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.

Where microbiology meets microengineering: design and applications of reporter bacteria.

Bacteria have long been the targets for genetic manipulation, but more recently they have been synthetically designed to carry out specific tasks. Among the simplest of these tasks is chemical compound and toxicity detection coupled to the production of a quantifiable reporter signal. In this Review, we describe the current design of bacterial bioreporters and their use in a range of assays to measure the presence of harmful chemicals in water, air, soil, food or biological specimens. New trends for integrating synthetic biology and microengineering into the design of bacterial bioreporter platforms are also highlighted.

Ultrasensitive reporter protein detection in genetically engineered bacteria.

We demonstrate the use of laser-induced fluorescence confocal spectroscopy to measure analyte-stimulated enhanced green fluorescent protein (egfp) synthesis by genetically modified Escherichia coli bioreporter cells. Induction is measured in cell lysates and, since the spectroscopic focal volume is approximately the size of one bioreporter cell, also in individual live bacteria. This is, to our knowledge, the first ever proof-of-concept work utilizing instrumentation with single-molecule detection capability to monitor bioreporter response. Although we use arsenic inducible bioreporters here, the method is extensible to gfp/egfp bioreporters that are responsive to other substances.

A family of promoter probe vectors incorporating autofluorescent and chromogenic reporter proteins for studying gene expression in Gram-negative bacteria

A series of promoter probe vectors for use in Gram-negative bacteria has been made in two broad-host-range vectors, pOT (pBBR replicon) and pJP2 (incP replicon). Reporter fusions can be made to gfpUV, gfprnut3.1, unstable gfpmut3.1 variants (LAA, LVA, AAV and ASV), gfp+, dsRed2, dsRedT3, dsRedT4, mRFP1, gusA or lacZ. The two vector families, pOT and pJP2, are compatible with one another and share the same polylinker for facile interchange of promoter regions. Vectors based on pJP2 have the advantage of being ultra-stable in the environment due to the presence of the parABCDE genes. As a confirmation of their usefulness, the dicarboxylic acid transport system promoter (dctA(p)) was cloned into a pOT (pRU1097)- and a pJP2 (pRU1156)-based vector and shown to be expressed by Rhizobium leguminosarum in infection threads of vetch. This indicates the presence of dicarboxylates at the earliest stages of nodule formation.

Response characteristics of arsenic-sensitive bioreporters expressing the gfp reporter gene

This paper describes the development of an analytical technique for arsenic analyses that is based on genetically-modified bioreporter bacteria bearing a gene encoding for the production of a green fluorescent protein (gfp). Upon exposure to arsenic (in the aqueous form of arsenite), the bioreporter production of the fluorescent reporter molecule is monitored spectroscopically. We compared the response measured as a function of time and concentration by steady-state fluorimetry (SSF) to that measured by epi-fluorescent microscopy (EFM). SSF is a bulk technique; as such it inherently yields less information, whereas EFM monitors the response of many individual cells simultaneously and data can be processed in terms of population averages or subpopulations. For the bioreporter strain used here, as well as for the literature we cite, the two techniques exhibit similar performance characteristics. The results presented here show that the EFM technique can compete with SSF and shows substantially more promise for future improvement; it is a matter of research interest to develop optimized methods of EFM image analysis and statistical data treatment. EFM is a conduit for understanding the dynamics of individual cell response vs. population response, which is not only a matter of research interest, but is also promising in the practical terms of developing micro-scale analysis.

Field testing of arsenic in groundwater samples of Bangladesh using a test kit based on lyophilized bioreporter bacteria.

A test kit based on living, lyophilized bacterial bioreporters emitting bioluminescence as a response to arsenite and arsenate was applied during a field campaign in six villages across Bangladesh. Bioreporter field measurements of arsenic in groundwater from tube wells were in satisfying agreement with the results of spectroscopic analyses of the same samples conducted in the lab. The practicability of the bioreporter test in terms of logistics and material requirements, suitability for high sample throughput, and waste disposal was much better than that of two commercial chemical test kits that were included as references. The campaigns furthermore demonstrated large local heterogeneity of arsenic in groundwater, underscoring the use of well switching as an effective remedy to avoid high arsenic exposure.

