Gridded bathymetry from multibeam echosounder EM120 data of the cruise M72/2 (2007)

Bathymetry based on data recorded during M72-2 between 23.02.2007 and 13.03.2007 in the Black Sea. The main focus of the cruise was to study the fluxes and turnover of methane and sulphur in the Black Sea hydrocarbon seep systems and investigating the microbial diversity in two contrasting permanently anoxic settings associated with fluid flow and gas seepage: the methane seeps at the shelf break of the Palaeo-Dnepr area and the hydrocarbon seeps of the mud volcanoes in the 2000 m deep Sorokin trough east of Crimea.

Registry of samples and environmental context from the Ocean Sampling Day 2014

The Ocean Sampling Day (OSD) is a simultaneous sampling campaign of the world's oceans which took place (for the first time) on the summer solstice (June 21st) in the year 2014. These cumulative samples, related in time, space and environmental parameters, provide insights into fundamental rules describing microbial diversity and function and contribute to the blue economy through the identification of novel, ocean-derived biotechnologies. We see OSD data as a reference data set for generations of experiments to follow in the coming decade. The present data set includes a description of each sample collected during the Ocean Sampling Day 2014 and provides contextual environmental data measured concurrently with the collection of water samples for genomic analyses.

Microbes as engines of ecosystem function : When does community structure enhance predictions of ecosystem processes?

Peer reviewed

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.

Utilização de metanol, etanol e metano como doadores de elétrons para a desnitrificação

Esta tese apresenta e discute os dados obtidos a partir de trabalho experimental projetado para avaliar comparativamente o desempenho de reatores desnitrificantes em batelada, tendo etanol, metanol e gás metano como doadores de elétrons. Os experimentos foram realizados em reatores em escala de bancada. Os ensaios com gás metano objetivaram verificar a efetividade deste sub-produto de reatores anaeróbios em substituir os doadores exógenos de elétrons comumente utilizados, tais como metanol e etanol. Para alcançar o objetivo principal deste trabalho, os parâmetros cinéticos de desnitrificação, para os doadores de elétrons ensaiados, foram determinados nas diferentes condições operacionais. Além disso, as alterações ocorridas na população microbiana, ao longo do período experimental, foram avaliadas em relação à diversidade microbiana, por meio de análises microscópicas (óptica, de fluorescência e eletrônica de varredura) e da técnica de Biologia Molecular de PCR/DGGE. A completa desnitrificação foi alcançada para todos os compostos testados, e o etanol foi o doador de elétrons mais eficiente para a desnitrificação. A melhor razão carbono-nitrogênio para a desnitrificação foi igual a 1,0. Contudo, este parâmetro foi encontrado ser inadequado para utilização no processo de desnitrificação, uma vez que não expressa a capacidade real do composto usado em doar elétrons. A desnitrificação com metano ocorreu tanto na presença como na ausência de oxigênio, embora a baixas velocidades quando comparado com os outros compostos. No entanto, a configuração do reator utilizado neste estudo não foi adequada para promover a efetiva dissolução do gás metano na fase líquida. Por essa razão, sugere-se o desenvolvimento de configurações de reatores apropriadas para minimizar as resistências à transferência de massa da fase gasosa para a líquida e também desta para a biomassa.

