Detection of fatty acid beta-oxidizing syntrophic bacteria by fluorescence in situ hybridization

2006 ◽  
Vol 54 (2) ◽  
pp. 33-39 ◽  
Author(s):  
R.J. Menes ◽  
D. Travers
Keyword(s):  
In Situ Hybridization ◽  
Fatty Acid ◽  
Fluorescence In Situ Hybridization ◽  
Upflow Anaerobic Sludge Blanket ◽  
Anaerobic Sludge ◽  
Enrichment Cultures ◽  
The Family ◽  
Syntrophic Bacteria ◽  
Anaerobic Sludge Blanket

A new 16S rRNA-targeted oligonucleotide probe, specific for the cluster of fatty acid β-oxidizing syntrophic bacteria of the family Syntrophomonadaceae was designed for fluorescence in situ hybridization. This probe was evaluated with target as well as non-target cultures. Moreover this probe was assessed with butyrate and oleate degrading enrichment cultures and methanogenic sludges from full-scale plants. The results showed that the probe revealed the presence of fatty acid β-oxidizing syntrophic bacteria in some of the samples analyzed. However, cell quantification was possible only in enrichment cultures and in a flocculent sludge from a reactor that treats lipid-rich wastewaters, but not in methanogenic granular sludges from upflow anaerobic sludge blanket reactors.

scholarly journals Application of Pseudomurein Endoisopeptidase to Fluorescence In Situ Hybridization of Methanogens within the Family Methanobacteriaceae

2006 ◽  
Vol 72 (11) ◽  
pp. 6907-6913 ◽  
Author(s):  
Kohei Nakamura ◽  
Takeshi Terada ◽  
Yuji Sekiguchi ◽  
Naoya Shinzato ◽  
Xian-Ying Meng ◽  
...  
Keyword(s):  
In Situ Hybridization ◽  
Fluorescence In Situ Hybridization ◽  
Lytic Enzyme ◽  
Anaerobic Sludge ◽  
Oligonucleotide Probes ◽  
Methanobrevibacter Ruminantium ◽  
The Family ◽  
Methanosphaera Stadtmanae ◽  
Methanothermobacter Thermautotrophicus

ABSTRACT In situ detection of methanogens within the family Methanobacteriaceae is sometimes known to be unsuccessful due to the difficulty in permeability of oligonucleotide probes. Pseudomurein endoisopeptidase (Pei), a lytic enzyme that specifically acts on their cell walls, was applied prior to 16S rRNA-targeting fluorescence in situ hybridization (FISH). For this purpose, pure cultured methanogens within this family, Methanobacterium bryantii, Methanobrevibacter ruminantium, Methanosphaera stadtmanae, and Methanothermobacter thermautotrophicus together with a Methanothermobacter thermautotrophicus-containing syntrophic acetate-oxidizing coculture, endosymbiotic Methanobrevibacter methanogens within an anaerobic ciliate, and an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) granule were examined. Even without the Pei treatment, Methanobacterium bryantii and Methanothermobacter thermautotrophicus cells are relatively well hybridized with oligonucleotide probes. However, almost none of the cells of Methanobrevibacter ruminantium, Methanosphaera stadtmanae, cocultured Methanothermobacter thermautotrophicus, and the endosymbiotic methanogens and the cells within UASB granule were hybridized. Pei treatment was able to increase the probe hybridization ratio in every specimen, particularly in the specimen that had shown little hybridization. Interestingly, the hybridizing signal intensity of Methanothermobacter thermautotrophicus cells in coculture with an acetate-oxidizing H2-producing syntroph was significantly improved by Pei pretreatment, whereas the probe was well hybridized with the cells of pure culture of the same strain. We found that the difference is attributed to the differences in cell wall thicknesses between the two culture conditions. These results indicate that Pei treatment is effective for FISH analysis of methanogens that show impermeability to the probe.

scholarly journals Επίδραση οξικού οξέος και αμμωνίας στους μεθανογόνους πληθυσμούς