Development of bacteria-based bioassays for arsenic detection in natural waters.

Arsenic contamination of natural waters is a worldwide concern, as the drinking water supplies for large populations can have high concentrations of arsenic. Traditional techniques to detect arsenic in natural water samples can be costly and time-consuming; therefore, robust and inexpensive methods to detect arsenic in water are highly desirable. Additionally, methods for detecting arsenic in the field have been greatly sought after. This article focuses on the use of bacteria-based assays as an emerging method that is both robust and inexpensive for the detection of arsenic in groundwater both in the field and in the laboratory. The arsenic detection elements in bacteria-based bioassays are biosensor-reporter strains; genetically modified strains of, e.g., Escherichia coli, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, and Rhodopseudomonas palustris. In response to the presence of arsenic, such bacteria produce a reporter protein, the amount or activity of which is measured in the bioassay. Some of these bacterial biosensor-reporters have been successfully utilized for comparative in-field analyses through the use of simple solution-based assays, but future methods may concentrate on miniaturization using fiberoptics or microfluidics platforms. Additionally, there are other potential emerging bioassays for the detection of arsenic in natural waters including nematodes and clams.

Plants respond to pathogen infection by enhancing the antifungal gene expression of root-associated bacteria.

Plant health and fitness widely depend on interactions with soil microorganisms. Some bacteria such as pseudomonads can inhibit pathogens by producing antibiotics, and controlling these bacteria could help improve plant fitness. In the present study, we tested whether plants induce changes in the antifungal activity of root-associated bacteria as a response to root pathogens. We grew barley plants in a split-root system with one side of the root system challenged by the pathogen Pythium ultimum and the other side inoculated with the biocontrol strain Pseudomonas fluorescens CHA0. We used reporter genes to follow the expression of ribosomal RNA indicative of the metabolic state and of the gene phlA, required for production of 2,4-diacetylphloroglucinol, a key component of antifungal activity. Infection increased the expression of the antifungal gene phlA. No contact with the pathogen was required, indicating that barley influenced gene expression by the bacteria in a systemic way. This effect relied on increased exudation of diffusible molecules increasing phlA expression, suggesting that communication with rhizosphere bacteria is part of the pathogen response of plants. Tripartite interactions among plants, pathogens, and bacteria appear as a novel determinant of plant response to root pathogens.

Internal arsenite bioassay calibration using multiple reporter cell lines

Bioassays with bioreporter bacteria are usually calibrated with analyte solutions of known concentrations that are analysed along with the samples of interest. This is done as bioreporter output (the intensity of light, fluorescence or colour) does not only depend on the target concentration, but also on the incubation time and physiological activity of the cells in the assay. Comparing the bioreporter output with standardized colour tables in the field seems rather difficult and error-prone. A new approach to control assay variations and improve application ease could be an internal calibration based on the use of multiple bioreporter cell lines with drastically different reporter protein outputs at a given analyte concentration. To test this concept, different Escherichia coli-based bioreporter strains expressing either cytochrome c peroxidase (CCP, or CCP mutants) or β-galactosidase upon induction with arsenite were constructed. The reporter strains differed either in the catalytic activity of the reporter protein (for CCP) or in the rates of reporter protein synthesis (for β-galactosidase), which, indeed, resulted in output signals with different intensities at the same arsenite concentration. Hence, it was possible to use combinations of these cell lines to define arsenite concentration ranges at which none, one or more cell lines gave qualitative (yes/no) visible signals that were relatively independent of incubation time or bioreporter activity. The discriminated concentration ranges would fit very well with the current permissive (e.g. World Health Organization) levels of arsenite in drinking water (10 µg l−1).

Impact of mycelia on the accessibility of fluorene to PAH-degrading bacteria.

