Name: prospecting microbial strains for bioremediation and probiotics development for metaorganism research and preservation
Uploaded: 2019-10-31T13:00:00
Duration: 9 min 49 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Prospecting Microbial Strains for Bioremediation and Probiotics Development for Metaorganism Research and Preservation at JoVE.com

Это исследование проводилось в связи с продолжающимся проектом ни о научно-исследовательских раз, зарегистрированных как ANP 21005-4, "PROBIO-DEEP - Обзор потенциальных воздействий, вызванных разведкой нефти и газа на глубоководных морских голобионтов и выбор потенциальных биоиндикаторов и биоремедиации процессов для этих экосистем" (UFRJ / Shell Brasil / ANP) - "PROBIO-DEEP - Levantamento de potenciais impactos causados pela explora'o de sleo e g's em holobiontes marinhos em mar profundo e sele'o de potenciais bioindicadores e biorremediadores para esses ecossistemas", спонсируемая Shell Brasil в рамках налога на НИОКР ANP как "Compromisso de Investimentos com Pesquisa e Desenvolvimento. Авторы также благодарят Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient'fico e Tecnol'gico (CNPq) и Coordena'o de Aperfei'oamento de Pessoal de N'vel Superior (CAPES) за финансовую поддержку, а также Камилу Мессиас, Филиппе Росадо и Энрике Фрагосо дос Сантуша, для изображений, предоставленных.

Авторам нечего раскрывать.

За последние 50 лет были широко изучены подходы к биовосстановлению. Например, более 200 микробов среди бактерий, цианобактерий, микроводорослей и грибов в нескольких различных средах обитания, были назначены как способные указать на наличие и/или деградацию нефтяных углеводородов62,63,64 . Кроме того, другие классы соединений, которые вызывают воздействие на окружающую среду и человека, такие как пластик, бисфенол А, эндокринные разрушители и тяжелые металлы, являются целями для разработки биовосстановления техники65,66, 67. С другой стороны, развитие морских пробиотиков было ограничено полями, которые оказывают очевидное влияние на экономику, таких как рыбные пробиотики в аквакультуре68,69. Тем не менее, изоляция и характеристика полезных микроорганизмов для защиты коралловых рифов, морских экосистем, которые поддерживают рыболовство, туризм и другие прибыльные виды деятельности, начинают цениться15. Здесь, дешевый, легкий и доступный протокол для выбора загрязняющих окружающую среду микроорганизмов, которые также могут представлять потенциально полезные характеристики для местных морских экосистем, особенно по датирующих полезных микроорганизмов для кораллов (pBMCs), является Описано.
Кроме того, продемонстрированный здесь метод хорошо адаптируется к нескольким соединениям и различным типам микробных источников. Можно ориентироваться на различные загрязняющие вещества, заменяя единственный источник углерода, добавленный к минимальным носителям. Для этого вместо масла или EE2 следует добавлять другие соединения в нужной концентрации. Это было бы избирательным давлением, направленным на изоляцию деградаторов для целевых загрязнителей. Например, микроорганизмы, способные деградировать другие классы эндокринных разрушителей, уже отобраны и протестированы по той же методологии70. Кроме того, другие морские и наземные организмы, такие как губки и растения71,72, а также различные типы экологических образцов, таких как почва, топливо и пород могут быть использованы в качестве деградирующих микробных источников25, 73,74. Например, удалось обнаружить и изолировать углеводородно-унизительные бактерии из различных образцов почвы и отложений25,54,63,64,75. Наконец, выполняя небольшие изменения в средствах массовой информации, микроорганизмы, кроме бактерий, могут быть легко выбраны в качестве унижающих достоинство микробов. Например, штамм микроводорослей с возможностью эффективно деградировать соединения эстрогена было сообщено76.
В идеале, биовосстановление-пробиотические консортии должны быть собраны для каждого конкретного соединения или области. Микробы, которые растут в конкретной среде не может расти, а в новых местах по сравнению с их родной условиях. Поскольку исследователи не нашли продукт, который может быть эффективно применен при всех различных условиях окружающей среды, новая сборка консорциумов должна быть выполнена для каждой конкретной ситуации. Это было бы сродни персонализированной медицины для окружающей среды с учетом восстановления. По этой причине создание центрального банка микробных штаммов с потенциальными пробиотическими характеристиками и способностью к деградации является важнейшим шагом для прогресса в этой области. Эта инициатива позволит сэкономить время и работу, способствуя сборке новых конкретных консорциумов во всем мире.
Микроорганизмы, связанные с кораллами (т.е. микроводорослями, бактериями, археями, грибами и вирусами), играют сложную и сложную роль в поддержании гомеостаза19. Экологические стрессоры, такие как загрязнение окружающей среды, также могут дестабилизировать коралловый микробиом, что приводит к дисбиозу, который может вызвать болезни и смертность30. Механизмы, с помощью которых коралловый микробиом может поддерживать здоровье кораллов, начинают выявляться. Эти механизмы являются ключом к пониманию устойчивости кораллов и устойчивости к экологическим стрессам и, следовательно, способствуют сохранению и сохранению рифов. Кроме того, полученные результаты в этой области помогут понять общие взаимодействия между хозяином и микробиомом, которые могут способствовать разработке более эффективных пробиотиков и стратегий укрепления здоровья в других областях. Важно также лучше исследовать, как эти прививки пробиотики могут вмешиваться в здоровье метаорганизма во время стрессовых событий. Например, работа, показывающая, что увеличение в коралловых производительности из-за пробиотиков, а не просто кораллов с использованием бактерий в качестве источника пищи по-прежнему необходимы.
Параллельно большое значение имеют разработка новых подходов к доставке консорциумов и совершенствование существующих. Перспективными являются альтернативные методы обезврежения консорциума, а также новаторские подходы, такие, как прививание коралловых продуктов питания (т.е. артемия и ротиферов) и использование их в качестве векторов. Эти системы доставки могут быть также изменены для других морских организмов и будут иметь важное значение для успеха морской области пробиотиков.
Смягчение загрязнения и сохранение коралловых рифов в настоящее время являются двумя основными темами, о сохранивными на регулярно проводимых на экологических конференциях. Повестка дня на период до 2030 года, документ, опубликованный Организацией Объединенных Наций, в которой описываются глобальные цели, которые общество должно достичь для обеспечения устойчивого будущего, посвящена конкретным целям для каждого вопроса. Хотя цель 6 подчеркивает важность улучшения качества воды за счет сокращения загрязнения, Цель 14 усиливает актуальность сохранения и устойчивого использования океанов, морей и морских ресурсов77. В этом контексте сохранение коралловых рифов зависит от изменений, которые должны быть достигнуты в ближайшем будущем, включая смягчение последствий загрязнения. Это имеет большое значение, потому что большинство массивных коралловых потерь произошло, когда другие факторы были добавлены к климатическим явлениям, таким как уничтожение местной среды обитания и загрязнения78,79. В настоящем документе показано, что можно сочетать биовосстановление и прививку ПБМС для деградации конкретных загрязнителей, в то время как это может повысить устойчивость кораллов и устойчивость к борьбе с загрязняющими веществами и другими проблемами. Оптимизация существующих протоколов и/или разработка инновационных методов, комбинированных или независимо применяемых, будут иметь решающее значение для определения будущего морских экосистем.

