Bacterial diversity analysis of freshwater sources for human use in rural areas of the tropical Andean region of Colombia / Análisis de la diversidad bacteriana en aguas superficiales usadas para consumo humano en zonas rurales de la región andina colombiana

Abstract Potable water supply and sanitization in rural areas in developing countries are still inadequate. The main risk associated with unsafe drinking water is the infection with pathogenic microorganisms. Objective: In this study, we investigate the bacterial diversity and the potentially pathogenic bacteria in water samples from diffe rent points of distribution in three rural villages from the Andean region of Colombia. Methods: Illumina libraries for water samples were prepared and sequenced using 300 bp paired-end MiSeq protocol, the bioinformatic analyses were performed with Mothur pipeline and the phyloseq package in Rstudio. Results: The mi crobial community composition showed statistically significant differences according to the village and the sample origin. Alpha, Beta, and Gammaproteobacteria were the dominant class detected in all water samples. The most relevant pathogenic genera detected in the surface were Legionella, Mycobacterium, Yersinia, Burkholderia, and Rickettsia. In the tap water samples, potential pathogens like Streptococcus, Staphylococcus, Corynebacterium, Nocardia, and Escherichia/Shige lla were detected.

Resumen El suministro y potabilización del agua de consumo humano en las zonas rurales de los países en vías de desarrollo sigue siendo limitado. El principal riesgo asociado con el uso de agua no potable es la infección con microorganismos patógenos. Objetivo: En este estudio se investigó la diversidad bacteriana y la presencia de bacterias potencialmente patógenas en muestras de agua de diferentes puntos de distribución en tres asentamientos rurales de la región andina de Colombia. Métodos: Se prepararon y secuenciaron bibliotecas de amplicones (rDNA 16S) para muestras de agua utilizando la plataforma Illumina MiSeq con lecturas pareadas de 300 bases. Los análisis bioinformáticos se realizaron con el programa Mothur y el paquete estadístico Phyloseq en Rstudio. Resultados: La composición de la comunidad microbiana mostró diferencias estadísticamente significativas según el sitio y el origen de la muestra. Alfa, Beta y Gammaproteobac terias fueron las clase dominantes detectadas en todas las muestras de agua. Los géneros patógenos más relevantes detectados fueron Legionella, Mycobacterium, Yersinia, Burkholderia y Rickettsia. En las muestras de agua del grifo se detectaron patógenos potenciales como Streptococcus, Staphylococcus, Corynebacterium, Nocardia y Escherichia /Shigella.

Characterization of ruminal bacteria in grazing Nellore steers / Caracterización de bacterias ruminales en novillos Nelore en pastoreo / Caraterização bacteriana ruminal em novilhos Nelore em pastejo

Abstract Background: Rumen microorganisms have developed a series of complex interactions, representing one of the best examples of symbiosis between microorganisms in nature. Conventional taxonomic methods based on culture techniques are being replaced by molecular techniques that are faster and more accurate. Objective: To characterize rumen bacterial diversity of Nellore steers grazing on tropical pastures by sequencing the 16S rRNA gene using Illumina sequencing. Methods: Three rumen-cannulated Nellore steers were used. The liquid and solid fractions of the rumen contents were processed to extract metagenomic DNA, and the V1 and V2 hypervariable regions of the 16S rRNA gene were sequenced using Illumina sequencing. Results: A total of 11,407,000 reads of adequate quality were generated, and 812 operational taxonomic units (OTUs) were found at the species level. Twenty-seven phyla were identified, and the predominant phyla were Firmicutes (23%), Bacteroidetes (14%), Proteobacteria (10%), Spirochaetes (9%), Fibrobacteres (7%), Tenericutes (5%), and Actinobacteria (2%), which represented 70% of the total phyla identified in the rumen content. Conclusion: Rumen environment in grazing Nellore steers showed high bacterial diversity, with Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Spirochaetes, and Fibrobacteres as the predominant phyla.

