We thank Elisha Wood-Charlson, Jackie Mueller, Karen Weynberg, and Kathy Morrow for their help and constructive input on this manuscript. We also thank the crew and captain of the Hanse explorer which provided us with a perfect working environment to conduct large parts of this research. Further we would like to thank the three anonymous reviewers for their time and helpful comments to improve the manuscript. This work was funded by the NSF Dimensions of Biodiversity and PIRE awards DEB-1046413 and OISE/IIA-1243541, respectively, the Gordon and Betty Moore Foundation, Investigator Award 3781, and the CIFAR Integrated Microbial Diversity Fellowship IMB-ROHW-141679, all to FR.

The authors have nothing to disclose.

I metodi qui presentati fornirà uno strumento per generare una valutazione globale delle dinamiche virali e microbiche in ecosistemi acquatici. Essi sono mirati a quantificare lo stock in piedi delle risorse organiche e inorganiche a disposizione delle comunità microbiche e per caratterizzare la composizione della comunità microbica e virale presente. Accanto a quantificare l&#39;abbondanza virale e abbondanza microbica e la biomassa, le informazioni sequenza genomica rivela la loro struttura e la funzione della comunità. Tutti i metodi sono stati sviluppati o modificati per consentire l&#39;impiego in ambienti campo remote. Tuttavia la mancanza di applicazioni di laboratorio crea di per sé un po &#39;di possibilità di errori. Qui si discute alcuni avvertimenti associati a ciascuno dei parametri valutati. Accanto al potenziale di contaminazione durante la manipolazione del campione alcuni dei parametri anche produrre possibilità di errore nel processo analitico. Il carbonio organico disciolto Contaminazione carbonio può verificarsi durante le procedure di campionamento (campionamento a valle, o in prossimità di una barca o subacqueo), durante la preparazione del campione (contaminazione di attrezzature o manipolazione involontaria), e anche durante la conservazione del campione (altri campioni in congelatore contenente organica solventi / sostanze volatili). Per evitare le varie fonti di comportamento contaminazione pochi passi di manipolazione possibile, in quanto ogni trasferimento del campione pone un&#39;ulteriore fonte di contaminazione. Il campione non deve entrare in contatto con qualsiasi elemento non acido lavato o bruciato. Infine, designa un congelatore archiviazione esclusivamente per campioni non contenenti sostanze organiche volatili garantisce l&#39;integrità dei campioni durante periodi di inattività. Se i campioni non possono essere mantenute congelate nel corso di un lungo periodo di tempo l&#39;acidificazione dei campioni DOC con HCl concentrato (come descritto 38-41) può essere un&#39;alternativa applicabile. Per verificare i materiali di riferimento di consenso DOC precisione di misura devono essere utilizzati reglarmente durante la misurazione DOC viene eseguito. Soprattutto acqua di mare profondo (&gt; 2.000 m) i riferimenti sono utili nella valutazione della performance della macchina analitica in quanto è molto stabile nel suo contenuto DOC 42. Particolato organico Oltre ad evitare la contaminazione carbonio organico, campionamento POM richiede una particolare attenzione per assicurare l&#39;accuratezza del volume filtrato. Se il volume mirato di 500 ml deve discostarsi per qualsiasi motivo potenziale questo deve essere notato che l&#39;entità di POM catturato sul filtro al filtrato di cui è stato prelevato. Nutrienti inorganici Come nel caso di campionamento di carbonio organico, l&#39;attenzione deve essere rivolta alla possibile contaminazione del campione di nutrienti generati da varie fonti come imbarcazioni o scarichi di acque reflue 12. Filtri utilizzati per il campionamento di carbonio organico con un valore nominale di dimensione dei pori di 0,8 micron, non possono escludere tutta la biomassa microbica e shbbe quindi essere modificata a 0,2 micron filtri per questa fase di filtrazione. Inoltre, i limiti di rilevazione costituiscono un problema con campioni di cibi; soprattutto in acque di superficie oligotrofico intorno decine di citta &#39;della barriera corallina (ad esempio, Cotner et al. 43). Limiti di rilevabilità sono più o meno intorno a 0,1, 0,2, e 0,1 mmol / L per ammonio, nitrati e nitriti, e orto-fosfato, rispettivamente (vedi 36,12,37) Microscopia Accanto a variazioni della concentrazione di campioni di analisi delle immagini da diapositive di microscopia produce ulteriore possibilità di errori. Ad esempio, le immagini possono risultare fuori fuoco in alcune zone del campo visivo, e nel fuoco in altri. Come un filtro matrice di allumina di elevata purezza è un tipo di filtro molto rigido, i detriti sotto il filtro può causare l&#39;intero filtro di sedersi su un angolo alla diapositiva. Di conseguenza, le immagini possono essere costantemente fuori fuoco in varie parti del campo di vista per un determinato filtro, riindipendente- di allineamento microscopio. Rimontaggio filtri, assicurando la parte inferiore del filtro è pulito, può migliorare questo se si osserva. Inoltre, in alcuni casi ci possono essere due piani focali in cui virus e microbi possono essere trovati. Questo è il risultato di oggetti colorati si stacchi dal filtro sul supporto e galleggianti fino alla parte inferiore del vetrino che può rendere conteggi inaffidabile. Pertanto si consiglia sempre di verificare la qualità dei campioni durante il processo. Citometria a flusso Come con i campioni di microscopia, ci possono essere naturalmente differenze tra citofluorimetria campioni che richiedono aggiustamenti del processo analitico. Ad esempio, a seconda della sensibilità dello strumento, debolmente fluorescenti cellule Prochlorococcus può essere inferiore al livello di rumore e non saranno quantificati. Perline servono come controllo campione interna (ad esempio, per confermare che risp dello strumentoOnse ai segnali fluorescenti è coerente da un giorno all&#39;altro (e rimane stabile durante la corsa stessa). Se aggiunta al campione a concentrazione nota, possono anche servire come controllo interno per verificare la corsa volume del campione. Tuttavia, si raccomanda di eseguire sempre una aliquota di un campione di acqua marina precedentemente congelata &quot;standard&quot; che viene scongelato e macchiato con i campioni di interesse per fornire un controllo biologico aggiuntivo per la movimentazione tra corse piastre da 96 pozzetti campione. A seconda della posizione, campioni di acqua marina possono sembrare molto diversi tra loro. Ordinamento popolazioni &quot;rappresentativi&quot; e quindi la visualizzazione al microscopio epifluorescente (EM) può essere un buon modo per verificare rapidamente le popolazioni di fitoplancton sia come Synechococcus sp. O eucarioti fotosintetici. Prochlorococcus cellule non sono in genere visibili sotto EM perché svaniscono troppo in fretta. Oltre alla clorofilla a, Synechococcus sp. Contenere anche il phphycoeurythrin otopigment (PE), che emette luce a lunghezze d&#39;onda più corte (540-630 nm) di clorofilla A (660-700 nm). Quando le cellule Synechococcus sono eccitati con luce blu / verde (470-490 nm), appariranno d&#39;oro se visto sotto un filtro per le emissioni che rimuove tutte le lunghezze d&#39;onda della luce al di sotto di 510 nm. In confronto, la frazione eucariotica sarà rosso, quando eccitato con la stessa lunghezza d&#39;onda della luce. Metagenomica virali È importante notare che il processo di concentrazione VLP e stoccaggio influenza la comunità recuperato. Perdita di particelle virale può verificarsi in qualsiasi fase del processo, e quindi, la selezione dei protocolli di purificazione e di arricchimento virali può in definitiva influenzare la composizione tassonomica osservata e la diversità delle metagenomi virali risultanti 44,45,18. La concentrazione dei campioni può essere fatto utilizzando TFF 19 o 20 flocculazione chimica-based. In base chimico-approccio, positvamente addebitato ioni di ferro si legano le particelle virali naturalmente con carica negativa che formano grandi (&gt; 8 micron) di ferro-virale complessi che flocculare dalla soluzione e possono essere recuperati utilizzando 8 micron filtri. Successivamente il ferro è chelato le particelle virali e ri-sciolto utilizzando magnesio, acido ascorbico, e EDTA, lasciando particelle virali concentrate per l&#39;estrazione dell&#39;acido nucleico 20. Dopo aver confrontato questi due metodi attuali, abbiamo concluso che il metodo di cloruro di ferro richiede meno tempo di quanto la concentrazione virale TFF, ma può dare alcuni avvertimenti. Abbiamo scoperto che la dissociazione e la dissoluzione del ferro-virale richiede una duplice soluzione di magnesio-acido ascorbico-EDTA più concentrato di quello riportato 20, al fine di scioglimento di procedere, prima che le degrada l&#39;acido ascorbico. A parte questo problema, il protocollo purifica particelle virali per dimensione-frazionamento da solo, la rimozione di contaminanti microbici con 0,2 micron di filtrazione. Grandi virus non passano attraverso il filter (ad esempio, Yang et al. 46) e che quindi non essere rilevato nel metagenoma, mentre alcuni batteri fanno (McDole, dati non pubblicati). Ciò si traduce in una contaminazione batterica, mentre discriminare grandi virus. Tale problema specifico tuttavia è importante anche per la rimozione di microbi in connessione con la concentrazione TFF. Poiché il trattamento cloroformio è stato dimostrato per rimuovere virus cloroformio-sensibile con membrane lipidiche esterni 47 alcuni studi suggeriscono che 0,22 micron filtrazione può essere usato per rimuovere la maggior parte dei batteri. Va inoltre notato che il metodo presentato rivolge prevalentemente batteriofago, il più abbondante vettore di materiale genetico in ambienti marini. Poiché fago sono generalmente ritenuto non contengono comunemente lipidi 48 che sono più resistenti al trattamento cloroformio. A nostra conoscenza di un metodo di &quot;catch-all&quot; non esiste fino ad oggi. Il metodo qui presentato è tratto dal ouesperienza sul campo r nel corso degli ultimi 10 anni in diversi ambienti marini tropicali si estendono ai sistemi artiche. Microbica Metagenomica La costruzione di librerie metagenomiche di microbi (ad esempio, batteri e di archeobatteri) è più semplice di quanto metagenomi virali in quanto è più facile per generare le concentrazioni minime di DNA necessari per la preparazione biblioteca. Amplificazione fucile librerie Linker (LASLs) 17,49,50 e intero genoma di amplificazione in base a più di spostamento di amplificazione (MDA) sono i due metodi più comunemente utilizzati per la generazione di DNA sufficiente per il sequenziamento. A volte è necessario l&#39;utilizzo di MDA per ottenere elevate concentrazioni di DNA in metagenomi microbiche. Questo però può causare artefatti nei dati di sequenza, come ad esempio la overamplification di minicircoli dinoflagellati. Metodi di MDA sono noti per amplificare preferenzialmente il DNA a singolo filamento e circolare, con conseguente risultati non quantitativi 51,52. I LASLs ottimizzati avvicinano 50 può quindi serve come un&#39;alternativa migliore in amplificando sia microbica e DNA virale metagenomica per il sequenziamento. È importante notare che l&#39;approccio LASLs ha più passaggi, richiede attrezzature sofisticate, ed è limitata ai modelli dsDNA. Inoltre, il kit di estrazione del DNA dei tessuti ha dimostrato di estrarre il DNA da entrambe phyla negativo Gram positivi e Gram, ma non è stato verificato taxa microbica efficace lyse recalcitrante o le loro strutture associate (ad esempio, alcuni archeobatteri, endospore o spore fungine) . Quindi un pestaggio passo tallone può essere necessario per ottenere il DNA da alcuni microbi. Queste valutazioni globali si tradurrà in una migliore comprensione del funzionamento degli ecosistemi virale e microbico. Anche se alcuni studi hanno assunto l&#39;impegno di valutare tutti i parametri proposti, molti hanno indagato quelli selezionati. Nelson et al. 53 suggerito una connessione between habitat di scogliera specifico e esaurimento in entrambe le concentrazioni di DOC e batterioplancton relativi alle acque al largo. Questi cambiamenti di concentrazione sono state accompagnate da differenziazioni distinte delle comunità batterioplancton. Dinsdale et al. 5 hanno mostrato che maggiore impatto antropico è stato accompagnato da 10x abbondanze elevate di cellule microbiche e particelle virus-simili. Comunità microbiche in acque marine circostanti isole abitate avevano anche più grandi frazioni di eterotrofi e potenziali agenti patogeni 5. Infine McDole et al. 4 hanno mostrato, con l&#39;introduzione del punteggio microbialization, che le attività umane stanno spostando energia per i microbi, a spese dei macrobes. Questi studi, incentrati sui parametri microbiologici e chimici dell&#39;acqua specifici, forniscono nuove intuizioni nella struttura biochimica degli ecosistemi marini. Combinando i dati tradizionali delle attività di monitoraggio degli ecosistemi - come temperatura e pH, valori di biomassa di pesce e diversificazionety, la copertura bentonici, o l&#39;esposizione a impatto umano - con la chimica dell&#39;acqua e valutazioni microbiche, probabilmente porterà a sforzi di monitoraggio ambientale più sensibili, che possono portare a sforzi di conservazione più specificamente mirati.

