JoVE Logo

Entrar

É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou comece sua avaliação gratuita.

Neste Artigo

  • Resumo
  • Resumo
  • Introdução
  • Protocolo
  • Resultados
  • Discussão
  • Divulgações
  • Agradecimentos
  • Materiais
  • Referências
  • Reimpressões e Permissões

Resumo

A criosfera oferece acesso a organismos preservados que persistiram sob condições ambientais do passado. Um protocolo é apresentada para recolher e descontaminar núcleos permafrost de solos e gelo. A ausência de colónias exógenas e DNA sugerem que os microrganismos detectados representam o material, em vez de contaminação de perfuração ou de processamento.

Resumo

The cryosphere offers access to preserved organisms that persisted under past environmental conditions. In fact, these frozen materials could reflect conditions over vast time periods and investigation of biological materials harbored inside could provide insight of ancient environments. To appropriately analyze these ecosystems and extract meaningful biological information from frozen soils and ice, proper collection and processing of the frozen samples is necessary. This is especially critical for microbial and DNA analyses since the communities present may be so uniquely different from modern ones. Here, a protocol is presented to successfully collect and decontaminate frozen cores. Both the absence of the colonies used to dope the outer surface and exogenous DNA suggest that we successfully decontaminated the frozen cores and that the microorganisms detected were from the material, rather than contamination from drilling or processing the cores.

Introdução

A criosfera (por exemplo, solos de permafrost, características gelo, neve glacial, firn e gelo) oferece um vislumbre do que tipos de organismos persistiu em condições ambientais do passado. Uma vez que estes substratos pode ser dezenas a centenas de milhares de anos de idade, suas comunidades microbianas, quando preservado congeladas desde a deposição, refletem as condições ambientais antigos. Para analisar adequadamente estes ecossistemas e extrair informação biológica significativa de solos congelados e gelo, coleta adequada e processamento das amostras congeladas é necessário. Isto é de extrema importância como projeções climáticas para o século 21 indicam o potencial para um aquecimento acentuado em regiões árticas e sub-árticas 1. Especificamente, Interior do Alasca e Groenlândia são esperados para aquecer cerca de 5 ° C e 7 ° C, respectivamente em 2100 2,3. Isto é esperado para afetar significativamente o solo e comunidades microbianas aquáticos, e, portanto, relacionadaprocessos biogeoquímicos. As temperaturas mais quentes e regime de precipitação alterados são esperados para iniciar a degradação do permafrost em muitas áreas 2-5 potencialmente levando a uma mais grossa, sazonalmente descongelado (ativo) camada 6,7, o degelo dos solos congelados, ea fusão de corpos de gelo enormes, tais como gelo no solo, cunhas de gelo, e segregação de gelo 8. Isto mudaria drasticamente os atributos biogeoquímicos além da biodiversidade de plantas e animais nestes ecossistemas.

gelo glacial e características de sedimentos permafrost e gelo singenéticos ter aprisionado química e evidência biológica de um ambiente representando o que viveu lá no momento as características formado. Por exemplo, no Interior do Alasca, tanto Illinoisan e Wisconsin permafrost com idades estão presentes e este permafrost em particular fornece os locais únicos que datam de moderno a 150.000 anos antes do presente (YBP) que contêm evidência biológica e geoquímica do impact das mudanças climáticas passadas sobre a biodiversidade. Como resultado, estes sedimentos fornecem um registro da biogeoquímica e da biodiversidade ao longo de muitos milhares de anos. Uma vez que a área tem taxas de sedimentação baixos e nunca foi glaciar, as amostras não perturbadas são acessíveis para recolha e análise, tanto de perfuração verticalmente no perfil do solo ou de perfuração horizontal em túneis. Mais importante ainda, existem extensos registros que, especialmente destacar as características únicas de biogeoquímicos permafrost nessa região 9-14. Especificamente, a aplicação da análise de DNA para estimar presença e extensão da biodiversidade em ambas as amostras de gelo e permafrost existentes e antigas permite a exploração da ligação das condições ambientais antigas e habitat para a ocupação por organismos específicos.

Estudos anteriores identificaram impactos climáticos sobre mamíferos, plantas e microorganismos de amostras datando de 50k YBP 11, 15-19, embora cada estudo utilizou uma differemetodologia nt para recolher e descontaminar as permafrost ou gelo núcleos. Em alguns casos, os núcleos de perfuração foram esterilizados 16, 20-21, embora a metodologia específica não esclarecer se os ácidos nucleicos estranhos, foram igualmente eliminadas a partir das amostras. Em outros estudos, 15 isolados bacterianos (por exemplo, Serratia marcescens), bem como as microesferas fluorescentes 22 foram utilizadas para medir a eficácia de processos de descontaminação.

