Molecular Biomonitoring during Rhizoremediation of Oil-Contaminated Soil

Rhizoremediation is the use of microbial populations present in the rhizosphere of plants for environmental cleanup. The idea of this work was that bacteria living in the rhizosphere of a nitrogen-fixing leguminous plant, goat's rue (Galega orientalis), could take part in the degradation of harmful monoaromatic hydrocarbons, such as benzene, toluene and xylene (BTEX), from oil-contaminated soils. In addition to chemical (e.g. pollutant concentration) and physical (e.g. soil structure) information, the knowledge of biological aspects (e.g. bacteria and their catabolic genes) is essential when developing the rhizoremediation into controlled and effective bioremediation practice. Therefore, the need for reliable biomonitoring methods is obvious. The main aims of this thesis were to evaluate the symbiotic G. orientalis - Rhizobium galegae system for rhizoremediation of oil-contaminated soils, to develop molecular methods for biomonitoring, and to apply these methods for studying the microbiology of rhizoremediation. In vitro, Galega plants and rhizobia remained viable in m-toluate concentrations up to 3000 mg/l. Plant growth and nodulation were inhibited in 500 mg/l m-toluate, but were restored when plants were transferred to clean medium. In the greenhouse, Galega showed good growth, nodulation and nitrogen fixation, and developed a strong rhizosphere in soils contaminated with oil or spiked with 2000 mg/l m-toluate. The high aromatic tolerance of R. galegae and the viability of Galega plants in oil-polluted soils proved this legume system to be a promising method for the rhizoremediation of oil-contaminated soils. Molecular biomonitoring methods were designed and/or developed further for bacteria and their degradation genes. A combination of genomic fingerprinting ((GTG)5-PCR), taxonomic ribotyping of 16S rRNA genes and partial 16S rRNA gene sequencing were chosen for molecular grouping of culturable, heterogeneous rhizosphere bacteria. PCR primers specific for the xylE gene were designed for TOL plasmid detection. Amplified enzyme-coding DNA restriction analysis (AEDRA) with AluI was used to profile both TOL plasmids (xylE primers) and, in general, aromatics-degrading plasmids (C230 primers). The sensitivity of the direct monitoring of TOL plasmids in soil was enhanced by nested C23O-xylE-PCR. Rhizosphere bacteria were isolated from the greenhouse and field lysimeter experiments. High genetic diversity was observed among the 50 isolated, m-toluate tolerating rhizosphere bacteria in the form of five major lineages of the Bacteria domain. Gram-positive Rhodococcus, Bacillus and Arthrobacter and gram-negative Pseudomonas were the most abundant genera. The inoculum Pseudomonas putida PaW85/pWW0 was not found in the rhizosphere samples. Even if there were no ecological niches available for the bioaugmentation bacterium itself, its conjugative catabolic plasmid might have had some additional value for other bacterial species and thus, for rhizoremediation. Only 10 to 20% of the isolated, m-toluate tolerating bacterial strains were also able to degrade m-toluate. TOL plasmids were a major group of