Межі в мікробіології

Екстремальна мікробіологія

Редаговано
Аксель Шипперс

Федеральний інститут геологічних наук та природних ресурсів, Німеччина

Переглянуто
Оділ Брюнель

Institut de Recherche Pour le Développement (IRD), Франція

Селія Мендес

Університет Іллінойсу в Урбана-Шампейн, США

Приналежності редактора та рецензентів є останніми, наданими в їхніх дослідницьких профілях Loop, і вони не можуть відображати їх ситуацію на момент огляду.

кислотних

  • Завантажити статтю
    • Завантажте PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Додаткові
      Матеріал
  • Експортне посилання
    • EndNote
    • Довідковий менеджер
    • Простий текстовий файл
    • BibTex
ПОДІЛИТИСЯ НА

СТАТТЯ Оригінального дослідження

  • 1 Лабораторія метаболізму екстремофілів, Інститут мікробіології ім. Виноградського, Біотехнологія ФРЦ, РАН, Москва, Росія
  • 2 Лабораторія біоінформатики, геноміки та редагування геномів, Інститут Курчатова РНЦ, Москва, Росія
  • 3 Школа природничих наук, Університет Бангора, Бангор, Великобританія
  • 4 Лабораторія геоекології та гідрогеохімії, Інститут природних ресурсів, екології та кріології СО РАН, Чита, Росія
  • 5 Центр екологічних біотехнологій, Університет Бангора, Бангор, Великобританія

Вступ

Кисле ямне озеро на Шерловій горі ("Шорльська гора" з російської) знаходиться в районі поліметалевого родовища на південному сході Забайкалля і складається з каситериту (SnO2), піритів (FeS2), арсенопіриту (FeAsS), галену (PbS), сфалериту (ZnS), і халькопірит (CuFeS2). Видобуток корисних копалин у цій місцевості здебільшого приписували свинцю та берилу і був закінчений у 1995 р. Наше дослідження було зосереджено особливо на відкритих шахтних озерах, що утворилися в результаті окисного розчинення сульфідних мінералів (Banks et al., 2015), що відображається у відносно низьких рН (таблиця 1).

Таблиця 1. Характеристика зразків, що використовуються для секвенування амплікону гена 16S рРНК.

Кислотна дренажна вода із золота-міді Бугдая (вольфраму) поліметалічне родовище знаходиться в районі Східного Забайкалля в 310 км на південний схід від міста Чита на північно-західному схилі гірського хребта, розділяючи басейни річок Аргун і Шилка, перехрестя яких є джерелом річки Амур і приблизно на 1000 м висоти . Родовище відносять до родовищ порфірового молібдену типу «Клімакс», але воно характеризується більшою присутністю золота. Основні мінерали представлені піритом, шеєлітом (CaWO4), молібденітом (MoS2), сфалеритом, халькопіритом, галенитом, фалором [у складі теннатиту (Cu6 [Cu4 (Fe, Zn) 2] As4S13) і тетраедритом (Cu6 [Cu4 (Fe, Zn) 2] Sb4S13)] та природного золота. Основним жилистим мінералом є кварц, деякі мінеральні асоціації містять флюорит (Коваленкер та ін., 2011).

Природне джерело Улан-Булак Урулюнгуєвський (далі - Улан-Булак, “Червоне джерело” з Бурата) - це лінійно представлене джерело поверхневих вод на дні долини струмка, інтенсивно забарвлене в червонувато-оранжевий колір із оксидами заліза. Загальна довжина цієї системи становить близько 600–700 м; він розташований на південно-східному схилі Нерчинського гірського хребта. Попередній геохімічний аналіз вод виявив низький рівень рН, причому Ca і Mg є переважаючими катіонами (Zamana, 2013). Також були знайдені Fe, Al, Mn, Ni, Zn та Co. Хімічний склад вод був подібний до складу дренажних вод шахтних районів Уралу та Забайкалля. Виявлено, що сульфат є переважним аніоном. Крім того, сполуки сірки були представлені H2S (289,5 мг/л) та елементарним S (0,83 мг/л). Слабкі стихійні викиди СО2 відзначалися в теплу пору року після танення замерзлих шарів родовищ (Замана, 2013).

Матеріали і методи

Збір зразків та вилучення ДНК

Відбір проб кислого озера Шерлова гора (Шг) було проведено 30.08.16. Зразки, відібрані для оцінки мікробного різноманіття, були взяті з: (1) верхнього шару/поверхневої води, Shg4 (2) води нижнього шару (30-50 см над осадом), Shg13 та (3) нижнього осаду, Shg13sed. Придонні шари озера відбирали за допомогою батометра. Крім того, був відібраний зразок (4) щільних матів, що ростуть на поверхні трав'янистих рослин, занурених у озерну воду на глибині близько 1 м від поверхні, Shg1t.

Відбір проб кислих дренажних вод, що просочуються крізь коричнево-чорні руди Росії Бугдая Au-Mo (W) родовище поліметалів (B3) та формування невеликого ставка було проведено 05.09.16. Швидкість просочування просочувалась приблизно. 20 мл/с. Вода виглядала майже прозорою при низькому рівні візуалізації мінералізації. Пляма для відбору проб також характеризувалася наявністю рослинної підстилки та висушених ціанобактеріальних матів.

03.09.16 р. Були відібрані зразки з двох невеликих ставків системи Природний кислий джерело Улан-Булак (UB) утворені активними джерельними водами. UB1 - це невеликий ставок червоно-коричневого кольору із залишками різних видів органічного матеріалу, а UB2 - ще один невеликий ставок зі значною кількістю листя та інших рослинних залишків на дні та інтенсивно червонуватою водою, характерний для фульвокислот. Для дослідження також був використаний осад з деяким органічним матеріалом із споруди UB1 (UB1sed). Розташування місць відбору проб представлено на рисунку 1. Основні характеристики цих зразків зведені в таблицю 1.

