Evolution of the Riparian forest corridor in a large Mediterranean river system

The well-documented re-colonisation of the French large river basins of Loire and Rhone by European otter and beaver allowed the analysis of explanatory factors and threats to species movement in the river corridor. To what extent anthropogenic disturbance of the riparian zone influences the corridor functioning is a central question in the understanding of ecological networks and the definition of restoration goals for river networks. The generalist or specialist nature of target species might be determining for the responses to habitat quality and barriers in the riparian corridor. Detailed datasets of land use, human stressors and hydro-morphological characteristics of river segments for the entire river basins allowed identifying the habitat requirements of the two species for the riparian zone. The identified critical factors were entered in a network analysis based on the ecological niche factor approach. Significant responses to riparian corridor quality for forest cover, alterations of channel straightening and urbanisation and infrastructure in the riparian zone are observed for both species, so they may well serve as indicators for corridor functioning. The hypothesis for generalists being less sensitive to human disturbance was withdrawn, since the otter as generalist species responded strongest to hydro-morphological alterations and human presence in general. The beaver responded the strongest to the physical environment as expected for this specialist species. The difference in responses for generalist and specialist species is clearly present and the two species have a strong complementary indicator value. The interpretation of the network analysis outcomes stresses the need for an estimation of ecological requirements of more species in the evaluation of riparian corridor functioning and in conservation planning.

Diseño y evaluación de un procedimiento on-line para la biorremediación de aguas radiactivas en centrales nucleares

Recientemente se ha demostrado la existencia de microorganismos en las piscinas de almacenamiento de combustible nuclear gastado en las centrales nucleares utilizando técnicas convencionales de cultivo en el laboratorio. Estudios posteriores han puesto de manifiesto que los microorganismos presentes eran capaces de colonizar las paredes de acero inoxidable de las piscinas formando biopelículas. Adicionalmente se ha observado la capacidad de estas biopelículas de retener radionúclidos, lo que hace pensar en la posibilidad de utilizarlas en la descontaminación de las aguas radiactivas de las piscinas. En la presente tesis se plantea conocer más profundamente la biodiversidad microbiana de las biopelículas utilizando técnicas de biología molecular como la clonación, además de desarrollar un sistema de descontaminación a escala piloto con el objetivo de valorar si el proceso podría resultar escalable a nivel industrial. Para ello se diseñaron y fabricaron dos biorreactores en acero inoxidable compatibles con las condiciones específicas de seguridad sísmica y protección frente a la radiación en la zona controlada de una central nuclear. Los biorreactores se instalaron en la Central Nuclear de Cofrentes (Valencia) en las proximidades de las piscinas de almacenamiento de combustible nuclear gastado y precediendo a las resinas de intercambio iónico, de forma que reciben el agua de las piscinas permitiendo el análisis in situ de la radiación eliminada del agua de las mismas. Se conectó una lámpara de luz ultravioleta a uno de los biorreactores para poder comparar el desarrollo de bipelículas y la retención de radiactividad en ambas condiciones. En estos biorreactores se introdujeron ovillos de acero inoxidable y de titanio que se extrajeron a diversos tiempos, hasta 635 días para los ovillos de acero inoxidable y hasta 309 días para los ovillos de titanio. Se analizaron las biopelículas desarrolladas sobre los ovillos por microscopía electrónica de barrido y por microscopía de epifluorescencia. Se extrajo el ADN de las biopelículas y, tras su clonación, se identificaron los microorganismos por técnicas independientes de cultivo. Asimismo se determinó por espectrometría gamma la capacidad de las biopelículas para retener radionúclidos. Los microorganismos radiorresistentes identificados pertenecen a los grupos filogenéticos Alpha-proteobacteria, Gamma-proteobacteria, Actinobacteria, Deinococcus-Thermus y Bacteroidetes. Las secuencias de estos microorganismos se han depositado en el GenBank con los números de acceso KR817260-KR817405. Se ha observado una distribución porcentual ligeramente diferente en relación con el tipo de biorreactor. Las biopelículas han retenido fundamentalmente radionúclidos de activación. La suma de Co-60 y Mn-54 ha llegado en ocasiones al 97%. Otros radionúclidos retenidos han sido Cr-51, Co-58, Fe-59, Zn-65 y Zr-95. Se sugiere un mecanismo del proceso de retención de radionúclidos relacionado con el tiempo de formación y desaparición de las biopelículas. Se ha valorado que el proceso escalable puede ser económicamente rentable. ABSTRACT The existence of microorganisms in spent nuclear fuel pools has been demonstrated recently in nuclear power plants by using conventional microbial techniques. Subsequent studies have revealed that those microorganisms were able to colonize the stainless steel pool walls forming biofilms. Additionally, it has been observed the ability of these biofilms to retain radionuclides, which suggests the possibility of using them for radioactive water decontamination purposes. This thesis presents deeper knowledge of microbial biofilms biodiversity by using molecular biology techniques such as cloning, and develops a decontamination system on a pilot scale, in order to assess whether the process could be scalable to an industrial level. Aiming to demonstrate this was feasible, two stainless steel bioreactors were designed and manufactured, both were compatible with seismic and radiation protection standards in the controlled zone of a nuclear plant. These bioreactors were installed in the Cofrentes Nuclear Power Plant (Valencia) next to the spent nuclear fuel pools and preceding (upstream) ion exchange resins. This configuration allowed the bioreactors to receive water directly from the pools allowing in situ analysis of radiation removal. One ultraviolet lamp was connected to one of the bioreactors to compare biofilms development and radioactivity retention in both conditions. Stainless steel and titanium balls were introduced into these bioreactors and were removed after different time periods, up to 635 days for stainless steel balls and up to 309 days for titanium. Biofilms developed on the balls were analyzed by scanning electron microscopy and epifluorescence microscopy. DNA was extracted from the biofilms, was cloned and then the microorganisms were identified by independent culture techniques. Biofilms ability to retain radionuclides was also determined by gamma spectrometry. The identified radioresistant organisms belong to the phylogenetic groups Alphaproteobacteria, Gamma-proteobacteria, Actinobacteria, Deinococcus-Thermus and Bacteroidetes. The sequences of these microorganisms have been deposited in GenBank (access numbers KR817260-KR817405). A different distribution of microorganisms was observed in relation to the type of bioreactor. Biofilms have essentially retained activation radionuclides. Sometimes the sum of Co-60 and Mn-54 reached 97%. Cr-51, Co-58, Fe-59, Zn-65 and Zr-95 have also been retained. A radionuclide retention process mechanism related to biofilms formation and disappearance time is suggested. It has been assessed that the scalable process can be economically profitable.