Загрязнение является одной из основных проблем, затрагивающих здоровье людей, животных и растений во всем мире. Хотя загрязнение может быть естественным, например, вулканический пепел1,деятельность человека является основной причиной большинства загрязнений. Антропогенная деятельность загрязняет почву, воду и воздух, что прямо или косвенно приводит к почти 20 миллионам преждевременных смертей людей2 и ежегодно уничтожает миллиарды других форм жизни. Загрязняющие вещества присутствуют даже в самых отдаленных районах планеты. Например, тяжелые металлы и стойкие органические соединения были обнаружены в глубоководных беспозвоночных и полярных млекопитающих,соответственно,3,4.
Особенно окружающая среда была поражена загрязнением окружающей среды. Долгое время предполагалось, что океан останется нетронутым и будет поставлять бесконечный источник товаров из-за его огромного объема воды5. По этой причине, все виды промышленности и учреждений свободно выпустила отходов в водоемах на протяжениивеков 6,7. Несколько загрязняющих веществ всех типов, таких как пластиковые8,синтетические гормоны9, пестициды10, масло11, питательные вещества12,тяжелые металлы3, и радиоактивные отходы13 были зарегистрированы как воздействие океанских экосистем. В этом контексте коралловые рифы являются одними из наиболее важных и чувствительных экосистем в морской среде14. Рифы являются прибрежными защитниками, которые имеют решающее значение для развития тысяч морских видов, играя важную роль в велоспорте на питательных веществах и климат-контроле. Рифы также вносят свой вклад в экономику, предоставляя рыбу, товары и туризм, среди других15. Например, 4,5 миллиарда человек зависят от океанских рыб в качестве основного источника пищи16, которые в значительной степени поддерживаются коралловыми рифами.
Независимо от их экологического, социального и экономического значения, коралловые рифы в настоящее время уничтожены17,18. Антропогенная деятельность в первую очередь отвечает за то, чтобы способствовать трем основным причинам смерти кораллов: изменение климата, чрезмерный вылов рыбы и загрязнение воды19. Несмотря на то, что важно работать над смягчением глобального потепления, важно также работать над минимизацией местного загрязнения, включая загрязнение воды, что может критически способствовать сокращению кораллов20. Таким образом, существует настоятельная необходимость в разработке стратегий увеличения срока службы кораллов, которые могли бы предоставить им дополнительное время для адаптации и выживания.
В этой связи крайне важно найти решения для сведения к минимуму загрязнения и разработать стратегии повышения пригодности кораллов. Стратегии по устранению морских загрязнителей весьма разнообразны и могут быть сгруппированы в физические, химические и биологические подходы. Физические подходы полезны. Однако они не всегда эффективны. Например, пластиковые отходы могут быть сведены к минимуму путем физического удаления, в то время как водорастворимые соединения нуждаются в других методологиях, которые должны быть устранены. Примерами таких соединений являются сырая нефть, высвобожденная в результате деятельности нефтяной промышленности и разливов, а также другие микрозагрязнители, такие как синтетические гормоны, обычно используемые в качестве эстрогенного компонента в оральных контрацептивах и присутствующие в сточных водах21, 22. Использование химических веществ для уменьшения загрязнения может решить конкретную проблему, но оно также может представлять собой дополнительный источник загрязнения. Это в случае с химическими диспергаторами для смягчения нефтяного загрязнения, которые были описаны как еще более токсичны для морских экосистем, чем само загрязнение нефтью23. По этим причинам биологические подходы представляют собой ряд преимуществ по сравнению с другими методами. Биовосстановление является способность живых организмов, или их метаболических продуктов, превратить загрязняющих веществ в менее токсичных или нетоксичных форм24. Основными преимуществами использования биологических методов являются устойчивость, относительная низкая стоимость, тот факт, что они являются экологически чистыми, и что они могут быть применены в различных экосистемах, вызывая минимальное или меньшее воздействие на окружающую среду21, 25,26,27.
Кроме того, манипуляции микробного сообщества, присутствующие в окружающей среде, позволяют получить дополнительное потенциальное преимущество. Есть микробиомы, которые связаны с хостами и имеют важное значение для их здоровья. Хорошо известно, что эти связанные симбиотические микробиомы необходимы для поддержания хозяина гомеостаза19. Манипуляции этих связанных микроорганизмов был хорошо изучены для хозяев, таких как растения и млекопитающие28,29, но использование коралловых пробиотиков по-прежнему роман15. Кораллы также хозяйничают, взаимодействуют с, и зависят от больших и специфических населенностях микроорганизмов для того чтобы выдержать19. Роль этих микробных сообществ в здоровье и дисбиоза кораллов находится в стадии активного изучения, но это еще далеко не полностью понял30. Одной из самых популярных гипотез называется гипотеза кораллового пробиотика. Это говорит о существовании динамической взаимосвязи между симбиотическими микроорганизмами и условиями окружающей среды, что приводит к выбору наиболее выгодных коралловых метаорганизмов31. На основе этой информации, ключевые потенциальные пробиотические механизмы, а также стратегии изоляции, манипуляции и доставки полезных микроорганизмов для кораллов (BMCs) для нескольких целей, были предложены32 и протестированы33. Эти потенциальные полезные характеристики включают устойчивость к повышению температуры, защиту от реактивных видов кислорода (ROS), фиксацию азота, устойчивость к загрязняющим веществам и биологический контроль против патогенов, среди прочего32.
