Deepwater Horizon 심해에 반응하는 다양하고 희귀한 미생물 분류군

ISME 저널 10권, 400~415페이지(2016)이 기사 인용

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Deepwater Horizon(DWH) 유정 폭발은 멕시코만의 심해 미생물 군집을 실질적으로 변화시킨 엄청난 양의 분산된 탄화수소 기둥을 생성했습니다. 뚜렷한 미생물 개체군의 상당한 풍부함이 관찰되었지만, 기름 유출로 인한 가스, 기름 및 분산제 생분해와 관련된 특정 미생물 생태형의 풍부함과 풍부함에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 여기서 우리는 Cycloclasticus, Colwellia 및 Oceanospirillaceae와 관련된 이전에 인식되지 않은 밀접하게 관련된 분류군의 다양성을 문서화하고 걸프만의 심해에서의 시공간 분포를 배출 장소에 매우 근접하고 전, 도중 및 이후에 증가하는 거리에 대해 설명합니다. 방전. 박테리아 16S 리보솜 RNA 유전자 V4-V6 영역의 454-태그 파이로시퀀싱에서 생성된 데이터 세트에 적용된 매우 민감한 계산 방법(올리고타이핑)을 통해 하위 작업 분류 단위 수준(0.2% 서열 유사성)에서 집단 역학을 탐지할 수 있었습니다. ). 심해 샘플의 생지화학적 특징은 총 세포 수, 단쇄 알칸(C1-C5) 농도, 영양분, (유색) 용해된 유기 및 무기 탄소, 메탄 산화 속도를 통해 평가되었습니다. 통계 분석을 통해 뚜렷한 생태형을 나타낼 가능성이 있는 올리고형의 생태학적 관련 역학을 형성하는 환경 요인이 밝혀졌습니다. 멕시코만에서 느리게 확산되는 천연 탄화수소 누출에 적응된 주요 탄화수소 분해제는 DWH 유출 중에 직면한 조건에 대처할 수 없거나 경쟁에서 압도되는 것으로 나타났습니다. 대조적으로, 다양하고 희귀한 분류군은 빠르게 풍부해졌으며, 이는 대규모 심해 석유 방출 및 기타 대규모 교란 동안 전문화된 하위 개체군과 잠재적인 생태형의 중요성을 강조합니다.

역사상 최대 규모의 외해 탄화수소 배출은 2010년 Deepwater Horizon(DWH) 해상 시추 플랫폼의 폭발 및 침몰 이후 멕시코 북부 만(이하 걸프만)의 심해로 전례 없는 양의 가스와 석유를 방출했습니다. DWH 사고 초기, 손상된 라이저 파이프가 절단되기 전, 파손된 라이저 파이프에서 나오는 뚜렷한 제트로 물기둥으로의 탄화수소 주입이 발생하여 Macondo 유정 근처의 심해 화학을 변경했습니다. 물기둥으로 상승하는 석유와 가스 제트는 차가운 바닷물을 동반했으며(Johansen et al., 2001; Socolofsky et al., 2011) 탄화수소가 풍부한 심해 기둥을 생성했는데, 이는 유정의 남서쪽에서 형광으로 감지되었습니다. 특징(Camilli et al., 2010; Diercks et al., 2010; Hazen et al., 2010), 광 산란 프로파일(Diercks et al., 2010) 및 특정 탄화수소의 농도 증가(Camilli et al. ., 2010; Diercks 등, 2010; Valentine 등, 2010; Joye 등, 2011; Kessler 등, 2011b; Reddy 등, 2012) 및 분산제 Corexit(Kujawinski 등, 2011). 심해 기둥은 길이 35km, 너비 2km 이상의 지역에서 수심 1000~1300m에 걸쳐 있었습니다(Camilli et al., 2010).