Este experimento foi parte de um estudo maior investigando comunidades microbianas a partir de amostras de permafrost que datam YBP cerca de 40k. O objectivo específico desta parte do estudo foi para descontaminar com sucesso de gelo e permafrost núcleos. Para nosso conhecimento, nenhuma metodologia tem integrado o uso de soluções concebidas para eliminar os ácidos nucleicos estranhos e nucleases associados a partir da porção exterior dos núcleos congelados. Isto apesar do fato de que estas soluções são commonly usado para descontaminar equipamentos de laboratório para experimentos moleculares.

Uma vez que os núcleos foram descontaminadas, o DNA genómico foi extraído utilizando os protocolos desenvolvidos por Griffiths et al. 23 e TOWE et al. 24, quantificado utilizando um espectrofotómetro, e diluiu-se com água estéril, isenta de ADN para atingir 20 ng por reacção. Bacterianas genes 16S rRNA foram amplificadas com primers 331F e 797R e sonda BacTaq 25 e 16S archaeal genes rRNA foram amplificadas com primers Arch 349F e Arch 806R e a sonda TM Arch 516F 26 sob as seguintes condições: 95 ° C durante 600 segundos seguido por 45 ciclos de 95 ° C durante 30 seg, 57 ° C durante 60 segundos, e 72 ° C durante 25 seg, com extensão final a 40 ° C durante 30 seg. Todas as reacções foram conduzidas qPCR em duplicado. Os volumes de reacção de 20 ul incluídos 20 ng de ADN, 10 pM de iniciadores, 5 uM de sonda, e 10 ul da mistura de reacção qPCR. normas for qPCR bacteriana e archaea foram preparadas usando ADN genómico de Pseudomonas fluorescens e Halobacterium salinarum, respectivamente. Ambos foram cresceu até à fase log. As contagens foram realizadas e o ADN foi isolado a partir das culturas. O ADN genómico foi quantificada com um espectrofotómetro com o pressuposto de um e seis cópias do gene 16S rRNA por genoma de H. salinarum e P. fluorescens, respectivamente 27-28. número de cópias dos genes de bactérias e archaea foram calculados com base na curva padrão, log-transformada em conta as especificidades desiguais entre tratamentos, e avaliados por análise de variância.

Composição da comunidade foi determinada por sequenciamento do gene 16S rRNA usando células de fluxo e tecnologias de amplificação ponte e analisar as comunidades com insights quantitativos em ecologia microbiana "(QIIME) 29. Para a frente e reverso lê foram unidas e depois sequências foram filtrados, indexado,e representantes de alta qualidade foram selecionados para unidades taxonômicas operacionais (OTU) cessão de novo através de um alinhamento de sequência com uma base de dados de referência. sequências alinhadas foram comparados com um banco de dados de referência separado para atribuição taxonômica. Uma tabela OTU nível filo foi criado para determinar a composição da comunidade em geral.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocolo

1. Preparação Equipamentos e Permafrost Coleção Núcleo

  1. Preparação de equipamento e coleta de amostra de campo e equipamentos de preservação
    1. Montar trado para coleta de amostras, inserindo o adaptador de unidade no topo do barril e girando a alavanca para travá-lo no lugar. Pin o tubo de adaptador para o adaptador de unidade e fixe o motor no tubo adaptador. Insira os cortadores no barril.
    2. Usar ternos de luz dever, luvas de borracha nitrílica e máscaras para reduzir qualquer contaminação das amostras. Use protetores de ouvido e um capacete de segurança para a segurança ao entrar no túnel do Permafrost (Figura 1).
    3. Entre no túnel e selecione um local para recolher as amostras (Figura 1B).
      Nota: Para a localização da perfuração vertical ou horizontal, seleccionar uma área onde não é conhecida a evidência de que o material é congelado (por exemplo, gelo ou gelo permanente), não há grande sistemas radiculares conhecidas, e não há cascalho conhecida. Deletar tudovivendo material vegetal da área antes de coletar uma amostra. Se a perfuração vertical ou horizontalmente, selecionar uma área que é relativamente plana e acessível com a broca.
    4. Prepara-se uma estação de trabalho por camadas do solo com um material plástico que foi esterilizada com isopropanol a 70%, solução de ADN de descontaminação, e a solução de descontaminação de RNase.
    5. Coloque um diâmetro de 10 centímetros de cloreto de polivinilo (PVC) de corte de tubos em meio longitudinalmente na estação de trabalho para proporcionar uma calha para segurar os núcleos à medida que são removidos a partir do sem-fim. Descontaminar o tubo de PVC com 70% de isopropanol, solução de DNA descontaminação e solução de descontaminação RNase.
    6. Perto da estação de trabalho, descontaminar o trado por aspersão com 70% isopropanol, solução de DNA descontaminação e solução de descontaminação RNase. Remover soluções do sem-fim com um wipe.
  2. Gelo e permafrost coleta e armazenamento do núcleo
    1. Escolha de uma área da parede de amostra (ver 1.2.1Nota).
    2. Descontaminar cerca de 10 cm de diâmetro da área de parede congelada esfregando-o com 70% isopropanol, solução de DNA descontaminação e solução de descontaminação RNase.
    3. Elevar a verruma descontaminado para a área de interesse tal que é perpendicular à área da amostra e começar a perfurar a face feita de a parede (Figura 1C, D).
    4. Remova cuidadosamente a broca da área de coleta de amostras. Desligue a broca do motor e coloque o trado acima do tubo de PVC estéril na estação de trabalho limpa. Cuidadosamente incline trado de tal forma que os núcleos congelados deslizar para fora sobre o tubo de PVC estéril (Figura 1E).
    5. Descontaminar luvas com 70% isopropanol, solução de DNA descontaminação e solução de descontaminação RNase.
    6. Pegar os núcleos de gelo e permafrost com luvas estéreis e colocá-los em sacos estéreis.
    7. Coloque os núcleos em um quarto mais frio ou frio até que sejam enviados ou processados.
    8. ShPI, os núcleos congeladas usando gelo seco para mantê-las a uma temperatura inferior a 0 ° C.
    9. Imediatamente armazenar os núcleos a -80 ° C.