Ecosistemi marini sono sottoposti ad una vasta gamma di perturbazioni che provocano cambia da disponibilità di nutrienti alla biomassa dei predatori. Negli ultimi dieci anni, diversi studi hanno dimostrato l&#39;importanza delle comunità microbiche in ecosistemi marini 1-4. È evidente che i cambiamenti nella comunità batteriche e virali sono strettamente associati con il degrado complessivo degli ambienti marini 5. Questi cambiamenti possono essere agevolati da geochimica alterato nella colonna d&#39;acqua, come la disponibilità di ossigeno o remineralizzazione carbonio 6,7. Come risultato l&#39;interdipendenza tra la macrorganismi, chimica dell&#39;acqua e microbiche anelli di retroazione di attività può accelerare la velocità di degradazione dell&#39;ecosistema 8. Negli anni 1970 e &#39;80 sono stati fatti diversi tentativi di svelare cicli biogeochimici negli ecosistemi marini 9-11. Una delle principali sfide per questi primi studi è stata la mancanzadi approcci standardizzati per misurare i parametri biogeochimici valutati. Anche se c&#39;erano protocolli disponibili, principalmente su acqua di mare nutrienti 12,13, la valutazione della dinamica del carbonio e la struttura della comunità microbica sono stati limitati dagli strumenti e metodi disponibili. Con il metodo di confronto JGOFS EqPac, Sharp et al. 14 suggerito per la prima volta un protocollo affidabile e standardizzato per valutazioni carbonio organico disciolto (DOC) di concentrazione. Nei primi anni 2000 le sfide analitiche per determinare le risorse disponibili per la comunità microbica era così stato in gran parte risolti e approcci per la caratterizzazione delle comunità microbiche in ambienti di coltura controllati era stato stabilito (vedi DeLong 15). I metodi di sequenziamento tradizionali, a quel tempo in gran parte affidamento su colture clonali coltivate. All&#39;inizio sequenziamento del gene ambientale di campioni naturali rivelato, tuttavia, che la maggior parte della biodiversità microbica era stata persa da cultivmetodi basati zione-16. Nel 2002, Breitbart et al. 17 utilizzato sequenziamento shotgun per la prima volta a descrivere la comunità virale in campioni di acqua marina ambientali stabilisce un metodo per sequenziare l&#39;intero genoma delle comunità virali marini incolte. Nell&#39;ambito delle valutazioni microbici esistenti, i virus rimangono ancora particolarmente sotto-studiato, come la maggior parte sono difficili da coltivare e non hanno un indicatore universalmente conservato come il 16S RNA ribosomiale (rRNA) geni tipicamente utilizzati per valutare la diversità e la comunità profiling. L&#39;approccio di sequenziamento metagenomica offre un&#39;alternativa ai metodi di coltura-dipendente e gene targeting per l&#39;analisi di comunità virali complessi. Mentre i primi metagenomi virali generati da acqua di mare sono stati sequenziati utilizzando il sequenziamento Sanger 17, lo sviluppo di tecnologie di sequenziamento di nuova generazione e le tecniche molecolari miglioramento ha portato ad un rapido aumento negli studi metagenomiche 18 </sup&gt;. Il flusso di lavoro attuale laboratorio per metagenomics virali prevede la separazione, arricchimento e / o la concentrazione di particelle virali, seguito da acido nucleico (DNA o RNA) estrazione, la preparazione biblioteca e sequenziamento 19-21. Per approfondire la conoscenza esistente virale, microbica e il funzionamento biochimico in ecosistemi acquatici, confrontando i set di dati nei vari sistemi in tutto il mondo è essenziale. Tuttavia, sono stati ampiamente sviluppati i protocolli stabiliti per gli ambienti vicino alla costa con strutture di laboratorio facilmente accessibili. Pertanto, la mancanza di metodi standardizzati campo ostacola questi confronti tra ecosistema. Qui introduciamo accuratamente testato e ben standardizzato adattamenti di stato dei protocolli di ricerca dell&#39;arte per l&#39;utilizzo in posizioni di campo remote. Questi metodi sono stati dimostrati con successo in diversi studi che misurano l&#39;ultima decade 5,22 e sono attualmente utilizzati da diversi laboratori marini nonché sulla NOAAReef Valutazione e programma di monitoraggio (RAMP) in tutto l&#39;Oceano Pacifico 4. I protocolli di campionamento sono i parametri dell&#39;acqua di chimica (concentrazioni carbonio organico e inorganico, di concentrazione dei nutrienti inorganici), abbondanza virale e microbico (conta batterica diretti, conta virali diretti, e citometria a flusso per valutare autotroph vs rapporti eterotrofi), e la struttura della comunità microbica e virale e potenziale metabolico attraverso l&#39;analisi metagenomica (per una rassegna si veda la Figura 1). I risultati ottenuti dai metodi qui descritti sono necessari al fine di chiarire i parametri di fondo biogeochimici chiave necessarie per caratterizzare completo ecosistemi acquatici.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1307">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:616px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:217px;">Company</td>
			<td style="width:149px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:325px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Niskin collection and processing units (Hatay Niskins)</td>
			<td style="width:217px;"></td>
			<td style="width:149px;"></td>
			<td>Figure 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Filtration setup&#160;</td>
			<td style="width:217px;"></td>
			<td style="width:149px;"></td>
			<td>Figure 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">32 &#8211; 36 % Hydrochloric acid (HCl)</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>A508-212</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="18">
			<td height="18" style="height:18px;">High-density polyethylene (HDPE) container</td>
			<td style="width:217px;"></td>
			<td style="width:149px;"></td>
			<td>e.g., 5 Gallon HDPE UN Certified Pail with Snap-On Lid</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Combustion oven (550&#176; C)</td>
			<td style="width:217px;"></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">60 ml HDPE vials&#160;</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td style="width:149px;">02-896-2B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">25 mm GF/F filter</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>09-874-64</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Forceps&#160;</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>XX62-000-06</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sterile, non-powdered gloves</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td style="width:149px;">19-170-010B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Bilge pump&#160;</td>
			<td></td>
			<td style="width:149px;"></td>
			<td>e.g., Thirsty Mate 124PF</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">20 l collapsible low-density polyethylene carboy&#160;</td>
			<td></td>
			<td style="width:149px;"></td>
			<td>e.g., Reliance Fold A Carrier II</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tangential flow filter (TFF) ultrafiltration hollow fiber cartridges</td>
			<td>Amersham</td>
			<td>CFP-2-E-9A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Platinum-cured silicon tubing for TFF</td>
			<td>Cole Parmer</td>
			<td>96440-82</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Hose clamps</td>
			<td>Cole Parmer</td>
			<td>P-68007-23</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Peristaltic pump</td>
			<td>Cole Parmer</td>
			<td>EW-77410-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium hydroxide (NaOH) solution</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>21162</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">0.2 &#181;m polycarbonate Track-Etched Membrane filter</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>09-300-61</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">8.0 &#181;m polycarbonate Track-Etched Membrane filter</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>09-300-57</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">0.22 &#181;m polyvinylidene difluoride cylindrical filter</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>SVGP01050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">0.45 &#181;m polyvinylidene difluoride cylindrical filter</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>SVHV010RS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Synthetic nylon mesh</td>
			<td>Sefar</td>
			<td>03-125-37</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">20 ml plastic scintillation bottle&#160;</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>03-341-72C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Clean bucket (10 - 20 L)</td>
			<td style="width:217px;"></td>
			<td style="width:149px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">32 % paraformaldehyde</td>
			<td>Electron Microscopy Science</td>
			<td>15714</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">25 % glutaraldehyde</td>
			<td style="width:217px;">Electron Microscopy Science</td>
			<td>16220</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Liquid Nitrogen</td>
			<td style="width:217px;"></td>
			<td style="width:149px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">0.02 &#181;m high-purity alumina matrix filter with annular polypropylene support ring&#160;</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>6809-6002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">0.2 &#181;m&#160; high-purity alumina matrix filter with annular polypropylene support ring&#160;</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>6809-6022</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">10,000 X SYBR Gold nucleic acid stain&#160;</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>S11494</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">DAPI solution 25 &#181;g ml-1</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>D1306</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Molecular grade water</td>
			<td>sigma aldrich</td>
			<td>W-4502</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ascorbic Acid</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>BP351-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Phosphate buffered saline (PBS)</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td style="width:149px;">BP399-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Glycerol</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>G31-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Microscope slide</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>12-550-123</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Coverslip</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>12-548-5M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Delicate task wipe&#160;</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>06-666A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Slide Station with vacuum pump</td>
			<td style="width:217px;"></td>
			<td style="width:149px;"></td>
			<td>Figure 3</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:616px;">DNA extraction kit</td>
			<td style="width:217px;">Macherey-Nagel</td>
			<td>740952.1</td>
			<td>Nucleospin tissue kit</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">Proteinase K (20 mg ml-1)</td>
			<td style="width:217px;">Lifetechnologies</td>
			<td>AM2546</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">200-proof 100% Ethanol</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>15058</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Red cap: Male Luer with Lock Ring x Female Luer Coupler&#160;</td>
			<td>Cole Parmer</td>
			<td>EW-45503-88</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Cesium chloride (CsCl)</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>bp1595-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">60 ml syringe</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>13-6898</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">0.02 &#181;m alumina matrix disposable syringe filter</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>O992613</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:616px;">Ultra-clear centrifuge tubes</td>
			<td style="width:217px;">Beckman Coulter</td>
			<td>344059</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ultra - swinging bucket rotor</td>
			<td style="width:217px;">Beckman Coulter</td>
			<td style="width:149px;">333790</td>
			<td>SW41 Ti Rotor&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">DNase I (100 u &#181;l-1)</td>
			<td>Calbiochem</td>
			<td>260913</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">0.5 M EDTA</td>
			<td style="width:217px;">Fisher Sci</td>
			<td style="width:149px;">BP2482-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Formamide</td>
			<td style="width:217px;">Fisher Sci</td>
			<td style="width:149px;">BP228-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Glycogen</td>
			<td style="width:217px;">sigma aldrich</td>
			<td style="width:149px;">G-1767</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">100 % Ethanol (200-proof)</td>
			<td style="width:217px;">Electron Microscopy Science</td>
			<td style="width:149px;">15058</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1 X Tris-EDTA (TE) pH 8.0</td>
			<td style="width:217px;">Fisher Sci</td>
			<td style="width:149px;">BP2473-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium Dodecyl Sulfate (SDS)</td>
			<td style="width:217px;">Fisher Sci</td>
			<td style="width:149px;">02674-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">20 &#956;g ml-1 Proteinase K</td>
			<td style="width:217px;">Fisher Sci</td>
			<td style="width:149px;">BP1700-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Chloroform</td>
			<td style="width:217px;">Fisher Sci</td>
			<td style="width:149px;">BP1145-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Phenol:Chloroform:Isoamyl alcohol 25:24:1</td>
			<td style="width:217px;">sigma aldrich</td>
			<td style="width:149px;">p3803</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Isopropanol</td>
			<td style="width:217px;">Fisher Sci</td>
			<td style="width:149px;">BP2618-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:616px;">50ml Oak Ridge Tube&#160;</td>
			<td style="width:217px;">Fisher Sci</td>
			<td style="width:149px;">05-562-16B</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

