Time series genome-centric analysis unveils bacterial response to operational disturbance in activated sludge

Understanding ecosystem response to disturbances and identifying the most critical traits for the maintenance of ecosystem functioning are important goals for microbial community ecology. In this study, we used 16S rRNA amplicon sequencing and metagenomics to investigate the assembly of bacterial populations in a full-scale municipal activated sludge wastewater treatment plant over a period of 3 years, including a 9-month period of disturbance characterized by short-term plant shutdowns. Following the reconstruction of 173 metagenome-assembled genomes, we assessed the functional potential, the number of rRNA gene operons, and the in situ growth rate of microorganisms present throughout the time series. Operational disturbances caused a significant decrease in bacteria with a single copy of the rRNA (rrn) operon. Despite moderate differences in resource availability, replication rates were distributed uniformly throughout time, with no differences between disturbed and stable periods. We suggest that the length of the growth lag phase, rather than the growth rate, is the primary driver of selection under disturbed conditions. Thus, the system could maintain its function in the face of disturbance by recruiting bacteria with the capacity to rapidly resume growth under unsteady operating conditions.Fil: Pérez, María Victoria. Agua y Saneamientos Argentinos S.a.; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Guerrero, Leandro Demián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Orellana, Esteban. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Figuerola, Eva Lucia Margarita. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; ArgentinaFil: Erijman, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; Argentin

Comparative metagenomic analysis reveals mechanisms for stress response in hypoliths from extreme hyperarid deserts

Understanding microbial adaptation to environmental stressors is crucial for interpreting broader ecological patterns. In the most extreme hot and cold deserts, cryptic niche communities are thought to play key roles in ecosystem processes and represent excellent model systems for investigating microbial responses to environmental stressors. However, relatively little is known about the genetic diversity underlying such functional processes in climatically extreme desert systems. This study presents the first comparative metagenome analysis of cyanobacteria-dominated hypolithic communities in hot (Namib Desert, Namibia) and cold (Miers Valley, Antarctica) hyperarid deserts. The most abundant phyla in both hypolith metagenomes were Actinobacteria, Proteobacteria, Cyanobacteria and Bacteroidetes with Cyanobacteria dominating in Antarctic hypoliths. However, no significant differences between the twometagenomeswere identified. The Antarctic hypolithicmetagenome displayed a high number of sequences assigned to sigma factors, replication,recombination andrepair, translation, ribosomal structure,andbiogenesis. In contrast, theNamibDesert metagenome showed a high abundance of sequences assigned to carbohydrate transport and metabolism. Metagenome data analysis also revealed significantdivergence inthe geneticdeterminantsof aminoacidandnucleotidemetabolismbetween these two metagenomes and those of soil from other polar deserts, hot deserts, and non-desert soils. Our results suggest extensive niche differentiation in hypolithic microbial communities from these two extreme environments and a high genetic capacity for survival under environmental extremes.Fil: Le, Phuong Thi. University of Pretoria; Sudáfrica. Vlaams Instituut voor Biotechnologie; Bélgica. University of Ghent; BélgicaFil: Makhalanyane, Thulani P.. University of Pretoria; SudáfricaFil: Guerrero, Leandro Demián. University of Pretoria; Sudáfrica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Vikram, Surendra. University of Pretoria; SudáfricaFil: Van De Peer, Yves. University of Pretoria; Sudáfrica. Vlaams Instituut voor Biotechnologie; Bélgica. University of Ghent; BélgicaFil: Cowan, Don A.. University of Pretoria; Sudáfric

Impact of the recent advances in the analysis of microbial communities on the control of the wastewater treatment process

