Microbiologie extremă

Editat de
Axel Schippers

Institutul Federal pentru Geoștiințe și Resurse Naturale, Germania

Revizuite de
Odile Bruneel

Institut de Recherche Pour le Développement (IRD), Franța

Celia Mendez

Universitatea din Illinois la Urbana-Champaign, Statele Unite

Afilierile editorului și ale recenzenților sunt cele mai recente oferite în profilurile lor de cercetare Loop și este posibil să nu reflecte situația lor în momentul examinării.

frontiere

  • Descărcați articolul
    • Descărcați PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Suplimentar
      Material
  • Citarea exportului
    • Notă finală
    • Manager de referință
    • Fișier TEXT simplu
    • BibTex
DISTRIBUIE PE

Cercetare originală ARTICOL

  • 1 Laborator de Metabolism al Extremofililor, Institutul de Microbiologie Winogradsky, Biotehnologie FRC, RAS, Moscova, Rusia
  • 2 Laboratorul de bioinformatică, genomică și editarea genomului, Institutul NRC Kurchatov, Moscova, Rusia
  • 3 Școala de Științe Naturale, Universitatea Bangor, Bangor, Regatul Unit
  • 4 Laboratorul de Geoecologie și Hidrogeochimie, Institutul de Resurse Naturale, Ecologie și Criologie, SB RAS, Chita, Rusia
  • 5 Center for Environmental Biotechnology, Universitatea Bangor, Bangor, Regatul Unit

Introducere

Lacul Acidic Pit la Sherlovaya Gora („Muntele Schorl” din limba rusă) este situat în zona unui depozit polimetalic în sud-estul Transbaikaliei și compus din casiterită (SnO2), pirite (FeS2), arsenopirit (FeAsS), galena (PbS), sfalerită (ZnS ) și calcopirită (CuFeS2). Exploatarea din această zonă a fost atribuită în mare parte plumbului și berilului și a fost finalizată în 1995. Studiul nostru s-a concentrat în special pe lacul din groapă deschisă, format ca urmare a dizolvării oxidative a mineralelor sulfidice (Banks și colab., 2015), reflectat într-un nivel relativ scăzut. pH (Tabelul 1).

tabelul 1. Caracteristicile probelor utilizate pentru secvențierea ampliconului genei ARNr 16S codificat în bare.

Apă de drenaj acid din Bugdaya aur-cupru (tungsten) depozit polimetalic este situat în zona Transbaikalia de Est, la 310 km sud-est de orașul Chita, pe versantul nord-vestic al unei creste montane, împărțind bazinele râurilor Argun și Shilka, a căror intersecție este izvorul râului Amur și la aproximativ 1.000 m altitudine. Zăcământul se referă la zăcămintele de porfir de tip molibden Climax, dar se caracterizează printr-o prezență mai mare de aur. Principalele minerale sunt reprezentate de pirită, scheelită (CaWO4), molibdenită (MoS2), sfalerită, calcopirită, galena, fahlore [compusă din tennantită (Cu6 [Cu4 (Fe, Zn) 2] As4S13) și tetrahedrit (Cu6 [Cu4 (Fe, Zn) 2] Sb4S13)] și aur natural. Principalul mineral venat este cuarțul, unele asociații minerale conțin fluorit (Kovalenker și colab., 2011).

Izvorul natural Ulan-Bulak Urulyunguevsky (în continuare, Ulan-Bulak, „Izvorul roșu” din Buriat) este o sursă reprezentată liniar de ape de suprafață pe fundul văii pârâului intens colorate în roșu-portocaliu cu oxizi de fier. Lungimea totală a acestui sistem este de aproximativ 600–700 m; este situat pe versantul sud-estic al crestei montane Nerchinsk. Analiza geochimică anterioară a apelor a relevat un pH scăzut, Ca și Mg fiind cationii predominanți (Zamana, 2013). Au fost găsite și Fe, Al, Mn, Ni, Zn și Co. Compoziția chimică a apelor a fost similară cu cea a apelor de drenare a minelor acide din zona Ural și Transbaikalia. Sulfatul a fost detectat ca fiind anionul predominant. Mai mult, compușii de sulf au fost reprezentați de H2S (289,5 mg/L) și S elementar (0,83 mg/L). Au fost observate expulzii spontane slabe de CO2 în anotimpurile calde după topirea straturilor înghețate de depozite (Zamana, 2013).

