Tesis de Maestría
Santiago Cadena Rodríguez.
Estudio de los procesos de metanogénesis y sulfato reducción en tapetes microbianos de ambientes hipersalinos.
Resumen
http://hdl.handle.net/11627/4902
Terminada: 2016
Cervantes-Carrillo F.López-Lozano N
RESUMEN
En ambientes hipersalinos, la metanogénesis ocurre típicamente a partir de compuestos metilados, principalmente trimetilamina y metanol, los cuales han sido denominados como sustratos “no competitivos”. En el presente trabajo, a través de incubaciones de microcosmos, se evaluó la competencia por diferentes sustratos entre arqueobacterias metanogénicas y bacterias sulfato reductoras, en tapetes microbianos de ambientes hipersalinos de Guerrero Negro, Baja California Sur, México. Los sustratos que más estimularon la sulfato reducción fueron el acetato y el lactato, con tasas respiratorias máximas de 5.88 y 2.57 mmol por gramo de sedimento por día (mmol/gsed –d) cada uno, mientras que, los sustratos preferentes para la metanogénesis, fueron la trimetilamina y el metanol, con tasas respiratorias de 1.09 y 0.92 mmol/gsed –d, respectivamente. Se encontró que tanto la trimetilamina como el metanol, son sustratos potenciales para la sulfato reducción en estos ecosistemas. Por otro lado, en las incubaciones donde el sulfato fue retirado, se detectó actividad metanogénica acetoclástica, la cual no había sido previamente reportada en ecosistemas hipersalinos. El presente estudio aporta nueva información sobre el uso de sustratos por arqueobacterias metanogénicas y bacterias sulfato reductoras en ambientes hipersalinos y sobre la compartición de sustratos por ambos grupos microbianos, sugiriendo abrir de nuevo la discusión si realmente existen sustratos exclusivos para la metanogénesis en estos ecosistemas.
ABSTRACT
Methanogenesis in hypersaline environments typically occurs from methylated compounds, mainly trimethylamine and methanol, which have been called as "noncompetitive" substrates. In this work, through microcosm incubations, competition of different substrates was evaluated between methanogenic archaea and sulfate-reducing bacteria in hypersaline microbial mats from Guerrero Negro, Baja California Sur, Mexico. Acetate and lactate promoted sulfate reduction with maximal respiratory rates of 5.88 and 2.57 mmol per gram of sediment per day (mmol/gsed-d). Preferred substrates for methanogenesis were trimethylamine and methanol, with respiratory rates of 1.09 and 0.92 mmol/gsed-d, respectively. We found that both trimethylamine and methanol, are potential substrates for sulfate reduction in these ecosystems. Furthermore, in incubations where sulfate was removed, acetoclastic methanogenic activity was detected, which had not previously been reported in hypersaline ecosystems. This study provides new information on the use of substrates by methanogenic archaea and sulfate-reducing bacteria in hypersaline environments and sharing substrates by both microbial groups, suggesting reopen the discussion if there really exist “non-competitive” substrates for methanogenesis in these ecosystems.
Artículos
Methanogenic and Sulfate-Reducing Activities in a Hypersaline Microbial Mat and Associated Microbial Diversity (2018).
Resumen
https://doi.org/10.1007/s00248-017-1104-x
ABSTRACT
Methanogenesis and sulfate reduction are important microbial processes in hypersaline environments. However, key aspects determining substrate competition between these microbial processes have not been well documented. We evaluated competitive and non-competitive substrates for stimulation of both processes through microcosm experiments of hypersaline microbial mat samples from Guerrero Negro, Baja California Sur, Mexico, and we assessed the effect of these substrates on the microbial community composition. Methylotrophic methanogenesis evidenced by sequences belonging to methanogens of the family Methanosarcinaceae was found as the dominant methanogenic pathway in the studied hypersaline microbial mat. Nevertheless, our results showed that incubations supplemented with acetate and lactate, performed in absence of sulfate, also produced methane after 40 days of incubation, apparently driven by hydrogenotrophic methanogens affiliated to the family Methanomicrobiaceae. Sulfate reduction was mainly stimulated by addition of acetate and lactate; however, after 40 days of incubation, an increase of the H2S concentrations in microcosms amended with trimethylamine and methanol was also observed, suggesting that these substrates are putatively used for sulfate reduction. Moreover, 16S rRNA gene sequencing analysis showed remarkable differences in the microbial community composition among experimental treatments. In the analyzed sample amended with acetate, sulfate-reducing bacteria (SRB) belonging to the family Desulfobacteraceae were dominant, while members of Desulfohalobiaceae, Desulfomicrobiaceae, and Desulfovibrionaceae were found in the incubation with lactate. Additionally, we detected an unexpected high abundance of unclassified Hydrogenedentes (near 25%) in almost all the experimental treatments. This study contributes to better understand methanogenic and sulfate-reducing activities, which play an important role in the functioning of hypersaline environments.
RESUMEN
La metanogénesis y la reducción de sulfatos son procesos microbianos importantes en ambientes hipersalinos. Sin embargo, los aspectos clave que determinan la competencia de sustrato entre estos procesos microbianos no han sido bien documentados. Evaluamos sustratos competitivos y no competitivos para la estimulación de ambos procesos a través de experimentos de microcosmos de muestras de esterillas microbianas hipersalinas de Guerrero Negro, Baja California Sur, México, y evaluamos el efecto de estos sustratos en la composición de la comunidad microbiana. La metanogénesis metilotrófica evidenciada por secuencias pertenecientes a metanógenos de la familia Methanosarcinaceae se encontró como la vía metanogénica dominante en la estera microbiana hipersalina estudiada. Sin embargo, nuestros resultados mostraron que las incubaciones suplementadas con acetato y lactato, realizadas en ausencia de sulfato, también produjeron metano después de 40 días de incubación, aparentemente impulsado por metanógenos hidrogenotróficos afiliados a la familia Methanomicrobiaceae. La reducción de sulfato se estimuló principalmente mediante la adición de acetato y lactato; sin embargo, después de 40 días de incubación, también se observó un aumento de las concentraciones de H2S en microcosmos modificados con trimetilamina y metanol, lo que sugiere que estos sustratos se utilizan supuestamente para la reducción de sulfatos. Además, el análisis de secuenciación del gen del ARNr 16S mostró diferencias notables en la composición de la comunidad microbiana entre los tratamientos experimentales. En la muestra analizada modificada con acetato predominaron las bacterias sulfato-reductoras (SRB) pertenecientes a la familia Desulfobacteraceae, mientras que miembros de Desulfohalobiaceae, Desulfomicrobiaceae y Desulfovibrionaceae se encontraron en la incubación con lactato. Además, detectamos una alta abundancia inesperada de Hydrogenedentes no clasificados (cerca del 25%) en casi todos los tratamientos experimentales. Este estudio contribuye a comprender mejor las actividades metanogénicas y reductoras de sulfato, que juegan un papel importante en el funcionamiento de los ambientes hipersalinos.