Degradação anaeróbia de fenol sob diferentes condições nutricionais

A tecnologia anaeróbia tem sido utilizada com sucesso no tratamento de água residuária contendo compostos fenólicos. Recentes pesquisas incluem tais compostos entre aqueles que podem ser degradados através desse processo. O objetivo desse trabalho foi avaliar a degradação do fenol em diferentes condições nutricionais, com ênfase na redução do sulfato. Os experimentos foram realizados com meio de cultura específico para esses microrganismos anaeróbios. Foram realizados ensaios de degradação em reatores em batelada alimentados nas seguintes condições: (1) fenol e sulfato, a diferentes concentrações, com inóculo previamente enriquecido; (2) fenol, sulfato e co-substratos e; (3) fenol, sulfato e extrato de levedura. Todos os ensaios foram realizados em temperatura de 30 graus Celsius, sob agitação de 150 rpm. Foi avaliado o consumo de fenol e sulfato e, produção de metano, em função do tempo, para diferentes concentrações iniciais de fenol e sulfato. Nos ensaios com reatores alimentados com fenol (329,3 mg/l); fenol (307,3 mg/l) e sulfato (160 mg/l); fenol (322.3 mg/l), sulfato (160 mg/l) e lactato (478,16 mg/l); fenol (332,1 mg/l), sulfato (150 mg/l) e etanol (129,76 mg/l), a remoção foi de, respectivamente, 99,8%, 98,2%, 98,8% e 98,8%. Os reatores alimentados com fenol (239,7 mg/l) obtiveram 100% de eficiência na degradação em apenas 11 dias e, os reatores alimentados com fenol (234,3 mg/l) e sulfato (162,5 mg/l) e fenol (256,0 mg/l) e sulfato (500 mg/l) tiveram eficiências de degradação de, respectivamente, 98,8% e 99,3% com 17 dias de operação. Tais eficiências foram obtidas pelo acréscimo de extrato de levedura nos reatores, no início dos ensaios. A caracterização morfológica foi realizada através de microscopia óptica. A diversidade microbiana referente aos Domínios Bacteria e Archaea, além do grupo de bactérias redutoras de sulfato foi avaliada através da técnica de PCR DGGE, onde foram observadas alterações nas populações microbianas, em função das condições nutricionais. Para o Domínio Archaea não foram observadas diferenças nos ensaios realizados. Para o Domínio Bacteria e Grupo das BRS essas diferenças foram, mais facilmente, percebidas com relação ao inóculo e entre os diversos reatores. A alteração na diversidade microbiana pode ter sido decorrente da composição do meio que, nesse caso, foi específico para BRS e a composição do inóculo que continha parte previamente adaptada às BRS. Essas condições adequadas puderam propiciar surgimento e desenvolvimento de populações microbianas capazes de degradar fenol, utilizando sulfato.

Impacto da diversidade bacteriana sob a degradação clorotalonil no solo manejado com biochar

A diversidade microbiana é geralmente considerada por seu papel nos principais processos do ecossistema, tais como a decomposição da matéria orgânica e ciclos biogeoquímicos. No entanto, informações sobre o impacto da diversidade em funções menores, como degradação de xenobióticos são escassas. Nós estudamos a partir da abordagem da \'diluição para extinção\', o papel da diversidade sobre a capacidade da comunidade microbiana em degradar o fungicida clorotalonil (organoclorado). Também estudamos o comportamento da comunidade bacteriana após aplicação do pesticida no solo com e sem biochar. A diversidade microbiana do solo natural foi alterada artificialmente por diluição, constituindo um gradiente de diversidade (SN > 10-1 > 10-3 > 10-6), seguido pela inoculação em amostras de solo estéril e posterior reestruturação (15 dias). Após a reestruturação da comunidade, as amostras foram manejadas com biochar (1% m/m) e tratadas com a dose de campo do CHT. O comportamento da comunidade bacteriana foi estudo por PCR-DGGE e qPCR do gene 16S rDNA através de um experimento com molécula fria (não radiomarcada). Enquanto a capacidade de degradação do CHT foi estudada por radiorespirometria (14C-CHT). Inicialmente, a comunidade de bactérias foi influenciada pelo gradiente de diversidade obtido por diluição. A separação dos grupos bacterianos se mostrou bastante similar nos três primeiros períodos pré-aplicação do CHT (SN > 10-1 - 10-3 > 10-6), enquanto que no período de 15 dias, a dinâmica de grupos foi alterada (SN > 10-1 > 10-3 - 10-6). O fungicida e o biochar não exerceram efeitos na comunidade bacteriana no tempo zero (imediatamente após a aplicação), a modificação no perfil da comunidade foi atribuído à diluição. Nos períodos de 21 e 42 dias, o perfil comunidade bacteriana apresentou forte modificação. Os grupos bacterianos se mostraram mais dispersos quando considerado somente o CHT. Embora, a análise de ANOSIM indicou não haver diferença nas amostras com e sem biochar, sugerindo que o clorotalonil foi quem mais contribuiu na dispersão dos grupos bacterianos. No período de 42 d, a comunidade apresentou resposta positiva, sendo observado aumentos no número de bandas e no índice de Shannon em todos tratamentos. Isto possivelmente, devido a menor concentração do fungicida disponível na solução do solo, diminuindo assim, os efeitos deletérios sobre a comunidade. Os dados de qPCR não apresentaram alteração no número de copias do gene 16S rDNA em todos os tratamentos. A remoção da diversidade impactou fortemente a capacidade da comunidade bacteriana de degradar o clorotalonil. Apesar da capacidade de degradar não ter sido perdida, a mínima alteração na diversidade promoveu elevada redução na taxa de mineralização do CHT. A dissipação do CHT se mostrou rápida (D50 < 1 dia) em todos os tratamentos, além disso, a formação de 14C-resíduos não extraíveis foi constituiu um dos principais mecanismos de dissipação do CHT. A partir da degradação do fungicida, foram detectados três metabólitos. Conclui-se que a modificação por diluição da diversidade bacteriana promoveu impacto negativo na mineralização do clorotalonil. E que a formação de resíduos não extraíveis consistiu no principal mecanismo de dissipação do CHT em ambos solos.

