Name: bioprospecting of extremophilic microorganisms to address environmental pollution
Uploaded: 2021-12-30T16:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Bioprospecting of Extremophilic Microorganisms to Address Environmental Pollution at JoVE.com

עבודה זו נתמכה על ידי ERA-NET Cofund MarTERA: "FLAshMoB: כימרה עמילואידית פונקציונלית לביוסנסינג ימי", PRIN 2017-PANACEA CUP:E69E19000530001 ועל ידי GoodbyWaste: להשיג מוצריGOOD-ניצול על-ידי-מוצרים-להפחית פסולת, MIUR 2017-JTNK78.006, איטליה. אנו מודים לד"ר מוניקה פיוצ'י ולד"ר אנג'לה מורמונה (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione di Napoli Osservatorio Vesuviano, איטליה) על הזיהוי והאפיון של האתר הגיאותרמי.

1. דגימה של מיקרואורגניזמים מאתרים גיאותרמיים
<ol><li>בחר את האתר לדגימה באמצעות כמקומות קריטריון עם הטמפרטורה הרצויה ו- pH. מדוד את הפרמטרים הפיזיקליים באמצעות בדיקה תרמית דיגיטלית, והכנס אותה לבריכות או לבוץ שנבחרו.</li>
	<li>לאסוף 20 גרם של דגימות קרקע (במקרה זה, מבוץ באתר הידרותרמי של P...

מעיינות חמים מכילים מגוון לא מנוצל של מיקרוביום עם יכולות מטבוליות מגוונות באותה מידה12. פיתוח אסטרטגיות לבידוד של מיקרואורגניזמים שיכולים להמיר ביעילות מתכות כבדות לתרכובות פחות רעילות10 מייצג תחום מחקר בעל עניין הולך וגובר ברחבי העולם. מאמר זה נועד לתאר גישה י?...

