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Adaptation of two microbial communities to low water potential
Juan Bosco Gracia Alvira
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molecular Microbiology, Microbial Ecology and Immunobiology
Betreuer*in
Dagmar Wöbken
DOI
10.25365/thesis.71994
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-23966.81648.984395-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Austrocknung und erhöhter Salzgehalt werden in der Wissenschaft oft als dieselbe Belastung behandelt, da beide zu einer Verringerung des bioverfügbaren Wassers in der Umwelt führen. Mikroorganismen, die an diese Belastungen angepasst sind, haben Überlebensstrategien entwickelt wie Sporulation, Stoffwechselruhe, Biosynthese und Akkumulation kompatibler gelöster Stoffe, Expression von Katalasen, ROS-Fängern und die Organisation in geschichtete Biofilme mit mehreren Spezies. Es ist jedoch immer noch nicht klar, welche dieser Anpassungen genau für die Austrocknung und den hohen Salzgehalt verantwortlich sind und zu welcher der beiden Belastungen sie beitragen. Unser Hauptziel war es, Einblicke in die Anpassungsstrategien von Mikroorganismen zu gewinnen, die an trockene und hyper-saline Umgebungen angepasst sind. Wir untersuchten zwei mikrobielle Kulturen, die einer geringen Wasserverfügbarkeit ausgesetzt sind: eine biologische Bodenkruste in der Wüste und eine mikrobielle Matte in hyper-salinem Gebiet. Wir verwendeten die Methode FISH, um die Veränderungen des Ribosomengehalts in den Zellen der biologischen Wüstenbodenkruste nach erfolgter Hydratation zu analysieren. Die FISH-Erkennungsrate und die Signalintensität nahmen während der 12-stündigen Inkubationszeit zu, was auf eine Zunahme des Proteinsynthesepotenzials nach der Hydratation schließen lässt. Des Weiteren, untersuchten wir die räumliche Verteilung von Archaea, Bakterien und Alphaproteobakterien im Tiefenprofil von zwei hyper-salinen mikrobiellen Matten mit unterschiedlichem Salzgehalt mittels CARD-FISH. Wir verglichen die relative Häufigkeit der untersuchten Taxa mit den Schätzungen der metagenomischen Daten aus denselben Proben. Die relativen Häufigkeiten von CARD-FISH und die metagenomischen Daten wichen voneinander ab, aber beide Methoden zeigten eine Abnahme der relativen Häufigkeit von Alphaproteobakterien in der mittleren Schicht der Matte bei niedrigem Salzgehalt. Schließlich suchten wir in eng verwandten Genomen, nach potenziellen habitatspezifischen Anpassungsstrategien, die zuvor in ariden und salzigen Umgebungen sequenziert wurden. Obwohl die Phylogenie mehr Einfluss auf den genomischen Inhalt hat als die Anpassung an die Umwelt, fanden wir mehrere Strategien, die eng verwandte Bakterien aus beiden Lebensräumen gemeinsam haben, wie z. B. den Ionentransport. Aber wir konnten auch spezifischere Mechanismen für hyper-saline Bakterien entdecken wie z. B. den Transport kompatibler gelöster Stoffe. Unsere Arbeit zeigt, dass Austrocknung und Übersalzung unterschiedliche Arten der Belastung sind und auch unterschiedliche Auswirkungen auf das Genom haben, aber dennoch beide zu einer geringeren Wasseraktivität führen.
Abstract
(Englisch)
Desiccation and hyper-salinity are often treated as the same stress since both lead to the reduction of bioavailable water in the environment. Microorganisms adapted to these stresses have developed survival strategies like sporulation, metabolic dormancy, biosynthesis and accumulation of compatible solutes, expression of catalases, ROS scavengers and organisation in multi-species stratified biofilms. However, it is still not clear which of these adaptations are specific to either desiccation or hyper-salinity and which are common to both stresses. Our primary goal was to gain insights into the adaptation strategies of microorganisms adapted to arid and hyper-saline environments. We investigated two microbial communities that endure low water bioavailability: a desert biological soil crust and a hyper-saline microbial mat. We used FISH to evaluate the changes in the ribosomes content in cells from the desert biological soil crusts upon hydration. We saw increase in the FISH detection rate and the signal intensity throughout the 12 h incubation period, suggesting increase in the protein synthesis potential upon hydration. We looked at the spatial distribution of Archaea, Bacteria and Alphaproteobacteria throughout the depth profile of two hyper-saline microbial mats with different salinity levels using CARD-FISH. We compared the relative abundance of the taxa of study with metagenomic reads estimations from the same samples. Relative abundance diverged between CARD-FISH and metagenomic reads estimations, but both methods detected a decrease in the Alphaproteobacteria relative abundance in the middle layer of the mat under low salinity. Finally, we searched for potential habitat-specific adaptation strategies in closely related genomes sequenced from arid and saline environments. Although phylogeny was more important than adaptation to the environment in terms of genomic content, we found several strategies shared by closely related bacteria from both habitats, like ion transport, and strategies that were characteristic from hyper-saline bacteria, like compatible solutes transport. From our work we can conclude that desiccation and hyper-salinity are different stresses and have different impact on the genome, despite leading both to lower water activity.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Mikrobiologie Ökologie Metagenomik Exsikkation Hyperosmolarität Bakterien Mikroskopie
Schlagwörter
(Englisch)
Microbiology Ecology Metagenomics Desiccation Hyperosmolarity Bacteria Microscopy
Autor*innen
Juan Bosco Gracia Alvira
Haupttitel (Englisch)
Adaptation of two microbial communities to low water potential
Paralleltitel (Deutsch)
Anpassung von zwei mikrobiellen Gemeinschaften an niedriges Wasserpotenzial
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
85 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Dagmar Wöbken
Klassifikationen
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie ,
42 Biologie > 42.90 Ökologie: Allgemeines
AC Nummer
AC16597319
Utheses ID
63511
Studienkennzahl
UA | 066 | 830 | |