Metabolic and molecular characterization of an acetate and lactate-degrading microbial consortium

Abstract

Acetate is one of the most important intermediaries in the degradation of organic matter in anaerobic environments where carbon dioxide is the dominant electron acceptor. In these environments, acetate is recycled by acetoclastic methanogens or by syntrophic couples. In this thesis, is described a defined culture capable of acetate and lactate oxidation under methanogenic conditions. Combinations of microbiological and analytical methods as well as molecular techniques were used to characterize this culture. This included the construction of anaerobic microcosms that were subsequently characterized by serial dilutions, gas chromatography, high performance liquid chromatography, PCR, qPCR and sequencing. Our results demonstrate that the bacterial population within our enrichment is limited to a single sulfate reducing bacterium as evidenced by qPCR and DNA sequencing analyses of 16S rRNA genes. Furthermore, the highly purified culture is capable of oxidizing both acetate and lactate in the absence of sulfate when coupled with a methanogen. The qPCR data, using universal 16S rRNA primers of Eubacteria and Archaea, suggest that the methanogenic population comprises nearly is 25 % of the total population of microorganisms and is dominated by hydrogentrophic methanogens belonging to the genera Methanospirillum and Methanobacterium. In contrast, analyses of qPCR data using primers to universal 16S rRNA (Eubacteria), specific Syntrophus genus, and for the cap protein of S. aciditrophicus suggests that the bacterium in the culture belongs to the genus Syntrophus. However, these results are extremely interesting since they suggest either a bacterium belonging to the genus Syntrophus is capable of reducing sulfate (novel organism, yet un-described) or that a true sulfate reducing bacterium shares the same cap protein as SB. Unfortunately at this time we do not know which of these two possibilities is correct. We recommend further characterization of the mixed culture to elucidate these important findings; as future work.

Acetato es uno de los intermediarios más importantes en la degradación de materia orgánica en ambientes anaeróbicos donde el dióxido de carbono es el principal aceptador de electrones. En estos ambientes, acetato es reciclado por metanogénicos acetoclásticos o por parejas sintróficas. En esta tesis, se describe un cultivo definido capaz de degradar acetato y lactato bajo condiciones metanogénicas. Una combinación de técnicas microbiológicas y analíticas así como de técnicas moleculares fueron utilizadas para caracterizar el cultivo. Esto incluyó la combinación de un microcosmos anaeróbico que se caracterizó posteriormente por diluciones en serie, cromatografía de gas, cromatografía líquida de alta afinidad, PCR, qPCR, clonación y secuenciación. Nuestros resultados demuestran que la población de bacterias en nuestro enriquecimiento está limitada a una bacteria reductora de sulfato que se evidencia por qPCR y análisis de secuenciación del ADN de los genes del 16S rRNA. Por otro lado, este enriquecimiento altamente purificado es capaz de oxidar acetato y lactato en ausencia de sulfato cuando forma una relación sintrófica con un metanogénico. La data de qPCR utilizando primers universales del 16S rRNA de Eubacteria y Arquea sugieren que la población de metanogénicos presentes en nuestro enriquecimiento es 25% del total de la población de microorganismos y está dominada por metanogénicos hidrogenotróficos pertenecientes a los géneros Methanospirillum y Methanobacterium. En contraste, los análisis de qPCR utilizando primers uniersales del 16S rRNA (Eubaacteria), específicos del género (Syntrophus) y primers para la proteína del Cap de S. aciditrophicus sugieren que la bacteria en el cultivo está relacionada al género Syntrophus. Sin embargo, estos resultados son extremadamente interesantes ya que sugieren que existe una bacteria que pertenece al género Syntrophus la cual es capaz de reducir sulfato (un nuevo organismo, aún no descrito) o una bacteria reductora de sulfato que muestra tener la misma proteína del cap de SB. Desafortunadamente a este tiempo nosotros no sabemos cuál de estas dos posibilidades es la correcta. Recomendamos la caracterización del cultivo mixto para dilucidar estos importantes hallazgos; como un trabajo futuro.