Это исследование фокусируется на выборе БМК и свободноживущих микроорганизмов, представляющих способность к деградации двух загрязняющих веществ, обычно встречающихся в морской среде: синтетический эстроген 17а-этинилэстрадиол (EE2) и сырая нефть. Загрязняющие вещества, содержащие гормон активные агенты, часто присутствуют в водоемах34,35,36,37,38,39,40, 41,42. Среди них синтетические эстрогенные эндокринные разрушающие соединения (ЭДЦ) имитируют действие эстрогенов на клетки-мишени, вызывая несколько воздействий на животных, включая рак молочной железы, бесплодие и гермафродитизм9. EE2 выделяется людьми из-за использования оральных контрацептивов. Он не удаляется из сточных вод традиционными очистными сооружениями и оказывает негативное воздействие даже при очень низких концентрациях (например, ng/L или мкг/л)43,44,45. Мало что известно о влиянии эстрогенов на корыбельную физиологию46,47. Однако, по сообщениям, на других морских беспозвоночных, таких как губки, ракообразные и моллюски, эстрогены вызывают ряд негативных последствий, главным образом связанных с размножением, таких как разработка и/или стимуляция гамет, изменение в ферментативных и белковые действия, проблемы в эмбриональных процессах, и другие48,49,50,51,52. Негативные последствия загрязнения EE2 подчеркивают необходимость разработки устойчивых подходов к удалению этого соединения из окружающей среды без воздействия на морскую жизнь.
Параллельно, с нефтью в настоящее время приходится почти 40% потребляемых в мире источников энергии53, хроническое загрязнение и разливы нефти часто происходят вблизи рифовых районов11. Сообщалось, что загрязнение нефтью вызывает негативные последствия у нескольких видов морских животных, птиц, растений и людей54,55,56,57. На кораллах он вызывает обесцвечивание, снижает устойчивость личинок к тепловому стрессу58,нарушает микробные связанные сообщества21,и вызывает некроз тканей. Кроме того, химические диспергаторы, метод рекультивации нефти, обычно используемый нефтяными компаниями для устранения разливов, являются еще более токсичными для кораллов, чем сама нефть23. Полезные микроорганизмы, изолированные от кораллов, напротив, известны тем, что играют решающую роль в охране здоровья хозяев. Тем не менее, манипуляции с этими потенциальными пробиотиками должны быть лучше изучены для того, чтобы исследовать возможные негативные побочные эффекты и метаболические способности, которые могут быть проверены для улучшения пригодности метаорганизма. В этом контексте такие характеристики, как антимикробная активность против коралловых патогенов, производство каталазы для борьбы с окислительным стрессом, способность к деградации мочевины (которая может иметь важную роль в процессе кальцификации), и наличие генов , в частности, должно быть в центре внимания расследования потенциальные полезные характеристики. Здесь мы показываем, как биовосстановление и пробиотики могут быть использованы для одновременного смягчения последствий загрязнения и укрепления здоровья кораллов. Разработка новаторских подходов, которые могут быть использованы в качестве мероприятий по повышению настойчивости морских видов, представляет собой шаг на пути к более устойчивой и здоровой планете.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>500 mL PYREX Media Storage Bottle</td>
			<td>thomas scientific/Corning</td>
			<td>1743E20/1395-500</td>
			<td>Used to sample water.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>500 mL Aspirator Bottles</td>
			<td>thomas scientific/Corning</td>
			<td>1234B28/1220-2X</td>
			<td>Used to separate the oil fractions.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-inch wire cutter plier</td>
			<td>thomas scientific/Restek</td>
			<td>1173Y64/23033</td>
			<td>Used to cut coral fragments.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>17a-Ethinylestradiol</td>
			<td>LGC Standards</td>
			<td>DRE-C13245100</td>
			<td>Used as the only carbon source to make the selective media.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agar</td>
			<td>Himedia</td>
			<td>PCT0901-1KG</td>
			<td>Used to make solid media.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bushnell Haas Broth</td>
			<td>Himedia</td>
			<td>M350-500G</td>
			<td>Used as minimum media to be supplemented with carbon sources.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Erlenmeyer Flask</td>
			<td>thomas scientific/DWK Life Sciences (Kimble)</td>
			<td>4882H35/26500-125</td>
			<td>Used to incubate coral macerate with glass beads.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GFX PCR DNA and Gel Band Purification kit</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>28903470</td>
			<td>Used to purify PCR products before sending them for sequencing.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass Beads</td>
			<td>MP Biomedicals</td>
			<td>1177Q81/07DP1070</td>
			<td>Used to detach the microorganisms from coral structures.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laminar Flow Hood</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Needed to work at sterile conditions.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luria Bertani Broth, Miller (Miller Luria Bertani Broth)</td>
			<td>Himedia</td>
			<td>M1245-1KG</td>
			<td>Used as rich media to grow bacteria.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Marine Agar 2216 (Zobell Marine Agar)</td>
			<td>Himedia</td>
			<td>M384-500G</td>
			<td>Used as rich media to grow bacteria.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Orbital-Shaker Incubator</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Used to incubate liquid media and oil.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plates Incubator</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Used to incubate plates.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Porcelain Mortar and Pestle</td>
			<td>Thomas scientific/United Scientific Supplies</td>
			<td>1201U69/JMD150</td>
			<td>Used to macerate coral fragments.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Qubit 2.0 Fluorometer</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td></td>
			<td>Used for nucleic acids quantification of DNA and PCR products.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Refrigerated Centrifuge</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Used to centrifuge bacterial cultures.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrophotometer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Used to measure optical density of bacterial cultures.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wizard Genomic DNA Purification kit</td>
			<td>Promega</td>
			<td>A1120</td>
			<td>Used for microbial strains DNA extraction.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