2. Permafrost and Ice núcleo de processamento

  1. preparação do material
    1. Prepare, folha estéril nucleico ácido livre de pesados ​​de alumínio, prateleiras de metal, vidro, pinças metálicas e lã de vidro por aquecimento em um forno a 450 ° C durante 4 h. Separe estes materiais até ser utilizado.
    2. Esterilizar 95% de etanol e água ultrapura, passando as soluções através de um filtro de 0,22 um.
    3. solução de etanol Armazenar a -20 ° C e água a 4 ° C.
    4. Esterilizar uma régua de plástico por aspersão com etanol a 70%, solução de ADN de descontaminação, e uma solução de ARNase a descontaminação e limpando imediatamente depois de cada solução.
  2. Preparação Cultura bacteriana
    1. Prepare caldo e placas de crescer Serratia marcescens.
      1. Para o caldo, misture 5 g tryptone, 1 g de glucose, 5 g de extracto de levedura, e 1 g de fosfato dibásico de potássio, e em seguida, adicionar água destilada para atingir um L. Para fazer placas, adicionar 15 g de ágar à mistura acima. Para caldo e placas, ajustar o pH a 7 e autoclave a 121 ° C durante 15 min.
    2. Preparar a solução salina de fosfato desbastado 1x (PBS) através da combinação de 8 g de cloreto de sódio, 0,2 g de cloreto de potássio, 1,44 g de fosfato dibásico de sódio, e 0,24 g de fosfato monobásico de potássio e adicionando água destilada para atingir 800 ml. Ajustar o pH para 7,4 e adicionando água destilada, para chegar a um L. autoclave a 121 ° C durante 15 min.
    3. Inocular caldo com uma ansa estéril por imersão na S. marcescens cultura que foi previamente armazenado congelado a -80 ° C. Sob condições assépticas, diluído em série da cultura através da adição de 1 ml de cultura a 9 ml de PBS e manualmente inverter a solução. Adicionar 1 ml desta diluição para 9 ml de PBS e inverter manualmente a solução. Repita mais oito vezes até que um Dilu 10 -9ção é atingido.
    4. Espalhe os 10 -6, 10 -7, 10 -8, -9 e 10 soluções em placas de agar com a distribuição de 1 ml de caldo na placa e espalhar com um espalhador de célula. Faça isso em triplicado por diluição. Armazenar a cultura original a 4 ° C.
    5. Incubar as placas a 30 ° C durante 24 h. Contar o número de colónias para calcular o número de células na cultura original. Nota: O número de colónias em cultura original vai depender da taxa de crescimento das bactérias.
    6. Pipetar 250 ul da cultura original para um tubo de microcentrífuga de 1,5 ml estéril. Dilui-se a cultura original por adição de um volume suficiente de 1x PBS para se obter aproximadamente 10 9 culas / ml, tal como determinado por contagem de colónias na etapa anterior. Agregar as células num tubo de microcentrífuga por centrifugação a 2500 xg durante 10 min.
      Nota: O volume de PBS 1x irá variar dependendo da taxa de crescimento das bactérias.
    7. Numa biohood estéril, Pipeta fora do caldo e voltar a suspender as células em 1 ml de 1x tampão PBS. Armazenar a 4 ° C até à sua utilização ou cerca de dois meses.
    8. No dia de processamento, dilui-se a S. marcescens cultura a partir do passo 2.2.7, adicionando 1 ml de S. inicial marcescens cultura para 39 mL de 1x tampão PBS num tubo de centrífuga de 50 ml.
  3. Prepare espaço da sala fria para processamento de núcleo e engrenagem preservação
    1. Antes de refrigeração da câmara fria, paredes limpas, pisos e mesa de metal com uma solução de água sanitária 1%.
    2. Ajustar a temperatura da sala fria para cerca de -11 ° C.
    3. Uma vez que a sala fria atingiu a temperatura desejada, usam ternos leves dever, luvas de borracha nitrílica e máscaras para reduzir qualquer contaminação para o quarto frio e as amostras.
      Nota: Dois indivíduos adequadamente vestidos são necessários para este procedimento.
    4. Traga os materiais estéreis (por exemplo, uma folha de alumínio, prateleiras de metal, vidros, bandeja, S. marcescens cultura e milâmina crotome) e as amostras para a sala fria e coloque sobre a mesa estéril.
