Bacterial diversity in high Andean grassland soils disturbed with Lepidium meyenii crops evaluated by metagenomics

Abstract Soil quality is usually determined by its physical-chemical characteristics without taking into account the bacterial communities that play a fundamental role in the chemical decomposition of plant nutrients. In this context, the objective of the study was to evaluate bacterial diversity in high Andean grassland soils disturbed with Lepidium meyenii cultivation under different gradients of use (first, second and third use) and crop development (pre-sowing, hypocotyl development and post-harvest). The sampling was carried out in the Bombón plateau in the central Andes of Peru, during the rainy and low water seasons, by the systematic method based on a specific pattern assigned in a geometric rectangular shape at a depth of 0 - 20 cm. The characterization of the bacterial communities was carried out through the metagenomic sequencing of the 16S rRNA. 376 families of bacteria were reported, of which it was determined that there was a significant change in bacterial composition and distribution in relation to use pressure. There were no major changes due to the development of Lepidium meyenii. The families most sensitive to use pressure and soil poverty indicators were Verrucomicrobiaceae, Acidobacteraceae and Aakkermansiaceae.

Resumo A qualidade do solo é normalmente determinada pelas suas características físico-químicas sem ter em conta as comunidades bacterianas que desempenham um papel fundamental na decomposição química dos nutrientes das plantas. Neste contexto, o objetivo do estudo foi avaliar a diversidade bacteriana em solos de prados andinos elevados perturbados pelo cultivo de Lepidium meyenii sob diferentes gradientes de utilização (primeira, segunda e terceira utilizações) e desenvolvimento das culturas (pré-semeadura, desenvolvimento do hipocótilo e pós-colheita). A amostragem foi realizada no planalto de Bombón, nos Andes centrais do Peru, durante as estações das chuvas e das águas baixas, pelo método sistemático baseado num padrão específico atribuído em forma geométrica retangular a uma profundidade de 0 - 20 cm. A caracterização das comunidades bacterianas foi realizada através da sequenciação metagenômica do rRNA 16S. Foram relatadas 376 famílias de bactérias, das quais se verificou uma alteração significativa na composição e distribuição bacteriana em relação à pressão de utilização. Não se registaram grandes alterações devido ao desenvolvimento do Lepidium meyenii. As famílias mais sensíveis à utilização de indicadores de pressão e pobreza do solo foram as Verrucomicrobiaceae, Acidobacteraceae e Aakkermansiaceae.

Bacterial diversity in high Andean grassland soils disturbed with Lepidium meyenii crops evaluated by metagenomics / Diversidade bacteriana em solos de prados andinos elevados perturbados por culturas de Lepidium meyenii avaliadas por metagenômica

Soil quality is usually determined by its physical-chemical characteristics without taking into account the bacterial communities that play a fundamental role in the chemical decomposition of plant nutrients. In this context, the objective of the study was to evaluate bacterial diversity in high Andean grassland soils disturbed with Lepidium meyenii cultivation under different gradients of use (first, second and third use) and crop development (pre-sowing, hypocotyl development and post-harvest). The sampling was carried out in the Bombón plateau in the central Andes of Peru, during the rainy and low water seasons, by the systematic method based on a specific pattern assigned in a geometric rectangular shape at a depth of 0 - 20 cm. The characterization of the bacterial communities was carried out through the metagenomic sequencing of the 16S rRNA. 376 families of bacteria were reported, of which it was determined that there was a significant change in bacterial composition and distribution in relation to use pressure. There were no major changes due to the development of Lepidium meyenii. The families most sensitive to use pressure and soil poverty indicators were Verrucomicrobiaceae, Acidobacteraceae and Aakkermansiaceae.

A qualidade do solo é normalmente determinada pelas suas características físico-químicas sem ter em conta as comunidades bacterianas que desempenham um papel fundamental na decomposição química dos nutrientes das plantas. Neste contexto, o objetivo do estudo foi avaliar a diversidade bacteriana em solos de prados andinos elevados perturbados pelo cultivo de Lepidium meyenii sob diferentes gradientes de utilização (primeira, segunda e terceira utilizações) e desenvolvimento das culturas (pré-semeadura, desenvolvimento do hipocótilo e póscolheita). A amostragem foi realizada no planalto de Bombón, nos Andes centrais do Peru, durante as estações das chuvas e das águas baixas, pelo método sistemático baseado num padrão específico atribuído em forma geométrica retangular a uma profundidade de 0 - 20 cm. A caracterização das comunidades bacterianas foi realizada através da sequenciação metagenômica do rRNA 16S. Foram relatadas 376 famílias de bactérias, das quais se verificou uma alteração significativa na composição e distribuição bacteriana em relação à pressão de utilização. Não se registaram grandes alterações devido ao desenvolvimento do Lepidium meyenii. As famílias mais sensíveis à utilização de indicadores de pressão e pobreza do solo foram as Verrucomicrobiaceae, Acidobacteraceae e Aakkermansiaceae.