catabolic plasmids among these bacteria. The ability to degrade m-toluate by using enzymes encoded by a TOL plasmid was detected only in species of the genus Pseudomonas, and the best m-toluate degraders were these Pseudomonas species. Strain-specific differences in degradation abilities were found for P.oryzihabitans and P. migulae: some of these strains harbored a TOL plasmid - a new finding observed in this work, indicating putative horizontal plasmid transfer in the rhizosphere. One P. oryzihabitans strain harbored the pWW0 plasmid that had probably conjugated from the bioaugmentation Pseudomonas. Some P. migulae and P. oryzihabitans strains seemed to harbor both the pWW0- and the pDK1-type TOL plasmid. Alternatively, they might have harbored a TOL plasmid with both the pWW0- and the pDK1-type xylE gene. The breakdown of m-toluate by gram-negative bacteria was not restricted to the TOL pathway. Also some gram-positive Rhodococcus erythropolis and Arthrobacter aurescens strains were able to degrade m-toluate in the absence of a TOL plasmid. Three aspects of the rhizosphere effect of G. orientalis were manifested in oil-contaminated soil in the field: 1) G. orientalis and Pseudomonas bioaugmentation increased the amount of rhizosphere bacteria. G. orientalis especially together with Pseudomonas bioaugmentation increased the numbers of m-toluate utilizing and catechol positive bacteria indicating an increase in degradation potential. 2) Also the bacterial diversity, when measured as the amount of ribotypes, was increased in the Galega rhizosphere with or without Pseudomonas bioaugmentation. However, the diversity of m-toluate utilizing bacteria did not significantly increase. At the community level, by using the 16S rRNA gene PCR-DGGE method, the highest diversity of species was also observed in vegetated soils compared with non-vegetated soils. Diversified communities may best guarantee the overall success in rhizoremediation by offering various genetic machineries for catabolic processes. 3) At the end of the experiment, no TOL plasmid could be detected by direct DNA analysis in soil treated with both G. orientalis and Pseudomonas. The detection limit for TOL plasmids was encountered indicating decreased amount of degradation plasmids and thus, the success of rhizoremediation. The use of G. orientalis for rhizoremediation is unique. In this thesis new information was obtained about the rhizosphere effect of Galega orientalis in BTEX contaminated soils. The molecular biomonitoring methods can be applied for several purposes within environmental biotechnology, such as for evaluating the intrinsic biodegradation potential, monitoring the enhanced bioremediation, and estimating the success of bioremediation. Environmental protection by using nature's own resources and thus, acting according to the principle of sustainable development, would be both economically and environmentally beneficial for society. Keywords: molecular biomonitoring, genetic fingerprinting, soil bacteria, bacterial diversity, TOL plasmid, catabolic genes, horizontal gene transfer, rhizoremediation, rhizosphere effect, Galega orientalis, aerobic biodegradation, petroleum hydrocarbons, BTEX