prospecting microbial strains for bioremediation and probiotics development for metaorganism research and preservation

Загрязнение затрагивает все биомы. Особенно пострадала морская среда, особенно коралловые рифы, одна из наиболее чувствительных экосистем на Земле. Во всем мире 4,5 миллиарда человек экономически зависят от моря, где большая часть средств к существованию обеспечивается коралловыми рифами. Кораллы имеют большое значение, и поэтому их вымирание приводит к катастрофическим последствиям. Существует несколько возможных решений для устранения морских загрязнителей и местного загрязнения, включая биовосстановление. Биовосстановление – это способность организмов к деградации загрязняющих веществ. Этот подход представляет собой ряд преимуществ, таких, как устойчивость, относительно низкая стоимость и тот факт, что он может применяться в различных экосистемах, что приводит к минимальному воздействию на окружающую среду. В качестве дополнительного преимущества, манипуляции эндогенных микробиомов, в том числе предполагается полезных микроорганизмов для кораллов (pBMCs), может иметь пробиотические эффекты для морских животных. В этом контексте использование этих двух подходов, биовосстановление и прививка ПБМК вместе взятых, может быть многообещающим. Эта стратегия будет способствовать деградации конкретных загрязнителей, которые могут быть вредны для кораллов и других метаорганизмов, а также повышения устойчивости и устойчивости хозяев к борьбе с загрязнением окружающей среды и другими угрозами. Этот метод фокусируется на выборе pBMCs для деградации двух загрязняющих веществ: синтетический эстроген 17a-этинилэстрадиол (EE2) и сырой нефти. Оба, как сообщается, негативно влияют на морских животных, включая кораллы, и людей. Протокол описывает, как изолировать и тестировать бактерии, способные унижать конкретные загрязняющие вещества, а затем описание того, как обнаружить некоторые побужденные полезные характеристики этих связанных микробов их коралловых хостов. Описанные здесь методологии относительно дешевы, просты в исполнении и хорошо адаптируемы. Почти любой вид растворимого целевого соединения может быть использован вместо EE2 и нефти.