Design, development, and use of molecular primers and probes for the detection of Gluconacetobacter species in the pink sugarcane mealybug

Molecular tools for the species-specific detection of Gluconacetobacter sacchari, Gluconacetobacter diazotrophicus, and Gluconacetobacter liquefaciens from the pink sugarcane mealybug (PSMB) Saccharicoccus sacchari Cockerell (Homiptera: Pseudococcidae) were developed and used in polymerase chain reactions (PCR) and in fluorescence in situ hybridizations (FISH) to better understand the microbial diversity and the numerical significance of the acetic acid bacteria in the PSMB microenvironment. The presence of these species in the PSMB occurred over a wide range of sites, but not in all sites in sugarcane-growing areas of Queensland, Australia, and was variable over time. Molecular probes for use in FISH were also designed for the three acetic acid bacterial species, and shown to be specific only for the target species. Use of these probes in FISH of squashed whole mealybugs indicated that these acetic acid bacteria species represent only a small proportion of the microbial population of the PSMB. Despite the detection of Glac. sacchari, Glac. diazotrophicus, and Glac. liquefaciens by PCR from different mealybugs isolated at various times and from various sugarcane-growing areas in Queensland, Australia, these bacteria do not appear to be significant commensals in the PSMB environment.

Identifying causes for N2O accumulation in a lab-scale sequencing batch reactor performing simultaneous nitrification, denitrification and phosphorus removal

The recently described process of simultaneous nitrification, denitrification and phosphorus removal (SNDPR) has a great potential to save capital and operating costs for wastewater treatment plants. However, the presence of glycogen-accumulating organisms (GAOs) and the accumulation of nitrous oxide (N2O) can severely compromise the advantages of this process. In this study, these two issues were investigated using a lab-scale sequencing batch reactor performing SNDPR over a 5-month period. The reactor was highly enriched in polyphosphate-accumulating organisms (PAOs) and GAOs representing around 70% of the total microbial community. PAOs were the dominant population at all times and their abundance increased, while GAOs population decreased over the study period. Anoxic batch tests demonstrated that GAOs rather than denitrifying PAOs were responsible for denitrification. NO accumulated from denitrification and more than half of the nitrogen supplied in a reactor cycle was released into the atmosphere as NO. After mixing SNDPR sludge with other denitrifying sludge, N2O present in the bulk liquid was reduced immediately if external carbon was added. We therefore suggest that the N2O accumulation observed in the SNDPR reactor is an artefact of the low microbial diversity facilitated by the use of synthetic wastewater with only a single carbon source. (C) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Bulk sediment characteristics and geomicrobiology of sediment core 5022-1J from Laguna Potrok Aike, southern Patagonia