Genetic diversity and microcystin production by Anabaena in the Gulf of Finland, Baltic Sea

Syanobakteerit (sinilevät) ovat olleet Itämeressä koko nykymuotoisen Itämeren ajan, sillä paleolimnologiset todisteet niiden olemassaolosta Itämeren alueella ovat noin 7000 vuoden takaa. Syanobakteerien massaesiintymät eli kukinnat ovat kuitenkin sekä levinneet laajemmille alueille että tulleet voimakkaimmiksi viimeisten vuosikymmenien aikana. Tähän on osasyynä ihmisten aiheuttama kuormitus, joka rehevöittää Itämerta. Suomenlahti, jota tämä tutkimus käsittelee, on kärsinyt tästä rehevöitymiskehityksestä muita Itämeren altaita enemmän. Syanobakteerit muodostavat jokakesäisiä kukintoja Suomenlahdella - niin sen avomerialueilla kuin rannoillakin. Yleisimmät kukintoja muodostavat syanobakteerisuvut ovat Nodularia, Anabaena ja Aphanizomenon. Kukinnat aiheuttavat paitsi esteettistä haittaa myös terveydellisen riskitekijän. Niiden myrkyllisyys liitetään usein Nodularia-suvun tuottamaan nodulariini-maksamyrkkyyn. Itämeren Aphanizomenon-suvun on todettu olevan myrkytön. Vaikka Itämeren kukintoja aiheuttavista Nodularia- ja Aphanizomenon-syanobakteereista tiedetään varsin paljon, on molekyylimenetelmiin pohjautuva syanobakteeritutkimus ohittanut Itämeren Anabaena-suvun monelta osin. Tämän työn tarkoituksena oli syventää käsitystämme Itämeren Anabaena-syanobakteerista, sen mahdollisesta myrkyllisyydestä, geneettisestä monimuotoisuudesta ja fylogeneettisista sukulaisuussuhteista. Tässä työssä eristettiin 49 planktista Anabaena-kantaa, joista viisi tuottivat mikrokystiinejä. Tämä oli ensimmäinen yksiselitteinen todiste, että Itämeren Anabaena tuottaa maksamyrkyllisiä mikrokystiini-yhdisteitä. Jokainen eristetty myrkyllinen Anabaena-kanta tuotti useita mikrokystiini-variantteja. Lisäksi mikrokystiinejä löydettiin kukintanäytteistä, joissa oli myrkkyä syntetisoivia geenejä sisältäneitä Anabaena-syanobakteereita. Myrkkyjä löydettiin molempina tutkimusvuosina 2003 ja 2004. Myrkkyjen esiintyminen ei siten ollut vain yksittäinen ilmiö. Tässä työssä saimme viitteitä siitä, että maksamyrkyllinen Anabaena-syanobakteeri esiintyisi vähäsuolaisissa vesissä. Tämä riippuvuussuhde jää kuitenkin tulevien tutkimuksien selvitettäväksi. Tässä työssä havaittiin mikrokystiinisyntetaasi-geenien inaktivoituminen Itämeren Anabaena-kannassa ja kukintanäytteissä. Kuvasimme Anabaena-kannan mikrokystiinisyntetaasigeenien sisältä insertioita, jotka hyvin todennäköisesti inaktivoivat myrkyntuoton. Insertion sisältäneeltä kannalta löysimme kuitenkin kaikki mikrokystiinisyntetaasigeenit osoittaen, että geenien olemassaolo ei välttämättä varmista kannan mikrokystiinintuottoa. Mielenkiintoista oli se, että inaktivaation aiheuttavia insertioita löytyi kukintanäytteistä molemmilta tutkimusvuosilta. Vastaavia insertioita ei kuitenkaan löydetty makean veden Anabaena-kannoista tai järvinäytteistä. On yleistä, että syanobakteerikukinnoista löytyy usean syanobakteerisuvun edustajia. Myrkyllisiä sukuja tai lajeja ei voida kuitenkaan erottaa mikroskooppisesti myrkyttömistä. Käsillä olevassa tutkimuksessa kehitettiin molekyylimenetelmä, jolla on mahdollista määrittää kukinnan mahdollisesti maksamyrkylliset syanobakteerisuvut. Tätä menetelmää sovellettiin Itämeren kukintojen tutkimiseen. Itämeren pintavesistä ja ranta-alueiden pohjasta eristetyt Anabaena-kannat osoittautuivat geneettisesti monimuotoisiksi. Tämä Anabaena-syanobakteerien geneettinen monimuotoisuus vahvistettiin monistamalla geenejä suoraan kukintanäytteistä ilman kantojen eristystä. Makeiden vesien ja Itämeren Anabaena-kannat ovat geneettisesti hyvin samankaltaisia. Geneettisissä vertailuissa kävi kuitenkin ilmi, että pohjassa elävien Anabaena-kantojen geneettinen monimuotoisuus oli suurempaa kuin pintavesistä eristettyjen kantojen. Itämeren Anabaena-kantojen sekvenssit muodostivat omia ryhmiä sukupuun sisällä, jolloin on mahdollista, että nämä edustavat Itämeren omia Anabaena-ekotyyppejä. Tämä tutkimus oli ensimmäinen, jossa uusin molekyylimenetelmin systemaattisesti selvitettiin Itämeren Anabaena-syanobakteerin geneettistä populaatiorakennetta, fylogeniaa ja myrkyntuottoa. Tulevaisuudessa monitorointitutkimuksissa on otettava huomioon myös Itämeren Anabaena-syanobakteerin mahdollinen maksamyrkyntuotto – erityisesti vähäsuolaisemmilla rannikkovesillä.

Biodiversity and Phylogeny of Planktic Cyanobacteria in Temperate Freshwater Lakes

