Determination of sulfate reducing bacterial population in the Black Sea sediments by flourescence in situ hybridization technique

Abstract

VI ÖZET Sülfat indirgeyen bakteri (SİB) belkide dünyadaki en eski yaşam formlarından biridir. Jeolojik kaya bulgularına göre bu gurup dünya atmosferindeki oksijen miktarının az olduğu zamanlardan kalma bir milyar yıl öncesinin izlerini taşımaktadır. İlk SİB bulgularına 3400 yıllık pyrite minerallerinde (FeS2) rastlanmıştır. Ekstrem fiziksel ve kimyasal şartlara kolay adapte olabilmesi nedeniyle global jeokimyasal çevrimlerde önemli rol oynar. rRNA dizisi analizi SİB türünü 4 farklı guruba ayırır: Gram-negatif mezofilik SİB; Gram-pozitif spor oluşturan SİB; Termofilik bakteriyel SİB; ve Termofilik arkeal SİB. Karadeniz, yeryüzündeki en büyük anoksik su kütlesidir. Oksijenli ve hidrojen sülfürlü olmak üzere iki farklı tabakadan oluşur. Karadenizin yüzeyinin (0-75 metre,güneş ışığının ulaştığı bölüm) çok miktarda oksijene (oksik bölge) sahip olmasına karşın 125 metrenin altında hiç oksijen yoktur. Burası sülfat indirgeyen bakterilerin baskm olduğu anoksik veya `ölü bölge` nin başlangıcıdır. Bu çalışmada, Karadenizin değişik bölgelerinden alman dip çamurlarında sülfat indirgeyen bakteri topluluğunun çeşitliliği araştırıldı. Bu maksatla Florasanlı yerinde hibritleşme (FISH) tekniği kullanıldı ki bu teknik doğal mikrobiyal toplulukların karakterizasyonunda diğer kültür bazlı geleneksel metodlara göre bir çok önemli avantaja sahiptir. Karadenizde SİB populasyonu çeşitliliği kıyı (oksik) ile merkez (anoksik) istasyon çamurları, ve merkez istasyonda derinliğe bağlı olarak kıyaslanmıştır. Desulfococcus ve Desulfosarcina (SRB 814-SRB 804) problanna ait işaretler Karadeniz çamurlarındaki prokaryotik topluluğun önemli bölümünü temsil eder. SİB populasyonu anoksik derin bölgelerde oksik sığ bölgelere göre daha fazla bulunmuştur. Fluff ve çamurdaki organik içerik sığ istasyonlardan derin istasyonlara doğru yükselme eğiliminde olduğundan, merkez istasyonlardan alman çamur numunelerindeki toplam organik kardon miktarı diğerlerine göre daha yüksektir. Çamur numunesi derinliği boyunca tür bazında bir değişme olmamasına karşın, SİB miktarı toplam organik karbon konsantrasyonuyla paralel olarak değişim göstermiştir.

ABSTRACT Sulfate reducing bacteria (SRB) may be one of the oldest forms of life on Earth. They can be traced back billions of years in the geologic rock record to the Early Archean when oxygen concentrations in Earth's atmosphere were low. Ancient SRB left their first mark on their environment in pyrite minerals (FeS2) as old as 3400 million years. Today, these microorganisms are widespread in marine and terrestrial aquatic environments. Their ability to adapt to extreme physical and chemical conditions enables them to play an important role in global geochemical cycles. Analysis of rRNA sequences has allowed organization of the various SRB species into four distinct groups: Gram-negative mesophilic SRB; Gram-positive spore forming SRB; Thermophilic bacterial SRB; and Thermophilic archaeal SRB. All of these groups are characterized by their use of sulfate as a terminal electron acceptor during anaerobic respiration. The Black Sea is the largest anoxic water body of the world. It is stratified into two distinct layers; a layer with oxygen and a layer of H2S. The top part of the Black Sea (0-75 m) has a lot of oxygen (oxic zone), however, there is no oxygen lower than 125 m depth. This is the beginning of the anoxic or `Dead Zone` where SRB dominate. In this study, diversity of SRB population was investigated in sediment samples from several locations in the Black Sea by using Fluorescence in situ Hybridization (FISH) technique which has substantial advantages over traditional culture-based methods for the characterization of natural microbial populations. SRB populations in the coastal (oxic) and central (anoxic) stations and depth-related diversity in the sediment sample at Central station (Station 5) of the Black Sea were investigated. Presence of Desulfococcus and Desulfosarcina groups being the most commonly detected SRB represents a substantial proportion of the prokaryotic community in the Black Sea sediments. SRB populations were mostly found more numerious in deeper anoxic parts than shallower oxic parts of the Black Sea. There was no real difference in diversity of SRB population depending upon core depth but the number of SRB population changed parallel with the organic content through the sediment profile.