Основываясь на описанных здесь методах, можно было изолировать микроорганизмы из различных источников воды и коралловые нуббины, представляющие исходные характеристики BMC и способные деградировать различные классы загрязняющих веществ(рисунок 1). Используя пробы воды, собранные на очистной станции, полученные от CESA-UFRJ (Экспериментальный центр экологической санитарии Федерального университета Рио-де- окончательная концентрация 5 мг/л были изолированы(рисунок 2A). Кроме того, используя технику для выбора нефти деградирующих бактерий, 20 штаммов, способных деградировать как oWSF (Рисунок 2B) и oWIF (Рисунок 2C) были изолированы.
По датированные характеристики BMC были проверены на микроорганизмах, изолированных от различных видов кораллов в различных условиях. Среди них штамм, представляющий сильную антагонистическую активность против кораллового патогена Vibrio coralliilyticus (рисунок 3A),штаммы, способные деградировать мочевину(рисунок 3B), хороший производитель каталазы (Рисунок 3 C),и микроорганизмы, представляющие потенциально полезные гены(Рисунок 3D) были найдены.
Используя два подхода вместе взятые (т.е. биовосстановление и прививка BMC), удалось защитить кораллы от воздействия на нефть. Для этого, биоремедиатор нефти pBMC консорциум, изолированный от кораллов Mussismilia harttii, был привит на коралловые nubbins подвергаются 1% нефти в трипликатов21. Процедуры, подвергшиеся воздействию нефти, с четвертого дня наблюдались постепенное снижение уровня Fv/Fm, достигнув значений, близких к нулю, к десятому дню. Переменная флуоресценция/максимальная флуоресценция (Fv/Fm) обеспечила меру максимальной фотосистемы II (PSII) фотохимической эффективности зооксантелля, представляющей собой косвенное измерение здоровья кораллов. С другой стороны, коралловые нуббины, присутствующие в аквариумах, привитых с консорциумом, показали лучше сохранившуюся фотохимическую способность(рисунок 4).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60238/60238fig01.jpg"> Рисунок 1: Резюме основных этапов отбора и сборки консорциума биоремедиатор-пБМК. Схема отбора микроорганизмов, ухудшающих загрязняющие окружающую среду (в сером цвете) и заключительных шагов, используемых для отбора микробов консорциума (секвенирование ДНК, кривая роста, тест на антагонизм и сборка консорциума красным цветом). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60238/60238fig01large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60238/60238fig02.jpg"> Рисунок 2: Выбор загрязняющих бактерий. (A) Бактериальные изоляты, растущие на минимальных медиапластинах, содержащих EE2 как единственный источник углерода. (B) Колонии бактерий, растущих на минимальных медиа пластин, содержащих oWSF в качестве единственного источника углерода. (C) Колонии бактерий, растущие на минимальных медиа пластин, содержащих oWIF как единственный источник углерода. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60238/60238fig02large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60238/60238fig03.jpg"> Рисунок 3: Обнаружение характеристик pBMC. (A) Пятна в триплики штамма, представляющих антагонистической активности против кораллового патогена Vibrio coralliilyticus (в черном) и контроль штамма (зеленым цветом). (B) Штаммы, растущие на носителях, содержащих мочевину в качестве единственного источника углерода. (C) Штамм производства каталазы (я) и плохой штамм производителя каталазы (-). (D) Пример обнаружения ПЦР гена нирк (полоса 1 й 1kb лестница; полоса 2 - пустой ДНК экстракции отрицательный контроль; полоса 3 - обнаружение nirK; полоса 4 - ПЦР реакции без шаблона ДНК). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60238/60238fig03large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60238/60238fig04.jpg"> Рисунок 4: Fv/Fm измерения M. harttii nubbins темно-адаптированы в 5 вечера, с помощью дайвинга-PAM хлорофилла фторометра. Fv/Fm измерения консорциума по контролю за обработками, нефти и нефти с консорциумом проводились в трипликатах каждый день в течение 10 дней. Показано стандартное отклонение. Особенности графика были изменены с разрешения предыдущих результатов21, доступны еhttps://www.nature.com/articles/srep18268 в соответствии с Creative Commons Атрибуция 4.0. Полные условия в http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60238/60238fig04large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Moa</td>
			<td>Микроорганизма</td>
			<td>Техника обнаружения</td>
			<td>Ссылки</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">Регулирование климата; велосипедный велосипед; противомикробные соединения; повышает антиоксидантную защиту клеток.</td>
			<td>Аспергиллс сидови</td>
			<td>ПЦР для гена dddP</td>
			<td>81</td>
		</tr>
<tr>
<td>Псевдовибрио сп. P12</td>
			<td>Культурная среда с DMSP</td>
			<td>82</td>
		</tr>
<tr>
<td>Псевдоальтеромонас sp.</td>
			<td>ПЦР для гена dmdA</td>
			<td>33</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="5">Биологическое регулирование патогенных микроорганизмов.</td>
			<td>Микробиом из слизи Акропора пальмата</td>
			<td>Чистая зона торможения</td>
			<td>83</td>
		</tr>
<tr>
<td>Экстракты из кораллов</td>
			<td>Асссеция ингибирования роста</td>
			<td>84</td>
		</tr>
<tr>
<td>Маринобактерир sp.</td>
			<td>Рой анализы</td>
			<td>85</td>
		</tr>
<tr>
<td>Псевдоальтеромонас sp.</td>
			<td>Агар пластины кросс-полоски</td>
			<td>86</td>
		</tr>
<tr>
<td>Псевдоальтеромонас sp.</td>
			<td>Метод агар-диффузии</td>
			<td>33</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">Польза для процесса кальцификации; источник азота для склерактинских кораллов.</td>
			<td>Симбиодиниум сpp.</td>
			<td>Колориметрический метод</td>
			<td>87</td>
		</tr>
<tr>
<td>Микробиом из слизи Stylophora pistillata</td>
			<td>___</td>
			<td>88</td>
		</tr>
<tr>
<td>Микробиом от Акропа алцимината</td>
			<td>Метод Болланда и др.80</td>
			<td>89</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="5">Азотный цикл; увеличить фиксацию азота.</td>
			<td>Микробное сообщество</td>
			<td>qPCR</td>
			<td>90</td>
		</tr>
<tr>
<td>Микробное сообщество</td>
			<td>Пцр</td>
			<td>91</td>
		</tr>
<tr>
<td>Микробное сообщество</td>
			<td>qPCR</td>
			<td>92</td>
		</tr>
<tr>
<td>Микробное сообщество</td>
			<td>Адаптированная техника сокращения ацетилена (C2H2)</td>
			<td>93</td>
		</tr>
<tr>
<td>Pseudoalteromonas sp. и Halomonas taeanensis</td>
			<td>Пцр</td>
			<td>33</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">Азотный цикл; снижение концентрации аммония.</td>
			<td>Псевдоальтеромонас sp.</td>
			<td>Пцр</td>
			<td>33</td>
		</tr>
<tr>
<td>Микробиом из Tubastraea coccinea</td>
			<td>Пцр</td>
			<td>94</td>
		</tr>
<tr>
<td>Микробиом от Xestospongia testudinaria</td>
			<td>Прогнозный метагеномный анализ</td>
			<td>95</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">Защита от голобитов от реактивных видов кислорода (ROS).</td>
			<td>Pseudoalteromonas sp., Cobetia Marina и Halomonas taeanensis</td>
			<td>Тест на каталасу</td>
			<td>33</td>
		</tr>
<tr>
<td>Симбиодиниум сpp.</td>
			<td>Амплс красный</td>
			<td>96</td>
		</tr>
<tr>
<td>Vibrio pelagius и Sync- chococcus sp.</td>
			<td>Хренраз пероксидаза-скополет метод</td>
			<td>97</td>
		</tr>
<tr>
<td>Вибрио Фишери</td>
			<td>Несколько методов</td>
			<td>98</td>
		</tr>
</tbody></table>Таблица 1: Обнаружение претенционных характеристик BMC, механизма действия (MOA), зарегистрированных микроорганизмов, представляющих потенциал и технику, используемую для обнаружения характеристики.