  4. Permafrost e processamento núcleo de gelo em uma instalação de sala fria
    1. Coloque um núcleo permafrost em uma folha estéril, nucleico ácido livre de papel alumínio.
    2. Levemente inocular o exterior do núcleo com a cultura diluída de S. marcescens usando um tampão de espuma estéril (Figura 2B).
    3. Coloque o núcleo no rack de metal estéril que fica acima de uma bandeja.
    4. Esterilizar a lâmina de aço micrótomo com etanol a 70%, solução de ADN de descontaminação, e a solução de descontaminação de RNase.
    5. Tem Individual A borracha nitrílica limpo luvas com etanol a 70%, solução de DNA descontaminação e solução de descontaminação RNase e mantenha núcleo em um ângulo de 45 ° acima da bandeja.
    6. Tem Pessoa B raspe cerca de 5 mm do lado de fora de todo o núcleo, incluindo as extremidades, usando a lâmina estéril, enquanto Individual A transforma o núcleo depois de cada raspagem ( Figuras 2C e 3A, B). Limpar a lâmina com etanol a 70%, solução de ADN de descontaminação, e a solução de descontaminação de RNase conforme necessário.
    7. Tem Pessoa B derramar esterilizada por filtração de 95% de etanol sobre o núcleo com cuidado e rapidamente, enquanto Individual A transforma o núcleo como a solução é vertida (Figuras 2D, 3C).
    8. Tem Individual B lavar imediatamente o núcleo com água esterilizada por filtração.
    9. Substitua rack de metal usado na bandeja com um novo rack de metal estéril.
    10. Tem Individual A limpar suas luvas de borracha nitrílica com etanol 70%, solução de DNA descontaminação e solução de descontaminação RNase e mantenha o núcleo em um ângulo de 45 ° acima da bandeja.
    11. Tem Individual B pulverizar todo o núcleo com uma solução de DNA de descontaminação.
    12. Tem Individual B lavar imediatamente o núcleo com água esterilizada por filtração.
    13. Tem Individual B pulverizar todo o núcleo com uma solução de descontaminação RNase.
    14. tem Individual B lavar imediatamente o núcleo com água esterilizada por filtração.
    15. Coloque o núcleo em uma folha estéril de papel alumínio e leve embrulhar.
  5. núcleo externo Thaw
    1. Colocar uma armação de metal estéril sobre um prato de vidro esterilizada num biohood estéril com fluxo laminar.
    2. Colocar duas placas de agar específicos para S. marcescens no prato de vidro abaixo da cremalheira estéril para recolher o líquido a partir do núcleo (Figura 2E).
    3. Coloque o núcleo no rack de metal estéril.
    4. Permitir que cerca de 2-5 mm da superfície exterior do núcleo a descongelar a 23 ° C (em média, isto irá ocorrer dentro de cerca de 10 min). Ligue o núcleo de aproximadamente 90 ° a cada 2 min.
    5. Swab toda a superfície do núcleo usando uma pinça estéril e lã de vidro estéreis e inocular duas placas de ágar específico para S. marcescens por raspagem estes materiais na superfície das placas. Inocular duas novas placas com a cultura original utilizado para lubrificar o exterior donúcleo, que foi exposta às temperaturas baixas da sala fria.
    6. Medir as dimensões exteriores do núcleo cilíndrico descongeladas colocando uma régua estéril perto, mas não tocar o núcleo.
    7. Coloque o núcleo em grande saco estéril e armazená-lo a -80 ° C.
  6. Verifique para o crescimento
    1. Incubar as placas de agar a 23 ° C durante uma semana.
    2. Examine placas de ágar para o crescimento de S. colónias marcescens.
      1. Se não houver colónias visíveis na placa, vá para o passo 2.5.3.
      2. Se colónias aparecem na placa, repita a partir do passo 2.1.1 na secção 2 "Permafrost e processamento núcleo de gelo".
    3. Obter o núcleo do congelador e assepticamente transferi-lo para um saco estéril.
    4. Armazenar o núcleo num saco estéril, a 4 ° C durante cerca de 24-48 h para descongelar todo o núcleo.