Living microorganisms inhabit every environment of the biosphere but only in the last decades their importance governing biochemical cycles in deep sediments has been widely recognized. Most investigations have been accomplished in the marine realm whereas there is a clear paucity of comparable studies in lacustrine sediments. One of the main challenges is to define geomicrobiological proxies that can be used to identify different microbial signals in the sediments. Laguna Potrok Aike, a maar lake located in Southeastern Patagonia, has an annually not stratifying cold water column with temperatures ranging between 4 and 10 °C, and most probably an anoxic water/sediment interface. These unusual features make it a peculiar and interesting site for geomicrobiological studies. Living microbial activity within the sediments was inspected by the first time in a sedimentary core retrieved during an ICDP-sponsored drilling operation. The main goals to study this cold subsaline environment were to characterize the living microbial consortium; to detect early diagenetic signals triggered by active microbes; and to investigate plausible links between climate and microbial populations. Results from a meter long gravity core suggest that microbial activity in lacustrine sediments can be sustained deeper than previously thought due to their adaptation to both changing temperature and oxygen availability. A multi-proxy study of the same core allowed defining past water column conditions and further microbial reworking of the organic fraction within the sediments. Methane content shows a gradual increase with depth as a result of the fermentation of methylated substrates, first methanogenic pathway to take place in the shallow subsurface of freshwater and subsaline environments. Statistical analyses of DGGE microbial diversity profiles indicate four clusters for Bacteria reflecting layered communities linked to the oxidant type whereas three clusters characterize Archaea communities that can be linked to both denitrifiers and methanogens. Independent sedimentary and biological proxies suggest that organic matter production and/or preservation have been lower during the Medieval Climate Anomaly (MCA) coinciding with a low microbial colonization of the sediments. Conversely, a reversed trend with higher organic matter content and substantial microbial activity characterizes the sediments deposited during the Little Ice Age (LIA). Thus, the initial sediments deposited during distinctive time intervals under contrasting environmental conditions have to be taken into account to understand their impact on the development of microbial communities throughout the sediments and their further imprint on early diagenetic signals.

(Table 1) Geographical location and nutrient composition of saline lake sediments (SLS) and nearby adjacent biological soil crusts (BSC) identified as potential dust sources

While microbial communities of aerosols have been examined, little is known about their sources. Nutrient composition and microbial communities of potential dust sources, saline lake sediments (SLS) and adjacent biological soil crusts (BSC), from Southern Australia were determined and compared with a previously analyzed dust sample. Multivariate analyses of fingerprinting profiles indicated that the bacterial communities of SLS and BSC were different, and these differences were mainly explained by salinity. Nutrient concentrations varied among the sites but could not explain the differences in microbial diversity patterns. Comparison of microbial communities with dust samples showed that deflation selects against filamentous cyanobacteria, such as the Nostocales group. This could be attributed to the firm attachment of cyanobacterial filaments to soil particles and/or because deflation occurs mainly in disturbed BSC, where cyanobacterial diversity is often low. Other bacterial groups, such as Actinobacteria and the spore-forming Firmicutes, were found in both dust and its sources. While Firmicutes-related sequences were mostly detected in the SLS bacterial communities (10% of total sequences), the actinobacterial sequences were retrieved from both (11-13%). In conclusion, the potential dust sources examined here show highly diverse bacterial communities and contain nutrients that can be transported with aerosols. The obtained fingerprinting and sequencing data may enable back tracking of dust plumes and their microorganisms.

Hydrochemical and microbiological properties of groundwater from pristine aquifer sampled at the Lower Rhine Embayment

The hydrochemistry and the microbial diversity of a pristine aquifer system near Garzweiler, Germany next to the open-pit lignite mine Garzweiler 1, were characterized. Hydrogeochemical and isotopic data indicate a recent activity of sulfate-reducing bacteria in the Tertiary marine sands. The community structure in the aquifer was studied by fluorescence in situ hybridization (FISH). Up to 7.3 x 10**5 cells/ml were detected by DAPIstaining. Bacteria (identified by the probe EUB338) were dominant, representing 51.9% of the total cell number (DAPI). Another 25.7% of total cell were affiliated with the domain Archaea as identified by the probe ARCH915. Within the domain Bacteria, the beta-Proteobacteria were most abundant (21.0% of total cell counts). Using genusspecific probes for sulfate-reducing bacteria (SRB), 2.5% of the total cells were identified as members of the genus Desulfotomaculum. This reflects the predominant role these microorganisms have been found to play in sulfatereducing zones of aquifers at other sites. Previously, all SRB cultured from this site were from the spore-forming genera Desulfotomaculum and Desulfosporosinus. Samples were taken after pumping for >= 40 min and after parameters such as temperature, pH, redox potential, oxygen and conductivity of the groundwater had remained stable for >= 15 min due to recharge of aquifer water. Hybridization and microscopy counts of hybridized and 4',6'-diamidino-2-phenylindole (DAPI)- stained cells were performed as described in Snaidr et al., (1997, http://aem.asm.org/content/63/7/2884.full.pdf). Means were calculated from 10 to 20 randomly chosen fields on each filter section, corresponding to 800-1000 DAPI stained cells. Counting results were always corrected by subtracting signals observed with the probe NON338. Formamide concentrations and oligonucleotide probes used please see further details.

