Name: bioprospecting of extremophilic microorganisms to address environmental pollution
Uploaded: 2021-12-30T16:00:00
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Este trabajo fue apoyado por ERA-NET Cofund MarTERA: "FLAshMoB: Functional Amyloid Chimera for Marine Biosensing", PRIN 2017-PANACEA CUP:E69E19000530001 y por GoodbyWaste: ObtainGOOD products-exploit BY-products-reduce WASTE, MIUR 2017-JTNK78.006, Italia. Monica Piochi y la Dra. Angela Mormone (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione di Napoli Osservatorio Vesuviano, Italia) por la identificación y caracterización del sitio geotérmico.

1. Muestreo de microorganismos de sitios geotérmicos
<ol><li>Elija el sitio para el muestreo utilizando como criterio lugares con la temperatura y el pH deseados. Mida los parámetros físicos a través de una sonda de termopar digital, insertándola en las piscinas o lodos seleccionados.</li>
	<li>Recolecte 20 g de muestras de suelos (en este caso, de lodo en el sitio hidrotermal de Pisciarelli Solfatara), recogiéndolos con una cuchara esterilizada. Tome al menos dos muestras para cada sitio elegido...

Las aguas termales contienen una diversidad sin explotar de microbiomas con capacidades metabólicas igualmente diversas12. El desarrollo de estrategias para el aislamiento de microorganismos que puedan convertir eficientemente metales pesados en compuestos menos tóxicos10 representa un área de investigación de creciente interés a nivel mundial. Este documento tiene como objetivo describir un enfoque simplificado para la detección y el aislamiento de microbios con la c...

Los ambientes extremos de nuestro planeta son excelentes fuentes de microorganismos capaces de tolerar condiciones duras (es decir, temperatura, pH, salinidad, presión y metales pesados)1,2, siendo Islandia, Italia, ESTADOS UNIDOS, Nueva Zelanda, Japón, África Central e India, las áreas volcánicas más reconocidas y estudiadas 3,4,5,6,7,8,9 . Los termófilos han evolucionado en ambientes hostiles en un rango de temperaturas de 45 °C a 80 °C 10,11,12. Los microorganismos termófilos, ya sean pertenecientes a los reinos arqueal o bacteriano, son un reservorio para el estudio de la biodiversidad, la filogénesis y la producción de biomoléculas exclusivas para aplicaciones industriales 13,14,15,16. De hecho, en las últimas décadas, la continua demanda industrial en el mercado global ha fomentado la explotación de extremófilos y termozimas para sus aplicaciones diversificadas en varios campos biotecnológicos 17,18,19.
Las aguas termales, donde los organismos viven en consorcios, son ricas fuentes de biodiversidad, representando así un hábitat atractivo para estudiar la ecología microbiana20,21. Además, estas áreas volcánicas ricas en metales son comúnmente colonizadas por microorganismos que han desarrollado sistemas de tolerancia para sobrevivir y adaptarse a la presencia de metales pesados22,23 y, por lo tanto, participan activamente en sus ciclos biogeoquímicos. Hoy en día, los metales pesados se consideran contaminantes prioritarios para los seres humanos y el medio ambiente. Los microorganismos resistentes a metales pesados son capaces de solubilizar y precipitar metales transformándolos y remodelando sus ecosistemas24,25. La comprensión de los mecanismos moleculares de la resistencia a metales pesados es un tema candente para la urgencia de desarrollar nuevos enfoques verdes 26,27,28. En este contexto, el descubrimiento de nuevas bacterias tolerantes representa el punto de partida para desarrollar nuevas estrategias de biorremediación ambiental24,29. Para acompañar los esfuerzos para explorar ambientes hidrotermales a través de procedimientos microbiológicos y aumentar el conocimiento sobre el papel del gen (s) que sustenta la tolerancia a los metales pesados, se realizó un cribado microbiano en el área de aguas termales de Campi Flegrei en Italia. Este ambiente rico en metales pesados muestra una poderosa actividad hidrotermal, fumarola y piscinas hirviendo, variables en pH y temperatura en dependencia de la estacionalidad, las precipitaciones y los movimientos geológicos subterráneos30. En esta perspectiva, describimos una forma fácil de aplicar y eficaz de aislar bacterias resistentes a metales pesados, por ejemplo, Geobacillus stearothermophilus GF1631 (nombrado como aislado 1) y Alicyclobacillus mali FL1832 (nombrado como aislado 2) del área de Pisciarelli de Campi Flegrei.