3. Obter Subamostra de Ácido Nucleico Extração de gelo Cores e Permafrost

  1. extração de ácidos nucléicos de núcleos de gelo
    1. Misturar o material descongelado a partir do núcleo de gelo agitando suavemente o saco (Figura 2G).
    2. Deite o material descongelado para um recipiente estéril com um filtro de 0,22 um sob vácuo para recolher os microrganismos.
    3. Assepticamente remover o filtro com uma pinça estéril e colocá-lo em um 2 ml talão tubo de cerâmica estéril (1,4 mm).
    4. Armazenar o filtro a -80 ° C.
  2. extração de ácidos nucléicos de núcleos de permafrost
    1. Misturar o material descongelado a partir do núcleo permifrost por amassar suavemente o saco.
    2. Após o permafrost tem sido bem misturada, obter uma subamostra de solo em massa aproximadamente 0,5 g com um scoopula estéril e colocá-lo em um estéril 2 ml tubo de cerâmica talão tampa de rosca tarado (1,4 mm) que fica em pé sobre uma balança.
    3. subsamples armazenar a -80 ° C.
    4. Obter conteúdo de água gravimétrica de amostras.
      1. Medir 10 g do permafrost com um sterile scoopula e coloque em uma lata tarado numa balança. Medir a massa molhada do permafrost e estanho.
      2. Incubar permifrost num forno regulado a 105 ° C durante 24 h. Medir a massa seca de permafrost e estanho.
      3. Calcular o teor de água gravimétrica subtraindo a massa húmida de permifrost por a massa seca do permifrost e dividindo pela massa seca de gelo permanente.
    5. permifrost armazenar a -80 ° C.

4. Extraia Nucleic Acids de permafrost e gelo Cores

  1. preparação do material
    1. Prepare frascos âmbar para manter soluções por tratamento com 0,1% de dietilpirocarbonato (DEPC), incubação O / N a 37 ° C, e autoclavagem.
    2. Preparar tampão 240 mM de solução de fosfato de potássio. Adicionar 2. 5 g de fosfato monobásico de potássio e 38,7 g de fosfato de potsio dibico. Ajustar o volume final para 500 ml por adição de água estéril.
    3. Prepare brometo de hexadeciltrimetilamônio (CTAB) buf extracçãofer por dissolução de 4,1 g de cloreto de sódio em 80 ml de água e adicionando lentamente 10 g de CTAB, aquecendo e agitando. Ajustar o volume final para 100 ml por adição de água estéril.
    4. Adicionar igual volume de solução de tampão fosfato e tampão CTAB e filtro de esterilização com um filtro de 0,22 um. Cobrir garrafa com folha de alumínio e armazenar a RT.
    5. Preparar solução 1,6 M de cloreto de sódio (NaCl) pela combinação de 9,35 g de NaCl e 100 ml de água estéril. Adiciona-se 10 g de polietileno glicol 8000 para a solução e filtra-se esterilizar de NaCl 1,6 M. Armazenar a 4 ° C.
  2. Extracção de ácido nucleico de acordo com uma versão modificada de Griffiths et al. 22 e TOWE et al. 23
    1. Usar ternos de luz dever, luvas de borracha nitrílica, e máscaras. espaço de laboratório limpo e pipetas com etanol a 70%, solução de DNA descontaminação e solução de descontaminação RNase.
    2. Remover subamostra (filtro de núcleo de gelo ou amostra de solo permafrost) em 2 ml talão de cerâmica parafuso-catubo de p de -80 ° C congelador e descongelar à temperatura ambiente.
    3. Adicionar 0,5 ml de brometo de hexadeciltrimetilamônio (CTAB) tampão de extração e vortex brevemente.
    4. Adicionar 0,5 ml de álcool-fenol-clorofórmio isoamílico (25: 24: 1) (pH 8) e agitar tubos horizontalmente durante 10 minutos utilizando uma placa de painel plano em um agitador.
    5. Seguindo-grânulo batimento, tubos de centrífuga a 16.100 xg durante 5 min a 4 ° C.
    6. Remover a camada aquosa para um novo tubo esterilizado de 1,5 mL e misturar com um volume igual de clorofórmio-álcool isoamílico (24: 1). Centrifuga-se a 16100 xg durante 5 min a 4 ° C.
    7. Remover a camada aquosa para um novo tubo esterilizado de 1,5 mL e adicionar dois volumes de 30% de polietileno glicol 8.000 e 1,6 M de NaCl. Incubar durante 2 horas a 4 ° C.
    8. Centrifuga-se a 16100 xg durante 10 min a 4 ° C.
    9. Lave o peletizado de ácido nucleico com cerca de 500 mL de gelo-etanol frio a 70% e centrifugar a 16100 xg durante 10 min a 4 ° C.
    10. Ar sedimento seco num biohood estéril durante 2 hr. Ressuspender em 50 ul de tampão TE de DNase / RNase-free (pH 8,0). ADN está pronto para aplicações a jusante, tais como PCR e qPCR.
    11. Determinar a concentração de ADN com um espectrofotómetro.
    12. Dilui-se o ADN com água estéril, isenta de ADN para atingir 20 ng por reacção.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Resultados

O método apresentado poderia ser utilizado para descontaminar amostras congeladas recolhidas de vários ambientes cryosphere, a partir de gelo glacial para permafrost. Aqui, apresentamos os dados especificamente recolhidos a partir de amostras de gelo e permafrost coletados a partir da Pesquisa de Engenharia e Centro de Desenvolvimento - Cold Regiões Laboratório de Pesquisa e Engenharia (ERDC-CRREL) Permafrost túnel localizado na Fox, AK (Figura 1A e 1B).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussão

A criosfera oferece acesso a organismos preservados que persistiram sob condições ambientais do passado. Embora a taxa recuperado pode não representar a comunidade histórica completa, aqueles recuperados a partir de análise de amostras de gelo e permafrost glacial pode render valiosas informações históricas sobre seleccionar períodos de tempo 15-16. Por exemplo, a informação biológica significativa foi elaborado a partir de estudos de gelo que investigam atividade anaeróbica no gelo da Groenlând...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Divulgações

The authors have nothing to disclose.