הסביבות הקיצוניות על פני כדור הארץ שלנו הן מקורות מצוינים של מיקרואורגניזמים המסוגלים לסבול תנאים קשים (כלומר, טמפרטורה, pH, מליחות, לחץ ומתכות כבדות)1,2, בהיותם איסלנד, איטליה, ארה"ב, ניו זילנד, יפן, מרכז אפריקה והודו, האזורים הגעשיים המוכרים והנחקרים ביותר 3,4,5,6,7,8,9 . תרמופילים התפתחו בסביבות קשות במגוון טמפרטורות מ 45 °C (76 °F) עד 80 °C (80 °F) 10,11,12 . מיקרואורגניזמים תרמופיליים, השייכים לממלכות הארכאיות או החיידקיות, הם מאגר לחקר המגוון הביולוגי, הפילוגנזה וייצור ביומולקולות בלעדיות ליישומים תעשייתיים 13,14,15,16. ואכן, בעשורים האחרונים, הביקוש התעשייתי המתמשך בשוק העולמי עודד ניצול של אקסטרמופילים ותרמוזימים ליישומיהם המגוונים במספר תחומים ביוטכנולוגיה 17,18,19.
מעיינות חמים, שבהם אורגניזמים חיים במאגדים, הם מקורות עשירים של מגוון ביולוגי, ולכן מייצגים בית גידול אטרקטיבי לחקר אקולוגיה מיקרוביאלית20,21. יתר על כן, אזורים עשירים במתכות געשיות אלה מיושבים בדרך כלל על ידי מיקרואורגניזמים שפיתחו מערכות עמידות כדי לשרוד ולהסתגל לנוכחות של מתכות כבדות22,23 ולכן הם מעורבים באופן פעיל במחזורים הביוגיאוכימיים שלהם. כיום, מתכות כבדות נחשבות למזהמים מועדפים עבור בני אדם והסביבה. המיקרואורגניזמים העמידים למתכות כבדות מסוגלים לבודד ולזרז מתכות על ידי הפיכתן ושיפוץ המערכות האקולוגיות שלהם24,25. ההבנה של המנגנונים המולקולריים של עמידות מתכות כבדות היא נושא חם עבור הדחיפות לפתח גישות ירוקות חדשות 26,27,28. בהקשר זה, הגילוי של חיידקים סובלניים חדשים מייצג את נקודת המוצא לפיתוח אסטרטגיות חדשות לשיקום ביולוגי סביבתי24,29. בליווי המאמצים לחקור סביבות הידרותרמיות באמצעות הליכים מיקרוביולוגיים ולהגביר את הידע על תפקידם של הגנים העומדים בבסיס הסבילות למתכות כבדות, נערכה בדיקה מיקרוביאלית באזור המעיין החם של קמפי פלגרי באיטליה. סביבה זו, העשירה במתכות כבדות, מראה פעילות הידרותרמית רבת עוצמה, פומרולה ובריכות רותחות, המשתנה ב-pH ובטמפרטורה בתלות בעונתיות, גשמים ותנועות גיאולוגיות תת-קרקעיות30. בפרספקטיבה זו, אנו מתארים דרך קלה ליישום ויעילה לבודד חיידקים העמידים בפני מתכות כבדות, לדוגמה, Geobacillus stearothermophilus GF1631 (שנקרא כבודד 1) ו- Alicyclobacillus mali FL1832 (שנקרא כבודד 2) מאזור Pisciarelli בקמפי פלגרי.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ampicillin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A9393</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aura Mini</td>
			<td>bio air s.c.r.l.</td>
			<td></td>
			<td>Biological hood</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bacitracin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>B0125</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cadmium chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>202908</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloramphenicol</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C0378</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ciprofloxacin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>17850</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cobalt chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C8661</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>224332</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Erythromycin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>E5389</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Exernal Service</td>
			<td>DSMZ</td>
			<td></td>
			<td>Leibniz Institute DSMZ-German Collection of Microorganisms and Cell Cultures GmbH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Genomic DNA Purification Kit</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>#K0721</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kanamycin sulphate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>60615</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MaxQTM 4000 Benchtop Orbital Shaker</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>SHKE4000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mercury chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>215465</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoDrop 1000 Spectrophotometer</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nickel chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>654507</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Orion Star A221 Portable pH Meter</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>STARA2218</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium (meta) arsenite</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S7400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium arsenate dibasic heptahydrate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A6756</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S5886</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptomycin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S6501</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetracycline</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>87128</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tryptone BioChemica</td>
			<td>Applichem Panreac</td>
			<td>A1553</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vancomycin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>PHR1732</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yeast extract for molecular biology</td>
			<td>Applichem Panreac</td>
			<td>&#160;A3732</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

bioprospecting of extremophilic microorganisms to address environmental pollution

מעיינות גיאותרמיים עשירים ביוני מתכת שונים בשל האינטראקציה בין סלע למים המתרחשת באקוויפר העמוק. יתר על כן, בשל שונות עונתיות ב- pH ובטמפרטורה, תנודות בהרכב האלמנטים נצפות מעת לעת בסביבות קיצוניות אלה, ומשפיעות על קהילות המיקרוביאליות הסביבתיות. מיקרואורגניזמים אקסטרמופיליים המשגשגים בנביעות תרמיות געשיות פיתחו מנגנוני התנגדות לטיפול במספר יוני מתכת הנמצאים בסביבה, ובכך לוקחים חלק במחזורים ביו-גיאוכימיים מורכבים של מתכות. יתר על כן, אקסטרמופילים ומוצריהם מצאו דריסת רגל נרחבת בשוק, וזה נכון במיוחד לגבי האנזימים שלהם. בהקשר זה, האפיון שלהם פונקציונלי לפיתוח ביו-מערכות ועיבודים ביולוגיים לניטור סביבתי ולתיעוד ביולוגי. נכון להיום, הבידוד והטיפוח בתנאי מעבדה של מיקרואורגניזמים אקסטרמופיליים עדיין מהווים צוואר בקבוק לניצול מלא של הפוטנציאל הביו-טכנולוגי שלהם. עבודה זו מתארת פרוטוקול יעיל לבידוד של מיקרואורגניזמים תרמופיליים ממעיינות חמים, כמו גם את הזיהוי הגנוטיפי והפנוטיפי שלהם באמצעות השלבים הבאים: (1) דגימה של מיקרואורגניזמים מאתרים גיאותרמיים ("Pisciarelli", אזור וולקני של קמפי פלגרי בנאפולי, איטליה); (2) בידוד של מיקרואורגניזמים עמידים למתכות כבדות; (3) זיהוי מבודדים מיקרוביאליים; (4) אפיון פנוטיפי של המבודדים. המתודולוגיות המתוארות בעבודה זו עשויות להיות מיושמות באופן כללי גם לבידוד של מיקרואורגניזמים מסביבות קיצוניות אחרות.