Watch this Scientific Journal Video about Prospecting Microbial Strains for Bioremediation and Probiotics Development for Metaorganism Research and Preservation at JoVE.com

Prospecting Microbial Strains for Bioremediation and Probiotics Development for Metaorganism Research and Preservation

Загрязнение затрагивает все биомы. Особенно пострадала морская среда, особенно коралловые рифы, одна из наиболее чувствительных экосистем на Земле. Биовосстановление – это способность организмов к деградации загрязняющих веществ. Здесь мы описываем методологии изолировать и тестировать микробы, представляющие способность биовосстановления и потенциальные пробиотические характеристики кораллов.

Поиск микробных штаммов для биовосстановления и развития пробиотиков для исследования и сохранения метаорганизмов

Pollution affects all biomes. Marine environments have been particularly impacted, especially coral reefs, one of the most sensitive ecosystems on Earth. ...

Мы можем изолировать и собирать пробиотики, которые могут способствовать здоровью кораллов и в то же время смягчать воздействие загрязнения, и это может способствовать сохранению рифа в меняющемся мире. Описанный подход к изоляции и скринингу может использоваться для отбора микроорганизмов, отбирающих ключевые метаболические виды деятельности, такие, как деградация загрязняющих веществ или другие полезные характеристики для морских организмов, таких, как кораллы. Этот метод может быть применен для изоляции микроорганизмов, способных деградировать любые загрязняющие вещества.Кроме того, другие источники материала могут быть использованы в других экологических образцах, таких как растения, почва, вода, что угодно. Изучите литературу и попытаться сосредоточиться на штаммов, которые могут быть хорошими кандидатами для вашей цели. Если это возможно, направить методы изоляции для этих штаммов и избежать известных патогенов.И если вы стремитесь использовать консорциум бактерий, это также очень важно, чтобы сначала исследовать, если члены консорциума имеют антагонистической деятельности друг против друга. Поскольку кораллы находятся под возрастающей опасностью исчезновения, эта методология начинает начинаться во всем мире, и есть необходимость распространения и стандартизации метода. Поскольку некоторые исследователи кораллов не имеют опыта работы с традиционной микробиологией, именно поэтому они часто просят совета о том, как действовать с таким подходом.Для начала, с каждого целевого участка отбора проб, используйте стерильные бутылки с винтовыми колпачками, чтобы собрать 500 миллилитров воды в трипликате. Если обработка образцов происходит позже, держите бутылки на уровне четырех градусов по Цельсию. Используйте стерильную пару плоскогубцев и типсов, чтобы вырезать коралловые фрагменты из одного и того же места отбора проб воды.Промыть образец коралловых фрагментов с помощью 20 миллилитров стерильного 3%солевого раствора или искусственной морской воды, чтобы избавиться от слабо прикрепленных свободно живых бактерий морской воды. Используя типсы, поместите каждый коралловый фрагмент в стерильный контейнер с винтовой крышкой, содержащей стерильный солевой раствор. Используя стерильные типсы и плоскогубцы, взвешивайте пять граммов коралловых фрагментов в стерильных чашках Петри на взвешивании.Перенесите пять граммов кораллового образца в стерильный раствор и вынудить его с помощью стерильного пестика. Используя стерильный шпатель, перенесите мацерированный образец в стерильную культурную колбу, содержащую 25 миллилитров стерильного раствора хлорида натрия и от 10 до 15 стеклянных бусин по 2,5 миллиметра. Используйте 20 миллилитров стерильный солевой раствор для мытья раствора в трубку, чтобы восстановить максимальное количество мацерат.Чтобы отделить микроорганизмы от различных коралловых отсеков, держите колбы под постоянным возбуждением в 150 раз г в течение 16 часов при температуре воды места отбора проб. Для выбора бактерий сначала выполняются серийные разбавления до 10-отрицательных девяти в стерильном солевом растворе для образцов кораллов и до 10 до отрицательных шести для образцов воды. Пипетка разбавляет вверх и вниз пять раз, прежде чем отказаться от кончика.Затем вихрь каждый из них. Vortex образцы в течение пяти секунд каждый раз перед выполнением следующего серийного разбавления. Pipette 100 микролитров каждого разбавления на чашках Петри, содержащих 3% хлорида натрия лизогенный бульон агар среды и пластины их.Инкубировать пластины в течение одного-трех дней при целевой температуре, например 26 градусов по Цельсию. Проверяйте тарелки один раз в день. Выберите и изолируйте колонии, представляя различные морфологии роста на новых пластинах, используя технику полосы пластины.