Resumen Antecedentes: Los microorganismos ruminales han desarrollado una serie de interacciones complejas que representan uno de los mejores ejemplos de simbiosis entre microorganismos en la naturaleza. Los métodos taxonómicos tradicionales basados en técnicas de cultivo están siendo reemplazados por técnicas moleculares debido a su mayor velocidad y precisión. Objetivo: Caracterizar la diversidad bacteriana ruminal de novillos Nelore mantenidos en pasturas tropicales mediante la secuenciación del gen 16S RNA utilizando la plataforma de secuenciación Illumina. Métodos: Se utilizaron tres novillos Nelore fistulados en el rumen. Las fracciones líquida y sólida del contenido ruminal fueron procesadas para la extracción del DNA meta genómico y las regiones hipervariables V1 y V2 del gen 16S rRNA fueron secuenciadas usando la plataforma Illumina. Resultados: En total, se generaron 11.407.000 lecturas de calidad adecuada, y en el nivel de especie se encontraron 812 unidades taxonómicas operacionales (OTUs). Se identificaron veintisiete filos, predominantemente Firmicutes (23%), Bacteroidetes (14%), Proteobacteria (10%), Spirochaetes (9%), Fibrobacteres (7%), Tenericutes (5%) y Actinobacteria (2%), los cuales representaron el 70% de los filos identificados en el contenido ruminal. Conclusión: El ambiente ruminal de novillos Nelore en pastoreo presenta una alta diversidad de bacterias, con dominancia de los filos Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Spirochaetes y Fibrobacteres .

Resumo Antecedentes: Os microrganismos ruminais têm desenvolvido uma serie de complexas interações que representam um dos melhores exemplos de simbiose entre microrganismos na natureza. Os métodos taxonômicos tradicionais baseados em métodos de cultura vêm sendo substituídos por técnicas moleculares que apresentam maior velocidade a acurácia. Objetivo: Caracterizar a diversidade bacteriana ruminal em novilhos Nelore mantidos em pastagens tropicais mediante o sequenciamento do gene 16S rRNA utilizando a plataforma de sequenciamento Illumina. Métodos: Foram utilizados três novilhos Nelore fistulados no rúmen. A fração liquida e solida do conteúdo ruminal foram processadas para extrair o DNA metagenômico, e as regiões hipervariáveis V1 e V2 do gene 16S rRNA foram sequenciadas na plataforma Illumina. Resultados: No total foram geradas 11.407.000 leituras de qualidade adequada, e 812 unidades taxonomicas operacionais (OTUs) foram identificadas no nível de espécie. Foram identificados 27 filos, e houve predominância de Firmicutes (23%), Bacteroidetes (14%), Proteobacteria (10%), Spirochaetes (9%), Fibrobacteres (7%), Tenericutes (5%) e Actinobacteria (2 %), os quais representaram 70% dos filos identificados a partir do rúmen bovino. Conclusão: O ambiente ruminal em novilhos Nelore em pastejo apresentou alta diversidade bacteriana, com Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Spirochaetes e Fibrobacteres como filos predominantes.

Diversidad bacteriana en el biocátodo reductor de Cr(VI) de una Celda de Combustible Microbiana con puente salino / Bacterial diversity in the Cr(VI) reducing biocathode of a Microbial Fuel Cell with salt bridge

Although Cr(VI)-reducing and/or tolerant microorganisms have been investigated, there is no detailed information on the composition of the microbial community of the biocathode microbial fuel cell for Cr(VI) reduction. In this investigation, the bacterial diversity of a biocathode was analyzed using 454 pyrosequencing of the 16S rRNA gene. It was found that most bacteria belonged to phylum Proteobacteria (78.8%), Firmicutes (7.9%), Actinobacteria (6.6%) and Bacteroidetes (5.5%), commonly present in environments contaminated with Cr(VI). The dominance of the genus Pseudomonas (34.87%), followed by the genera Stenotrophomonas (5.8%), Shinella (4%), Papillibacter (3.96%), Brevundimonas (3.91%), Pseu-dochrobactrum (3.54%), Ochrobactrum (3.49%), Hydrogenophaga (2.88%), Rhodococcus (2.88%), Fluviicola (2.35%), and Alcaligenes (2.3%), was found. It is emphasized that some genera have not previously been associated with Cr(VI) reduction. This biocathode from waters contaminated with tannery effluents was able to remove Cr(VI) (97.83%) in the cathodic chamber. Additionally, through use of anaerobic sludge in the anodic chamber, the removal of 76.6% of organic matter (glucose) from synthetic waste water was achieved. In this study, an efficient biocathode for the reduction of Cr(VI) with future use in bioremediation, was characterized.