Фігура 1. Локалізація місць відбору проб у Забайкаллі (область на схід від озера Байкал): Кисле ямне озеро (сайт Шерлова гора), Кислотна дренажна вода з Бугдаї Депозит Au-Mo (W) та Природний кислий джерело Улан-Булак.

Для вилучення ДНК із зразка поверхневої води шахтного озера Шерлова Гора та зразка В3 з родовища Бугдая 1,2 л води фільтрували через фільтр розміру пор Sterivex 0,2 мкм (Millipore). Для донного зразка води з Шерлової гори та з Улан-Булака відфільтровували 0,2 л води (об'єм проби в цих випадках обмежувався каламутністю води, що спричиняло засмічення фільтра). Для кожної осадової проби відбирали 0,75 мл вологого осаду (або мікробних забруднень), що приблизно відповідає 1,2 г ваги. Зразки регулярно фіксували на місці 50% стерильним етанолом для подальшого транспортування до лабораторії та виділення ДНК. ДНК витягували з осадів за допомогою PowerSoil® Isolation Kit (MO BIO Laboratories) відповідно до інструкцій виробника. Вилучення ДНК із фільтрів Sterivex проводили за допомогою набору для ізоляції ДНК Meta-G-Nome ™ (Епіцентр) відповідно до інструкцій виробника. Всі експерименти з вилучення проводили у двох примірниках.

Хімічний аналіз

16S рРНК V3-V4 Amplicon Metabarcoding

Бібліотеки ампліконів 16S рРНК, що відповідають варіабельній області V3 – V4, готували методом одиночної ПЛР із подвійним індексом злитих праймерів, як описано Fadrosh et al. (2014). Відпал 16S рРНК прямих праймерів Pro341F (модифікований) та зворотних 806R відповідав 5′CCTAYGGGBGCWSCAG та 5′GGACTACHVGGGTWTCTAAT (Merkel et al., 2015).

Одноетапну ампліфікацію ПЛР проводили qPCRmix-HS ™ SYBR mastermix (Євроген, Росія), використовуючи такі умови: 30 циклів денатурації при 95 ° С протягом 15 с; відпал грунтовки при 58 ° С, 15 с; Подовження ДНК при 72 ° С, 25 с, з подальшим остаточним подовженням ДНК протягом 5 хв при 72 ° С. Очищення продуктів ПЛР проводили за допомогою набору Cleanup Mini (Євроген, Росія). Якість кінцевих бібліотек оцінювали за допомогою електрофорезу в агарозному гелі.

Бібліотеки послідовно використовували технологію системи персонального секвенування MiSeq ™ компанії Illumina Inc. (Сан-Дієго, Каліфорнія, США) з використанням парних зчитувань на 250 bp. Демультиплексування проводили, як було описано раніше (Fadrosh et al., 2014). Після демультиплексування всі зчитування піддавали суворій якісній фільтрації, а частини зчитування, що відповідають праймерам 16S рРНК, видаляли за допомогою CLC Genomics Workbench 10.0 (Qiagen, Німеччина). Призначення OTU та присвоєння таксономії було здійснено за допомогою QIIME у режимі відкритих посилань (Caporaso et al., 2010) та бази даних Silva132 (Quast et al., 2012), для всіх параметрів були встановлені значення за замовчуванням.

Наявність даних

100 найпоширеніших ОТУ, отриманих в результаті аналізу високопродуктивних експериментів профілювання 16S рРНК, були подані до GenBank під номерами приєднання MK521704 - MK521803. Зчитування послідовності було надіслано на сервер MG-RAST (Keegan et al., 2016) як проект # mgp88315 і доступне за таким посиланням: https://www.mg-rast.org/linkin.cgi?project=mgp88315.

Результати і обговорення

Шерлова гора

Дані секвенування гена амплікону гена 16S показали незначні археї (менше 0,5%), але переважно бактеріальні сигнатури у всіх досліджуваних точках відбору проб відкритого кар'єрного озера на родовищі Шерлова гора.

Природна кисла весна Улан-Булак

Малюнок 4. Відносна чисельність прокаріотичної філи та кандидатських поділів у мікробних спільнотах природного кислого джерела Улан Булак. Таксони низької чисельності (Ключові слова: системи дренажу кислотних шахт (AMD), середовища, уражені мінами, ацидофільні бактерії, некласифіковані Euryarchaeota/Terrestrial Miscellaneous Euryarchaeotal Group (TMEG), Ignavibacteriae, Забайкальський район

Цитата: Гаврилов С.Н., Корженков А.А., Кубланов І.В., Баргіела Р., Замана Л.В., Попова А.А., Тощаков С.В., Голишин П.Н. та Голишина О.В. (2019) Мікробні спільноти кислотних екосистем поліметалевих відкладень континентальної кліматичної зони з контрастами високих температур. Спереду. Мікробіол. 10: 1573. doi: 10.3389/fmicb.2019.01573

Отримано: 26 березня 2019 р .; Прийнято: 24 червня 2019 р .;
Опубліковано: 17 липня 2019 р.

Аксель Шипперс, Федеральний інститут геологічних наук та природних ресурсів, Німеччина

Оділ Брюнель, Інститут досліджень і розвитку (IRD), Франція
Селія Мендес, Університет Іллінойсу в Урбана-Шампейн, США

† Ці автори зробили однаковий внесок у цю роботу