Bacterial diversity in high Andean grassland soils disturbed with Lepidium meyenii crops evaluated by metagenomics / Diversidade bacteriana em solos de prados andinos elevados perturbados por culturas de Lepidium meyenii avaliadas por metagenômica

Soil quality is usually determined by its physical-chemical characteristics without taking into account the bacterial communities that play a fundamental role in the chemical decomposition of plant nutrients. In this context, the objective of the study was to evaluate bacterial diversity in high Andean grassland soils disturbed with Lepidium meyenii cultivation under different gradients of use (first, second and third use) and crop development (pre-sowing, hypocotyl development and post-harvest). The sampling was carried out in the Bombón plateau in the central Andes of Peru, during the rainy and low water seasons, by the systematic method based on a specific pattern assigned in a geometric rectangular shape at a depth of 0 - 20 cm. The characterization of the bacterial communities was carried out through the metagenomic sequencing of the 16S rRNA. 376 families of bacteria were reported, of which it was determined that there was a significant change in bacterial composition and distribution in relation to use pressure. There were no major changes due to the development of Lepidium meyenii. The families most sensitive to use pressure and soil poverty indicators were Verrucomicrobiaceae, Acidobacteraceae and Aakkermansiaceae.

A qualidade do solo é normalmente determinada pelas suas características físico-químicas sem ter em conta as comunidades bacterianas que desempenham um papel fundamental na decomposição química dos nutrientes das plantas. Neste contexto, o objetivo do estudo foi avaliar a diversidade bacteriana em solos de prados andinos elevados perturbados pelo cultivo de Lepidium meyenii sob diferentes gradientes de utilização (primeira, segunda e terceira utilizações) e desenvolvimento das culturas (pré-semeadura, desenvolvimento do hipocótilo e pós colheita). A amostragem foi realizada no planalto de Bombón, nos Andes centrais do Peru, durante as estações das chuvas e das águas baixas, pelo método sistemático baseado num padrão específico atribuído em forma geométrica retangular a uma profundidade de 0 - 20 cm. A caracterização das comunidades bacterianas foi realizada através da sequenciação metagenômica do rRNA 16S. Foram relatadas 376 famílias de bactérias, das quais se verificou uma alteração significativa na composição e distribuição bacteriana em relação à pressão de utilização. Não se registaram grandes alterações devido ao desenvolvimento do Lepidium meyenii. As famílias mais sensíveis à utilização de indicadores de pressão e pobreza do solo foram as Verrucomicrobiaceae, Acidobacteraceae e Aakkermansiaceae.

Caracterização microbiológica do queijo minas artesanal comercializado em São Paulo: segurança, higiene e diversidade microbiana / Microbiological characterization of artisanal minas cheese marketed in São Paulo: safety, hygiene and microbial diversity

Existe no Brasil uma grande variedade de queijos que se enquadram no conceito de "queijo minas artesanal". Produtores consideram que a legislação que regula o setor, em níveis municipal, estadual e federal, é confusa e excessivamente rigorosa, dificulta a padronização dos produtos, interfere no crescimento do setor e facilita a comercialização de queijos em desacordo com os padrões de higiene e segurança estabelecidos. Este trabalho de pesquisa de mestrado pretendeu gerar dados sobre as condições higiênico-sanitárias e segurança microbiológica de queijos minas artesanal, produzidos em Minas Gerais e coletados no comércio da cidade de São Paulo, bem como contribuir com informações a respeito da diversidade bacteriana nos queijos estudados. Foram estudadas 100 amostras de queijo minas artesanal coletadas no comercio de São Paulo, que foram submetidas à enumeração de microrganismos indicadores de higiene (coliformes, Escherichia coli e estafilococos), Salmonella e Listeria monocytogenes, empregando técnicas convencionais de cultivo e também moleculares. Os estafilococos coagulase positivos foram estudados quanto à tolerância à biocidas de interesse para alimentos, determinando-se também a diversidade microbiana, utilizando-se Next Generation Sequencing em Illumina MiSeq. Os resultados indicaram baixa ocorrência dos patógenos estudados, e que 10% e 32% das amostras excederam os limites para Escherichia coli e estafilococos coagulase positiva estabelecidos pelas legislações vigentes, respectivamente. Entre os estafilococos coagulase positiva, 37,7% foram tolerantes a algum dos biocidas testados, com maior prevalencia dos tolerantes ao cloreto de benzalcônio (75%). Quanto à diversidade bacteriana, os gêneros predominantes foram Streptococcus (32,7%), Lactococcus (30,6%) e Corynebacterium (15,6%). A microbiota bacteriana detectada nos queijos Canastra estudados não apresentou dissimilaridade quando comparada à microbiota bacteriana de outros queijos Canastra coletados nos locais de produção em outro estudo. Observou-se que as regiões de coleta dos queijos na cidade de São Paulo e os pontos de comercialização em São Paulo apresentam maior influência sobre a microbiota detectada para o queijo minas artesanal do que as regiões de produção (p<0,05), sugerindo a interferência das práticas de manipulação após a produção na diversidade bacteriana detectada nos queijos