Aunque se ha investigado sobre los microorganismos reductores y/o tolerantes de Cr(VI), no hay información detallada sobre la composición de la comunidad microbiana del cátodo de una Celda de Combustible Microbiana para la reducción de Cr(VI). En esta investigación se analizó la diversidad bacteriana de un biocátodo usando pirosecuenciación 454 del gen 16S rRNA. Se encontró que la mayoría de las bacterias pertenecieron a los filos Proteobac-teria (78,8%), Firmicutes (7,9%), Actinobacteria (6,6%) y Bacteroidetes (5,5%), comúnmente presentes en ambientes contaminados con Cr(VI). Se encontró como género dominante a Pseudomonas (34,87%), seguido por los géneros Stenotrophomonas (5,8%), Shinella (4%), Papil-libacter (3,96%), Brevundimonas (3,91%), Pseudochrobactrum (3,54%), Ochrobactrum (3,49%), Hydrogenophaga (2,88%), Rhodococcus (2,88%), Fluviicola (2,35%) y Alcaligenes (2,3%). Se destaca que algunos géneros no han sido previamente asociados con la reducción de Cr(VI). Este biocátodo procedente de aguas contaminadas con efluentes de curtiembres fue capaz de remover Cr(VI) (97,83%) en la cámara catódica. Adicionalmente, a través del uso de lodo anaeróbico en la cámara anódica, se logró la remoción del 76,6% de materia orgánica (glucosa) a partir de agua residual sintética. En este estudio se caracterizó un eficiente biocátodo para la reducción de Cr(VI) con futuro uso en biorremediación.

Bacterial diversity in the Cr(VI) reducing biocathode of a Microbial Fuel Cell with salt bridge.

Although Cr(VI)-reducing and/or tolerant microorganisms have been investigated, there is no detailed information on the composition of the microbial community of the biocathode microbial fuel cell for Cr(VI) reduction. In this investigation, the bacterial diversity of a biocathode was analyzed using 454 pyrosequencing of the 16S rRNA gene. It was found that most bacteria belonged to phylum Proteobacteria (78.8%), Firmicutes (7.9%), Actinobacteria (6.6%) and Bacteroidetes (5.5%), commonly present in environments contaminated with Cr(VI). The dominance of the genus Pseudomonas (34.87%), followed by the genera Stenotrophomonas (5.8%), Shinella (4%), Papillibacter (3.96%), Brevundimonas (3.91%), Pseudochrobactrum (3.54%), Ochrobactrum (3.49%), Hydrogenophaga (2.88%), Rhodococcus (2.88%), Fluviicola (2.35%), and Alcaligenes (2.3%), was found. It is emphasized that some genera have not previously been associated with Cr(VI) reduction. This biocathode from waters contaminated with tannery effluents was able to remove Cr(VI) (97.83%) in the cathodic chamber. Additionally, through use of anaerobic sludge in the anodic chamber, the removal of 76.6% of organic matter (glucose) from synthetic waste water was achieved. In this study, an efficient biocathode for the reduction of Cr(VI) with future use in bioremediation, was characterized.

Establecimiento y evaluación de dos métodos de pre tratamiento de muestras de suelo para la extracción de ADN para el estudio de la diversidad bacteriana / Establishment and evaluation of two methods of pre-treatment of soil samples for the extraction of DNA for the study of bacterial diversity

La necesidad de ampliar los conocimientos respecto a los mecanismos bioquímicos y fisiológicos desarrollados por los microorganismos presentes en suelos requiere de una descripción completa de la diversidad microbiana, para lo cual en las últimas décadas se han desarrollado diferentes técnicas moleculares (qPCR, DGGE, T-RFLP, RAPD.) las mismas que requieren una adecuada técnica de extracción de ADN que aseguren el éxito de la descripción de la diversidad microbiana, considerando las características de las muestras de suelos a ser estudiadas. Los protocolos de extracción de ADN generalmente utilizados están basados en la separación de los microorganismos de la matriz antes de la extracción de ADN mediante lisis física o química y por otro lado, la extracción directa del ADN microbiano a partir de muestras de suelo, sin embargo la presencia de sustancias húmicas y fenólicas afectan la calidad del ADN extraído, lo que repercuten en el desarrollo de posteriores estudios moleculares. La finalidad de este estudio fue la de establecer procedimientos de pre tratamientos de 3 tipos de nuestras de suelo (arenoso, arcilloso y francos) para posteriormente describir la riqueza y diversidad bacteriana de las muestras en estudio mediante PCR DGGE. De esta manera se determinó que la adición de CaCO3 en muestras de suelos francos permite la identificación de una mayor diversidad y riqueza bacteriana (10 bandas). Asimismo, la adición de PVPP a suelos arenosos (8 bandas) y arcillosos (3 bandas) también permite obtener las características descritas anteriormente utilizando el método PCR-DGGE. Lo cual indica que los procedimientos de pre tratamiento con CaCO3 y PVPP son específicos para la extracción de ciertas comunidades microbianas.