Declines of biomes and biotas and the future of evolution

Although panel discussants disagreed whether the biodiversity crisis constitutes a mass extinction event, all agreed that current extinction rates are 50–500 times background and are increasing and that the consequences for the future evolution of life are serious. In response to the on-going rapid decline of biomes and homogenization of biotas, the panelists predicted changes in species geographic ranges, genetic risks of extinction, genetic assimilation, natural selection, mutation rates, the shortening of food chains, the increase in nutrient-enriched niches permitting the ascendancy of microbes, and the differential survival of ecological generalists. Rates of evolutionary processes will change in different groups, and speciation in the larger vertebrates is essentially over. Action taken over the next few decades will determine how impoverished the biosphere will be in 1,000 years when many species will suffer reduced evolvability and require interventionist genetic and ecological management. Whether the biota will continue to provide the dependable ecological services humans take for granted is less clear. The discussants offered recommendations, including two of paramount importance (concerning human populations and education), seven identifying specific scientific activities to better equip us for stewardship of the processes of evolution, and one suggesting that such stewardship is now our responsibility. The ultimate test of evolutionary biology as a science is not whether it solves the riddles of the past but rather whether it enables us to manage the future of the biosphere. Our inability to make clearer predictions about the future of evolution has serious consequences for both biodiversity and humanity.