<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

Los manantiales geotérmicos son ricos en varios iones metálicos debido a la interacción entre la roca y el agua que tiene lugar en el acuífero profundo. Además, debido a la variación estacional en el pH y la temperatura, la fluctuación en la composición de los elementos se observa periódicamente dentro de estos ambientes extremos, influyendo en las comunidades microbianas ambientales. Los microorganismos extremófilos que prosperan en los respiraderos térmicos volcánicos han desarrollado mecanismos de resistencia para manejar varios iones metálicos presentes en el medio ambiente, participando así en complejos ciclos biogeoquímicos metálicos. Además, los extremófilos y sus productos han encontrado un amplio punto de apoyo en el mercado, y esto es cierto especialmente para sus enzimas. En este contexto, su caracterización es funcional al desarrollo de biosistemas y bioprocesos para el monitoreo ambiental y la biorremediación. Hasta la fecha, el aislamiento y el cultivo en condiciones de laboratorio de microorganismos extremófilos siguen representando un cuello de botella para explotar plenamente su potencial biotecnológico. Este trabajo describe un protocolo simplificado para el aislamiento de microorganismos termófilos de aguas termales, así como su identificación genotípica y fenotípica a través de los siguientes pasos: (1) Muestreo de microorganismos de sitios geotérmicos ("Pisciarelli", un área volcánica de Campi Flegrei en Nápoles, Italia); (2) Aislamiento de microorganismos resistentes a metales pesados; (3) Identificación de aislados microbianos; (4) Caracterización fenotípica de los aislados. Las metodologías descritas en este trabajo podrían aplicarse generalmente también para el aislamiento de microorganismos de otros ambientes extremos.

Sitio de muestreo Este protocolo ilustra un método para el aislamiento de bacterias resistentes a metales pesados de una fuente termal. En este estudio, el área de Pisciarelli, un ambiente geotérmico ácido-sulfídico, se utilizó como sitio de muestreo (Figura 1). Este ecosistema se caracteriza por el flujo de fluidos sulfurosos agresivos derivados de actividades volcánicas. Se ha demostrado que las comunidades microbianas en los sistemas geotérmico...

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Bioprospecting of Extremophilic Microorganisms to Address Environmental Pollution

El aislamiento de microbios resistentes a metales pesados de las fuentes geotérmicas es un tema candente para el desarrollo de biosistemas de biorremediación y monitoreo ambiental. Este estudio proporciona un enfoque metodológico para aislar e identificar bacterias tolerantes a metales pesados de aguas termales.

Bioprospección de microorganismos extremófilos para hacer frente a la contaminación ambiental

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 ...