Mycelia have been recently shown to actively transport polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in water-unsaturated soil over the range of centimeters, thereby efficiently mobilizing hydrophobic PAH beyond their purely diffusive transport in air and water. However, the question if mycelia-based PAH transport has an effect on PAH biodegradation was so far unsolved. To address this, we developed a laboratory model microcosm mimicking air-water interfaces in soil. Chemical analyses demonstrated transport of the PAH fluorene (FLU) by the mycelial oomycete Pythium ultimum that was grown along the air-water interfaces. Furthermore, degradation of mycelia-transported FLU by the bacterium Burkholderia sartisoli RP037-mChe was indicated. Since this organism expresses eGFP in response to a FLU flux to the cell, it was also as a bacterial reporter of FLU bioavailability in the vicinity of mycelia. Confocal laser scanning microscopy (CLSM) and image analyses revealed a significant increase of eGFP expression in the presence of P. ultimum compared to controls without mycelia or FLU. Hence, we could show that physically separated FLU becomes bioavailable to bacteria after transport by mycelia. Experiments with silicon coated glass fibers capturing mycelia-transported FLU guided us to propose a three-step mechanism of passive uptake, active transport and diffusion-driven release. These experiments were also used to evaluate the contributions of these individual steps to the overall mycelial FLU transport rate.

Niche differentiation among mat-forming, sulfide-oxidizing bacteria in chemosynthetic ecosystems of the Nile Deep Sea Fan (Eastern Mediterranean Sea)

Sulfidic muds of cold seeps on the Nile Deep Sea Fan are populated by different types of mat-forming sulfide-oxidizing bacteria. The predominant sulfide oxidizers of three different mats were identified by microscopic and phylogenetic analyses as (i) Arcobacter species producing cotton-ball-like sulfur precipitates, (ii) large filamentous sulfur bacteria including Beggiatoa species, or (iii) single, spherical cells resembling Thiomargarita species. High resolution in situ microprofiles revealed different geochemical settings selecting for different mat types. Arcobacter mats occurred where oxygen and sulfide overlapped at the bottom water interface. Filamentous sulfide oxidizers were associated with non-overlapping, steep gradients of oxygen and sulfide. A dense population of Thiomargarita was favored by temporarily changing supplies of oxygen and sulfide. These results indicate that the decisive factors in selecting for different mat-forming bacteria within one deep-sea province are spatial or temporal variations in energy supply. Furthermore, the occurrence of Arcobacter spp.-related 16S rRNA genes in the sediments below all three types of mats, as well as on top of brine lakes of the Nile Deep Sea Fan, indicates that this group of sulfide oxidizers can switch between different life modes depending on the geobiochemical habitat setting.

(Table T1) Total procaryotes, and living bacteria and archaea in black shales of ODP Leg 207 sites

Subseafloor sediments harbor over half of all prokaryotic cells on Earth (Whitman et al., 1998). This immense number is calculated from numerous microscopic acridine orange direct counts (AODCs) conducted on sediment cores drilled during the Ocean Drilling Program (ODP) (Parkes et al., 1994, doi:10.1038/371410a0, 2000, doi:10.1007/PL00010971). Because these counts cannot differentiate between living and inactive or even dead cells (Kepner and Pratt, 1994; Morita, 1997), the population size of living microorganisms has recently been enumerated for ODP Leg 201 sediment samples from the equatorial Pacific and the Peru margin using ribosomal ribonucleic acid targeting catalyzed reporter deposition-fluorescence in situ hybridization (CARD-FISH) (Schippers et al., 2005, doi:10.1038/nature03302). A large fraction of the subseafloor prokaryotes were alive, even in very old (16 Ma) and deep (>400 m) sediments. In this study, black shale samples from the Demerara Rise (Erbacher, Mosher, Malone, et al., 2004, doi:10.2973/odp.proc.ir.207.2004) were analyzed using AODC and CARD-FISH to find out if black shales also harbor microorganisms.