אתר הדגימה פרוטוקול זה ממחיש שיטה לבידוד של חיידקים עמידים למתכות כבדות ממעיין חם. במחקר זה, אזור פיסיארלי, סביבה גיאותרמית חומצית-סולפידית, שימש כאתר דגימה (איור 1). מערכת אקולוגית זו מאופיינת בזרימה של נוזלי גופרית אגרסיביים שמקורם בפעילות געשית. הוכח ...

Watch this Scientific Journal Video about Bioprospecting of Extremophilic Microorganisms to Address Environmental Pollution at JoVE.com

Bioprospecting of Extremophilic Microorganisms to Address Environmental Pollution

הבידוד של מיקרובים עמידים למתכות כבדות ממעיינות גיאותרמיים הוא נושא חם לפיתוח מערכות ביולוגיות וניטור סביבתי. מחקר זה מספק גישה מתודולוגית לבידוד וזיהוי של חיידקים עמידים למתכות כבדות ממעיינות חמים.

ביו-פרוספקציה של מיקרואורגניזמים אקסטרמופיליים לטיפול בזיהום סביבתי

Geothermal springs are rich in various metal ions due to the interaction between rock and water that takes place in the deep aquifer. Moreover, due to ...

הפרוטוקול מתאר גישה יעילה לסינון ובידוד של מיקרובים עמידים למתכות כבדות ממעיינות גיאותרמיים. גישה זו מייצגת תחום מחקר בעל עניין הולך וגובר ברחבי העולם ליישום בתחום הביוסנסינג והביו-רמדיה. ניתן לשנות בקלות את השיטה המתוארת בו כדי לבודד מיקרובים ממקורות סביבתיים מגוונים כגון מים, מזון, אדמה או משקעים.הריכוז המעכב המינימלי לזיהוי מיקרובים עמידים הוא אסטרטגיה מהירה לאפיון המינים או הזנים החדשים. פרוטוקול זה קל לביצוע ודורש רק מיומנות וניסיון ידניים בטכניקות המיקרוביולוגיה הבסיסיות. כדי להתחיל, לחסן שני גרם של דגימה שנאספה לתוך 50 microlites של מדיום Luria-Bertani מוכן טרי עם pH של ארבעה או שבעה.דגירה של דגימה זו בטמפרטורה של אתר הדגימה פלוס או מינוס חמש מעלות צלזיוס. צלחת 200 microliters של הדגימה על לוריא-ברטאני אגר עם pH של ארבעה או שבעה ולשמור אותו במצב סטטי ב 55 או 60 מעלות צלזיוס במשך 48 שעות. לאחר הדגירה, בודדו מושבות בודדות וחזרו על מחזור ציפוי הפסים הזה לפחות שלוש פעמים.כדי להכין מיליליטר אחד של מלאי תאים קפואים, הוסיפו 20% גליצרול לתאים שגדלו במשך הלילה. השתמשו בתערובת של אצטון וקרח יבש להקפאה מהירה. כדי להכין אינוקולום ממלאי גליצרול, חסן 50 מיקרוליטרים ב-50 מיליליטרים של לוריא-ברטאני.כדי לקבל פרופיל צמיחה, דללו את הקדם-תרבית הזו ב-10 מיקרוליטרים של לוריא-ברטאני. כדי להתאים את הצפיפות האופטית ל- 0.1 הוסף 600 ננומטר. לגדל את התאים האלה במשך 16 שעות בטמפרטורה של 55 או 60 מעלות צלזיוס בשייקר המסלולי.