Currently, the classification used for cyanobacteria is based mainly on morphology. In many cases the classification is known to be incongruent with the phylogeny of cyanobacteria. The evaluation of this classification is complicated by the fact that numerous strains are only described morphologically and have not been isolated. Moreover, the phenotype of many cyanobacterial strains alters during prolonged laboratory cultivation. In this thesis, cyanobacterial strains were isolated from lakes (mainly Lake Tuusulanjärvi) and both morphology and phylogeny of the isolates were investigated. The cyanobacterial community composition in Lake Tuusulanjärvi was followed for two years in order to relate the success of cyanobacterial phenotypes and genotypes to environmental conditions. In addition, molecular biological methods were compared with traditional microscopic enumeration and their ability and usefulness in describing the cyanobacterial diversity was evaluated. The Anabaena, Aphanizomenon, and Trichormus strains were genetically heterogeneous and polyphyletic. The phylogenetic relationships of the heterocytous cyanobacteria were not congruent with their classification. In contrast to heterocytous cyanobacteria, the phylogenetic relationships of the Snowella and Woronichinia strains, which had not been studied before this thesis, reflected the morphology of strains and followed their current classification. The Snowella strains formed a monophyletic cluster, which was most closely related to the Woronichinia strain. In addition, a new cluster of thin, filamentous cyanobacterial strains identified as Limnothrix redekei was revealed. This cluster was not closely related to any other known cyanobacteria. The cyanobacterial community composition in Lake Tuusulanjärvi was studied with molecular methods [denaturant gradient gel electrophoresis (DGGE) and cloning of the 16S rRNA gene], through enumerations of cyanobacteria under microscope, and by strain isolations. Microcystis, Anabaena/Aphanizomenon, and Synechococcus were the major groups in the cyanobacterial community in Lake Tuusulanjärvi during the two-year monitoring period. These groups showed seasonal succession, and their success was related to different environmental conditions. The major groups of the cyanobacterial community were detected by all used methods. However, cloning gave higher estimates than microscopy for the proportions of heterocytous cyanobacteria and Synechococcus. The differences were probably caused by the high 16S rRNA gene copy numbers in heterotrophic cyanobacteria and by problems in the identification and detection of unicellular cyanobacteria.

Ecological impacts of Phlebiopsis gigantea biocontrol treatment against Heterobasidion spp. as revealed by fungal community profiling and population analyses

Wood decay fungi belonging to the species complex Heterobasidion annosum sensu lato are among the most common and economically important species causing root rot and stem decay in conifers of the northern temperate regions. New infections by these pathogens can be suppressed by tree stump treatments using chemical or biological control agents. In Finland, the corticiaceous fungus Phlebiopsis gigantea has been formulated into a commercial biocontrol agent called Rotstop (Verdera Ltd.). This thesis addresses the ecological impacts of Rotstop biocontrol treatment on the mycoflora of conifer stumps. Locally, fungal communities within Rotstop-treated and untreated stumps were analyzed using a novel method based on DGGE profiling of small subunit ribosomal DNA fragments amplified directly from wood samples. Population analyses for P. gigantea and H. annosum s.l. were conducted to evaluate possible risks associated with local and/or global distribution of the Rotstop strain. Based on molecular community profiling by DGGE, we detected a few individual wood-inhabiting fungal species (OTUs) that seemed to have suffered or benefited from the Rotstop biocontrol treatment. The DGGE analyses also revealed fungal diversity not retrieved by cultivation and some fungal sequence types untypical for decomposing conifer wood. However, statistical analysis of DGGE community profiles obtained from Rotstop-treated and untreated conifer stumps revealed that the Rotstop treatment had not caused a statistically significant reduction in the species diversity of wood-inhabiting fungi within our experimental forest plots. Locally, ISSR genotyping of cultured P. gigantea strains showed that the Rotstop biocontrol strain was capable of surviving up to six years within treated Norway spruce stumps, while in Scots pine stumps it was sooner replaced by successor fungal species. In addition, the spread of resident P. gigantea strains into Rotstop-treated forest stands seemed effective in preventing the formation of genetically monomorphic populations in the short run. On a global scale, we detected a considerable level of genetic differentiation between the interfertile European and North American populations of P. gigantea. These results strongly suggest that local biocontrol strains should be used in order to prevent global spread of P. gigantea and hybrid formation between geographically isolated populations. The population analysis for H. annosum s.l. revealed a collection of Chinese fungal strains that showed a high degree of laboratory fertility with three different allopatric H. annosum s.l. taxa. However, based on the molecular markers, the Chinese strains could be clearly affiliated with the H. parviporum taxonomical cluster, which thus appears to have a continuous distribution range from Europe through southern Siberia to northern China. Keywords: Rotstop, wood decay, DGGE, ISSR fingerprinting, ribosomal DNA

Archaea, Bacteria, and methane production along environmental gradients in fens and bogs