unraveling the unseen players in the ocean - a field guide to water chemistry and marine microbiology

Qui vi presentiamo una serie di protocolli di ricerca accuratamente testati e ben standardizzati adattati per l&#39;uso in ambienti marini remoti. I protocolli di campionamento comprendono la valutazione delle risorse a disposizione della comunità microbica (carbonio organico disciolto, particelle di materia organica, nutrienti inorganici), e una descrizione esauriente delle comunità batteriche e virali (via conte virali e microbiche diretti, enumerazione dei microbi autofluorescenti, e costruzione di metagenomi virali e microbiche). Noi usiamo una combinazione di metodi, che rappresentano un campo disperso di discipline scientifiche che comprendono i protocolli già esistenti e alcune delle più recenti tecniche sviluppate. Tecniche di sequenziamento Soprattutto metagenomiche utilizzati per la caratterizzazione della comunità virali e batteriche, sono stati stabiliti solo negli ultimi anni, e sono quindi ancora sottoposto a un costante miglioramento. Ciò ha portato a una serie di procedure di campionamento e di elaborazione del campione Currentemente in uso. L&#39;insieme dei metodi qui presentata fornisce un approccio fino a data da raccogliere e trattare campioni ambientali. I parametri affrontati con questi protocolli producono il minimo di informazioni essenziale per caratterizzare e comprendere i meccanismi alla base della dinamica comunità virali e microbiche. Dà facile da seguire le linee guida per condurre indagini complete e discute passaggi critici e potenziali avvertenze pertinenti per ogni tecnica.