2011 ◽  
Author(s):  
Ιωάννης Φωτίδης
Keyword(s):  
In Situ Hybridization ◽  
Fluorescence In Situ Hybridization ◽  
Anaerobic Sludge ◽  
Anaerobic Sludge Blanket

Η μεθανογένεση διαμέσου του οξικού οξέος, είναι το πιο σημαντικό στάδιο της παραγωγής βιοαερίου. Οι δυο μεταβολικές οδοί μέσω των οποίων το οξικό οξύ μπορεί να αναχθεί σε μεθάνιο, είναι: 1) η οξικολυτική μεθανογένεση και 2) η οξείδωση του οξικού οξέος σε συνδυασμό με την υδρογονοτροφική μεθανογένεση. Οι αναερόβιοι αντιδραστήρες που επεξεργάζονται ζωικά λύματα για την παραγωγή βιοαερίου, είναι δυνατόν να αντιμετωπίσουν σημαντικά προβλήματα στην αποδοτική τους λειτουργία, λόγω της επίδρασης ισχυρών ανασταλτικών παραγόντων (π.χ. αμμωνία, υψηλό οργανικό φορτίο) που επηρεάζουν τη μεθανογένεση. Μέχρι σήμερα, η έρευνα για την επίδραση της αμμωνίας στη μεταβολική οδό παραγωγής μεθανίου από το οξικό οξύ καθώς και στη σύσταση των μεθανογόνων πληθυσμών, έχει αντικρουόμενα αποτελέσματα. Επιπλέον, η επίδραση του οξικού οξέος στη μεταβολική οδό παραγωγής μεθανίου από το οξικό οξύ, καθώς και στη σύσταση των μεθανογόνων πληθυσμών, δεν έχει ερευνηθεί εκτενώς. Υπό αυτές τις προϋποθέσεις, σχεδιάστηκαν τέσσερις πειραματικές σειρές. Η πρώτη πειραματική σειρά περιελάμβανε τρεις αντιδραστήρες συνεχούς ροής μέσα από αναερόβια στρώση κοκκώδους λάσπης (UASB: up – flow anaerobic sludge blanket), οι δυο εκ των οποίων λειτούργησαν σε σταδιακά αυξανόμενες συγκεντρώσεις αμμωνίας. Στη συγκεκριμένη πειραματική σειρά, επιχειρήθηκε η εγκατάσταση ενός μεσόφιλου συντροφικού πληθυσμού (SAO) στην αναερόβια στρώση κοκκώδους λάσπης (granules), ικανού να ανταπεξέλθει σε υψηλές συγκεντρώσεις αμμωνίας. Οι τρείς επόμενες πειραματικές σειρές, αποτελούνταν από αντιδραστήρες εφάπαξ πληρώσεως. Στις δύο πρώτες πειραματικές σειρές, εξετάστηκε η επίδραση σταδιακά αυξανόμενων συγκεντρώσεων αμμωνίας και οξικού οξέος, αντίστοιχα, στη βιολογική οδό παραγωγής μεθανίου και στη σύσταση των μεθανογόνων πληθυσμών. Στην τρίτη πειραματική σειρά, εξετάστηκε η επίδραση της απευθείας έκθεσης των μεθανογόνων πλυθησμών σε διαφορετικές συγκεντρώσεις αμμωνίας, και διερευνήθηκε η επίδραση της στη βιολογική οδό παραγωγής μεθανίου και στη σύσταση των μεθανογόνων πληθυσμών. Στις τρεις πειραματικές σειρές, χρησιμοποιήθηκαν τρία αρχικά εμβόλια (ένα μεσόφιλο και δύο θερμόφιλα) που προήλθαν από αντίστοιχους βιολογικούς αντιδραστήρες αναερόβιας επεξεργασίας ζωικών λυμάτων. Η βιολογική οδός της μετατροπής του οξικού οξέος σε μεθάνιο, προσδιορίστηκε με τον προσδιορισμό της αναλογίας 14CH4/14CO2. Οι μεθανογόνοι μικροοργανισμοί προσδιορίστηκαν με την ανάλυση φθορίζοντος υβριδισμού στη φυσική θέση (fluorescence in–situ hybridization – FISH). Τα βασικά συμπεράσματα που εξήχθησαν από την παρούσα ερευνητική εργασία, είναι τα ακόλουθα: 1) Είναι δυνατή η εγκατάσταση του μεσόφιλου συντροφικού πληθυσμού (SAO) στα granules ενός UASB αντιδραστήρα. 2) Η οξικολυτική μεθανογένεση ήταν η κυρίαρχη μεταβολική οδός παραγωγής μεθανίου από το οξικό οξύ, με κυρίαρχους μεθανογόνους τα Methanosarcinaceae sp, σε βιο – αντιδραστήρες με υψηλές συγκεντρώσεις αμμωνίας (7 g NH4+–N L–1). 3) Η απευθείας έκθεση των μεθανογόνων (μη εγκλιματισμένων) πληθυσμών σε υψηλές συγκεντρώσεις αμμωνίας, ευνόησε την επικράτηση της οξείδωσης του οξικού οξέος, σε συνδυασμό με την υδρογονοτροφική μεθανογένεση ως κυρίαρχης μεταβολικής οδού παραγωγής μεθανίου στις μεσόφιλες και τις θερμόφιλες συνθήκες. 4) Τα μη εγκλιματισμένα μεθανογόνα Αρχαία του είδους Methanoccocales sp., ήταν τα πιο ανθεκτικά σε συγκεντρώσεις αμμωνίας έως και 5 g NH4+–N L–1. 5) Η διαδικασία εγκλιματισμού των μεσόφιλων και θερμόφιλων μεθανογόνων πληθυσμών σε σταδιακά αυξανόμενες συγκεντρώσεις οξικού οξέος, εδραίωσε την οξικολυτική μεθανογένεση ως κυρίαρχη μεταβολική οδό παραγωγής μεθανίου από το οξικό οξύ, με κυρίαρχους μεθανογόνους τα Methanosarcinaceae sp.