Agradecimentos

This work was funded through the U.S. Army Engineer Research and Development Center, Basic Research Program Office. Permission for publishing this information has been granted by the Chief of Engineers.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materiais

NameCompanyCatalog NumberComments
AugerSnow, Ice, and Permafrost Research Establishment (SIPRE), Fairbanks, AK
70% IsopropanolWalmart551116880
95% Ethyl Alcohol (denatured) Fisher Scientific, Pittsburgh, PAA407-4
DNA decontamination solution, DNA AwayMolecular Bio-Products, Inc., San Diego, CA7010
RNase decontamination solution, RNase AwayMolecular Bio-Products, Inc., San Diego, CA 7002
Light Duty SuitsKimberly-Clark Professional, Roswell, GA10606
Nitrile GlovesFisher Scientific, Pittsburgh, PAFFS-700
Antiviral MasksCurad, WalgreensCUR3845
Sterile Sample Bags Nasco, Fort Atkinson, WIB01445
Steel Microtome Blade B-Sharp Microknife, Wake Forest, NC
Metal RackFabricated at CRREL, Hanover, NH
TrayHandy Paint Products, Chanhassen, MN7500-CC
Aluminum FoilWestern Plastics, Temecula, CA
500 ml Bottle with 0.22 μm FilterCorning, Corning, NY430513
Serratia marcescensATCC, Manassas, VA17991
Biosafety HoodNuAire, Plymouth, MNNU-425-400
Petri DishFisher Scientific, Pittsburgh, PAFB0875712
ATCC Agar 181- TryptoneAcros Organics, NJ61184-5000
ATCC Agar 181- GlucoseFisher Scientific, Pittsburgh, PABP381-500
ATCC Agar 181- Yeast ExtractFisher Scientific, Pittsburgh, PABP1422-500
ATCC Agar 181- Dipotassium PhosphateJT Baker, Phillipsburg, NJ3252-01
ATCC Agar 181- AgarDifco, Sparks, MD214530
NanoDrop 2000 UV Vis SpectrophotometerThermo Fisher Scientific, Wilmington, DE
Lightcycler 480 SystemRoche Molecular Systems, Inc., Indianapolis, IN
Halobacterium salinarumAmerican Type Culture Collection (ATCC), Manassas, VA
Pseudomonas fluorescensAmerican Type Culture Collection (ATCC), Manassas, VA
Microbial DNA Isolation KitMoBio Laboratories, Carlsbad, CA12224-50
Ear ProtectionElvexEP-201
Hard Hat
KimwipesKimberly-Clark Professional, Roswell, GA34705
Glass WoolPyrex430330
Ruler
Weighing Tin Fisher Scientific, Pittsburgh, PA08-732-100
Sodium chlorideSigma Aldrich, St Louis, MOS-9625
Potassium chlorideJT Baker, Phillipsburg, NJ3040-04
Potassium phosphate, monobasicJT Baker, Phillipsburg, NJ 3246-01
Potassium phosphate, dibasicJT Baker, Phillipsburg, NJ3252-01
Sodium phosphate dibasic, anhydrousFisher Scientific, Pittsburgh, PABP332-500
50 ml Centrifuge TubesCorning, Corning, NY4558
2 ml Microcentrifuge TubesMoBio Laboratories, Carlsbad, CA1200-250-T
2 ml Ceramic Bead Tubes (1.4 mm)MoBio Laboratories, Carlsbad, CA13113-50
ScoopulaThermo Fisher Scientific, Wilmington, DE1437520
BalanceOhaus, Parsippany, NJE12130
Diethylpyrocarbonate (DEPC)Sigma Aldrich, St Louis, MOD5758
Hexadecyltrimethylammoniabromide (CTAB) Acros Organics, NJ22716-5000
Polyethylene glycol 8000 Sigma Aldrich, St Louis, MOP5413-1KG
Phenol-chloroform-isoamyl alcohol (25:24:1) (pH 8) Fisher Scientific, Pittsburgh, PABP1752-400
CentrifugeEppendorf, Hauppauge, NY5417R
Chloroform-isoamyl alcohol (24:1)Sigma Aldrich, St Louis, MOC0549-1PT
TE BufferAmbion (Thermo Fisher), Wilmington, DEAM9860
PipetsRainin, Woburn, MAPipet Lite XLS, 2, 10, 200, and 1,000 µl pipets
Pipet tipsRainin, Woburn, MARainin LTS presterilized, low retention, filtered tips, 10, 20, 200, 1,000 µl
VortexorScientific Industries, Bohemia, NYG-560
Vortex AdaptorMoBio Laboratories, Carlsbad, CA13000-V1
Clear BottleCorning, Corning, NYC1395500
Amber BottleCorning, Corning, NYC5135250
Bottle Top Filters, 0.22 µmCorning, Corning, NY430513
60 ml SyringeBecton, Dickenson and Company, Franklin Lakes, NJBD 309653
Millex Syringe filters, 0.22 μmEMD Millipore, Billerica, MASLGV033RB
70% EthanolFisher Scientific, Pittsburgh, PABP2818-500diluted & filter sterilized
Isotemp 100 L OvenFisher Scientific, Pittsburgh, PA151030511
Cell SpreaderFisher Scientific, Pittsburgh, PA08-100-10
Disposable Inoculating LoopsFisher Scientific, Pittsburgh, PA22-363-602