DWH 배출 초기에 탄화수소의 영향을 받은 심해수에는 Oceanospirillum, Cycloclasticus, Colwellia, Pseudoalteromonas, Rhodobacterales 및 methylotrophs와 관련된 박테리아 개체군이 상당히 풍부해졌습니다(Mason et al., 2012; Reddy et al., 2012; Redmond and Valentine , 2012; 발렌타인 외, 2012). 현장 관찰과 실험실 연구 결과에 따르면 이들 박테리아는 연기 속의 기름을 생분해하는 데 중요한 역할을 했습니다. 탄화수소 풍부도의 조성 변화는 오일 유래 단쇄 및 고분자량 알칸의 우선적인 미생물 활용을 암시하는 반면(Valentine et al., 2010; Kessler et al., 2011b), 국소적인 용존 산소 이상(Joye et al., 2011) Kessler 등, 2011a, 2011b)은 광범위한 호기성 알칸 호흡을 나타냈습니다(Valentine 등, 2010; Crespo-Medina 등, 2014). 더욱이, 안정 동위원소 탐사 및 단일 세포 유전체학은 탄화수소 분해 또는 깃털에서 탄화수소 분해를 조율하는 대사 유전자의 농축과 관련된 미생물 집단을 확인했으며, Colwellia는 에탄과 프로판을 산화시킬 가능성이 있고(Redmond and Valentine, 2012), Oceanospirillum은 시클로헥산을 분해합니다((Redmond and Valentine, 2012). Mason et al., 2012) 및 다환 방향족 탄화수소(PAH)를 활용하는 Cycloclasticus(Yakimov et al., 1998).

21 500 reads) and were therefore not rarefied. Rarefication for all other samples was calculated 100 times, generating 100 OTU tables that were averaged to present the mean rarefied observation of each OTU in each sample. Mann–Whitney–Wilcoxon analyses verified that rarefied data were not statistically different from the unrarefied data (P=0.8252). Alpha diversity indexes were calculated for the non-rarefied OTU table, a random rarefied OTU table and the averaged (100 calculations) rarefied OTU table. The diversity estimates (Supplementary Table S4) changed only slightly between the non-rarefied and the rarefied OTU tables. To retain information for oligotyping, we proceeded with the non-rarefied OTU table. We converted sequence observations to relative abundance data, scaled from 0 to 100% of the community, and Morisita–Horn beta diversity indexes were calculated for all OTUs and all oligotypes (see below), as well as for Colwellia, Oceaniserpentilla, Cycloclasticus and SAR11 oligotypes, separately./p>450 bp), so we limited high-entropy locations of interest to the lowest noise areas in the V6, V5 and the end of V4 regions. We retained oligotypes that were observed in a minimum of 10% of samples in which the genus appeared, were 0.1% or more abundant in at least one sample, and in which the most abundant unique sequence was 0.05% of all reads in that genus. A detailed example of the oligotyping procedure is described in the Supplementary Materials./p>10 μM and/or water depths between 1000 to 1300 m (during the discharge), whereas ‘non-plume samples’ exhibited lower methane concentrations but still held evidence of impact by the DWH oil discharge (methane concentrations >10 nM but <10 μM and water depths above 1000 m or below 1300 m). To compare plume populations with native oil-degrading bacterial communities, we obtained deepwater samples from two natural hydrocarbon seeps, MC118 and GC600 (Orcutt et al., 2005; Bowles et al., 2011)./p>5% relative abundance during the DWH oil spill; Figure 4) appeared strikingly diverse in the 16S rRNA gene tree and sequences scattered throughout the Colwelliaceae opposed to the formation of phylogenetically distinct clusters. The detected phylogenetic diversity of Colwellia during the DWH oil spill likely reflects the physiological diversity of this group and their ability to respond to a range of environmental conditions. Interestingly, Colwellia sp. RC25 isolated with MC252 oil from DWH-contaminated waters (Bælum et al., 2012) is not closely related to any of the taxa detected during the DWH oil discharge in previous reports or any of the Colwellia oligotypes reported here (Figure 4). Although the cultivar Colwellia sp. RC25 (Bælum et al., 2012) serves as a valuable model organism, its physiology (for example, substrate preferences, optimal growth conditions and activity) may not reflect that of the Colwellia ecotypes that dominated during the DWH discharge./p>

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