Microbial characteristics of a methanogenic phenol-degrading sludge

2005 ◽  
Vol 52 (1-2) ◽  
pp. 73-78 ◽  
Author(s):  
T. Zhang ◽  
S. Z. Ke ◽  
Y. Liu ◽  
H.P. Fang
Keyword(s):  
Dna Analysis ◽  
Pcr Amplification ◽  
Upflow Anaerobic Sludge Blanket ◽  
Anaerobic Sludge ◽  
Chain Reaction ◽  
Microbial Characteristics ◽  
Polymerase Chain ◽  
Anaerobic Sludge Blanket

Microbial properties of a methanogenic granular phenol-degrading sludge were characterized using the 16S rRNA/DNA-based techniques, including polymerase chain reaction (PCR) amplification, cloning, DNA sequencing, and fluorescence in situ hybridization (FISH). The sludge was sampled from an upflow anaerobic sludge blanket reactor, which removed 98% of phenol (up to 1260 mg/l) in wastewater at 26°C with 12 hours of hydraulic retention. Based on DNA analysis, the Eubacteria in the sludge was composed of 13 operational taxonomy units (OTUs). Two OTUs, one resembling Clostridium and the other remotely resembling Desulfotomaculum, were likely responsible for the conversion of phenol to benzoate, which was further degraded by five Syntrophus-resembling OTUs to acetate and H2/CO2; methanogens lastly converted acetate and H2/CO2 into methane. The role of six remaining OTUs remains unclear. Overall, the sludge was composed of 26±6% Eubacteria and 74±9% methanogens, of which 54±6% were acetotrophic Methanosaetaceae, 14±3% and 3±2% were hydrogenotrophic Methanomicrobiales and Methanobacteriaceae, respectively.

scholarly journals Cultivation and In Situ Detection of a Thermophilic Bacterium Capable of Oxidizing Propionate in Syntrophic Association with Hydrogenotrophic Methanogens in a Thermophilic Methanogenic Granular Sludge