Повторите этот шаг столько раз, сколько необходимо, чтобы иметь чистые колонии, растущие на тарелках. Храните изоляты при четырех градусах цельсия или в глицероле, как описано в рукописи. Для выполнения теста на способность к деградации EE2 выберите одну колонию из свежих пластин и прививки в двух миллилитров стерильной среды LB в трубке.В случае, если это глицерол запас, принять 10 микролитров глицерол бактериального запаса и полоса на пластины LB агара. Инкубировать при 24 до 28 градусов по Цельсию в одночасье, чтобы иметь одиночные колонии растет. Поместите трубку, содержащую LB среды склонен под постоянным возбуждением в 150 раз g при 24 до 28 градусов по Цельсию в одночасье.После роста бактерий, гранулы клеток центрифугирования их на 8000 раз г в течение восьми минут при комнатной температуре. Откажитесь от супернатанта. Чтобы вымыть оставшийся бульон LB, добавьте два миллилитров солевой воды, чтобы повторно использовать клетки.Повторите стирку дважды, чтобы гарантировать, что нет никаких следов источника углерода. Прививать промытые и перерасходные клетки в минимальной среде культуры Бушнелл Хаас, содержащей EE2 в качестве единственного источника углерода. Оцените рост бактерий по оптической плотности на 600 нанометров и нашей колонии формирования единиц на LB агар среды после 16 до 72 часов инкубации.Для подготовки минимальных средств массовой информации, содержащих растворимую в масле фракцию и нерастворимую фракцию в качестве единственного источника углерода, добавьте 1-2% сырой нефти в 500 миллилитров стерильной дистиллированной воды в фильтровальную колбу, содержащую клапан на дне. Держите колбу под постоянным возбуждением при 24-28 градусах Цельсия при 150 раз г в течение 48 часов. После этого поместите колбу на стабильную поверхность и подождите 10-20 минут, чтобы растворимая и нерастворимая фракция отделилась.Затем откройте нижнюю фильтровальную колбу для переноса растворимой в масле фракции в новую стерильную колбу, экономя жирорастворимую фракцию. Затем приготовьте две бутылки Бушнелл Хаас агар минимальной среде. Автоклав.Комбинат с масляной водорастворимой фракции в качестве единственного источника углерода, чтобы сделать 500 миллилитров агар среды. Сделай то же самое с нерастворимой фракцией с масляной водой и перенесите примерно 25 миллилитров каждой среды на отдельные блюда Петри. Чтобы изолировать масляные бактерии, повторно ими использовать ранее разбавленные образцы и пипетки 100 микролитров каждого разбавления на чашки Петри, содержащие агар средних и пластины их.Не забудьте сохранить отрицательный контроль для ваших пластин. Инкубировать посуду в течение одного-трех дней при целевой температуре и повторить процедуры изоляции, как и раньше. В этом протоколе микроорганизмы были изолированы от различных источников воды и коралловых нуббинов, представляя сшатующие характеристики BMC и способные деградировать различные классы загрязняющих веществ.Используя пробы воды, собранные на очистных сооружениях, полученные в Экспериментальном центре санитарии окружающей среды Федерального университета Рио-де- Кроме того, используя метод отбора масляных бактерий, 20 штаммов, способных деградировать как масляно-водорастворимая фракция, так и нерастворимая фракция масляной воды, были изолированы. У микроорганизмов были проверены лечебные характеристики BMC, среди которых штамм, представляя сильную антагонистическую активность против кораллового патогена Vibrio cholerae lyticus, штаммы, способные деградировать мочевину, хороший производитель каталазы, и микроорганизмы, присутствующие потенциально полезные гены, были найдены.Используя как биовосстановление, так и прививку от BMC, можно было предсказать кораллы в результате воздействия воздействия нефти. Нефтяной биоремедиатор PBMC консорциум изолирован от кораллов был привит на коралловых нуббинов подвергаются 1%нефти. Он показал лучше сохранившуюся фотохимическую способность по сравнению со здоровьем кораллов без прививки.Не оставляйте образцы при комнатной температуре слишком долго. В противном случае микробное сообщество может измениться, и микробы, связанные с болезнями, могут разрастать других. Сырая нефть токсична.Пожалуйста, убедитесь, что вы используете соответствующее средства индивидуальной защиты при работе с этим или любым другим загрязняющим веществом, которое вы решите использовать. Эта методика проложила новаторский путь в области восстановления кораллов и восстановления океана потенциально может быть использована для сведения к минимуму экономических, экологических и социальных последствий, вызванных глобальными изменениями.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