Análise da microbiota intestinal em adultos com hábitos alimentares distintos e de associações com a inflamação e resistência à insulina

Introdução: A microbiota intestinal possui grande diversidade de bactérias, predominantemente dos filos Bacteroidetes e Firmicutes, com múltiplas funções. A alimentação pode alterar sua composição e função. Alto teor de gordura saturada altera a permeabilidade intestinal, eleva os lipopolissacarídeos e predispõe à inflamação subclínica crônica. Dieta rica em fibras, como a vegetariana, induz elevação de ácidos graxos de cadeia curta e benefícios metabólicos. Objetivos: Para analisar a composição da microbiota intestinal de adventistas com diferentes hábitos alimentares e associá-los à inflamação subclínica e resistência à insulina, esta tese incluiu: 1) revisão dos mecanismos que associam a alimentação à microbiota intestinal e ao risco cardiometabólico; 2) verificação da composição da microbiota intestinal segundo diferentes hábitos alimentares e de associações com biomarcadores de doenças cardiometabólicas; 3) avaliação da associação entre a abundância de Akkermansia muciniphila e o metabolismo da glicose; 4) análise da presença de enterótipos e de associações com características clínicas. Métodos: Este estudo transversal incluiu 295 adventistas estratificados segundo hábitos alimentares (vegetariano estrito, ovo-lacto-vegetariano e onívoro). Foram avaliadas associações com dados clínicos, bioquímicos e inflamatórios. O perfil da microbiota foi obtido por sequenciamento do gene 16S rRNA (Illumina® Miseq). Resultados: 1) Há evidências de que as relações entre dieta, inflamação, resistência à insulina e risco cardiometabólico são em parte mediadas pela composição da microbiota intestinal. 2) Vegetarianos apresentaram melhor perfil clínico quando comparados aos onívoros. Confirmou-se maior abundância de Firmicutes e Bacteroidetes, que não diferiram segundo a adiposidade corporal. Entretanto, vegetarianos estritos apresentaram mais Bacteroidetes, menos Firmicutes e maior abundância do gênero Prevotella quando comparados aos outros dois grupos de hábitos alimentares. Entre os ovo-lactovegetarianos verificou-se maior proporção de Firmicutes especialmente do gênero Faecalibacterium. Nos onívoros, houve super-representação do filo Proteobacteria (Succinivibrio e Halomonas) comparados aos vegetarianos. 3) Indivíduos normoglicêmicos apresentaram maior abundância de Akkermansia muciniphila que aqueles com glicemia alterada. A abundância desta bactéria correlacionou-se inversamente à glicemia e hemoglobina glicosilada. 4) Foram identificados três enterótipos (Bacteroides, Prevotella e Ruminococcaceae), similares àqueles previamente descritos. As concentrações de LDL-C foram menores no enterótipo 2, no qual houve maior frequência de vegetarianos estritos. Discussão: 1) Conhecimentos sobre participação da microbiota na fisiopatologia de doenças poderão reverter em estratégias para manipulá-la para promover saúde. 2) Apoia-se a hipótese de que hábitos alimentares se associam favorável ou desfavoravelmente a características metabólicas e inflamatórias do hospedeiro via alterações na composição da microbiota intestinal. Sugerimos que a exposição a alimentos de origem animal possa impactar negativamente nas proporções de comunidades bacterianas. 3) Sugerimos que a abundância da Akkermansia muciniphila possa participar do metabolismo da glicose. 4) Reforçamos que a existência de três enterótipos não deva ser específica de certas populações/continentes. Apesar de desconhecido o significado biológico destes agrupamentos, as correlações com o perfil lipídico podem sugerir sua utilidade na avaliação do risco cardiometabólico. Conclusões: Nossos achados fortalecem a ideia de que a composição da microbiota intestinal se altera mediante diferentes hábitos alimentares, que, por sua vez, estão associados a alterações nos perfis metabólicos e inflamatórios. Estudos prospectivos deverão investigar o potencial da dieta na prevenção de distúrbios cardiometabólicos mediados pela microbiota.