Referências

  1. Intergovernmental Panel on Climate Change. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Solomon, S., et al. , Cambridge University Press. Cambridge, United Kingdom. (2007).
  2. Marchenko, S., Romanovsky, V., Tipenko, G. Numerical Modeling of Spatial Permafrost Dynamics in Alaska. Proc. Ninth Int. Conferen. Permafr. University of Alaska Fairbanks, 29, 1125-1130 (2008).
  3. Intergovernmental Panel on Climate Change. Climate Change 2014: Synthesis Report. Contributions of Working Groups I, II, and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Pachauri, R. K., Meyer, L. A. , Intergovernmental Panel on Climate Change. Geneva, Switzerland. (2007).
  4. Osterkamp, T. E., Romanovsky, V. E. Evidence for warming and thawing of discontinuous permafrost in Alaska. Permafr. Periglac. Process. 10 (1), 17-37 (1999).
  5. Wolken, J. M., et al. Evidence and implications of recent and projected climate change in Alaska's forest ecosystems. Ecosphere. 2 (11), 1-35 (2011).
  6. Hinzman, L. D., Kane, D. L., Gieck, R. E., Everett, K. R. Hydrologic and thermal properties of the active layer in the Alaskan Arctic. Cold Reg. Sci. Technol. 19 (2), 95-110 (1991).
  7. Hinzman, L. D., Goering, D. J., Kane, D. L. A distributed thermal model for calculating temperature profiles and depth of thaw in permafrost regions. J. Geophys. Res.: Atmos. 103 (D22), 28975-28991 (1998).
  8. Osterkamp, T. E., Jorgenson, J. C. Warming of Permafrost in the Arctic National Wildlife Refuge. Alaska. Permafr. Periglac. Process. 17, 65-69 (2006).
  9. Petrone, K. C., Jones, J. B., Hinzman, L. D., Boone, R. D. Seasonal export of carbon, nitrogen, and major solutes from Alaskan catchments with discontinuous permafrost. J. Geophys. Res. 111, G02020(2006).
  10. Guo, L., Ping, C. -L., Macdonald, R. W. Mobilization pathways of organic carbon from permafrost to arctic rivers in a changing climate. Geophys. Res. Lett. 34 (13), L13603(2007).
  11. Katayama, T., et al. Phylogenetic analysis of bacteria preserved in a permafrost ice wedge for 25,000 years. Appl. Environ. Microbiol. 73 (7), 2360-2363 (2007).
  12. Katayama, T., et al. Glaciibacter superstes gen. nov., sp. nov., a novel member of the family Microbacteriaceae isolated from a permafrost ice wedge. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 59, 482-486 (2009).
  13. Waldrop, M. P., White, R., Douglas, T. A. Isolation and identification of cold-adapted fungi in the Fox Permafrost Tunnel, Alaska. Proc. Ninth Int. Conferen. Permafr. , 1887-1891 (2008).
  14. Douglas, T. A., et al. Biogeochemical and geocryological characteristics of wedge and thermokarst-cave ice in the CRREL Permafrost Tunnel. Alaska Permafr. Periglac. Process. 21 (2), 120-128 (2011).
  15. Willerslev, E., et al. Diverse plant and animal genetic records from Holocene and Pleistocene sediments. Science. 300 (5620), 791-795 (2003).
  16. Bellemain, E., et al. Fungal palaeodiversity revealed using high-throughput metabarcoding of ancient DNA from Arctic permafrost. Environ. Microbiol. 15 (4), 1176-1189 (2013).
  17. Steven, B., Pollard, W. H., Greer, C. W., Whyte, L. G. Microbial diversity and activity through a permafrost/ground ice core profile from the Canadian high Arctic. Environ. Microbiol. 10 (12), 3388-3403 (2008).
  18. Lorenzen, E. D., et al. Species-specific responses of Late Quaternary megafauna to climate and humans. Nature. 479 (7373), 359-364 (2011).
  19. Wilhelm, R. C., Radtke, K., Mykytczuk, N. C. S., Greer, C. W., Whyte, L. G. Life at the wedge: The activity and diversity of Arctic ice wedge microbial communities. Astrobiol. 12 (4), 347-360 (2012).
  20. Sheriden, P. P., Miteva, V. I., Brenchley, J. E. Phylogenetic analysis of anaerobic psychrophilic enrichment cultures obtained from a Greenland glacier ice core. Appl. Environ. Microbiol. 69 (4), 2153-2160 (2003).
  21. Rivkina, E., et al. Biogeochemistry of methane and methanogenic archaea in permafrost. FEMS Microbiol. Ecol. 61 (1), 1-15 (2007).