Microscopia Campioni Microscopia possono e devono essere analizzati immediatamente per assicurare che siano della qualità desiderata. Per misurare l&#39;abbondanza e la distribuzione delle dimensioni della comunità batterica, diapositive DAPI saranno esaminate mediante microscopia in epifluorescenza (eccitazione / emissione: 358/461 nm, vedere McDole et al 2012). (Figura 6A). Conta delle cellule e le dimensioni possono essere raccolti mediante software di imaging (ad esempio, ImagePro o ImageJ). Dalla volumi lunghezza e in larghezza cellulari (V) sono derivati ​​facendo l&#39;ipotesi che tutte le cellule hanno la forma di cilindri con tappi emisferiche utilizzando la seguente equazione: V = π / 4 × w 2 (L - w / 3) dove L è la lunghezza e w è la larghezza di ciascuna cella di 23,4. Biomassa microbica può essere stimata utilizzando le relazioni dipendenti dalle dimensioni precedentemente stabiliti for comunità microbiche marine 24. Generalmente batteri marini variano in lunghezza 0,1-4 micron, ma andare fino a ~ 8 micron di alcune località. Mentre i filtri (0.2 micron) colorati con DAPI verranno visualizzati solo i batteri, i filtri utilizzati per la macchia SYBR Gold (0,02 micron) contengono batteri e virus. Misurare l&#39;abbondanza di virus segue lo stesso protocollo per i microbi, tuttavia una eccitazione di 325-375 nm sarà utilizzato e il massimo di emissione è a 537 nm (Figura 6B). Per generare dati quantitativi il volume di campionamento può essere necessario regolare seconda dell&#39;abbondanza virale nel campione originale. Il volume corretto per filtrare è meglio determinata empiricamente per una data massa di acqua. Esempi di micrografie contenenti campioni con concentrazioni variabili virali sono illustrati nella Figura 7. I risultati di studi precedenti suggeriscono che il virus di Microborapporti (VMR) variano generalmente da 1 a 50 nei sistemi acquatici 25-29, e tra 3 e 20, con una media di circa 6 nei sistemi di barriera corallina (Knowles dati non pubblicati). Citometria a flusso Oltre ai conteggi diretti e stima della dimensione della comunità microbica, la valutazione del rapporto tra autotrofi a microbi eterotrofi tramite citometria di flusso possono essere ulteriormente estratti dai campioni raccolti (flusso esemplare citometria uscita indicato nella Figura 8). Per determinare il numero totale di cellule batteri, i campioni vengono colorati con SYBR Green e un tubo fotomoltiplicatore con un filtro passa-banda 530/30 viene utilizzato per il rilevamento. Un canale per la clorofilla (torna specchi LP back determinata in una gamma di 675-735 nm) e (filtro passa-banda 585/42) phycoerytherin viene usato per contare l&#39;abbondanza di autotrofi in campioni non colorati. Per determinare l&#39;abbondanza di microbi eterotrofi, autotrofi i conteggi della nonparte macchiato sono quindi sottratto dal conteggio SYBR-tinto totale (McDole et al. submitted). Metagenomica virali Metagenomica virale utilizza un approccio molecolare cultura indipendente all&#39;ecologia virale, utilizzando le informazioni di totale sequenza genomica per determinare la struttura e la funzione della comunità. Metagenomica fa progredire la nostra comprensione della complessità e la diversità delle comunità virali a livello locale da 17 a scala globale 30. Il recente sviluppo di una vasta gamma di strumenti bioinformatici per l&#39;analisi dei dati metagenomiche virale è diminuita colli di bottiglia di calcolo, consentendo una visione più completa della della virosphere attraverso la lente della metagenomica. I metodi qui presentati evidenziano l&#39;isolamento e l&#39;arricchimento di particelle virali dall&#39;acqua di mare usando una combinazione di prefiltrazione con ampio nylon dimensione dei pori della maglia per rimuovere i detriti e materiale cellulare, concentrazione dicampioni con TFF (figura 3) ed una successiva 0,45 micron filtrazione per rimuovere le cellule più grandi. Questo metodo produce circa un 100x campione concentrato (figure 5B-5E), che ci permette di eseguire processi a valle in volumi più piccoli. Al fine di prevenire la crescita di eventuali cellule microbiche rimanenti nel lisato virale e quindi le variazioni di abbondanza virale del campione durante il lungo tempo di transito tra la stazione di campo e di laboratorio, il cloroformio viene spesso aggiunto ad una concentrazione finale del 2% per la conservazione. Dopo isolamento e purificazione di VLP, epifluorescenza con coloranti acidi nucleici come SYBR oro vengono utilizzati per verificare la presenza e la purezza delle particelle virali (figure 5B-5E). Qui, vi presentiamo due metagenomi virali dalla barriera corallina Island Line meridionale, in particolare, la Starbuck (star7) e Millennium (CAR9, precedentemente conosciuto come Caroline) isole. Un volume totale di 120 L samacqua ple è stato raccolto da ciascun sito ad una profondità di 10 metri e lavorata come descritto al punto 3.7 e 5.2. Le VLP purificate dal gradiente di cloruro di cesio centrifugazione erano 3,3 x 10 8 particelle / ml per CAR9 (Figura 5D) e 2,9 x 10 9 particelle per ml per star7 come verificato secondo il metodo descritto nel paragrafo 4 (Figura 5B). La quantità totale di DNA isolato da questi campioni sono stati di circa 400 ng basa sulla misurazione NanoDrop. Il DNA è stato amplificato utilizzando Phi29 polimerasi e sequenziato dalla facilità Environmental Genomics Nucleo nel 2011. Le caratteristiche dei dati di sequenza è presentato in Tabella 1. Sulla base di ricerche di somiglianza con database esistenti, la maggior parte (&gt; 70%) delle sequenze spesso causato non caratterizzate, cioè, origini sconosciute e funzioni. Allo stesso modo, i due viromes presentati qui presentati oltre il 97% delle sequenze sconosciute. Come risultato, non di databaseanalisi dipendente è stato utilizzato per l&#39;analisi e ha aperto un nuovo braccio di opportunità di ricerca sulla &quot;materia oscura&quot; in metagenomica virali (Seguritan et al. in corso di stampa). Microbica Metagenomica L&#39;analisi di metagenomi microbici permette la caratterizzazione della comunità microbica presente e la descrizione funzionale di queste comunità. Gli esempi includono le stime della presenza di agenti patogeni e virulenza 5,22 o confronti tra i cambiamenti nella struttura della comunità macrobial o nutrienti disponibili e l&#39;abbondanza delle specie e dei loro predominanti vie metaboliche (Figura 9; Kelly et al 2014.). Chimica dell&#39;acqua Parametri chimici dell&#39;acqua in genere prendono vasta elaborazione analitica per generare i dati desiderati; campioni per analisi DOC saranno misurati tramite ossidazione catalitica ad alta temperatura 31,32, particolato organico (POM) mediante spettrometria di massa a rapporto isotopico accoppiato ad un analizzatore elementare 33-35, e nutrienti inorganici da Flow Injection Analysis 36,12,37. Dopo il completamento di tutte le analisi, le informazioni come mostrato nella tabella 1 sarà disponibile per completare la caratterizzazione delle comunità microbiche e virali. Queste informazioni possono essere complimentato con rapporti di isotopi stabili di campioni di carbonio e di azoto organico (Vedi Haas et al. 35) e il rapporto tra autotrofi ed eterotrofi (McDole et al. Submitted). <img alt="Figura 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/52131/52131fig1highres.jpg" width="600" /> Figura 1. Panoramica dei metodi descritti nella sezione del protocollo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52131/52131fig1highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questo FIGU</a>ri. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/52131/52131fig2highres.jpg" /> Figura 2. Esempio di configurazione di elaborazione rig. La messa a punto di filtrazione introdotto qui (disegno schematico a sinistra, immagine reale pannello di destra) non è necessariamente tenuto a produrre campioni, ma sarà accelerare il processo in modo significativo. La configurazione consiste di una piastra posteriore, su cui sono montate le unità Hatay Niskin (1). In uscita rivolta verso il basso, le unità Hatay Niskin sono collegate con tubi in silicone ai possessori filtro in linea (2). Questi lasciano passare l&#39;acqua campionata attraverso il rispettivo filtro nelle fiale di campionamento HDPE (3) montato proprio sotto. Il processo di filtrazione viene accelerato tramite aria in pressione (4), e regolato da un manometro (5). Una cassa di espansione impedisce la fuoriuscita d&#39;acqua durante il cambiamento delle fiale HDPE o filtrazione POM. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52131/52131fig2highres.jpg" target="_blank">Si prega di</a>clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/52131/52131fig3highres.jpg" /> Acqua di campionamento Figura 3. tangenziale scaletta filtro flusso (modificato da Thurber et al. 19). Nylon Mesh filtrata viene pompata dal serbatoio (1) mediante una pompa peristaltica (2) per un filtro a flusso tangenziale (3). I campioni di acqua torna al serbatoio (1) lungo la linea di ritorno (4) in assenza di contropressione. Quando contropressione viene applicata attraverso una fascetta (5) sulla linea di ritorno, l&#39;acqua passa attraverso il filtro e viene scartato o consegnato al serbatoio filtrato (6). Acqua campione è sostituito come è concentrata la linea filtrato fino a quando tutta l&#39;acqua campione è concentrata nelle linee di tubi. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/52131/52131fig4highres.jpg" /> Figura 4. Microscopio impostazione filtrazione diapositiva.Per distribuire uniformemente DAPI e SYBR oro campioni colorati sul rispettivo filtro matrice di allumina (1), filtri devono essere messi in una torre del filtro (2) e lo stelo del collettore filtrazione e fissato con un morsetto (4). Un vuoto regolata pressione (5) sarà accelerare il processo di filtrazione (in alto disegno schematico, attuale pannello inferiore dell&#39;immagine). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52131/52131fig4highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/52131/52131fig5highres.jpg" /> Figura 5. Purificazione e concentrazione di particelle fagiche. Un totale di 1 ml di ciascuna gradiente di densità cloruro di cesio è strato sopra l&#39;altro prima che porta il campione pretrattato (A). Ogni strato deve essere marcato all&#39;esterno del tubo per facilitare l&#39;estrazione dopo ultracentrifugazione. Freccia segni rossi dove il tubo viene trafitto a extratto la frazione VLP. (BE) Micrografie di concentrati virali: microscopio a epifluorescenza di 0,45 concentrati virali rappresentativi micron-filtrati di star7 (B) e CAR9 (D). Le particelle più grandi, tra cui le cellule batteriche erano visibili dalle 0,45 micron-filtrati da entrambi (D) campioni star7 (B) e CAR9, mentre solo VLP (frecce bianche) rimangono dopo gradiente di cloruro di cesio ultracentrifugazione; Stella 7 (C) e CAR9 (E). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52131/52131fig5highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/52131/52131fig6highres.jpg" /> Figura 6. Esempio di DAPI e l&#39;analisi al microscopio SYBR oro. Schermata dall&#39;analisi di (A) e DAPI (B) SYBR oro macchiato esempio diapositiva. (A) lunghezza e larghezza (micron) di tutti evidenziati particelle(= Microbi) possono essere valutate con l&#39;ausilio di un programma di imaging. Nota l&#39;aggregazione nel centro dell&#39;immagine. Questi gruppi dovranno essere esclusi dalla successiva analisi. (B) Durante i virus e batteri di analisi devono essere raggruppati in base alla soglia di grandezza in VLP e forcelle di dimensioni cellulari (VLP rosso, verde cellulare). Si noti che di solito ci sono alcune deboli VLP Uncategorized dal rispettivo programma di imaging. Questi VLP che appaiono come puntini bianchi deboli devono essere contati manualmente e aggiunti ai conti virali automatizzati. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52131/52131fig6highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/52131/52131fig7highres.jpg" /> Figura 7. Le concentrazioni di SYBR oro macchiato campioni. Micrografie di un filtro di 0,02 matrice di allumina contenente vari numeri di SYBR macchiato campioni del virus. Pannello A mostra afiltro contenente una quantità adeguata di acqua di mare filtrata, mentre le concentrazioni sul filtro mostrato in B sono troppo elevati e in C troppo basso per i conteggi affidabili. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52131/52131fig7highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 8" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/52131/52131fig8highres.jpg" width="600" /> Figura 8. Risultati di citometria a flusso in uscita l&#39;analisi di un campione di reef-acqua. Pannello (A) mostra l&#39;acqua di grado molecolare solo con microsfere di colore giallo-verde fluorescente (0,75 micron), utilizzati per verificare sfondo minimalista con le impostazioni dello strumento. Pannello (B) rappresenta l&#39;uscita della corsa campione di acqua barriera corallina con le stesse impostazioni e il layout come in A. Si noti che le perle sono ancora visibili nella stessa posizione, insieme a diverse popolazioni di autotrofi. (C) </strong&gt; Lo stesso campione come in (B), utilizzato per eseguire il cancello del citometro a flusso, il targeting SYBR eventi positivi (autotrofi eterotrofi + count) e minimizzando sfondo. (D) Il campione rappresentativo reef-acqua colorati con SYBR Green I. Utilizzo il gating con sede in (C), sono stati generati totale conta microbica, e microbi eterotrofi ed autotrofi partizionati dalla clorofilla autofluorescenza (vedi McDole et al. 4). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52131/52131fig8highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 9" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/52131/52131fig9highres.jpg" width="600" /> Figura 9. Esempio di dati metagenoma microbiche. Modelli tra i dati di sequenza metagenomiche microbiche e del sito variabili dipendenti. Qui, l&#39;abbondanza relativa di Synechococcus </em&gt; spp. è stata positivamente correlata con il coperchio per cento del corallo, mentre Pelagibacter spp. non è stato (a sinistra pannelli). La via metabolica per il trasferimento coniugativo era positivamente correlata con concentrazioni di nitrati, mentre la via metabolica per la riparazione del DNA è stato coerente tra tutti metagenomi (pannelli a destra). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52131/52131fig9highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td></td><td> Stella 7 </td><td> CAR9 </td></tr><tr><td> Numero totale di letture </td><td> 939.311 </td><td> 591.600 </td></tr><tr><td> Numero di pre-elaborato Letture </td><td> 579.664 </td><td> 360.246 </td></tr><tr><td> Media Sequenza Lunghezza (bp) </td><td> 395 ± 131 </td><td> 451 ± 159 </td></tr><tr><td> Sequenze annotato (%) </td><td> 42.218 (7,3%) </td&gt; <td> 9.117 (2,5%) </td></tr><tr><td> Sconosciuto (%) </td><td> 537.446 (92,7%) </td><td> 351.129 (97,5%) </td></tr></tbody></table> Tabella 1. Caratteristiche dei dati di due viromes generati dalle Isole linea sud, Starbuck e Millennium. Il grado di annotazione è basata su BLAT utilizzando il server MG-RAST. <img alt="Tabella 2" fo:content-width="7in" src="/files/ftp_upload/52131/52131table2.jpg" width="700" /> Tabella 2. Risultati rappresentativi che mostrano i dati da vari siti durante una spedizione. I parametri qui valutati dispongono inoltre di acqua misurazioni di chimica in coppia con microbica e abbondanze virali. La tabella contiene inoltre i nomi dei file relativi ai rispettivi dati metagenomiche per ogni punto di campionamento. Le concentrazioni di carbonio e nutrienti inorganici sono dati in mmol / l. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52131/52131table2.jpg" target="_blank">Si prega di</a>clicca qui per vedere una versione più grande di questa tabella.