Oxygen tension modulates the cytokine response of oral epithelium to periodontal bacteria

Background: There is an inverse relationship between pocket depth and pocket oxygen tension with deep pockets being associated with anaerobic bacteria. However, little is known about how the host tissues respond to bacteria under differing oxygen tensions within the periodontal pocket. Aim: To investigate the effect of different oxygen tensions upon nuclear factor-kappa B (NF-?B) activation and the inflammatory cytokine response of oral epithelial cells when exposed to nine species of oral bacteria. Materials and Methods: H400 oral epithelial cells were equilibrated at 2%, 10% or 21% oxygen. Cells were stimulated with heat-killed oral bacteria at multiplicity of infection 10:1, Escherichia coli lipopolysaccharide (15 µg/ml) or vehicle control. Interleukin-8 (IL-8) and tumour necrosis factor-alpha (TNF-a) levels were measured by enzyme-linked immunosorbent assay and NF-?B activation was measured by reporter vector or by immunohistochemical analysis. Results: Tannerella forsythensis, Porphyromonas gingivalis and Prevotella intermedia elicited the greatest epithelial NF-?B activation and cytokine responses. An oxygen-tension-dependent trend in cytokine production was observed with the highest IL-8 and TNF-a production observed at 2% oxygen and lowest at 21% oxygen. Conclusions: These data demonstrate a greater pro-inflammatory host response and cell signalling response to bacteria present in more anaerobic conditions, and hypersensitivity of epithelial cells to pro-inflammatory stimuli at 2% oxygen, which may have implications for disease pathogenesis and/or therapy.

Quorum Sensing and Microbial Interactions in Coral Black Band Disease and Coral-Associated Bacteria

The black band disease (BBD) microbial consortium often causes mortality of reef-building corals. Microbial chemical interactions (i.e., quorum sensing (QS) and antimicrobial production) may be involved in the BBD disease process. Culture filtrates (CFs) from over 150 bacterial isolates from BBD and the surface mucopolysaccharide layer (SML) of healthy and diseased corals were screened for acyl homoserine lactone (AHL) and Autoinducer-2 (AI-2) QS signals using bacterial reporter strains. AHLs were detected in all BBD mat samples and nine CFs. More than half of the CFs (~55%) tested positive for AI-2. Approximately 27% of growth challenges conducted among 19 isolates showed significant growth inhibition. These findings demonstrate that QS is actively occurring within the BBD microbial mat and that culturable bacteria from BBD and the coral SML are able to produce QS signals and antimicrobial compounds. This is the first study to identify AHL production in association with active coral disease.

Inhibitory Effects Of A Cured Antibacterial Bonding System On Viability And Metabolic Activity Of Oral Bacteria.

To evaluate the antimicrobial efficacy of Clearfil SE Protect (CP) and Clearfil SE Bond (CB) after curing and rinsed against five individual oral microorganisms as well as a mixture of bacterial culture prepared from the selected test organisms. Bacterial suspensions were prepared from single species of Streptococcus mutans, Streptococcus sobrinus, Streptococcus gordonii, Actinomyces viscosus and Lactobacillus lactis, as well as mixed bacterial suspensions from these organisms. Dentin bonding system discs (6 mm×2 mm) were prepared, cured, washed and placed on the bacterial suspension of single species or multispecies bacteria for 15, 30 and 60 min. MTT, Live/Dead bacterial viability (antibacterial effect), and XTT (metabolic activity) assays were used to test the two dentin system's antibacterial effect. All assays were done in triplicates and each experiment repeated at least three times. Data were submitted to ANOVA and Scheffe's f-test (5%). Greater than 40% bacteria killing was seen within 15 min, and the killing progressed with increasing time of incubation with CP discs. However, a longer (60 min) period of incubation was required by CP to achieve similar antimicrobial effect against mixed bacterial suspension. CB had no significant effect on the viability or metabolic activity of the test microorganisms when compared to the control bacterial culture. CP was significantly effective in reducing the viability and metabolic activity of the test organisms. The results demonstrated the antimicrobial efficacy of CP both on single and multispecies bacterial culture. CP may be beneficial in reducing bacterial infections in cavity preparations in clinical dentistry.