  22. Juck, D. F., et al. Utilization of fluorescent microspheres and a green fluorescent protein-marked strain for assessment of microbiological contamination of permafrost and ground ice core samples from the Canadian High Arctic. Appl. Environ. Microbiol. 71 (2), 1035-1041 (2005).
  23. Griffiths, R. I., Whiteley, A. S., O'Donnell, A. G., Bailey, M. J. Rapid method for coextraction of DNA and RNA from natural environments for analysis of ribosomal DNA- and rRNA-based microbial community composition. Appl. Environ. Microbiol. 66 (12), 5488-5491 (2000).
  24. Töwe, S., et al. Improved protocol for the simultaneous extraction and column-based separation of DNA and RNA from different soils. J. Microbiol. Methods. 84 (3), 406-412 (2011).
  25. Nadkarni, M. A., Martin, F. E., Jacques, N. A., Hunter, N. Determination of bacterial load by real-time PCR using a broad range (universal) probe and primers set. Microbiol. 148, 257-266 (2002).
  26. Takai, K., Horikoshi, K. Rapid detection and quantification of members of the archaeal community by quantitative PCR using fluorogenic probes. Appl. Environ. Microbiol. 66 (11), 5066-5072 (2000).
  27. Fogel, G. B., Collins, C. R., Brunk, C. F. Prokaryotic genome size and SSU rDNA copy number: Estimation of microbial relative abundance from a mixed population. Microb. Ecol. 38, 93-113 (1999).
  28. Bodilis, J., Nsigue-Meilo, S., Besaury, L., Quillet, L. Variable copy number, intra-genomic heterogeneities and later transfers of the 16S rRNA gene in Pseudomonas. PLOS One. 7, e35647(2012).
  29. Caporaso, J. G., et al. QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data. Nature Methods. 7, 335-336 (2010).
  30. Sellmann, P. V. Geology of the USA CRREL permafrost tunnel, Fairbanks, Alaska. US Army Cold Reg. Res. Eng. Lab. Technical Rep. 199. , New Hampshire. (1967).
  31. Sellmann, P. V. Additional information on the geology and properties of materials exposed in the USA CRREL permafrost tunnel. US Army CRREL Special Rep. , (1972).
  32. Christner, B. C., Mikucki, J. A., Foreman, C. M., Denson, J., Priscu, J. C. Glacial ice cores: A model system for developing extraterrestrial decontamination protocols. Icarus. 174 (2), 572-584 (2005).
  33. Mackelprang, R., et al. Metagenomic analysis of a permafrost microbial community reveals a rapid response to thaw. Nature. 480 (7377), 368-371 (2011).
  34. Champlot, S., et al. An efficient multistrategy DNA decontamination of PCR reagents for hyper sensitive PCR applications. PLoS One. 5 (9), e13042(2010).
  35. Yergeau, E., Hogues, H., Whyte, L. G., Greer, C. W. The functional potential of high Arctic permafrost revealed by metagenomic sequencing, qPCR, and microarray analyses. The ISME J. 4 (9), 1206-1214 (2010).
  36. Welzl, G., Schloter, M. Bacterial community structure in soils of the Tibetan Plateau affected by discontinuous permafrost or seasonal freezing. Biol. Fertil. Soils. 50 (3), 555-559 (2014).
  37. Vishnivetskaya, T. A., et al. Commercial DNA extraction kits impact observed microbial community composition in permafrost samples. FEMS Microbiol. Ecol. 87 (1), 217-230 (2014).
  38. Wagner, D., Kobabe, S., Liebner, S. Bacterial community structure and carbon turnover in permafrost-affected soils of the Lena Delta, northeastern Siberia. Can. J. Microbiol. 55 (1), 73-83 (2009).
  39. Jiang, N., et al. Characteristic microbial communities in the continuous permafrost beside the bitumen in Qinghai-Tibetan Plateau. Environ. Earth Sci. 74, 1343-1352 (2015).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reimpressões e Permissões

Solicitar permissão para reutilizar o texto ou figuras deste artigo JoVE

Solicitar Permissão

Explore Mais Artigos

Biologia MolecularEdi o 113Permafrostn cleos de gelocomunidades microbianasdescontamina oqPCRsolobact riasarchaea

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacidade

Termos de uso

Políticas

Pesquisa

Educação

SOBRE A JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos os direitos reservados