A Microfluidic Device for Studying Multiple Distinct Strains

Микрофлюидных устройство для изучения нескольких различных штаммов

The study of cell responses to environmental changes poses many experimental challenges: cells need to be imaged under changing conditions, often in a ...

Harmonic Nanoparticles for Regenerative Research

Гармоник Наночастицы регенеративной исследований

In this visualized experiment, protocol details are provided for in vitro labeling of human embryonic stem cells (hESC) with second harmonic generation ...

Lignin Down-regulation of Zea mays via dsRNAi and Klason Lignin Analysis

Lignin Down-regulation of Zea mays via dsRNAi and Klason Lignin Analysis

Лигнин вниз-регулирование<em&gt; Zea Mays</em&gt; Через dsRNAi и Класона лигнина анализа

To facilitate the use of lignocellulosic biomass as an alternative bioenergy resource, during biological conversion processes, a pretreatment step is ...

A Novel Bioreactor for High Density Cultivation of Diverse Microbial Communities

Роман биореактор для высокой плотности Выращивание разнородных микробных сообществ

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Past ...

Design and Implementation of an Automated Illuminating, Culturing, and Sampling System for Microbial Optogenetic Applications

Разработка и внедрение автоматизированной освещая, культивированием и система отбора проб для микробного оптогенетика приложений

Optogenetic systems utilize genetically-encoded proteins that change conformation in response to specific wavelengths of light to alter cellular ...

Assembly and Tracking of Microbial Community Development within a Microwell Array Platform

Сборка и отслеживание развития микробного сообщества в рамках платформы массивов микролистов

The development of microbial communities depends on a combination of complex deterministic and stochastic factors that can dramatically alter the spatial ...

Bulk Droplet Vitrification for Primary Hepatocyte Preservation

Массовая витрификация капель для первичного сохранения гепатоцитов

Vitrification is a promising ice-free alternative for classic slow-freezing (at approximately 1 &#176;C/min) cryopreservation of biological samples. ...

Generating Controlled, Dynamic Chemical Landscapes to Study Microbial Behavior

Создание контролируемых, динамических химических ландшафтов для изучения микробного поведения

We demonstrate a method for the generation of controlled, dynamic chemical pulses&#8213;where localized chemoattractant becomes suddenly available at the ...

Metabolic Profiling to Determine Bactericidal or Bacteriostatic Effects of New Natural Products using Isothermal Microcalorimetry

Метаболическое профилирование для определения бактерицидных или бактериостатические эффекты новых натуральных продуктов с использованием изотермальной микрокалориметрии

Due to the global threat of rising antimicrobial resistance, novel antibiotics are urgently needed. We investigate natural products from Myxobacteria as ...

Anterior Segment Organ Culture Platform for Tracking Open Globe Injuries and Therapeutic Performance

Платформа культуры органов переднего сегмента для отслеживания травм открытого глобуса и терапевтической эффективности

Open globe injuries have poor visual outcomes, often resulting in permanent loss of vision. This is partly due to an extended delay between injury and ...