Sulfate reducing bacteria as secondary and necessary pathogens in black band disease of corals / Bacterias reductoras de sulfato como patógenos secundarios y necesarios en la enfermedad de la banda negra de coral

ABSTRACT

Black band disease (BBD) is a complex, polymicrobial disease that consists of cyanobacteria, sulfide-oxidizing and sulfate-reducing bacteria (SRB), and heterotrophic bacteria. The cyanobacterium Roseofilum reptotaenium has been implicated as the primary pathogen of BBD, but other consortium members may be secondary pathogens that are necessary to the development of the disease. It is known that populations of the sulfate-reducing bacterium Desulfovibrio are present in BBD and that these populations generate sulfide within the band as a byproduct of dissimilatory sulfate reduction. It is also known that exposure of healthy corals to sulfide leads to cell lysis and coral tissue death. Previous work showed that when freshly collected BBD, which easily infects healthy corals, is exposed to sodium molybdate, a specific inhibitor of sulfate reduction, infection does not occur. In this study we examined the effect of sodium molybdate on infection of corals by a unialgal culture of R. reptotaenium. Coral fragments of Montastraea cavernosa and Siderastrea siderea were transferred into two experimental aquaria, one a control with only artificial seawater (ASW) and the second containing ASW and 2mM sodium molybdate. Small mats of cultured R. reptotaenium were inoculated onto the surface of experimental coral fragments. Both M. cavernosa (n = 6) and S. siderea (n=4) became infected and developed BBD-like infections in the control tank, while there were temporary attachments to, but no successful infection of M. cavernosa (n=3) or S. siderea (n=2) in the experimental tank containing sodium molybdate. The results of this study reveal that a secondary pathogen is essential to the infection process and development of BBD in scleractinian corals. Specifically, SRB such as Desulfovibrio are required for the development of BBD on the coral host. This is the first step in understanding the roles of secondary pathogens in a complex, polymicrobial coral disease.

RESUMEN

La enfermedad de la Banda Negra (BBD) es una enfermedad polimicrobiana compleja, que consiste en las cianobacterias, sulfuro oxidante y bacterias reductoras de sulfato (SRB) y bacterias heterotróficas. La cianobacteria Roseofilum reptotaenium se considera como el principal patógeno de BBD, pero otros miembros del consorcio pueden ser patógenos secundarios que son necesarios para el desarrollo de la enfermedad. Se conoce que las poblaciones de la bacteria reductora de sulfato Desulfovibrio están presentes en BBD y que estas poblaciones generan sulfuro dentro de la banda como un subproducto de la reducción del sulfato. También se conoce que la exposición de los corales sanos a sulfuro conduce a la lisis celular y la muerte del tejido de coral. Trabajos previos muestran que cuando recién colectado el tejido con BBD, que infecta fácilmente corales sanos, se expone al molibdato de sodio, un inhibidor específico de la reducción del sulfato, la infección no se produce. En este estudio analizamos el efecto del molibdato de sodio sobre la infección de los corales en un cultivo unialgal de R. reptotaenium. Fragmentos de coral de Montastraea cavernosa y Siderastrea siderea se transfirieron a dos acuarios experimentales, uno control con solo agua de mar artificial (ASW) y el segundo que contenía ASW y molibdato de sodio 2mM. Pequeñas esteras de cultivo R. reptotaenium se inocularon en la superficie de fragmentos experimentales de coral. Tanto M. cavernosa (n=6) y S. siderea (n=4) se infectaron y desarrollaron infecciones BBD- como en el tanque de control, mientras que había adjuntos temporales, sin infección exitosa en M. cavernosa (n=3) o S. siderea (n=2) en el tanque experimental con molibdato de sodio. Los resultados de este estudio revelan que un patógeno secundario es esencial para el proceso de infección y el desarrollo de BBD en corales escleractíneos. Específicamente, SRB como Desulfovibrio son necesarios para el desarrollo de BBD en el coral hospedero. Este es el primer paso en la comprensión de las funciones de los patógenos secundarios en una enfermedad polimicrobiana compleja de coral.