Caracterização microbiológica, química e presença de poluentes orgânicos em amostras de lodo de esgoto de São Paulo

Objetivou-se com este trabalho avaliar o potencial agrícola do lodo de esgoto produzido no estado de São Paulo, bem como, verificar a possibilidade de interação entre a composição química e a abundância relativa de bactérias no lodo. Foram realizadas coletas de amostra de lodo de esgoto em 19 estações de tratamento de esgoto, em três épocas distintas. Nas amostras provenientes das três épocas foram determinados as concentrações dos 16 hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) listados como prioritários no monitoramento ambiental pela USEPA (acenafteno, acenaftileno, antraceno, benzo(a)antraceno, benzo(a)pireno, benzo(b)fluoranteno, benzo(ghi)perileno, benzo(k)fluoranteno, criseno, dibenzo(a,h)antraceno, fenantreno, fluoranteno, fluoreno, indeno(1,2,3-cd)pireno, naftaleno e pireno). Nas amostras da segunda época de coleta, além da presença de HPAs, determinou-se as concentrações de poluentes orgânicos emergentes (hormônios, produtos farmacêuticos e produtos de uso industrial), realizou-se a caracterização completa segundo a Resolução CONAMA 375/2006 (umidade, pH, N-Kjeldahl e inorgânico, carbono orgânico, cálcio, potássio, fósforo, magnésio, enxofre, boro, cobre, ferro, níquel, manganês, molibdênio, selênio, zinco, alumínio, arsênio, bário, cádmio, cromo, chumbo, mercúrio e sódio) e a caracterização da comunidade bacteriana através de metodologia independente de cultivo (sequenciamento illumina). Os macronutrientes em maiores concentrações no lodo de esgoto são: N > Ca > S > P > Mg > K. Os elementos inorgânicos Ni e Zn apresentaram concentração superior à máxima permitida para utilização agrícola pela resolução Conama 375/2006 em 1 e 3 amostras, respectivamente. A substância inorgânica que mais limita o enquadramento do lodo de esgoto como adubo orgânico (Instrução Normativa 27/2006) é o Hg. Os compostos benzilparabeno, bisfenol AF (BPAF), ácido perfluorooctanoico (PFOA) e tetrabromobisfenol A (TBBPA) não foram detectados. Por outro lado, cimetidina, metilparabeno, bisfenol A (BPA) e triclocarban foram detectados nas 19 amostras avaliadas. O composto presente em maior concentração é o triclocarban. As concentrações de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos são baixas, de acordo com a norma Europeia. Os filos Proteobacteria e Bacteroidetes estão presentes em maior abundância relativa. Existe uma comunidade bacteriana núcleo nas estações de tratamento de esgoto do estado de São Paulo, composta por 81 gêneros, presentes nas 19 ETEs avaliadas, dos quais, os que estão em maior abundância relativa são Treponema, Clostridium, Propionibacterium, Syntrophus e Desulfobulbus. A elevação do pH a valores próximos de 12 reduz a diversidade microbiana. Considerando a abundância relativa e a composição química do lodo de esgoto, as estações podem ser agrupadas em três grupos distintos, sendo que um deles é influenciado principalmente pelos teores de Ca, Zn e Cu, o outro pelos teores de Fe e S e o terceiro grupo que foi influenciado pelos demais fatores avaliados.

Dinâmica do microbioma ruminal de ovinos (Ovis aries) e sua relação com a degradação de biomassa

