A Broad-spectrum mer Operon in a Multi-drug Resistant Strain of the Fish Pathogen, Aeromonas salmonicida.

Aeromonas salmonicida AS03, a potential fish pathogen, was isolated from Atlantic salmon, Salmo salar, in 2003. This strain was found to be resistant to ≥1000 mM HgCl2 and ≥32 mM phenylmercuric acetate as well as multiple antimicrobials. Mercury (Hg) and antibiotic resistance genes are often located on the same mobile genetic elements, so the genetic determinants of both resistances and the possibility of horizontal gene transfer were examined. Specific PCR primers were used to amplify and sequence distinctive regions of the mer operon. A. salmonicida AS03 was found to have a pDU1358-like broad-spectrum mer operon, containing merB as well as merA, merD, merP, merR and merT, most similar to Klebsiella pneumonaie plasmid pRMH760. To our knowledge, the mer operon has never before been documented in Aeromonas spp. PCR and gene sequencing were used to identify class 1 integron associated antibiotic resistance determinants and the Tet A tetracycline resistance gene. The transposase and resolvase genes of Tn1696 were identified through PCR and sequencing with Tn21 specific PCR primers. We provide phenotypic and genotypic evidence that the mer operon, the aforementioned antibiotic resistances, and the Tn1696 transposition module are located on a single plasmid or conjugative transposon that can be transferred to E. coli DH5α through conjugation in the presence of low level Hg and absence of any antibiotic selective pressure. Additionally, the presence of low-level Hg or chloramphenicol in the mating media was found to stimulate conjugation, significantly increasing the transfer frequency of conjugation above the transfer frequency measured with mating media lacking both antibiotics and Hg. This research demonstrates that mercury indirectly selects for the dissemination of the antibiotic resistance genes of A. salmonicida AS03.

A broad-spectrum mer operon in a multi-drug resistant strain of the fish pathogen, Aeromonas salmonicida

Aeromonas salmonicida AS03, a potential fish pathogen, was isolated from Atlantic salmon, Salmo salar, in 2003. This strain was found to be resistant to ≥1000 mM HgCl2 and ≥32 mM phenylmercuric acetate as well as multiple antimicrobials. Mercury (Hg) and antibiotic resistance genes are often located on the same mobile genetic elements, so the genetic determinants of both resistances and the possibility of horizontal gene transfer were examined. Specific PCR primers were used to amplify and sequence distinctive regions of the mer operon. A. salmonicida AS03 was found to have a pDU1358-like broad-spectrum mer operon, containing merB as well as merA, merD, merP, merR and merT, most similar to Klebsiella pneumonaie plasmid pRMH760. To our knowledge, the mer operon has never before been documented in Aeromonas spp. PCR and gene sequencing were used to identify class 1 integron associated antibiotic resistance determinants and the Tet A tetracycline resistance gene. The transposase and resolvase genes of Tn1696 were identified through PCR and sequencing with Tn21 specific PCR primers. We provide phenotypic and genotypic evidence that the mer operon, the aforementioned antibiotic resistances, and the Tn1696 transposition module are located on a single plasmid or conjugative transposon that can be transferred to E. coli DH5α through conjugation in the presence of low level Hg and absence of any antibiotic selective pressure. Additionally, the presence of low-level Hg or chloramphenicol in the mating media was found to stimulate conjugation, significantly increasing the transfer frequency of conjugation above the transfer frequency measured with mating media lacking both antibiotics and Hg. This research demonstrates that mercury indirectly selects for the dissemination of the antibiotic resistance genes of A. salmonicida AS03.

Bases moleculares da resistência ao mercúrio em bactérias Gram-negativas da Amazônia brasileira

Mercúrio é um dos elementos mais tóxicos tanto para seres humanos como os demais animais. Em ambientes naturais seus compostos podem ter origem em fontes naturais ou em decorrência da ação do homem. A atividade microbiana tem papel crítico na biorremediação. A resistência ao mercúrio nas bactérias está associada a um conjunto de genes organizados no operon mer. Considerando este cenário realizamos um estudo com bactérias Gram-negativas isoladas de sedimento de rios de duas áreas com distintos graus de atividade antropogênica, Barreiras e Caxiuanã. A resistência ao mercúrio foi avaliada em ensaios de crescimento in vitro da bactéria em meio contendo Hg. A presença do operon mer foi determinada por PCR para os genes RTPCABD, componentes do operon. O ensaio in vitro, determinou que apenas 2 isolados dos 107 avaliados, Acinetobacter baumannii de Caxiuanã e Pseudomonas stutzeri de Barreiras, apresentavam resistência ao Hg. Um operon mer foi identificado e caracterizado apenas do isolado Acinetobacter baumannii. Este apresenta os genes RTPCAD e sua organização e seqüência nucleotídica possui identidade total com o operon mer de um isolado de Acinetobacter calcoaceticus da Rússia.