There is a wide variety of cheeses in Brazil that fit the concept of "artisanal minas cheese". Producers consider that the legislation that regulates the sector, at municipal, state and federal levels, is confusing and excessively strict, hinders the standardization of products, interferes with the growth of the sector and facilitates the marketing of cheeses in disagreement with the hygiene and safety standards. This master's research work aimed to generate data on the hygienic-sanitary conditions and microbiological safety of artisanal Minas cheeses, produced in Minas Gerais and collected in São Paulo's commerce, as well as to contribute with information about the bacterial diversity in the studied cheeses. One hundred samples of artisanal Minas cheese collected in the São Paulo market were subjected to the enumeration of hygiene indicator microorganisms (coliforms, Escherichia coli and staphylococci), Salmonella and Listeria monocytogenes, using conventional cultivation and also molecular techniques. Coagulase positive staphylococci were studied for tolerance to biocides of interest to food, and microbial diversity was also determined using Next Generation Sequencing in Illumina MiSeq. The results indicated a low occurrence of the studied pathogens, and that 10% and 32% of the samples exceeded the limits for Escherichia coli and coagulase positive staphylococci established by the current legislation, respectively. Among the coagulase positive staphylococci, 37.7% were tolerant to at least one of the tested biocides, with a greater prevalence of those tolerant to benzalkonium chloride (75%). As for microbial diversity, the predominant genera were Streptococcus (32.7%), Lactococcus (30.6%) and Corynebacterium (15.6%). The bacterial microbiota detected in the studied Canastra cheeses showed no dissimilarity when compared to the bacterial microbiota of other Canastra cheeses collected at the production sites in another study. It was observed that the cheese collection regions in the city of São Paulo and the marketing points in São Paulo had a greater influence on the detected bacterial microbiota than the production regions (p<0.05), suggesting the interference of the practices of manipulation after production in the bacterial diversity detected in the cheeses

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.

Bacterial diversity characterization in petroleum samples from Brazilian reservoirs / Caracterização da diversidade bacteriana em amostras de petróleo provenientes de reservatórios brasileiros

This study aimed at evaluating potential differences among the bacterial communities from formation water and oil samples originated from biodegraded and non-biodegraded Brazilian petroleum reservoirs by using a PCR-DGGE based approach. Environmental DNA was isolated and used in PCR reactions with bacterial primers, followed by separation of 16S rDNA fragments in the DGGE. PCR products were also cloned and sequenced, aiming at the taxonomic affiliation of the community members. The fingerprints obtained allowed the direct comparison among the bacterial communities from oil samples presenting distinct degrees of biodegradation, as well as between the communities of formation water and oil sample from the non-biodegraded reservoir. Very similar DGGE band profiles were observed for all samples, and the diversity of the predominant bacterial phylotypes was shown to be low. Cloning and sequencing results revealed major differences between formation water and oil samples from the non-biodegraded reservoir. Bacillus sp. and Halanaerobium sp. were shown to be the predominant components of the bacterial community from the formation water sample, whereas the oil sample also included Alicyclobacillus acidoterrestris, Rhodococcus sp., Streptomyces sp. and Acidithiobacillus ferrooxidans. The PCR-DGGE technique, combined with cloning and sequencing of PCR products, revealed the presence of taxonomic groups not found previously in these samples when using cultivation-based methods and 16S rRNA gene library assembly, confirming the need of a polyphasic study in order to improve the knowledge of the extent of microbial diversity in such extreme environments.

Este estudo teve como objetivo comparar as comunidades bacterianas de amostras de água de formação e de óleo de reservatórios de petróleo brasileiros com diferentes graus de biodegradação usando a técnica de PCR-DGGE. O DNA ambiental foi isolado e empregado em reações de PCR com primers bacterianos, com subseqüente separação dos fragmentos de DNAr 16S em DGGE. Os produtos de PCR foram também clonados e seqüenciados, visando à afiliação taxonômica dos membros da comunidade. Os fingerprints obtidos permitiram a comparação direta entre as comunidades bacterianas das amostras de óleo com diferentes graus de biodegradação, assim como entre as comunidades da água de formação e do óleo do reservatório não biodegradado. Perfis de DGGE muito similares foram observados para todas as amostras, e a diversidade dos filotipos bacterianos predominantes mostrou-se baixa. Os resultados de clonagem e seqüenciamento revelaram diferenças mais significativas entre as amostras de água de formação e de óleo do reservatório não biodegradado. Bacillus sp. e Halanaerobium sp. mostraram-se os componentes predominantes da comunidade bacteriana da presente na amostra de água de formação, ao passo que a amostra de óleo incluiu também Alicyclobacillus acidoterrestris, Rhodococcus sp., Streptomyces sp. e Acidithiobacillus ferrooxidans. A técnica de PCR-DGGE, combinada com clonagem e seqüenciamento dos produtos de PCR, revelou a presença de grupos taxonômicos não encontrados anteriormente nestas amostras quando métodos baseados em cultivo e na construção de bibliotecas de genes RNAr 16S foram utilizados, evidenciando a necessidade de um estudo polifásico a fim de contribuir para o conhecimento da diversidade microbiana em ambientes extremos como reservatórios de petróleo.