Bacterial community characterization of water and intestine of the shrimp Litopenaeus stylirostris in a biofloc system

Background Biofloc technology (BFT), a rearing method with little or no water exchange, is gaining popularity in aquaculture. In the water column, such systems develop conglomerates of microbes, algae and protozoa, together with detritus and dead organic particles. The intensive microbial community presents in these systems can be used as a pond water quality treatment system, and the microbial protein can serve as a feed additive. The current problem with BFT is the difficulty of controlling its bacterial community composition for both optimal water quality and optimal shrimp health. The main objective of the present study was to investigate microbial diversity of samples obtained from different culture environments (Biofloc technology and clear seawater) as well as from the intestines of shrimp reared in both environments through high-throughput sequencing technology. Results Analyses of the bacterial community identified in water from BFT and “clear seawater” (CW) systems (control) containing the shrimp Litopenaeus stylirostris revealed large differences in the frequency distribution of operational taxonomic units (OTUs). Four out of the five most dominant bacterial communities were different in both culture methods. Bacteria found in great abundance in BFT have two principal characteristics: the need for an organic substrate or nitrogen sources to grow and the capacity to attach to surfaces and co-aggregate. A correlation was found between bacteria groups and physicochemical and biological parameters measured in rearing tanks. Moreover, rearing-water bacterial communities influenced the microbiota of shrimp. Indeed, the biofloc environment modified the shrimp intestine microbiota, as the low level (27 %) of similarity between intestinal bacterial communities from the two treatments. Conclusion This study provides the first information describing the complex biofloc microbial community, which can help to understand the environment-microbiota-host relationship in this rearing system.

Food-Web Complexity in Guaymas Basin Hydrothermal Vents and Cold Seeps

In the Guaymas Basin, the presence of cold seeps and hydrothermal vents in close proximity, similar sedimentary settings and comparable depths offers a unique opportunity to assess and compare the functioning of these deep-sea chemosynthetic ecosystems. The food webs of five seep and four vent assemblages were studied using stable carbon and nitrogen isotope analyses. Although the two ecosystems shared similar potential basal sources, their food webs differed: seeps relied predominantly on methanotrophy and thiotrophy via the Calvin-Benson-Bassham (CBB) cycle and vents on petroleum-derived organic matter and thiotrophy via the CBB and reductive tricarboxylic acid (rTCA) cycles. In contrast to symbiotic species, the heterotrophic fauna exhibited high trophic flexibility among assemblages, suggesting weak trophic links to the metabolic diversity of chemosynthetic primary producers. At both ecosystems, food webs did not appear to be organised through predator-prey links but rather through weak trophic relationships among co-occurring species. Examples of trophic or spatial niche differentiation highlighted the importance of species-sorting processes within chemosynthetic ecosystems. Variability in food web structure, addressed through Bayesian metrics, revealed consistent trends across ecosystems. Food-web complexity significantly decreased with increasing methane concentrations, a common proxy for the intensity of seep and vent fluid fluxes. Although high fluid-fluxes have the potential to enhance primary productivity, they generate environmental constraints that may limit microbial diversity, colonisation of consumers and the structuring role of competitive interactions, leading to an overall reduction of food-web complexity and an increase in trophic redundancy. Heterogeneity provided by foundation species was identified as an additional structuring factor. According to their biological activities, foundation species may have the potential to partly release the competitive pressure within communities of low fluid-flux habitats. Finally, ecosystem functioning in vents and seeps was highly similar despite environmental differences (e.g. physico-chemistry, dominant basal sources) suggesting that ecological niches are not specifically linked to the nature of fluids. This comparison of seep and vent functioning in the Guaymas basin thus provides further supports to the hypothesis of continuity among deep-sea chemosynthetic ecosystems.