2000 ◽  
Vol 66 (8) ◽  
pp. 3608-3615 ◽  
Author(s):  
Hiroyuki Imachi ◽  
Yuji Sekiguchi ◽  
Yoichi Kamagata ◽  
Akiyoshi Ohashi ◽  
Hideki Harada
Keyword(s):  
In Situ Hybridization ◽  
Pure Culture ◽  
Granular Sludge ◽  
Laser Scanning Microscopy ◽  
Upflow Anaerobic Sludge Blanket ◽  
Confocal Laser ◽  
Anaerobic Sludge ◽  
Thin Sections ◽  
Hydrogenotrophic Methanogens

ABSTRACT The thermophilic, anaerobic, propionate-oxidizing bacterial populations present in the methanogenic granular sludge in a thermophilic (55°C) upflow anaerobic sludge blanket reactor were studied by cultivation and in situ hybridization analysis. For isolation of propionate-degrading microbes, primary enrichment was made with propionate as the sole energy source at 55°C. After several attempts to purify the microbes, a thermophilic, syntrophic, propionate-oxidizing bacterium, designated strain SI, was isolated in both pure culture and coculture with Methanobacterium thermoautotrophicum. Under thermophilic (55°C) conditions, strain SI oxidized propionate, ethanol, and lactate in coculture withM. thermoautotrophicum. In pure culture, the isolate was found to ferment pyruvate. 16S ribosomal DNA sequence analysis revealed that the strain was relatively close to members of the genusDesulfotomaculum, but it was only distantly related to any known species. To elucidate the abundance and spatial distribution of organisms of the strain SI type within the sludge granules, a 16S rRNA-targeted oligonucleotide probe specific for strain SI was developed and applied to thin sections of the granules. Fluorescence in situ hybridization combined with confocal laser scanning microscopy revealed that a number of rod-shaped cells were present in the middle and inner layers of the thermophilic granule sections and that they formed close associations with hydrogenotrophic methanogens. They accounted for approximately 1.1% of the total cells in the sludge. These results demonstrated that strain SI was one of the significant populations in the granular sludge and that it was responsible for propionate oxidation in the methanogenic granular sludge in the reactor.

scholarly journals Syntrophomonas palmitatica sp. nov., an anaerobic, syntrophic, long-chain fatty-acid-oxidizing bacterium isolated from methanogenic sludge

2007 ◽  
Vol 57 (9) ◽  
pp. 2137-2142 ◽  
Author(s):  
Masashi Hatamoto ◽  
Hiroyuki Imachi ◽  
Sanae Fukayo ◽  
Akiyoshi Ohashi ◽  
Hideki Harada
Keyword(s):  
Fatty Acid ◽  
Saturated Fatty Acids ◽  
Granular Sludge ◽  
Carbon Chain ◽  
Upflow Anaerobic Sludge Blanket ◽  
Anaerobic Sludge ◽  
Rrna Gene ◽  
Gene Sequence Analysis ◽  
Anaerobic Sludge Blanket ◽  
Chain Lengths

A mesophilic, syntrophic, fatty-acid-oxidizing anaerobic strain, designated MPAT, was isolated from granular sludge in a mesophilic upflow anaerobic sludge blanket reactor used to treat palm oil mill effluent. Cells were slightly curved, non-motile rods. Spore formation was not observed. The optimal temperature for growth was around 37 °C and optimal pH for growth was 7.0. Strain MPAT was able to grow on crotonate or pentenoate plus butyrate in pure culture. In co-culture with the hydrogenotrophic methanogen Methanospirillum hungatei, strain MPAT was able to oxidize straight-chain saturated fatty acids with carbon chain lengths of C4–C18. The strain was unable to utilize sulfate, sulfite, thiosulfate, nitrate, fumarate, iron(III) or DMSO as an electron acceptor. The G+C content of the DNA was 45.0 mol%. Based on comparative 16S rRNA gene sequence analysis, strain MPAT was found to be a member of the genus Syntrophomonas and was most closely related to the type strains of Syntrophomonas curvata and Syntrophomonas sapovorans (sequence similarities of 94 %). Genetic and phenotypic characteristics demonstrated that strain MPAT represents a novel species, for which the name Syntrophomonas palmitatica sp. nov. is proposed. The type strain is MPAT (=JCM 14374T=NBRC 102128T=DSM 18709T).

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document