Genomics of pyrrolnitrin biosynthetic loci: evidence for conservation and whole-operon mobility within Gram-negative bacteria

Pyrrolnitrin (PRN) is a tryptophan-derived secondary metabolite produced by a narrow range of Gram-negative bacteria. The PRN biosynthesis by rhizobacteria presumably has a key role in their life strategies and in the biocontrol of plant diseases. The biosynthetic operon that encodes the pathway that converts tryptophan to PRN is composed of four genes, prnA through D, whose diversity, genomic context and spread over bacterial genomes are poorly understood. Therefore, we launched an endeavour aimed at retrieving, by in vitro and in silico means, diverse bacteria carrying the prnABCD biosynthetic loci in their genomes. Analysis of polymorphisms of the prnD gene sequences revealed a high level of conservation between Burkholderia, Pseudomonas and Serratia spp. derived sequences. Whole-operon- and prnD-based phylogeny resulted in tree topologies that are incongruent with the taxonomic status of the evaluated strains as predicted by 16S rRNA gene phylogeny. The genomic composition of c. 20 kb DNA fragments containg the PRN operon varied in different strains. Highly conserved and distinct transposase-encoding genes surrounding the PRN biosynthetic operons of Burkholderia pseudomallei strains were found. A prnABCD-deprived genomic region in B. pseudomallei strain K96243 contained the same gene composition as, and shared high homology with, the flanking regions of the PRN operon in B. pseudomallei strains 668, 1106a and 1710b. Our results strongly suggest that the PRN biosynthetic operon is mobile. The extent, frequency and promiscuity of this mobility remain to be understood.

Inhibition of phenotype modulation, growth, and migration of vascular smooth muscle cells by a guanosine-rich 30-mer phosphorothioate oligodeoxynucleotide

The testing of a 30-mer dG-rich phosphorothioate oligodeoxynucleotide (LG4PS) for effects on the behaviour of vascular smooth muscle cells (VSMC) in vitro and in vivo is described. LG4PS at 0.3 mu M inhibited significantly the phenotype modulation of freshly isolated rabbit VSMC, and cell outgrowth from pig aortic explants was inhibited similar to 80% by 5 mu M LG4PS. The growth of proliferating rabbit and pig VSMC was inhibited similar to 70% by 0.3 mu M and 5 mu M LG4PS, respectively. Though less marked, the antiproliferative effects of LG4PS on human VSMC were comparable to those obtained with heparin. The cytotoxic effects of LG4PS on VSMC in vitro were low. Despite these promising results, adventitial application of 2-200 nmol LG4PS in pluronic gel failed to reduce vascular hyperplasia in balloon-injured rabbit carotid arteries, and the highest dose caused extensive mortality. (C) 1997 Academic Press Limited.

Chemical synthesis, antibacterial activity and conformation of diptericin, an 82-mer peptide originally isolated from insects

The small amounts of antibacterial peptides that can be isolated from insects do not allow detailed studies of their range of activity, side-chain sugar requirements, or their conformation, factors that frequently play roles in the mode of action. In this paper, we report the solid-phase step-by-step synthesis of diptericin, an 82-mer peptide, originally isolated from Phormia terranovae. The unglycosylated peptide was purified to homogeneity by conventional reversed-phase high performance liquid chromatography, and its activity spectrum was compared to that Of synthetic unglycosylated drosocin, which shares strong sequence homology with diptericin's N-terminal domain. Diptericin appeared to have antibacterial activity:for only a limited number of Gram-negative bacteria. Diptericin's submicromolar potency against Escherichia coli strains indicated that, in a manner similar to drosocin, the presence of the carbohydrate side chain is not,necessary to kill bacteria. Neither the N-terminal, drosocin-analog fragment, nor the C-terminal, glycine-rich attacin-analog region was active against any of the bacterial strains studied, regardless of whether the Gal-GalNAc disaccharide units were attached. This suggested that the active site of diptericin fell outside the drosocin or attacin homology domains. In addition, the conformation of diptericin did not seem to play a role in the antibacterial activity, as was demonstrated by the complete lack of ordered structure by two-dimensional nuclear magnetic resonance spectroscopy and circular dichroism. Diptericin completely killed bacteria within I h, considerably faster than drosocin and the attacins; unlike some other, fast-acting antibacterial peptides, diptericin did not lyse normal mammalian cells. Taken together, these data suggest diptericin does not belong to any known class of antibacterial peptides.

