16S rDNS analysis of microbial communities in anoxic marine sediments of the Marmara sea

Abstract

Marmara Denizi sedimentleri iklimsel, biyolojik ve kimyasal degisimlerin büyükölçüde hassas bir kaydını tuttuguna inanıldıgından önemlidirler. Marmara Denizi bugünciddi olarak kirlenmis bir su kütlesidir.Bu çalısmada, Marmara Denizi'nin hidrokarbonlarla kirlenmis iki bölgesindeözellikle hidrokarbonları degrede etme kapasitesi ve karbon, sulfur ile organik maddegiderim yetenegi olan mikrobiyal çesitliligin varlıgı kültürden-bagımsız tekniklerleincelenmistir. Genel mikrobiyal komünite yapısı PCR ile çogaltılmıs 16S rRNA genlerininklonlanması ve dizi analizi ile tanımlanmıstır. Denaturan Egimli Jel Elektroforezi (DGGE)metodu Tuzla ve Moda kıyı sedimentlerinde mikrobiyal komünitelerin mevsimseldagılımını incelemek için kullanılmıstır.Asetat metabolizmasıyla iliskili olan global öneme sahip Methanosaeta türleri veMethanosarcinales Tuzla 16S rDNA arkeyal klon kütüphanelerinde baskın olarakgörülmüsken, Moda arkeyal klon kütüphanerinde Methanothermococcus sp. baskın türolarak bulunmustur. Nitrat indirgeme kapasitesinde ki bir sulfur oksitleyici bakteri olanEpsilon Proteobacterium Dex80-2 Tuzla sedimentlerinin bakteriyal klon kütüphanesindebaskın olarak görülmüstür ve bir fermentative bakteri olan Catenibacterium mitsuokai deModa bakteriyal klon kütüphanesinde baskın olarak bulunmustur. Klon kütüphanelerinindizi analizi, Tuzla anoksik sediment numunelerinde Moda'dan elde edilenden daha yüksekbir mikrobiyal çesitlilik oldugunu ortaya koymustur ve anoksik kosullarda hüküm sürenpotansiyel metabolik süreçlerin anlasılmasına hizmet etmistir. Arkeyal ve bakteriyaltürlerin klon kütüphanelerindeki görülme sıklıgına dayanarak, metilotrofik methanogenesisve denitrifikasyon Tuzla'da ki baskın prosesler olarak bulunmusken, hidrogenotrofikmetanogenesis ve fermentasyon da Moda'da baskın olan potansiyel prosesler olarakgörülmüstür. Sonuçlar daha önce arastırılmamıs olan bu iki alanın da mikrobiyalkompozisyonunun karsılastırılmasına essiz bir fırsat saglamıstır. DGGE datası, Tuzlasedimentlerinin mikrobiyal çesitliliginde daha kaydadeger bir mevsimsel degisim ortayakoymustur.

The sediments of the Marmara Sea are of importance since they are believed to havebeen a rather sensitive recorder of climatic, biological and chemical changes and watermassmovements in the region. The Marmara Sea is now a critically polluted water body.In this study, microbial diversity especially with a potential to degrade hydrocarbonsand ability to remove carbon, sulphur and organic matter in anoxic sediments from two ofthe hydrocarbon polluted regions of the Marmara Sea were investigated using cultureindependenttechniques. Overall microbial community structures were characterized bycloning and sequencing of PCR-amplified taxonomic16S rRNA genes. DenaturingGradient Gel Electrophoresis was used to investigate the seasonal distribution of themicrobial communities in coastal sediments from Tuzla and Moda.Globally important Methanosaeta species in respect to acetate metabolism andMethanosarcinales dominated the 16S rDNA archaeal clone library of Tuzla, whereasMethanothermococcus sp. dominated the archaeal clone library of Moda. A sulfuroxidizing bacterium, Epsilon Proteobacterium Dex80-27 which is able to reduce nitratedominanated the bacterial clone library of Tuzla sediments and a fermentative bacterium,Catenibacterium mitsuokai dominated the bacterial clone library of Moda. The sequencingof clone libraries revealed a higher microbial diversity in anoxic sediment samples ofTuzla than that of derived from Moda and served to understand the potential dominantmetabolic processes prevailing under anoxic conditions. Based on the frequencies ofarchaeal and bacterial species in the clone libraries, methylotrophic methanogenesis anddenitrification were found as the potential dominant metabolic processes in Tuzlasediments, whereas hydrogenotrophic methanogenesis and fermentation appeared to be thepotential dominant metabolic processes in Moda sediments. The results provided a uniqueopportunity to compare the microbial composition of both sites which had not beeninvestigated before. DGGE data revealed a more significant change in microbialcommunity structure of Tuzla sediments.