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Unraveling the Unseen Players in the Ocean - A Field Guide to Water Chemistry and Marine Microbiology

Here, we present a comprehensive protocol to assess the organic and inorganic nutrient availability and the abundance and structure of microbial and viral communities in remote marine environments.

Svelare i giocatori invisibili del Mare - Una guida del campo di Acqua Chimica e microbiologia marina

Here we introduce a series of thoroughly tested and well standardized research protocols adapted for use in remote marine environments. The sampling ...

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Research

JoVE Journal

Environment

25.2K Views.  San Diego State University. Here, we present a comprehensive protocol to assess the organic and inorganic nutrient availability and the abundance and structure of microbial and viral communities in remote marine environments. 

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A Whole Cell Bioreporter Approach to Assess Transport and Bioavailability of Organic Contaminants in Water Unsaturated Systems

Bioavailability of contaminants is a prerequisite for their effective biodegradation in soil. The average bulk concentration of a contaminant, however, is not an appropriate measure for its availability; bioavailability rather depends on the dynamic interplay of potential mass transfer (flux) of a compound to a microbial cell and the capacity of the latter to degrade the compound. In water-unsaturated parts of the soil, mycelia have been shown to overcome bioavailability limitations by actively transporting and mobilizing organic compounds over the range of centimeters. Whereas the extent of mycelia-based transport can be quantified easily by chemical means, verification of the contaminant-bioavailability to bacterial cells requires a biological method. Addressing this constraint, we chose the PAH fluorene (FLU) as a model compound and developed a water unsaturated model microcosm linking a spatially separated FLU point source and the FLU degrading bioreporter bacterium Burkholderia sartisoli RP037-mChe by a mycelial network of Pythium ultimum. Since the bioreporter expresses eGFP in response of the PAH flux to the cell, bacterial FLU exposure and degradation could be monitored directly in the microcosms via confocal laser scanning microscopy (CLSM). CLSM and image analyses revealed a significant increase of the eGFP expression in the presence of P. ultimum compared to controls without mycelia or FLU thus indicating FLU bioavailability to bacteria after mycelia-mediated transport. CLSM results were supported by chemical analyses in identical microcosms. The developed microcosm proved suitable to investigate contaminant bioavailability and to concomitantly visualize the involved bacteria-mycelial interactions.

A whole cell bioreporter assay with Burkholderia sartisoli RP037-mChe was developed to detect fractions of an organic contaminant (i.e., fluorene) available for bacterial degradation after active transport by mycelia bridging air-filled pores in a water unsaturated model system.

A Whole marcatura già cellulare approccio per valutare i trasporti e la biodisponibilità di contaminanti organici in acqua insaturi Sistemi

Bioavailability of contaminants is a prerequisite for their effective biodegradation in soil. The average bulk concentration of a contaminant, however, is ...

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A Fish-feeding Laboratory Bioassay to Assess the Antipredatory Activity of Secondary Metabolites from the Tissues of Marine Organisms

Marine chemical ecology is a young discipline, having emerged from the collaboration of natural products chemists and marine ecologists in the 1980s with the goal of examining the ecological functions of secondary metabolites from the tissues of marine organisms. The result has been a progression of protocols that have increasingly refined the ecological relevance of the experimental approach. Here we present the most up-to-date version of a fish-feeding laboratory bioassay that enables investigators to assess the antipredatory activity of secondary metabolites from the tissues of marine organisms. Organic metabolites of all polarities are exhaustively extracted from the tissue of the target organism and reconstituted at natural concentrations in a nutritionally appropriate food matrix. Experimental food pellets are presented to a generalist predator in laboratory feeding assays to assess the antipredatory activity of the extract. The procedure described herein uses the bluehead, Thalassoma bifasciatum, to test the palatability of Caribbean marine invertebrates; however, the design may be readily adapted to other systems. Results obtained using this laboratory assay are an important prelude to field experiments that rely on the feeding responses of a full complement of potential predators. Additionally, this bioassay can be used to direct the isolation of feeding-deterrent metabolites through bioassay-guided fractionation. This feeding bioassay has advanced our understanding of the factors that control the distribution and abundance of marine invertebrates on Caribbean coral reefs and may inform investigations in diverse fields of inquiry, including pharmacology, biotechnology, and evolutionary ecology.

This bioassay employs a model predatory fish to assess the presence of feeding-deterrent metabolites from organic extracts of the tissues of marine organisms at natural concentrations using a nutritionally comparable food matrix.