Role of ß-lactamase operon on mecA expression in Staphylococcus aureus

RESUMO: Os Staphylococcus aureus resistentes à meticilina (MRSA, do inglês “methicillin-resistant Staphylococcus aureus”) são um dos principais agentes responsáveis por infeções hospitalares. Os MRSA são resistentes a praticamente todos os antibióticos β-lactâmicos devido a dois mecanismos principais: produção de β-lactamase (bla), codificada pelo gene blaZ, e produção de uma proteína de ligação à penicilina (PBP2a, do inglês “penicillin binding protein 2”), codificada pelo gene mecA. Estes dois genes são regulados por sistemas homólogos, constituídos por um sensor-transdutor (BlaR1 e MecR1) e um repressor (BlaI e MecI), de tal modo que ambos os sistemas são capazes de co-regular os genes mecA e blaZ, embora com eficiências de indução muito diferentes. De facto, a indução mediada pelo sistema mecI-mecR1 é tão lenta que se acredita que este sistema não está funcional na maioria das estirpes MRSA. No entanto, dados recentes do nosso laboratório, demonstram a ausência de relação entre a presença do gene mecI e o nível de resistência à meticilina em estirpes MRSA epidémicas, e também que, o fenótipo de resistência da grande maioria das estirpes não é perturbado pela sobre-expressão em trans do repressor mecI. Curiosamente, as duas estirpes em que a expressão da resistência foi afetada pela sobre-expressão do mecI são negativas para o locus da β-lactamase, o que sugere que este locus pode interferir diretamente com a repressão do gene mecA mediada pelo MecI. Nesta tese de mestrado esta hipótese foi explorada usando estratégias de biologia molecular e ensaios fenotípicos da resistência aos -lactâmicos. Os resultados obtidos demonstram que a presença do plasmídeo nativo da β-lactamase não só anula a repressão mediada pelo MecI, como também aumenta o nível de resistência das estirpes parentais. Várias hipóteses foram então formuladas para explicar estas observações. Dados preliminares, em conjunto com evidências experimentais publicadas, sugerem que o BlaI forma hetero-dímeros com o MecI que, após a indução, são inativados eficientemente pelo BlaR1. Em conclusão, estes resultados apresentam novas perspetivas para o mecanismo de regulação do mecA e para uma nova importante função do operão da β-lactamase para o fenótipo das estirpes MRSA.-------------------ABSTRACT: Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is an important nosocomial pathogen and is also emerging in the community. MRSA is cross-resistant to virtually all β-lactam antibiotics and has acquired two main resistance mechanisms: production of β-lactamase (bla), coded by blaZ, and production of penicillin binding protein 2a (PBP2a), coded by mecA. Both genes are regulated by homologous sensor-transducers (BlaR1 and MecR1) and repressors (BlaI and MecI), and coregulation of mecA and blaZ by both systems has been demonstrated, although with remarkable different efficiencies. In fact, induction of mecA by mecI-mecR1 is so slow that it is believed it is not functional in most MRSA strains. However, recent data from our laboratory has unexpectedly demonstrated that not only there is no correlation between the presence of mecI gene and the resistance level in epidemic MRSA strains, but also that for most strains there were no significant changes on the resistance phenotype upon the mecI overexpression in trans. Interestingly, the two strains in which mecI overexpression affected the resistance expression were negative for the bla locus, suggesting that this locus may interfere directly with the MecI-mediated repression of mecA and account for those puzzling observations. In this master thesis we have explored this hypothesis using molecular biology strategies and phenotypic analysis of -lactam resistance. The data obtained demonstrate that the presence of a wild-type plasmid containing the bla locus not only disrupts the MecImediated repression, but also significantly enhances the expression of resistance. Several preliminary hypotheses were formulated to explain these observations and preliminary data, together with published evidence, support the working model that BlaI forms functional hetero-dimers with MecI, which upon induction are readily inactivated by BlaR1. These results provide new insights into the regulatory mechanism(s) of mecA and open new perspectives for the role of β-lactamase operon in the MRSA phenotype.