Considerando a dieta como um fator modulador do microbioma ruminal, neste trabalho objetivou-se investigar o impacto do bagaço da cana-de-açúcar sobre a composição e funcionalidade das espécies microbianas residentes no rúmen de carneiros (Ovis aries). Foram utilizados seis animais machos fistulados de O. aries, dos quais três foram alimentados com uma dieta composta por 70% de volumoso e 30% de concentrado (tratamento controle) e outros três animais alimentados com uma dieta similar a anterior, mas com 14% do volumoso substituído por bagaço de cana-de-açúcar (tratamento bagaço). O conteúdo ruminal (líquido e fibra) foram amostrados quinzenalmente durante 60 dias. A partir dessas amostras foram acessadas a estrutura e a composição da comunidade microbiana pela extração de DNA total e amplificação das regiões V3 e V6-V7 do gene 16S rRNA bacteriano e a região intergênica fúngica (ITS2). Além disso, foram feitas análises metagenômicas e metatranscriptômicas de comunidade microbianas enriquecidas em fibra ruminal para identificar enzimas lignocelulolíticas expressas. As frações líquida e fibrosa do conteúdo ruminal de O. aries revelaram uma comunidade bacteriana dominada principalmente por Bacteroidetes e Firmicutes ao longo de todo período experimental. Dois gêneros, Prevotella e Ruminococcus representaram 20% e 4% da comunidade bacteriana ruminal, respectivamente. Para a comunidade fúngica o filo Neocallimastigomycota representou 91% das sequências e os principais gêneros deste filo foram Piromyces, Neocallimastix, Orpinomyces, Anaeromyces, Caecomyces e Cyllamyces aderidos a fibra ruminal. O gênero Caecomyces, foi significativamente mais abundante na fibra ruminal de animais que se alimentaram de bagaço de cana-de açúcar. Além disso, foi observado um aumento significativo na frequência de enzimas como, por exemplo, 1,4-α-glucano, α-galactosidase, endo 1,4-β-xilanase, β- xilosidase, xilose isomerase, celobiose fosforilase e α-N-arabinofuranosidase no tratamento com bagaço de cana-de-açúcar. Considerando que a recuperação de enzimas a partir de comunidades microbianas naturalmente selecionadas para a degradação de biomassa é uma estratégia promissora para superar a atual ineficiência da ação enzimática na produção industrial de biocombustíveis, os resultados deste trabalho representam a possibilidade de aumentar a capacidade de recuperação ou descoberta de enzimas a partir de ruminantes, ou ainda, a possibilidade de manipular a estrutura do microbioma do rúmen para usá-lo como fonte de inóculo enriquecido em processos industriais de degradação de biomassa.

Manipulation of the Quorum Sensing Signal AI-2 Affects the Antibiotic-Treated Gut Microbiota

The mammalian gut microbiota harbors a diverse ecosystem where hundreds of bacterial species interact with each other and their host. Given that bacteria use signals to communicate and regulate group behaviors (quorum sensing), we asked whether such communication between different commensal species can influence the interactions occurring in this environment. We engineered the enteric bacterium, Escherichia coli, to manipulate the levels of the interspecies quorum sensing signal, autoinducer-2 (AI-2), in the mouse intestine and investigated the effect upon antibiotic-induced gut microbiota dysbiosis. E. coli that increased intestinal AI-2 levels altered the composition of the antibiotic-treated gut microbiota, favoring the expansion of the Firmicutes phylum. This significantly increased the Firmicutes/Bacteroidetes ratio, to oppose the strong effect of the antibiotic, which had almost cleared the Firmicutes. This demonstrates that AI-2 levels influence the abundance of the major phyla of the gut microbiota, the balance of which is known to influence human health.

Quo vadis Aethina tumida? Biology and control of small hive beetles

Small hive beetles (SHBs) are generalists native to sub-Saharan Africa and reproduce in association with honeybees, bumblebees, stingless bees, fruits and meat. The SHB has recently become an invasive species, and introductions have been recorded from America, Australia, Europe and Asia since 1996. hile SHBs are usually considered a minor pest in Africa, they can cause significant damage to social bee colonies in their new ranges. Potential reasons for differential impact include differences in bee behaviour, climate and release from natural enemies. Here, we provide an overview on biology, distribution, pest status, diagnosis, control and prevention to foster adequate mitigation and stimulate future research. SHBs have become a global threat to both apiculture and wild bee populations, but our knowledge of this pest is still limited, reating demand for more research in all areas of its biology.

Kinetic and phylogenetic characterization of an anaerobic dechlorinating microbial community