Metanogeenit ovat hapettomissa oloissa eläviä arkkien pääryhmään kuuluvia mikrobeja, joiden ainutlaatuisen aineenvaihdunnan seurauksena syntyy metaania. Ilmakehässä metaani on voimakas kasvihuonekaasu. Yksi suurimmista luonnon metaanilähteistä ovat kosteikot. Pohjoisten soiden metaanipäästöt vaihtelevat voimakkaasti eri soiden välillä ja yhden suon sisälläkin, riippuen muun muassa vuodenajasta, suotyypistä ja kasvillisuudesta. Väitöskirjatyössä tutkittiin metaanipäästöjen vaihtelun mikrobiologista taustaa. Tutkimuksessa selvitettiin suotyypin, vuodenajan, tuhkalannoituksen ja turvesyvyyden vaikutusta metanogeeniyhteisöihin sekä metaanintuottoon kolmella suomalaisella suolla. Lisäksi tutkittiin ei-metanogeenisia arkkeja ja bakteereita, koska ne muodostavat metaanin tuoton lähtöaineet osana hapetonta hajotusta. Mikrobiyhteisöt analysoitiin DNA- ja RNA-lähtöisillä, polymeraasiketjureaktioon (PCR) perustuvilla menetelmillä. Merkkigeeneinä käytettiin metaanin tuottoon liittyvää mcrA-geeniä sekä arkkien ja bakteerien ribosomaalista 16S RNA-geeniä. Metanogeeniyhteisöt ja metaanintuotto erosivat huomattavasti happaman ja vähäravinteisen rahkasuon sekä ravinteikkaampien sarasoiden välillä. Rahkasuolta löytyi lähes yksinomaan Methanomicrobiales-lahkon metanogeeneja, jotka tuottavat metaania vedystä ja hiilidioksidista. Sarasoiden metanogeeniyhteisöt olivat monimuotoisempia, ja niillä esiintyi myös asetaattia käyttäviä metanogeeneja. Vuodenaika vaikutti merkittävästi metaanintuottoon. Talvella havaittiin odottamattoman suuri metaanintuottopotentiaali sekä viitteitä aktiivisista metanogeeneista. Arkkiyhteisön koostumus sen sijaan vaihteli vain vähän. Tuhkalannoitus, jonka tarkoituksena on edistää puiden kasvua ojitetuilla soilla, ei merkittävästi vaikuttanut metaanintuottoon tai -tuottajiin. Ojitetun suon yhteisöt kuitenkin muuttuivat turvesyvyyden mukaan. Vertailtaessa erilaisia PCR-menetelmiä todettiin, että kolmella mcrA-geeniin kohdistuvalla alukeparilla havaittiin pääosin samat ojitetun suon metanogeenit, mutta lajien runsaussuhteet riippuvat käytetyistä alukkeista. Soilla havaitut bakteerit kuuluivat pääjaksoihin Deltaproteobacteria, Acidobacteria ja Verrucomicrobia. Lisäksi löydettiin Crenarchaeota-pääjakson ryhmiin 1.1c ja 1.3 kuuluvia ei-metanogeenisia arkkeja. Tulokset ryhmien esiintymisestä hapettomassa turpeessa antavat lähtökohdan selvittää niiden mahdollisia vuorovaikutuksia metanogeenien kanssa. Tutkimuksen tulokset osoittivat, että metanogeeniyhteisön koostumus heijastaa metaanintuottoon vaikuttavia kemiallisia tai kasvillisuuden vaihteluita kuten suotyyppiä. Soiden metanogeenien ja niiden fysiologian parempi tuntemus voi auttaa ennustamaan ympäristömuutosten vaikutusta soiden metaanipäästöihin.

Microbial activities in boreal soils: Biodegradation of organic contaminants at low temperature and ammonia oxidation

