In this study was performed to analyze quantitatively the number of viable but non-culturable bacteria in the Pine and Quercus forest soil by improved direct viable count (DVC) and plate count (PC) methods. The number of living bacteria of Pine and Quercus forest soil by PC method were less then 1% of DVC method. This result showed that viable but non-culturable (VBNC) bacteria existed in the forest soil with high percentage. Diversity and structure of VBNC bacterial populations in forest soil were analyzed by direct extracting of DNA and 16S rDNA-ARDRA from Pine and Quercus forest soil. Each of them obtained 111 clones and 108 clones from Pine and Quercus forest soil. Thirty different RFLP types were detected from Pine forest soil and twenty-six different RFLP types were detected from Quercus forest soil by HeaIII. From ARDRA groups, dominant clones were selected for determining their phylogenetic characteristics based on 16S rDNA sequence. Based on the 16S rDNA sequences, dominant clones from ARDRA groups of Pine forest soil were classified into 7 major phylogenetic groups ${\alpha}$-proteobacteria (12 clones), ${\gamma}$-proteobacteria (3 clones), ${\delta}$-proteobacteria (1 clone), Flexibacter/Cytophaga (1 clone), Actinobacteria (4 clones), Acidobacteria (4 clones), Planctomycetes (5 clones). Also, dominant clones from ARDRA groups of Quercus forest soil were classified into 6 major phylogenetic groups : ${\alpha}$-proteobacte,ia (4clones), ${\gamma}$-proteobacteria (2 clones), Actinobacteria (10 clones), Acidobacteria (8 clones), Planctomycetes (1 clone), and Verrucomicobia (1 clone). Result of phylogeneric analysis of microbial community from Pine and Quercus forest soils were mostly confirmed at uncultured or unidentified bacteria, VBNC bacteria of over 99% existent in forest soil were confirmed variable composition of unknown micro-organism.
Genetic diversity of 18 Acanthamoeba isolates from ocean sediments was evaluated by comparing mitochondrial (mt) DNA RFLP, 18S rDNA sequences and by examining their cytopathic effects on human corneal epithelial cells versus reference strains. All isolates belonged to morphologic group II. Total of 16 restriction phenotypes of mtDNA from 18 isolates demonstrated the genetic diversity of Acanthamoeba in ocean sediments. Phylogenetic analysis using 18s rDNA sequences revealed that the 18 isolates were distinct from morphological groups I and III. Fifteen isolates showed close relatedness with 17 clinical isolates and A. castellanii Castellani and formed a lineage equivalent to T4 genotype of Byers' group. Two reference strains from ocean sediment, A. hatchetti BH-2 and A. griffini S-7 clustered unequivocally with these 15 isolates. Diversity among isolates was also evident from their cytopathic effects on human corneal cells. This is the first time describing Acanthamoeba diversity in ocean sediments in Korea.
In-situ Air sparging (IAS) is a groundwater remediation technique, in which organic contaminants volatilize into air form the saturated to vadose zone. This study was carried out to evaluate the effect of sludge and soil microbial community structure on air sparging of Total Petroleum Hydrocarbons (TPH) contaminated groundwater soils. In the laboratory, diesel (10,000 mg TPH/kg) contaminated saturated soil. The Air was injected in intermittent (Q=1500 mL/min, 10 minute injection and 10 minute idle) modes. For Terminal-Restriction Fragment Length Polymorphism (T-RFLP) analysis of eubacterial communities in sludge of wastewater treatment plants and soil of experiment site, the 16S rDNA was amplified by Polymerase Chain Reaction (PCR) from the sludge and the soil. The obtained 16S rDNA fragments were digested with Msp I and separated by electrophoresis gel. We found various sequence types for experiment with sludge soil samples that were closely related to Agrococcus, Flavobacterium, Thermoanaerobacter, Flexibacter and Shewanella, etc, in the clone library. The results of the present study suggests that T-RFLP method may be applied as a useful tool for the monitoring in the TPH contaminated soil the fate of microorganisms in natural microbial community.
Polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism (PCR-RFLP) and subsequent sub-cloning and sequencing were used in this study to analyze the molecular phylogenetic diversity and spatial distribution of bacterial communities in different spatial locations during the cooling stage of composted swine manure. Total microbial DNA was extracted, and bacterial near full-length 16S rRNA genes were subsequently amplified, cloned, RFLP-screened, and sequenced. A total of 420 positive clones were classified by RFLP and near-full-length 16S rDNA sequences. Approximately 48 operational taxonomic units (OTUs) were found among 139 positive clones from the superstratum sample; 26 among 149 were from the middle-level sample and 35 among 132 were from the substrate sample. Thermobifida fusca was common in the superstratum layer of the pile. Some Bacillus spp. were remarkable in the middle-level layer, and Clostridium sp. was dominant in the substrate layer. Among 109 OTUs, 99 displayed homology with those in the GenBank database. Ten OTUs were not closely related to any known species. The superstratum sample had the highest microbial diversity, and different and distinct bacterial communities were detected in the three different layers. This study demonstrated the spatial characteristics of the microbial community distribution in the cooling stage of swine manure compost.
Hot air sparging is a groundwater remediation technique, in which organic contaminants volatilized into hot air from the saturated to vadose zone. In the laboratory diesel (10,000 mg TPH/kg) was spiked in contaminated saturated aquifer soil. The hot air ($34.9{\pm}2.7^{\circ}C$) was injected in intermittent (Q=1,500 mL/min, 10 minute injection and 10 minute idle) modes. We performed microcosm tests using the groundwater samples to assess TPH reductive remediation activity. For Terminal-Restriction Fragment Length Polymorphism (T-RFLP) analysis of eubacterial communities in sludge of wastewater treatment plants and soil of experiment site, the 16S rDNA was amplified by Polymerase Chain Reaction (PCR) from the sludge and the soil. The obtained 16S rDNA fragments were digested with Msp I and separated by electrophoresis gel. We found various sequence types for hot air sparging experiment with sludge soil samples that were closely related to Bacillus (149 bp, Firmicutes), Methlobacterium (149 bp, Euryarchaeotes), Pseudomonas (492 bp, ${\gamma}$-Proteobacteria), etc., in the clone library. In this study we find that TPH-water was reduced to 78.9% of the initial value in this experiment aquifer. The results of the present study suggests that T-RFLP method may be applied as a useful tool for the monitoring in the TPH contaminated soil fate of microorganisms in natural microbial community.
The effect of phenol on the change of bacterial community in the effluent water from a wastewater treatment plant was analyzed by PCR and terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP). The fragments of 16S rDNA were amplified by PCR with bacterial primers, where one of the primers was biotinylated at the 5'-end. After digestion with restriction enzymes, HaeIII and AluI, the biotinylated terminal restriction tragments (T-RFs) of the digested products were selectively isolated by using streptavidin paramagnetic particles. The single-stranded DNA of T-RFs was separated by electrophoresis on a polyacrylamide gel and detected by silver staining technique. When 10 standard strains were analyzed by our method, each strain had a unique T-RF which corresponded to the calculated size from the known sequences of RDP database. The T-RFLP fingerprint generated from the effluent water was very complex, and the predominant T-RFs corresponded to members of the genus Acinetobacter, Bacillus and Pseudomonas. In addition, the perturbation of bacterial community was observed when phenol was added to the sample at the final concentration of 250 $l^{-1}$. The number of T-RFs increased and the major bacterial population could be assigned to the genus Acinetobacter, Comamonas, Cytophaga and Pseudomonas. A intense band assigned to the putative genera of Acinetobacter and Cytophaga was eluted, amplified, and sequenced. The nucleotide sequence of the T-RF showed close relationship with the sequence of Acinetobacter junii.
In this study, we describe our newly-developed sensitive two-stage PCR procedure for the detection of 13 common mycoplasmal contaminants (M. arthritidis, M. bovis, M. fermentans, M. genitalium, M. hominis, M. hyorhinis, M. neurolyticum, M. orale, M. pirum, M. pneumoniae, M. pulmonis, M. salivarium, U. urealyticum). For primary amplification, the DNA regions encompassing the 16S and 23S rRNA genes of 13 species were targeted using general mycoplasma primers. The primary PCR products were then subjected to secondary nested PCR, using two different primer pair sets, designed via the multiple alignment of nucleotide sequences obtained from the 13 mycoplasmal species. The nested PCR, which generated DNA fragments of 165-353 bp, was found to be able to detect 1-2 copies of the target DNA, and evidenced no cross-reactivity with the generated DNA of related microorganisms or of human cell lines, thereby confirming the sensitivity and specificity of the primers used. The identification of contaminated species was' achieved via the performance of restriction fragment length polymorphism (RFLP) coupled with Sau3AI digestion. The results obtained in this study furnish evidence suggesting that the employed assay system constitutes an effective tool for the disagnosis of mycoplasmal contamination in cell culture systems.
Terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) is a method that has been frequently used to survey the microbial diversity of environmental samples and to monitor changes in microbial communities. T-RFLP is a highly sensitive and reproducible procedure that combines a PCR with a labeled primer, restriction digestion of the amplified DNA, and separation of the terminal restriction fragment (T-RF). The reliable identification of T-RF requires the information of nucleotide sequences as well as the size of T-RF. However, it is difficult to obtain the information of nucleotide sequences because the T-RFs are fragmented and lack a priming site of 3'-end for efficient cloning and sequence analysis. Here, we improved on the T-RFLP method in order to analyze the nucleotide sequences of the distinct T-RFs. The first method is to selectively amplify the portion of T-RF ligated with specific oligonucleotide adapters. In the second method, the termini of T-RFs were tailed with deoxynucleotides using terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) and amplified by a second round of PCR. The major T-RFs generated from reference strains and from T-RFLP profiles of activated sludge samples were efficiently isolated and identified by using two modified T-RFLP methods. These methods are less time consuming and labor-intensive when compared with other methods. The T-RFLP method using TdT has the advantages of being a simple process and having no limit of restriction enzymes. Our results suggest that these methods could be useful tools for the taxonomic interpretation of T-RFs.
Lu Shipeng;Park Min-Jeong;Ro Hyeon-Su;Lee Dae-Sung;Park Woo-Jun;Jeon Che-Ok
Journal of Microbiology
/
v.44
no.2
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pp.155-161
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2006
Comparative analysis of microbial communities in a sequencing batch reactor which performed enhanced biological phosphorus removal (EBPR) was carried out using a cultivation-based technique and 16S rRNA gene clone libraries. A standard PCR protocol and a modified PCR protocol with low PCR cycle was applied to the two clone libraries of the 16S rRNA gene sequences obtained from EBPR sludge, respectively, and the resulting 424 clones were analyzed using restriction fragment length polymorphisms (RFLPs) on 16S rRNA gene inserts. Comparison of two clone libraries showed that the modified PCR protocol decreased the incidence of distinct fragment patterns from about 63 % (137 of 217) in the standard PCR method to about 34 % (70 of 207) under the modified protocol, suggesting that just a low level of PCR cycling (5 cycles after 15 cycles) can significantly reduce the formation of chimeric DNA in the final PCR products. Phylogenetic analysis of 81 groups with distinct RFLP patterns that were obtained using the modified PCR method revealed that the clones were affiliated with at least 11 phyla or classes of the domain Bacteria. However, the analyses of 327 colonies, which were grouped into just 41 distinct types by RFLP analysis, showed that they could be classified into five major bacterial lineages: ${\alpha},\;{\beta},\;{\gamma}-$ Proteobacteria, Actinobacteria, and the phylum Bacteroidetes, which indicated that the microbial community yielded from the cultivation-based method was still much simpler than that yielded from the PCR-based molecular method. In this study, the discrepancy observed between the communities obtained from PCR-based and cultivation-based methods seems to result from low culturabilities of bacteria or PCR bias even though modified culture and PCR methods were used. Therefore, continuous development of PCR protocol and cultivation techniques is needed to reduce this discrepancy.
Soil is a dynamic biological system, in which it is difficult to determine the composition of microbial communities. Knowledge of microbial diversity and function in soils are limited because of the taxonomic and methodological limitations associated with studying the organisms. In this review, approaches to measure microbial diversity in soil were discussed. Research on soil microbes can be categorized as structural diversity, functional diversity and genetic diversity studies, and these include cultivation based and cultivation independent methods. Cultivation independent technique to evaluate soil structural diversity include different techniques such as Phospholipid Fatty Acids (PLFA) and Fatty Acid Methyl Ester (FAME) analysis. Carbon source utilization pattern of soil microorganisms by Community Level Physiological Profiling (CLPP), catabolic responses by Substrate Induced Respiration technique (SIR) and soil microbial enzyme activities are discussed. Genetic diversity of soil microorganisms using molecular techniques such as 16S rDNA analysis Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) / Temperature Gradient Gel Electrophoresis (TGGE), Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism (T-RFLP), Single Strand Conformation Polymorphism (SSCP), Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP) / Amplified Ribosomal DNA Restriction Analysis (ARDRA) and Ribosomal Intergenic Spacer Analysis (RISA) are also discussed. The chapter ends with a final conclusion on the advantages and disadvantages of different techniques and advances in molecular techniques to study the soil microbial diversity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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