimentaire

Campylobacter jejuni est l’agent causal de la campylobactériose, infection bactérienne importante en santé publique. Un des vecteurs de transmission de C. jejuni pour l’humain est le poulet via la chaîne alimentaire. Les mécanismes impliqués dans colonisation caecale commensale des oiseaux par C. jejuni sont toujours peu caractérisés, bien qu’une meilleure compréhension de ces mécanismes puisse apporter des solutions pour le contrôle du pathogène à la ferme. Cette étude avait pour buts de caractériser les propriétés phénotypiques et les facteurs génétiques impliqués dans la colonisation du poulet par C. jejuni et d’identifier de nouveaux mécanismes impliqués dans cette association. Des souches, issues d’élevages conventionnels échantillonnés en 2003 et en 2008 ainsi que d’élevages biologiques, ont été caractérisées afin d’obtenir leur profil de résistance aux antibiotiques, leur autoagglutination et leur chimiotactisme. Les souches des élevages conventionnels ont de plus été caractérisées pour leur capacité à adhérer et envahir une culture primaire de cellules caecales de poulet. Une puce à ADN a été développée pour détecter la présence de 254 gènes et variants associés à la colonisation des poulets ainsi qu’à la résistance aux antibiotiques chez les souches issues d’élevages conventionnels. Les propriétés phénotypiques et la présence de certains gènes chez les souches ont par la suite été comparées. Finalement, des souches ayant des caractéristiques différentes ont été utilisées dans un modèle de colonisation du poulet pour évaluer l’efficacité d’un nouvel additif alimentaire à base d’acides organiques et d’huiles essentielles sur le contrôle de C. jejuni. Les propriétés phénotypiques des souches étaient très variées et n’étaient pas corrélées entre elles, à l’exception de l’adhésion et de l’invasion. L’analyse génétique a révélé que le contenu en gènes des souches était variable, notamment au niveau des gènes de l’enveloppe bactérienne, au flagelle, aux récepteurs du chimiotactisme et à la résistance à l’arsenic. Les souches de 2003 et de 2008 étaient semblables lorsque leur contenu en gènes ainsi que leurs propriétés phénotypiques étaient comparés. Des gènes possiblement associés à un fort ou un faible potentiel de colonisation ont été identifiés. L’additif alimentaire a diminué la contamination des carcasses bien qu’une augmentation de la colonisation intestinale ait été observée pour certaines souches. La moitié des lots de poulets d’origine biologique étaient positifs pour C. jejuni. Les souches issues de ce type d’élevage étaient peu résistantes aux antibiotiques et possédaient des phénotypes variés. Cette étude a permis de mieux définir les caractéristiques importantes de C. jejuni qui sont associées à la colonisation intestinale du poulet. Elle a établi pour la première fois au Canada la présence du pathogène dans les élevages de poulets biologiques. Cette étude fait partie des quelques études qui décrivent la présence des gènes de colonisation et de résistance aux antibiotiques dans une collection de souches issues uniquement du poulet. Elle a également remis en doute l’importance de certains gènes dans la colonisation. La caractérisation exhaustive des souches a également permis d’identifier de nouveaux gènes possiblement associés à la colonisation de poulet par C. jejuni. Finalement, elle a indiqué que l’utilisation d’un mélange d’huiles essentielles et d’acide organique encapsulés pouvait être efficace pour réduire la contamination des carcasses de poulet par C. jejuni et que son effet était souche-dépendant.