This thesis deals with the response of biodegradation of selected anthropogenic organic contaminants and natural autochthonous organic matter to low temperature in boreal surface soils. Furthermore, the thesis describes activity, diversity and population size of autotrophic ammonia-oxidizing bacteria (AOB) in a boreal soil used for landfarming of oil-refinery wastes, and presents a new approach, in which the particular AOB were enriched and cultivated in situ from the landfarming soil onto cation exchange membranes. This thesis demonstrates that rhizosphere fraction of natural forest humus soil and agricultural clay loam soil from Helsinki Metropolitan area were capable of degrading of low to moderate concentrations (0.2 50 µg cm-3) of PCP, phenanthrene and 2,4,5-TCP at temperatures realistic to boreal climate (-2.5 to +15 °C). At the low temperatures, the biodegradation of PCP, phenanthrene and 2,4,5-TCP was more effective (Q10-values from 1.6 to 7.6) in the rhizosphere fraction of the forest soil than in the agricultural soil. Q10-values of endogenous soil respiration (carbon dioxide evolution) and selected hydrolytic enzyme activities (acetate-esterase, butyrate-esterase and β-glucosidase) in acid coniferous forest soil were 1.6 to 2.8 at temperatures from -3 to +30 °C. The results indicated that the temperature dependence of decomposition of natural autochthonous soil organic matter in the studied coniferous forest was only moderate. The numbers of AOB in the landfarming (sandy clay loam) soil were determined with quantitative polymerase chain reaction (real-time PCR) and with Most Probable Number (MPN) methods, and potential ammonium oxidation activity was measured with the chlorate inhibition technique. The results indicated presence of large and active AOB populations in the heavily oil-contaminated and urea-fertilised landfarming soil. Assessment of the populations of AOB with denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) profiling and sequence analysis of PCR-amplified 16S rRNA genes showed that Nitrosospira-like AOB in clusters 2 and 3 were predominant in the oily landfarming soil. This observation was supported by fluorescence in situ hybridization (FISH) analysis of the AOB grown on the soil-incubated cation-exchange membranes. The results of this thesis expand the suggested importance of Nitrosospira-like AOB in terrestrial environments to include chronically oil-contaminated soils.

Response of fungal and actinobacterial communities to water-level drawdown in boreal peatland sites

"We used PCR-DGGE fingerprinting and direct sequencing to analyse the response of fungal and actinobacterial communities to changing hydrological conditions at 3 different sites in a boreal peatland complex in Finland. The experimental design involved a short-term (3 years; STD) and a long-term (43 years; LTD) water-level drawdown. Correspondence analyses of DGGE bands revealed differences in the communities between natural sites representing the nutrient-rich mesotrophic fen, the nutrient-poorer oligotrophic fen, and the nutrient-poor ombrotrophic bog. Still, most fungi and actinobacteria found in the pristine peatland seemed robust to the environmental variables. Both fungal and actinobacterial diversity was higher in the fens than in the bog. Fungal diversity increased significantly after STD whereas actinobacterial diversity did not respond to hydrology. Both fungal and actinobacterial communities became more similar between peatland types after LTD, which was not apparent after STD. Most sequences clustered equally between the two main fungal phyla Ascomycota and Basidiomycota. Sequencing revealed that basidiomycetes may respond more (either positively or negatively) to hydrological changes than ascomycetes. Overall, our results suggest that fungal responses to water-level drawdown depend on peatland type. Actinobacteria seem to be less sensitive to hydrological changes, although the response of some may similarly depend on peatland type. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved."

Molekyylibiologisten menetelmien kehittäminen ihmisen suoliston sulfaattia pelkistävien bakteerien määrittämiseksi