Materiale și metode

Colectarea probelor și extragerea ADN-ului

Eșantionarea lacului cu fosă acidă Sherlovaya Gora (Shg) a fost făcută la 30.08.16. Probele selectate pentru evaluarea diversității microbiene au fost luate din: (1) stratul superior/apă de suprafață, Shg4 (2) apa din stratul inferior (30-50 cm deasupra sedimentului), Shg13 și (3) sedimentul de jos, Shg13sed. Straturile inferioare ale lacului au fost prelevate cu un batometru. În plus, a fost prelevat și eșantionul de (4) rogojini dense care crește la suprafața plantelor erbacee, scufundate în apa lacului la o adâncime de aproximativ 1 m de la suprafață, Shg1t.

Prelevarea de apă acidă de drenaj care se scurge prin minereuri maro-negre de Depozit polimetalic Bugdaya Au-Mo (W) (B3) și formarea unui mic iaz a fost efectuată la 05.09.16. Debitul de infiltrație a fost calculat ca aprox. 20 ml/s. Apa a apărut ca aproape transparentă, cu un nivel scăzut de mineralizare vizualizat. Punctul de prelevare a fost, de asemenea, caracterizat prin prezența de gunoi de plante și rogojini cianobacteriene uscate.

La data de 03.09.16, au fost prelevate probe din două iazuri mici ale sistemului Izvorul acid natural Ulan-Bulak (UB) format din ape de izvor active. UB1 este un iaz mic cu culoare roșu-maroniu care are reziduuri de diferite tipuri de material organic, iar UB2 este un alt iaz mic cu o cantitate semnificativă de frunze și alte reziduuri de plante pe fund și apă intens colorată roșiatică, caracteristică acizilor fulvici. Sedimentul cu unele materiale organice din amplasamentul UB1 (UB1sed) a fost, de asemenea, utilizat pentru studiu. Locația locurilor de eșantionare este reprezentată în Figura 1. Principalele caracteristici ale acestor probe sunt rezumate în Tabelul 1.

figura 1. Localizarea siturilor de prelevare a probelor în Transbaikalia (zona de la est de lacul Baikal): Lac de groapă acidă (site-ul Sherlovaya Gora), Apă de drenaj acid din Bugdaya Depozit Au-Mo (W) și Izvorul acid natural Ulan-Bulak.

Pentru extracția ADN-ului din proba de apă de suprafață a lacului Sherlovaya Gora și proba B3 din depozitul Bugdaya, 1,2 L de apă au fost filtrate prin filtrul Sterivex 0,2 μm de dimensiune a porilor (Millipore). Pentru eșantionul de apă de la Sherlovaya Gora și probele de apă de la Ulan-Bulak, s-au filtrat 0,2 L de apă (volumul eșantionului în aceste cazuri a fost restricționat de turbiditatea apei care a cauzat colmatarea filtrului). Pentru fiecare probă sedimentară, s-au prelevat 0,75 ml de sediment umed (sau murdări microbiene), ceea ce corespunde aproximativ 1,2 g în greutate. Probele au fost fixate în mod obișnuit cu 50% etanol steril la fața locului pentru transportul ulterior la laborator și izolarea ADN-ului. ADN-ul a fost extras din sedimente folosind setul de izolare PowerSoil® (MO BIO Laboratories) conform instrucțiunilor producătorului. Extracția ADN din filtrele Sterivex a fost efectuată folosind kitul de izolare a ADN-ului Meta-G-Nome ™ (Epicenter) conform instrucțiunilor producătorului. Toate experimentele de extracție au fost efectuate în duplicate.