Un pesce-alimentare Laboratorio Bioassay per valutare l&#39;attività di antipredatory Secondary metaboliti dai tessuti di organismi marini

Marine chemical ecology is a young discipline, having emerged from the collaboration of natural products chemists and marine ecologists in the 1980s with ...

Automated Gel Size Selection to Improve the Quality of Next-generation Sequencing Libraries Prepared from Environmental Water Samples

Next-generation sequencing of environmental samples can be challenging because of the variable DNA quantity and quality in these samples. High quality DNA libraries are needed for optimal results from next-generation sequencing. Environmental samples such as water may have low quality and quantities of DNA as well as contaminants that co-precipitate with DNA. The mechanical and enzymatic processes involved in extraction and library preparation may further damage the DNA. Gel size selection enables purification and recovery of DNA fragments of a defined size for sequencing applications. Nevertheless, this task is one of the most time-consuming steps in the DNA library preparation workflow. The protocol described here enables complete automation of agarose gel loading, electrophoretic analysis, and recovery of targeted DNA fragments. 
In this study, we describe a high-throughput approach to prepare high quality DNA libraries from freshwater samples that can be applied also to other environmental samples. We used an indirect approach to concentrate bacterial cells from environmental freshwater samples; DNA was extracted using a commercially available DNA extraction kit, and DNA libraries were prepared using a commercial transposon-based protocol. DNA fragments of 500 to 800 bp were gel size selected using Ranger Technology, an automated electrophoresis workstation. Sequencing of the size-selected DNA libraries demonstrated significant improvements to read length and quality of the sequencing reads.

This manuscript describes an automated gel size selection approach for purifying DNA fragments for next-generation sequencing. The Ranger Technology provides complete automation of the entire process of agarose gel loading, electrophoretic analysis, and recovery of targeted DNA fragments allowing for high-throughput and high quality next-generation sequencing libraries.

Automated Gel Selection Size per migliorare la qualità delle Biblioteche di sequenziamento di nuova generazione Preparato da campioni di acqua ambientale

Next-generation sequencing of environmental samples can be challenging because of the variable DNA quantity and quality in these samples. High quality DNA ...

A Duplex Digital PCR Assay for Simultaneous Quantification of the Enterococcus spp. and the Human Fecal-associated HF183 Marker in Waters

This manuscript describes a duplex digital PCR assay (EntHF183 dPCR) for simultaneous quantification of Enterococcus spp. and the human fecal-associated HF183 marker. The EntHF183 duplex dPCR (referred as EntHF183 dPCR hereon) assay uses the same primer and probe sequences as its published individual quantitative PCR (qPCR) counterparts. Likewise, the same water filtration and DNA extraction procedures as performed prior to qPCR are followed prior to running dPCR. However, the duplex dPCR assay has several advantages over the qPCR assays. Most important, the dPCR assay eliminates the need for running a standard curve and hence, the associated bias and variability, by direct quantification of its targets. In addition, while duplexing (i.e. simultaneous quantification) Enterococcus and HF183 in qPCR often leads to severe underestimation of the less abundant target in a sample, dPCR provides consistent quantification of both targets, whether quantified individually or simultaneously in the same reaction. The dPCR assay is also able to tolerate PCR inhibitor concentrations that are one to two orders of magnitude higher than those tolerated by qPCR. These advantages make the EntHF183 dPCR assay particularly attractive because it simultaneously provides accurate and repeatable information on both general and human-associated fecal contamination in environmental waters without the need to run two separate qPCR assays. Despite its advantages over qPCR, the upper quantification limit of the dPCR assay with currently available instrumentation is approximately four orders of magnitude lower than that achievable by qPCR. Consequently, dilution is needed for measurement of high concentrations of target organisms such as those typically observed following sewage spills.

A Duplex Digital PCR Assay for Simultaneous Quantification of the Enterococcus spp. and the Human Fecal-associated HF183 Marker in Waters

This manuscript describes a duplex digital PCR assay that can be used to simultaneously quantify Enterococcus spp. and the HF183 genetic markers as indicators of general and human-associated fecal contamination in recreational waters.

Un Test PCR duplex digitale per simultanea quantificazione del<em&gt; Enterococcus spp.</em&gt; E l&#39;umano fecale associata HF183 Marker in Waters

This manuscript describes a duplex digital PCR assay (EntHF183 dPCR) for simultaneous quantification of Enterococcus spp. and the human fecal-associated ...

Clean Sampling and Analysis of River and Estuarine Waters for Trace Metal Studies

Most of the trace metal concentrations in ambient waters obtained a few decades ago have been considered unreliable owing to the lack of contamination control. Developments of some techniques aiming to reduce trace metal contamination in the last couple of decades have resulted in concentrations reported now being orders of magnitude lower than those in the past. These low concentrations often necessitate preconcentration of water samples prior to instrumental analysis of samples. Since contamination can appear in all phases of trace metal analyses, including sample collection (and during preparation of sampling containers), storage and handling, pretreatments, and instrumental analysis, specific care needs to be taken in order to reduce contamination levels at all steps. The effort to develop and utilize "clean techniques" in trace metal studies allows scientists to investigate trace metal distributions and chemical and biological behavior in greater details. This advancement also provides the required accuracy and precision of trace metal data allowing for environmental conditions to be related to trace metal concentrations in aquatic environments.
This protocol that is presented here details needed materials for sample preparation, sample collection, sample pretreatment including preconcentration, and instrumental analysis. By reducing contamination throughout all phases mentioned above for trace metal analysis, much lower detection limits and thus accuracy can be achieved. The effectiveness of "clean techniques" is further demonstrated using low field blanks and good recoveries for standard reference material. The data quality that can be obtained thus enables the assessment of trace metal distributions and their relationships to environmental parameters.

Special care using "clean techniques" is required to properly collect and process water samples for trace metal studies in aquatic environments. A protocol for sampling, processing, and analytical procedures with the aim of obtaining reliable environmental monitoring data and results with high sensitivity for detailed trace metal studies is presented.

Pulire campionamento e analisi del fiume e di estuario Acque per Trace Studi di metallo

Most of the trace metal concentrations in ambient waters obtained a few decades ago have been considered unreliable owing to the lack of contamination ...

VacuSIP, an Improved InEx Method for In Situ Measurement of Particulate and Dissolved Compounds Processed by Active Suspension Feeders

Benthic suspension feeders play essential roles in the functioning of marine ecosystems. By filtering large volumes of water, removing plankton and detritus, and excreting particulate and dissolved compounds, they serve as important agents for benthic-pelagic coupling. Accurately measuring the compounds removed and excreted by suspension feeders (such as sponges, ascidians, polychaetes, bivalves) is crucial for the study of their physiology, metabolism, and feeding ecology, and is fundamental to determine the ecological relevance of the nutrient fluxes mediated by these organisms. However, the assessment of the rate by which suspension feeders process particulate and dissolved compounds in nature is restricted by the limitations of the currently available methodologies. Our goal was to develop a simple, reliable, and non-intrusive method that would allow clean and controlled water sampling from a specific point, such as the excurrent aperture of benthic suspension feeders, in situ. Our method allows simultaneous sampling of inhaled and exhaled water of the studied organism by using minute tubes installed on a custom-built manipulator device and carefully positioned inside the exhalant orifice of the sampled organism. Piercing a septum on the collecting vessel with a syringe needle attached to the distal end of each tube allows the external pressure to slowly force the sampled water into the vessel through the sampling tube. The slow and controlled sampling rate allows integrating the inherent patchiness in the water while ensuring contamination free sampling. We provide recommendations for the most suitable filtering devices, collection vessel, and storing procedures for the analyses of different particulate and dissolved compounds. The VacuSIP system offers a reliable method for the quantification of undisturbed suspension feeder metabolism in natural conditions that is cheap and easy to learn and apply to assess the physiology and functional role of filter feeders in different ecosystems.