El protocolo describe un enfoque simplificado para la detección y el aislamiento de microbios resistentes a metales pesados de manantiales geotérmicos. Este enfoque representa un área de investigación de creciente interés en todo el mundo para su aplicación en el campo de la biodetección y la biorremediación. El método descrito en el mismo se puede modificar fácilmente para aislar microbios de diversas fuentes ambientales como agua, alimentos, suelo o sedimentos.La concentración inhibitoria mínima para identificar microbios resistentes es una estrategia rápida para caracterizar las nuevas especies o cepas. Este protocolo es fácil de realizar y solo requiere habilidad manual y experiencia con las técnicas básicas de microbiología. Para comenzar, inocule dos gramos de muestra recolectada en 50 microlitos de medio Luria-Bertani recién preparado con un pH de cuatro o siete.Incubar esta muestra a la temperatura del sitio de muestreo más o menos cinco grados centígrados. Placa 200 microlitros de la muestra sobre agar Luria-Bertani con un pH de cuatro o siete y manténgalo en una condición estática a 55 o 60 grados centígrados durante 48 horas. Después de la incubación, aísle las colonias individuales y repita este ciclo de recubrimiento de rayas al menos tres veces.Para preparar un mililitro de material de células congeladas, agregue 20% de glicerol a las células cultivadas durante la noche. Use una mezcla de acetona y hielo seco para una congelación rápida. Para preparar un inóculo a partir de una cepa de glicerol, inocule 50 microlitros en 50 mililitros de Luria-Bertani.Para obtener un perfil de crecimiento, diluir este pre cultivo en 10 microlitros de Luria-Bertani. Para ajustar la densidad óptica a 0.1 agregue 600 nanómetros. Cultive estas células durante 16 horas a 55 o 60 grados Celsius en el agitador orbital.Mida la densidad óptica a 600 nanómetros a intervalos de 30 minutos. Curva a partir de estos datos con tiempo en el eje X y densidad óptica a 600 nanómetros en el eje Y. Trazar curvas de crecimiento similares con pH variable del medio de cultivo, para determinar el pH óptimo para condiciones de laboratorio, inocular el aislado rayado de la cepa de glicerol en 50 microlitros de medio Luria-Bertani e incubar durante la noche.Centrifugar este cultivo cultivado durante la noche durante 10 minutos a 5, 000 veces G, luego desechar el sobrenadante y cosechar la paleta de cultivo. Preparar 10 mililitros de tampón de lisis de bacterias compuesto por 20 milimolares Tris-HCL, dos milimolares EDTA, 1.2% Triton X-100 y 20 miligramos por mililitro lisosoma inmediatamente antes de su uso. Vuelva a suspender el pellet en 180 microlitros de tampón de etólisis.Extracción de ADN genómico según las instrucciones en el kit de purificación y medición de ADN genómico y su pureza por UV-Vis. Para evaluar la pureza, determine las relaciones de densidad óptica de 260 a 280 y de 260 a 230. Evaluar la integridad del ADN genómico cargando 200 nanogramos de cada muestra en un gel de agarosa al 0,8% y comparando la distribución del tamaño con un marcador molecular de altura y peso.Cultive el aislado a partir de cepas de glicerol en 200 mililitros de Luria-Bertani condiciones óptimas de pH y temperatura. Diluir cada pre cultivo en cinco mililitros de medio Luria-Bertani en 50 mililitros de tubos de polipropileno que contengan concentraciones crecientes de metales pesados y antibióticos para obtener una densidad óptica de 0,1 a 600 nanómetros. Cultive las células durante 16 horas en un agitador orbital con 180 revoluciones por minuto a 55 o 60 grados centígrados.Calcule la concentración inhibitoria mínima para antibióticos o metales pesados identificando los valores de concentración en los tubos donde no se produce crecimiento microbiano. Comprobar que la concentración es inhibitoria y no letal para las células mediante el emplatado de 200 microlitros del cultivo cultivado a concentraciones inhibitorias mínimas sobre placas de agar Luria-Bertani y verificando la presencia de colonias tras la incubación nocturna. Este protocolo se utilizó para analizar muestras bacterianas del área de Piscarelli, un ambiente geotérmico sulfúrico ácido La caracterización fenotípica de los microorganismos aislados mostró que el aislado uno tiene una mayor tolerancia al arseniato y al vanadato y es resistente al cadmio.Los datos comparativos sugieren que aislar uno tiene una fuerte resistencia al arsénico pentavalente, mientras que aislar dos tiene resistencia al arsénico trivalente. Las pruebas de resistencia a los antibióticos mostraron que aislar uno es altamente sensible a todos los antibióticos probados, incluso cuando se usaron concentraciones bajas. Por el contrario, el aislado dos es resistente a todos los antibióticos probados, excepto al cloranfenicol y la tetraciclina.El microorganismo probablemente ha adquirido resistencia a los antibióticos debido a mutaciones aleatorias o transferencia horizontal de genes que representan una ventaja selectiva en condiciones ambientales extremas. Este estudio demuestra la utilidad de tales métodos para seleccionar microorganismos ambientales que puedan inactivar los contaminantes y convertirlos en productos inofensivos.

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

El uso de Chironomidae (Diptera) en superficie flotante pupal Exuviae como Protocolo Bioassessment rápida para las Masas de Agua

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

Investigación

Medio ambiente

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

Sistemas de tratamiento con vegetación para eliminar los contaminantes asociados con la toxicidad del agua superficial en la agricultura y el escurrimiento urbano

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

3 dimensiones (3D)-impreso la plantilla para alto rendimiento embrión de pez cebra matriz

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

Evaluación de las capacidades de eliminación de materia particulada de árbol hojas

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

Composición y análisis de la distribución de bioaerosoles bajo diferentes condiciones ambientales

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

Uso de Caenorhabditis elegans para el estudio de los efectos trans y multigeneracionales de los tóxicos

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

Un filtro electroactivo de doble funcionalidad hacia la oxidación y el secuestro simultáneamente sb(III)

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

Estudio de los efectos neuroconductuales de los contaminantes ambientales en las larvas de peces cebra

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

Efectos ecotoxicológicos de los microplásticos en el desarrollo de embriones de aves por eclosión sin cáscara de huevo

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

Reciclaje de recursos de tierra roja para sintetizar Fe2O3 / material compuesto de zeolita tipo FAU para la eliminación de metales pesados

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