The reductive dechlorination (RD) of tetrachloroethene (PCE) to vinyl chloride (VC) and, to a lesser extent, to ethene (ETH) by an anaerobic microbial community has been investigated by studying the processes and kinetics of the main physiological components of the consortium. Molecular hydrogen, produced by methanol-utilizing acetogens, was the electron donor for the PCE RD to VC and ETH without forming any appreciable amount of other chlorinated intermediates and in the near absence of methanogenic activity. The microbial community structure of the consortium was investigated by preparing a 1 6S rDNA clone library and by fluorescence in situ hybridization (FISH). The PCR primers used in the clone library allowed the harvest of 16SrDNA from both bacterial and archaeal members in the community. A total of 616 clones were screened by RFLP analysis of the clone inserts followed by the sequencing of RFLP group representatives and phylogenetic analysis. The clone library contained sequences mostly from hitherto undescribed bacteria. No sequences similar to those of the known RD bacteria like 'Dehalococcoides ethenogenes' or Dehalobacter restrictus were found in the clone library, and none of these bacteria was present in the RD consortium according to FISH. Almost all clones fell into six previously described phyla of the bacterial domain, with the majority (56(.)6%) being deep-branching members of the Spirochaetes phylum. Other clones were in the Firmicutes phylum (18(.)5%), the Chloroflexi phylum (16(.)4%), the Bacteroidetes phylum (6(.)3%), the Synergistes genus (11(.)1%) and a lineage that could not be affiliated with existing phyla (11(.)1%). No archaeal clones were found in the clone library. Owing to the phylogenetic novelty of the microbial community with regard to previously cultured microorganisms, no specific microbial component(s) could be hypothetically affiliated with the RD phenotype. The predominance of Spirochaetes in the microbial consortium, the main group revealed by clone library analysis, was confirmed by FISH using a purposely developed probe.

Molecular characterization of the microbial species that colonize human ileal and colonic mucosa by using 16S rDNA sequence analysis

Aim: The aim of this study was to characterize the bacterial community adhering to the mucosa of the terminal ileum, and proximal and distal colon of the human digestive tract. Methods and Results: Pinch samples of the terminal ileum, proximal and distal colon were taken from a healthy 35-year-old, and a 68-year-old subject with mild diverticulosis. The 16S rDNA genes were amplified using a low number of PCR cycles, cloned, and sequenced. In total, 361 sequences were obtained comprising 70 operational taxonomic units (OTU), with a calculated coverage of 82.6%. Twenty-three per cent of OTU were common to the terminal ileum, proximal colon and distal colon, but 14% OTU were only found in the terminal ileum, and 43% were only associated with the proximal or distal colon. The most frequently represented clones were from the Clostridium group XIVa (24.7%), and the Bacteroidetes (Cytophaga-Flavobacteria-Bacteroides ) cluster (27.7%). Conclusion: Comparison of 16S rDNA clone libraries of the hindgut across mammalian species confirms that the distribution of phylogenetic groups is similar irrespective of the host species. Lesser site-related differences within groups or clusters of organisms, are probable. Significance and Impact: This study provides further evidence of the distribution of the bacteria on the mucosal surfaces of the human hindgut. Data contribute to the benchmarking of the microbial composition of the human digestive tract.

Metamorphosis of a scleractinian coral in response to microbial biofilms

Microorganisms have been reported to induce settlement and metamorphosis in a wide range of marine invertebrate species. However, the primary cue reported for metamorphosis of coral larvae is calcareous coralline algae (CCA). Herein we report the community structure of developing coral reef biofilms and the potential role they play in triggering the metamorphosis of a scleractinian coral. Two-week-old biofilms induced metamorphosis in less than 10% of larvae, whereas metamorphosis increased significantly on older biofilms, with a maximum of 41% occurring on 8-week-old microbial films. There was a significant influence of depth in 4- and 8-week biofilms, with greater levels of metamorphosis occurring in response to shallow-water communities. Importantly, larvae were found to settle and metamorphose in response to microbial biofilms lacking CCA from both shallow and deep treatments, indicating that microorganisms not associated with CCA may play a significant role in coral metamorphosis. A polyphasic approach consisting of scanning electron microscopy, fluorescence in situ hybridization (FISH), and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) revealed that coral reef biofilms were comprised of complex bacterial and microalgal communities which were distinct at each depth and time. Principal-component analysis of FISH data showed that the Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, and Cytophaga-Flavobacterium of Bacteroidetes had the largest influence on overall community composition. A low abundance of Archaea was detected in almost all biofilms, providing the first report of Archaea associated with coral reef biofilms. No differences in the relative densities of each subdivision of Proteobacteria were observed between slides that induced larval metamorphosis and those that did not. Comparative cluster analysis of bacterial DGGE patterns also revealed that there were clear age and depth distinctions in biofilm community structure; however, no difference was detected in banding profiles between biofilms which induced larval metamorphosis and those where no metamorphosis occurred. This investigation demonstrates that complex microbial communities can induce coral metamorphosis in the absence of CCA.