מדוד את הצפיפות האופטית ב-600 ננומטר במרווחים של 30 דקות. עקומה מנתונים אלה עם זמן על ציר X וצפיפות אופטית ב 600 ננומטר על ציר Y. הצב עקומות גדילה דומות עם pH משתנה של מדיום התרבית, כדי לקבוע את ה- pH האופטימלי לתנאי מעבדה, חסן את המבודד המפוספס ממלאי הגליצרול ב-50 מיקרוליטרים של מדיום לוריא-ברטאני ודגירה בן לילה.צנטריפוגה זו תרבות גדלה בן לילה במשך 10 דקות ב 5, 000 פעמים G ואז להשליך את supernatant וקציר את לוח התרבית. הכן 10 מיליליטרים של חיידקים lysis buffer המורכב מ 20 millimolar Tris-HCL, שני מילימולאר EDTA, 1.2%Triton X-100 ו 20 מיליגרם למיליליטר ליזוזום מיד לפני השימוש. להשעות מחדש את הכדור ב-180 מיקרוליטרים של מאגר חיידקים.מיצוי דנ"א גנומי כפי שהונחה בערכת הטיהור ומדידת דנ"א גנומי וטוהרו על ידי UV-Vis. כדי להעריך את הטוהר, קבע את יחסי הצפיפות האופטית של 260 עד 280 ו-260 עד 230. הערך את שלמות הדנ"א הגנומי על ידי העמסת 200 ננוגרם של כל דגימה על ג'ל אגרוז של 0.8% והשוואת התפלגות הגודל לסמן מולקולרי בגובה ובמשקל.לגדל את הבידוד ממלאי הגליצרול ב-200 מיליליטרים של תנאי ה-pH והטמפרטורה האופטימליים של לוריא-ברטאני. דיללו כל קדם-תרבית בחמישה מיליליטרים של מדיום לוריא-ברטאני ב-50 מיליליטר של צינורות פוליפרופילן המכילים ריכוזים הולכים וגדלים של מתכות כבדות ואנטיביוטיקה כדי לקבל צפיפות אופטית של 0.1 ב-600 ננומטר. לגדל את התאים במשך 16 שעות על שייקר מסלולי עם 180 סיבובים לדקה ב 55 או 60 מעלות צלזיוס.חשב את הריכוז המעכב המינימלי עבור אנטיביוטיקה או מתכות כבדות על ידי זיהוי ערכי הריכוז בצינורות שבהם לא מתרחשת צמיחה מיקרוביאלית. בדקו שהריכוז מעכב ולא קטלני עבור התאים על ידי ציפוי 200 מיקרוליטרים של התרבית שגדלו בריכוזים מעכבים מינימליים על צלחות אגר לוריא-ברטאני ואימות נוכחות של מושבות לאחר הדגירה של הלילה. פרוטוקול זה שימש לבדיקת דגימות חיידקים מאזור פיסקרלי, סביבה גיאותרמית של חומצה גופרתית אפיון פנוטיפי של המיקרואורגניזמים המבודדים הראה כי לבידוד יש עמידות גבוהה יותר לארסנאט וונדאט והוא עמיד בפני קדמיום.נתונים השוואתיים מצביעים על כך שלבודד יש עמידות חזקה לארסן מחומש בעוד שלבודד שניים יש עמידות לארסן טריוולנטי. בדיקות עמידות לאנטיביוטיקה הראו כי אדם מבודד רגיש מאוד לכל האנטיביוטיקה שנבדקו גם כאשר נעשה שימוש בריכוזים נמוכים. לעומת זאת, לבודד שניים עמיד לכל האנטיביוטיקה שנבדקו למעט כלורמפניקול וטטרציקלין.המיקרואורגניזם ככל הנראה רכש עמידות לאנטיביוטיקה עקב מוטציות אקראיות או העברת גנים אופקית המייצגים יתרון סלקטיבי בתנאים סביבתיים קיצוניים. מחקר זה מדגים את התועלת של שיטות כאלה לבחירת מיקרואורגניזם סביבתי שיכול להשבית את המזהמים ולהמיר אותם למוצרים לא מזיקים.