Ihmisen ruuansulatuskanavan bakteeriston kehitys alkaa syntymästä, jolloin ensimmäiset bakteerit kansoittavat steriilin ruuansulatuskanavan. Bakteeristo kehittyy perimän, ympäristön ja varhaisen ruokavalion vaikutuksesta kohti monimuotoisempaa bakteeripopulaatiota. Aikuisen ruuansulatuskanavan normaalibakteeristo on varsin muuttumaton, mutta siihen vaikuttavat monet tekijät, kuten ikä, terveydentila, ruokavalio ja antibioottien käyttö. Bakteeriston koostumus vaihtelee ruuansulatuskanavan eri osissa ja bakteerimäärä kasvaa kohti paksusuolta, ollen paksusuolessa ja ulosteessa peräti 1010-1012 pmy/ml. Suurin osa ruuansulatuskanavan bakteereista on anaerobeja. Ruuansulatuskanavan bakteeristo vaikuttaa muun muassa suoliston kehittymiseen ja hiilihydraattien ja proteiinien hajotukseen sekä toimii osana immuunipuolustusta. Sulfaattia pelkistävät bakteerit (SRB) ovat monimuotoinen ryhmä pääosin anaerobisia bakteereita, jotka käyttävät aineenvaihdunnassaan elektronin vastaanottajana sulfaattia muuttaen sen lopulta sulfidiksi. SRB:t ovat sopeutuneet useisiin erilaisiin ympäristöihin. Niitä tavataan mm. vesistöjen sedimenteissä sekä ihmisen ruuansulatuskanavassa. Ihmisen ruuansulatuskanavassa on SRB:ta n. 105-108 pmy/g, ja niitä on löydetty erityisesti anaerobisista osista kuten suun ientaskuista ja paksusuolesta. SRB:t voivat olla haitaksi ruuansulatuskanavalle tuottamansa sulfidin vuoksi, joka esiintyy vesiliuoksessa vetysulfidina. Tämän on havaittu olevan toksista suoliston epiteelisoluille. Viimeaikoina on kiinnostuttu sulfaatinpelkistäjien yhteydestä suoliston sairaustiloihin, kuten tulehduksellisiin suolistosairauksiin (IBD). Pro gradu -tutkimukseni tavoitteena oli kehittää PCR-DGGE- ja qPCR-menetelmät ulosteen sulfaattia pelkistävien bakteerien määritykseen. Kohdegeeninä menetelmänkehityksessä käytettiin dsrAB-geeniä, joka koodaa dissimilatorista sulfiitinpelkistysentsyymiä. dsrAB-geeni on sulfaatinpelkistäjille ominainen konservoitunut geenialue, johon perustuvia tutkimuksia ei vielä ole paljon ihmispuolelta. qPCR-menetelmä saatiin optimoitua herkäksi ja spesifiseksi käyttäen dsrA-geenispesifisiä alukkeita, mutta PCR-DGGE-menetelmää ei saatu optimoitua käytössä olleilla alukkeilla, jotka monistivat PCR-DGGE:ssa myös negatiivikontrollikantoja. Tutkittaessa qPCR:lla IBD:tä (Crohn ja ulseratiivinen koliitti) sairastavien lasten ja terveiden kontrollihenkilöiden ulostenäytteistä eristettyä DNA:ta, merkittävää eroa SRB-määrissä ei havaittu eri ryhmien välillä. Crohnin tautia sairastavien aktiivisen vaiheen ja oireettoman vaiheen näytteiden välillä oli kuitenkin tilastollisesti merkitsevä ero (SRB-määrät; oireeton vaihe>oireellinen vaihe) (P <0,05).

Phytophthora in Finnish nurseries

Human-mediated movement of plants and plant products is now generally accepted to be the primary mode of introduction of plant pathogens. Species of the genus Phytophthora are commonly spread in this way and have caused severe epidemics in silviculture, horticulture as well as natural systems all over the world. The aims of the study were to gather information on the occurrence of Phytophthora spp. in Finnish nurseries, to produce information for risk assessments for these Phytophthora spp. by determining their host ranges and tolerance of cold temperatures, and to establish molecular means for their detection. Phytophthora cactorum was found to persist in natural waterbodies and results suggest that irrigation water might be a source of inoculum in nurseries. In addition to P. cactorum, isolates from ornamental nursery Rhododendron yielded three species new to Finland: P. ramorum, P. plurivora and P. pini. The only species with quarantine status, P. ramorum, was most adapted to growth in cold temperatures and able to persist in the nursery in spite of an annual sanitation protocol. Phytophthora plurivora and the closely related P. pini had more hosts among Nordic tree and plant species than P. ramorum and P. cactorum, and also had higher infectivity rates. All four species survived two weeks in -5 °C , and thus soil survival of these Phytophthoras in Finland is likely under current climatic conditions. The most common tree species in Finnish nurseries, Picea abies, was highly susceptible to P. plurivora and P. pini in pathogenicity trials. In a histological examination of P. plurivora in P. abies shoot tissues, fast necrotrophic growth was observed in nearly all tissues. The production of propagules in P. abies shoot tissue was only weakly indicated. In this study, a PCR DGGE technique was developed for simultaneous detection and identification of Phytophthora spp. It reliably detected Phytophthora in plant tissues and could discriminate most test species as well as indicate instances of multiple-species infections. It proved to be a useful detection and identification tool either applied alone or in concert with traditional isolation culture techniques. All of the introduced species of Phytophthora had properties that promote a high risk of establishment and spread in Finland. It is probable that more pathogens of this genus will be introduced and become established in Finland and other Nordic countries unless efficient phytosanitary control becomes standard practice in the international plant trade.