The knowledge about biochemical and physiological mechanisms by microorganisms in soils are required for a complete description of microbial diversity, lately different molecular techniques have been developed to study this feature (qPCR, DGGE, T- RFLP, RAPD). DNA extraction techniques ensure the description of the microbial diversity success, according the soil samples characteristics. Generally, DNA extraction protocols used for separation of microorganism of matrix soil before DNA extraction by physical and chemical lysis. Other protocol is direct extraction of microbial DNA from soil samples, humic acids and phenolic substances affect the quality of DNA, which affect the development of subsequent molecular studies. The purpose of this study was to establish pretreatment procedures for different kind of soil samples (frank, sandy and clayey) in order to describe richness and bacterial diversity by PCR DGGE. In this sense, we determined the addition of CaCO3 in frank soils samples allows the identification of greater diversity and bacterial richness (10 bands) than the other method. Besides, PVPP pretreatment is no only useful to obtain bacterial diversity in sandy soil (8 bands), but also in clayey soils (3 bands) soils by PCR-DGGE method. This indicates that the pretreatment procedures with CaCO3 and PVPP are specific for soil microbial community's isolation.

Bacterial Diversity Associated with Anodic Biofilms in Microbial Fuel Cells Fed with Wastewater / Diversidad bacteriana asociada a biopelículas anódicas en celdas de combustible microbianas alimentadas con aguas residuales

RESUMEN. El presente trabajo evaluó la diversidad bacteriana asociada a las biopelículas formadas sobre los ánodos de celdas de combustible microbianas, por medio del análisis del gen del ARNr 16S y observaciones por microscopía electrónica de barrido. Se construyeron celdas de combustible microbianas de una cámara que permanecieron en operación durante 30 días utilizando muestras ambientales como inóculo y único sustrato energético; las celdas fueron monitoreadas en función de la producción de energía durante el desarrollo del experimento; al finalizar los ensayos, se realizó la caracterización molecular y observaciones mediante microscopía electrónica de barrido a las biopelículas formadas. Se reportan valores de densidad de potencia máxima de 4,85 mW/m² para el agua residual doméstica y de 1,85 mW/m² para el caso del agua residual industrial, con disminuciones de 71 % de la DBO para el agua residual doméstica y de 59 % de la DBO para el caso del agua residual industrial. Se logró la recuperación de 15 secuencias únicas provenientes de la amplificación del gen del ARNr 16S obtenidas a partir de las biopelículas formadas sobre los ánodos. El análisis filogenético ubicó estas secuencias en la clase Deltaproteobacteria. Los dos sustratos ambientales contienen una importante e interesante diversidad microbiana, mostrándolos promisorios para la construcción y operación de MFC y la implementación de procesos de biodegradación de materia orgánica.

ABSTRACT. This study evaluated the bacterial diversity associated with biofilms formed on the anode of microbial fuel cells (MFC), by analyzing the 16S rRNA gene and observations by scanning electron microscopy. Single chambered MFC were constructed and kept in operation for 30 days using environmental samples as inoculum and sole energy substrate; the MFC were monitored as a function of energy production in the course of the experiment; at endpoint, molecular characterization and observations using scanning electron microscopy was performed to the formed biofilms. Values of maximum power density of 4.85 mW/m2 for domestic wastewater and 1.85 mW/m2 in the case of industrial wastewater are reported, with declines of 71 % of the BOD for domestic wastewater and 59 % of the BOD in the case of industrial wastewater. Recovery of 15 unique sequences from the amplification of 16S rRNA gene obtained from the biofilms formed on the anodes was accomplished. Phylogenetic analysis placed these sequences in the Deltaproteobacteria class. The two environmental substrates contain an important and interesting microbial diversity, showing them very promising for the construction and operation of MFC and implementing biodegradation of organic material.