Research

JoVE Journal

Environment

Use of Chironomidae (Diptera) Surface-Floating Pupal Exuviae as a Rapid Bioassessment Protocol for Water Bodies

Use of Chironomidae Diptera Surface-Floating Pupal Exuviae as a Rapid Bioassessment Protocol for Water Bodies

שימוש בChironomidae (כפולי כנף) גלמי Exuviae כמהיר Bioassessment פרוטוקול לגופי מים צפים-שטח

Rapid bioassessment protocols using benthic macroinvertebrate assemblages have been successfully used to assess human impacts on water quality. ...

Vegetated Treatment Systems for Removing Contaminants Associated with Surface Water Toxicity in Agriculture and Urban Runoff

מערכות טיפול צמחי להסרת מזהמים המשויכים לרעלת פני המים בחקלאות ובנוף העירוני

Urban stormwater and agriculture irrigation runoff contain a complex mixture of contaminants that are often toxic to adjacent receiving waters. Runoff may ...

A 3-dimensional (3D)-printed Template for High Throughput Zebrafish Embryo Arraying

A 3-dimensional 3D-printed Template for High Throughput Zebrafish Embryo Arraying

תלת-ממדי (3D)-להדפיס תבנית עבור תפוקה גבוהה דג זברה העובר סידור במערך

The zebrafish is a globally recognized fresh water organism frequently used in developmental biology, environmental toxicology, and human disease related ...

Assessing the Particulate Matter Removal Abilities of Tree Leaves

הערכת היכולות הסרת חלקיקים של העץ עלים

Based on the conventional cleaning methods (water cleaning (WC) + brush cleaning (BC)), this study evaluated the influence of ultrasonic cleaning (UC) on ...

Composition and Distribution Analysis of Bioaerosols Under Different Environmental Conditions

הלחנה וניתוח הפצה Bioaerosols בתנאים סביבתיים שונים

Variable microorganisms in particulate matter (PM) under different environmental conditions may have significant impacts on human health. In this study, ...

Using Caenorhabditis elegans for Studying Trans- and Multi-Generational Effects of Toxicants

Using Caenorhabditis elegans for Studying Trans- and Multi-Generational Effects of Toxicants

השימוש באלמרנים לחקר התופעות הטראנס-והרב של מזדורי הרעילות

Information about toxicities of chemicals are essential in their application and waste management. For chemicals at low concentrations, the long-term ...

A Dual-Functional Electroactive Filter Towards Simultaneously Sb(III) Oxidation and Sequestration

A Dual-Functional Electroactive Filter Towards Simultaneously SbIII Oxidation and Sequestration

מסנן כפול פונקציונלי אלקטרואקטיבי כלפי בו זמנית Sb (III) חמצון ו קיבוע על

We have designed a facile method to synthesize a dual-functional electrochemical filter consisting of two 1-D materials: titanate nanowires and carbon ...

Studying Neurobehavioral Effects of Environmental Pollutants on Zebrafish Larvae

לימוד השפעות נוירוהתנהגותית של מזהמים סביבתיים על הזחלים של דגי הזאב

Recent years more and more environmental pollutants have been proved neurotoxic, especially at the early development stages of organisms. Zebrafish larvae ...

Ecotoxicological Effects of Microplastics on Bird Embryo Development by Hatching without Eggshell

השפעות אקולוגיות של מיקרופלסטיק על התפתחות עובר ציפור על ידי בקיעה ללא קליפת ביצה

Microplastics are an emerging global pollutant type that poses a great health threat to animals due to their uptake and translocation in animal tissues ...

Resource Recycling of Red Soil to Synthesize Fe2O3/FAU-type Zeolite Composite Material for Heavy Metal Removal

Resource Recycling of Red Soil to Synthesize Fe2O3/FAU-type Zeolite Composite Material for Heavy Metal Removal

מיחזור משאבים של אדמה אדומה לסינתזה Fe2O3 / חומר מרוכב Zeolite מסוג FAU להסרת מתכות כבדות

Heavy metal-polluted water is of great concern to human health and the eco-environment. In situ water remediation techniques enabled by highly efficient ...