The two-component system of a novel copper resistant operon of Marinobacter hydrocarbonoclasticus

Dissertation for the Master’s Degree in Structural and Functional Biochemistry

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.

Teichuronic acid operon of Bacillus subtilis 168.

Sequence analysis reveals that the Bacillus subtilis 168 tuaABCDEFGH operon encodes enzymes required for the polymerization of teichuronic acid as well as for the synthesis of one of its precursors, the UDP-glucuronate. Mutants deficient in any of the tua genes, grown in batch cultures under conditions of phosphate limitation, were characterized by reduced amounts of uronate in their cell walls. The teichuronic acid operon belongs to the Pho regulon, as phosphate limitation induces its transcription. Placing the tuaABCDEFGH operon under the control of the inducible Pspac promoter allowed its constitutive expression independently of the phosphate concentration in the medium; the level of uronic acid in cell walls was dependent on the concentration of the inducer. Apparently, owing to an interdependence between teichoic and teichuronic acid incorporation into the cell wall, in examined growth conditions, the balance between the two polymers is maintained in order to insure a constant level of the wall negative charge.

A 35.7 kb DNA fragment from the Bacillus subtilis chromosome containing a putative 12.3 kb operon involved in hexuronate catabolism and a perfectly symmetrical hypothetical catabolite-responsive element.

The Bacillus subtilis strain 168 chromosomal region extending from 109 degrees to 112 degrees has been sequenced. Among the 35 ORFs identified, cotT and rapA were the only genes that had been previously mapped and sequenced. Out of ten ORFs belonging to a single putative transcription unit, seven are probably involved in hexuronate catabolism. Their sequences are homologous to Escherichia coli genes exuT, uidB, uxaA, uxaB, uxaC, uxuA and uxuB, which are all required for the uptake of free D-glucuronate, D-galacturonate and beta-glucuronide, and their transformation into glyceraldehyde 3-phosphate and pyruvate via 2-keto-3-deoxygluconate. The remaining three ORFs encode two dehydrogenases and a transcriptional regulator. The operon is preceded by a putative catabolite-responsive element (CRE), located between a hypothetical promoter and the RBS of the first gene. This element, the longest and the only so far described that is fully symmetrical, consists of a 26 bp palindrome matching the theoretical B. subtilis CRE sequence. The remaining predicted amino acid sequences that share homologies with other proteins comprise: a cytochrome P-450, a glycosyltransferase, an ATP-binding cassette transporter, a protein similar to the formate dehydrogenase alpha-subunit (FdhA), protein similar to NADH dehydrogenases, and three homologues of polypeptides that have undefined functions.

Deregulation of the arginine deiminase (arc) operon in penicillin-tolerant mutants of Streptococcus gordonii.

Penicillin tolerance is an incompletely understood phenomenon that allows bacteria to resist drug-induced killing. Tolerance was studied with independent Streptococcus gordonii mutants generated by cyclic exposure to 500 times the MIC of penicillin. Parent cultures lost 4 to 5 log(10) CFU/ml of viable counts/24 h. In contrast, each of four independent mutant cultures lost < or =2 log(10) CFU/ml/24 h. The mutants had unchanged penicillin-binding proteins but contained increased amounts of two proteins with respective masses of ca. 50 and 45 kDa. One mutant (Tol1) was further characterized. The two proteins showing increased levels were homologous to the arginine deiminase and ornithine carbamoyl transferase of other gram-positive bacteria and were encoded by an operon that was >80% similar to the arginine-deiminase (arc) operon of these organisms. Partial nucleotide sequencing and insertion inactivation of the S. gordonii arc locus indicated that tolerance was not a direct consequence of arc alteration. On the other hand, genetic transformation of tolerance by Tol1 DNA always conferred arc deregulation. In nontolerant recipients, arc was repressed during exponential growth and up-regulated during postexponential growth. In tolerant transformants, arc was constitutively expressed. Tol1 DNA transformed tolerance at the same rate as transformation of a point mutation (10(-2) to 10(-3)). The tolerance mutation mapped on a specific chromosomal fragment but was physically distant from arc. Importantly, arc deregulation was observed in most (6 of 10) of additional independent penicillin-tolerant mutants. Thus, although not exclusive, the association between arc deregulation and tolerance was not fortuitous. Since penicillin selection mimicked the antibiotic pressure operating in the clinical environment, arc deregulation might be an important correlate of naturally occurring tolerance and help in understanding the mechanism(s) underlying this clinically problematic phenotype.