Diversidad específica bacteriana en murciélagos de distintos gremios alimenticios en la sierra sur de Oaxaca, México

Specific bacterial diversity in bats of different food guilds in Southern sierra Oaxaca, Mexico. Bats have different ecologic roles in variable ecosystems that have been already described. They have been linked to several zoonoses, however little is known about the relationship between bat microbiota and their diet, and studies on the bacterial ecology of the microbiota in bats are limited. To contribute with the description of this important interaction between microbiota and host, the aim of this work was to characterize the composi- tion and bacterial diversity in the oral and anal regions of 10 species of bats, in relation to food guild. For this, monthly samplings were conducted using four mist nets (19:00-24:00h) from February to October 2012; nets were reviewed every 45 minutes. Each captured organism was sampled in the oral and anal cavities with sterile swabs; these were placed in pre-enrichment media and stored at 4°C. Bacterial samples were studied which through selective media, chromogenic and biochemical tests. We obtained samples from 502 frugivorous, 29 hematophagous and 11 nectivorous bats. We found a total of 26 bacterial species, with the predominant phylum Proteobacteria and the family Enterobacteriaceae. Statistically significant differences were observed between oral and anal microhabitats: frugivorous (t=-3.516, g.l=14.761, p=0.003), hematophagous (t=-3.320, g.l=19.262, p=0.003), and nectivorous (t=-2.497, g.l=11.933, p=0.026), and in some guilds [frugivorous and nectivorous in the anal region (t=2.274, g.l=29.660, p=0.030), hematophagous and nectivorous anal region (t=2.077, g.l=29.904, p=0.049)]. It was also shown that there is bacteria specificity in some guilds such as nectivorous and frugivorous with Bacillus cereus, B. sp. X. sp., as well as, Pseudomonas aeruginosa, Serratia marcescens, Staphylococcus aureus, S. epidermis, Aeromonas hydrophyla in hematophagous. Bacterial presence can be explained by the type of diet and/or by transfer of bacteria from their preys. These bacteria may be indigenous to these bats and play the role of mutual benefit, providing the host with stable growth conditions and supplemental nutrients, while the microbiota contributes to host nutrition, development of the immune system, stabilization of the microbial population and to avoid pathogens colonization. By understanding the importance of the relation- ship between host and its bacterial populations, the conservation efforts being made to protect species such as bats may be improved.

Los estudios sobre ecología bacteriana de la micro- biota en los murciélagos son limitados, dicha información es importante para determinar la importancia de esta interacción entre microbiota y hospedero, por tal motivo el objetivo de este trabajo es caracterizar la composición y diversidad bacteriana en las regiones orales y anales de 10 especies de quirópteros con relación al gremio alimenticio a través de medios selectivos, cromogénicos y pruebas bio- químicas. Se muestrearon 502 murciélagos frugívoros, 29 hematófagos y 11 nectívoros, fueron encontradas un total de 26 especies bacterianas, siendo predominantes el filo proteobacterias y la familia Enterobacteriaceae. Se observaron diferencias estadísticamente significativas entre el microhabitat oral y anal [frugívoros (t=-3.516, g.l=14.761, p=0.003), hematófagos (t=-3.320, g.l=19.262, p=0.003), y nectívoros (t=-2.497, g.l=11.933, p=0.026), así como en algunos gremios (frugívoros e nectívoros en la región anal (t=2.274, g.l=29.660, p=0.030), hematófago y nectívoros en la región anal (t=2.077, g.l=29.904, p=0.049)]. También se mostró que existe especificidad de bacterias en algunos gremios como: Bacillus cereus, B. spp. X. spp. en nectívoros y frugívoros, así como, Pseudomonas aeruginosa, Serratia marcescens, Staphylococcus aureus, S. epidermis, Aeromonas hydrophyla en hematófagos que podría deberse al tipo de dieta que llevan o por transferencia de bacterias al contacto con sus presas. Los murciélagos han sido relacionados con varias zoonosis, sin embargo poco se conoce sobre la relación que existe entre el murciélago, su micro- biota y la dieta que llevan. Estas bacterias pudieran ser autóctonas de los murciélagos y jugar un papel de mutuo beneficio, proveyéndole al hospedero condiciones estables de crecimiento y nutrientes complementarios, mientras que la microbiota contribuye en la nutrición del hospedero, desarrollo del sistema inmune, estabilizando la población microbiana y prohibiendo la colonización de patógenos. Entender la importancia de la relación entre el hospedero y su población bacteriana puede ayudar a mejorar los esfuerzos de conservación que se vienen realizando para proteger especies como los murciélagos.