VacuSIP, an Improved InEx Method for In Situ Measurement of Particulate and Dissolved Compounds Processed by Active Suspension Feeders

We introduce the VacuSIP, a simple, non-intrusive, and reliable method for clean and accurate point sampling of water. The system was developed and evaluated for the simultaneous collection of the water inhaled and exhaled by benthic suspension feeders in situ, to cleanly measure removal and excretion of particulate and dissolved compounds.

VacuSIP, un metodo migliorato per Inex<em&gt; In Situ</em&gt; Misura di particolato e sciolto composti elaborati da Alimentatori sospensioni attive

Benthic suspension feeders play essential roles in the functioning of marine ecosystems. By filtering large volumes of water, removing plankton and ...

Protocol for Microplastics Sampling on the Sea Surface and Sample Analysis

Microplastic pollution in the marine environment is a scientific topic that has received increasing attention over the last decade. The majority of scientific publications address microplastic pollution of the sea surface. The protocol below describes the methodology for sampling, sample preparation, separation and chemical identification of microplastic particles. A manta net fixed on an &#187;A frame&#171; attached to the side of the vessel was used for sampling. Microplastic particles caught in the cod end of the net were separated from samples by visual identification and use of stereomicroscopes. Particles were analyzed for their size using an image analysis program and for their chemical structure using ATR-FTIR and micro FTIR spectroscopy. The described protocol is in line with recommendations for microplastics monitoring published by the Marine Strategy Framework Directive (MSFD) Technical Subgroup on Marine Litter. This written protocol with video guide will support the work of researchers that deal with microplastics monitoring all over the world.

The protocol below describes the methodology for: microplastics sampling on the sea surface, separation of microplastic and chemical identification of particles. This protocol is in line with the recommendations for microplastics monitoring published by the MSFD Technical Subgroup on Marine Litter.

Protocollo per microplastiche campionamento sulla superficie del mare e Analisi dei campioni

Microplastic pollution in the marine environment is a scientific topic that has received increasing attention over the last decade. The majority of ...

Controlled-release of Chlorine Dioxide in a Perforated Packaging System to Extend the Storage Life and Improve the Safety of Grape Tomatoes

A controlled-release chlorine dioxide (ClO2) pouch was developed by sealing a slurry form of ClO2 into semipermeable polymer film; the release properties of the pouch were monitored in containers with or without fruit. The pouch was affixed to the inside of a perforated clamshell containing grape tomatoes, and the effect on microbial population, firmness, and weight loss was evaluated during a 14 day storage period at 20 &#176;C. Within 3 days, the ClO2 concentration in the clamshells reached 3.5 ppm and remained constant until day 10. Thereafter, it decreased to 2 ppm by day 14. The ClO2 pouch exhibited strong antimicrobial activity, reducing Escherichia coli populations by 3.08 log CFU/g and Alternaria alternata populations by 2.85 log CFU/g after 14 days of storage. The ClO2 treatment also reduced softening and weight loss and extended the overall shelf life of the tomatoes. Our results suggest that ClO2 treatment is useful for extending the shelf life and improving the microbial safety of tomatoes during storage without impairing their quality.

Here, we describe a protocol for the application of a novel, slow-release ClO2 product that reduces spoilage and extends the shelf life of fresh fruit. The slow-release ClO2 product was added to standard commercial grape tomato packaging and tested against Escherichia coli and Alternaria alternata.

A rilascio di biossido di cloro in un sistema di imballaggio forato per prolungare la durata di conservazione e migliorare la sicurezza dei Pomodori

A controlled-release chlorine dioxide (ClO2) pouch was developed by sealing a slurry form of ClO2 into semipermeable polymer film; the release properties ...

Extraction of Organochlorine Pesticides from Plastic Pellets and Plastic Type Analysis

Plastic resin pellets, categorized as microplastics (&#8804;5 mm in diameter), are small granules that can be unintentionally released to the environment during manufacturing and transport. Because of their environmental persistence, they are widely distributed in the oceans and on beaches all over the world. They can act as a vector of potentially toxic organic compounds (e.g., polychlorinated biphenyls) and might consequently negatively affect marine organisms. Their possible impacts along the food chain are not yet well understood. In order to assess the hazards associated with the occurrence of plastic pellets in the marine environment, it is necessary to develop methodologies that allow for rapid determination of associated organic contaminant levels. The present protocol describes the different steps required for sampling resin pellets, analyzing adsorbed organochlorine pesticides (OCPs) and identifying the plastic type. The focus is on the extraction of OCPs from plastic pellets by means of a pressurized fluid extractor (PFE) and on the polymer chemical analysis applying Fourier Transform-InfraRed (FT-IR) spectroscopy. The developed methodology focuses on 11 OCPs and related compounds, including dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT) and its two main metabolites, lindane and two production isomers, as well as the two biologically active isomers of technical endosulfan. This protocol constitutes a simple and rapid alternative to existing methodology for evaluating the concentration of organic contaminants adsorbed on plastic pieces.

Microplastics act as vector of potentially toxic organic contaminants with unpredictable effects. This protocol describes an alternative methodology for assessing the levels of organochlorine pesticides adsorbed on plastic pellets and identifying the polymer chemical structure. The focus is on pressurized fluid extraction and attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy.

Estrazione di pesticidi di organochlorato da pellicole di plastica e analisi di tipo plastico

Plastic resin pellets, categorized as microplastics (&#8804;5 mm in diameter), are small granules that can be unintentionally released to the environment ...

The Barnacle Balanus improvisus as a Marine Model - Culturing and Gene Expression

Barnacles are marine crustaceans with a sessile adult and free-swimming, planktonic larvae. The barnacle Balanus (Amphibalanus) improvisus is particularly relevant as a model for the studies of osmoregulatory mechanisms because of its extreme tolerance to low salinity. It is also widely used as a model of settling biology, in particular in relation to antifouling research. However, natural seasonal spawning yields an unpredictable supply of cyprid larvae for studies. A protocol for the all-year-round culturing of B. improvisus has been developed and a detailed description of all steps in the production line is outlined (i.e., the establishment of adult cultures on panels, the collection and rearing of barnacle larvae, and the administration of feed for adults and larvae). The description also provides guidance on troubleshooting and discusses critical parameters (e.g., the removal of contamination, the production of high-quality feed, the manpower needed, and the importance of high-quality seawater). Each batch from the culturing system maximally yields roughly 12,000 nauplii and can deliver four batches in a week, so up to almost 50,000 larvae per week can be produced. The method used to culture B. improvisus is, probably, to a large extent also applicable to other marine invertebrates with free-swimminglarvae. Protocols are presented for the dissection of various tissues from adults as well as the production of high-quality RNA for studies on gene expression. It is also described how cultured adults and reared cyprids can be utilized in a wide array of experimental designs for examining gene expression in relation to external factors. The use of cultured barnacles in gene expression is illustrated with studies of possible osmoregulatory roles of Na+/K+ ATPase and aquaporins.

The Barnacle Balanus improvisus as a Marine Model - Culturing and Gene Expression

The barnacle Balanus (Amphibalanus) improvisus is a model for studying osmoregulation and antifouling. However, natural seasonal spawning yields an unpredictable supply of cyprid larvae. Here, a protocol for the all-year-round culturing of B. improvisus is described, including the production of larvae. The use of cultured barnacles in gene expression studies is illustrated.

Il Barnacle Balanus BalanUs come modello Marine - coltura e l'espressione genica

Barnacles are marine crustaceans with a sessile adult and free-swimming, planktonic larvae. The barnacle Balanus (Amphibalanus) improvisus is particularly ...