Analiza chimica

16S rRNA V3-V4 Amplicon Metabarcoding

Bibliotecile de ampliconi de ARNr 16S corespunzătoare regiunii variabile V3 - V4 au fost preparate prin PCR unic cu primeri de fuziune cu index dublu, așa cum este descris de Fadrosh și colab. (2014). Recuplarea ARNr 16S a primarilor Pro341F (modificat) și invers 806R invers a corespuns 5'CCTAYGGGBGCWSCAG și 5'GGACTACHVGGGTWTCTAAT (Merkel și colab., 2015).

Amplificarea PCR într-o singură etapă a fost realizată de masterpix-ul qPCRmix-HS ™ SYBR (Evrogen, Rusia) utilizând următoarele condiții: 30 de cicluri de denaturare la 95 ° C timp de 15 s; recoacere grund la 58 ° C, 15 s; Alungirea ADN-ului la 72 ° C, 25 s, urmată de alungirea finală a ADN-ului timp de 5 minute la 72 ° C. Purificarea produselor PCR s-a făcut folosind kitul Cleanup Mini (Evrogen, Rusia). Calitatea bibliotecilor finale a fost evaluată utilizând electroforeza în gel de agaroză.

Bibliotecile au fost secvențiate cu tehnologia MiSeq ™ Personal Sequencing System a Illumina Inc. (San Diego, CA, SUA) folosind citiri de 250 bp-end. Demultiplexarea a fost efectuată așa cum s-a descris anterior (Fadrosh și colab., 2014). După demultiplexare, toate citirile au fost supuse unei filtrări stricte de calitate, iar părți ale citirilor corespunzătoare primerilor 16RARN au fost îndepărtate folosind CLC Genomics Workbench 10.0 (Qiagen, Germania). Culesul OTU și atribuirea taxonomiei s-au făcut folosind QIIME în modul de referință deschisă (Caporaso și colab., 2010) și baza de date Silva132 (Quast și colab., 2012), toți parametrii au fost setați la valorile implicite.

Disponibilitatea datelor

Cele mai abundente 100 de OTU-uri obținute din analiza experimentelor de profilare a ARNr 16S de mare viteză au fost trimise către GenBank sub numerele de acces MK521704 - MK521803. Citirile secvențiale au fost trimise către serverul MG-RAST (Keegan și colab., 2016) ca proiect # mgp88315 și sunt disponibile pe următorul link: https://www.mg-rast.org/linkin.cgi?project=mgp88315.

Rezultate si discutii

Sherlovaya Gora

Datele de secvențiere a ampliconului genei ARNr 16S au arătat arheale minore (mai puțin de 0,5%), dar în principal semnături bacteriene în toate punctele de eșantionare studiate ale lacului Pit Pit din depozitul Sherlovaya Gora.

Primăvară acidă naturală Ulan-Bulak

Figura 4. Abundența relativă a filelor procariote și a diviziunilor candidate în comunitățile microbiene din primăvara acidă naturală Ulan Bulak. Taxoni cu abundență redusă (Cuvinte cheie: sisteme de drenaj acid al minelor (AMD), medii afectate de mine, bacterii acidofile, Euryarchaeota neclasificată/Grupul Euryarchaeotal Diverse Terestre (TMEG), Ignavibacteriae, Zona Transbaikal

Citare: Gavrilov SN, Korzhenkov AA, Kublanov IV, Bargiela R, Zamana LV, Popova AA, Toshchakov SV, Golyshin PN și Golyshina OV (2019) Microbial Communities of Polymetallic Deposits ’Acidic Ecosystems of Continental Climatic Zone With Contrasts High Temperature. Față. Microbiol. 10: 1573. doi: 10.3389/fmicb.2019.01573

Primit: 26 martie 2019; Acceptat: 24 iunie 2019;
Publicat: 17 iulie 2019.

Axel Schippers, Institutul Federal pentru Geoștiințe și Resurse Naturale, Germania

Odile Bruneel, Institutul pentru Dezvoltarea Dezvoltării (IRD), Franța
Celia Mendez, Universitatea din Illinois la Urbana-Champaign, Statele Unite

† Acești autori au contribuit în mod egal la această lucrare