Una de las funciones principales de la biotecnología ambiental es ocuparse del estudio de comunidades microbianas que proveen servicios esenciales para la sociedad. Más allá de las similitudes que presenta con la microbiología industrial y la agrícola, la biotecnología ambiental presenta peculiaridades, tales como los objetivos de proceso, las características de la biomasa y el tipo y modo de alimentación (sustratos), que la distinguen claramente de las otras disciplinas relacionadas. En este artículo se reseñan recientes avances en la ecología microbiana, la ecofisiología, la genómica y la ingeniería de procesos, para ilustrar cómo la integración de los nuevos conocimientos permite superar las limitaciones del análisis microbiológico clásico para entender, predecir y optimizar el funcionamiento de los procesos de tratamiento de efluentes.One of the main functions of environmental biotechnology is to address the study of microbial communities that provide essential services to society. Beyond the similarities with industrial and agricultural microbiology, the unique features exhibited by environmental biotechnology, such as process objectives, biomass characteristics and type and mode of feeding (substrates), allow a clear distinction from the other related disciplines. Recent advances in microbial ecology, ecophysiology, genomics and process engineering are herein reviewed to illustrate how the integration of the new knowledge can help overcome the shortcomings of classic microbiological analyses to understand, predict and optimize the performance of wastewater treatment.Fil: Erijman, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Figuerola, Eva Lucia Margarita. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Guerrero, Leandro Demián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Ayarza, Joaquín M.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentin

VIII Encuentro de Docentes e Investigadores en Historia del Diseño, la Arquitectura y la Ciudad

Acta de congresoLa conmemoración de los cien años de la Reforma Universitaria de 1918 se presentó como una ocasión propicia para debatir el rol de la historia, la teoría y la crítica en la formación y en la práctica profesional de diseñadores, arquitectos y urbanistas. En ese marco el VIII Encuentro de Docentes e Investigadores en Historia del Diseño, la Arquitectura y la Ciudad constituyó un espacio de intercambio y reflexión cuya realización ha sido posible gracias a la colaboración entre Facultades de Arquitectura, Urbanismo y Diseño de la Universidad Nacional y la Facultad de Arquitectura de la Universidad Católica de Córdoba, contando además con la activa participación de mayoría de las Facultades, Centros e Institutos de Historia de la Arquitectura del país y la región. Orientado en su convocatoria tanto a docentes como a estudiantes de Arquitectura y Diseño Industrial de todos los niveles de la FAUD-UNC promovió el debate de ideas a partir de experiencias concretas en instancias tales como mesas temáticas de carácter interdisciplinario, que adoptaron la modalidad de presentación de ponencias, entre otras actividades. En el ámbito de VIII Encuentro, desarrollado en la sede Ciudad Universitaria de Córdoba, se desplegaron numerosas posiciones sobre la enseñanza, la investigación y la formación en historia, teoría y crítica del diseño, la arquitectura y la ciudad; sumándose el aporte realizado a través de sus respectivas conferencias de Ana Clarisa Agüero, Bibiana Cicutti, Fernando Aliata y Alberto Petrina. El conjunto de ponencias que se publican en este Repositorio de la UNC son el resultado de dos intensas jornadas de exposiciones, cuyos contenidos han posibilitado actualizar viejos dilemas y promover nuevos debates. El evento recibió el apoyo de las autoridades de la FAUD-UNC, en especial de la Secretaría de Investigación y de la Biblioteca de nuestra casa, como así también de la Facultad de Arquitectura de la UCC; va para todos ellos un especial agradecimiento

Bacterial communities in soils under no-till crop production in the pampas region. Influence of management and proposal of new biological indicators

Los suelos son considerados uno de los ambientes más diversos y heterogéneos que se conocen. En ellos se producen innumerables procesos que permiten el reciclado y transformación de sustancias esenciales para la vida de plantas y animales. La mayoría de estos procesos son realizados por bacterias, y se ven afectados por distintos factores en el ambiente. Una de las principales causas que modifican estos ecosistemas es la producción agrícola. En los últimos tiempos el desarrollo de nuevas tecnologías, como la siembra directa podrían atenuar parcialmente el impacto de esta explotación. Sin embargo, el uso sustentable implica también la aplicación de prácticas de manejo, que incluyen rotaciones de cultivos, reposición de nutrientes y manejo integral de plagas. En este trabajo estudiamos la composición y dinámica de las comunidades de bacterias bajo prácticas contrastantes en siembra directa, con los objetivos de determinar de qué manera las prácticas agrícolas impactan sobre el suelo, y encontrar variaciones en las comunidades que puedan servir como indicadores de biológicos de calidad del suelo. Para el estudio se analizaron ambientes naturales y dos tratamientos de siembra directa que difieren principalmente en el régimen de rotación de cultivos, y otras características que los separan en Buenas y Malas prácticas agrícolas. Se tomaron datos de cuatro localidades diferentes de la región que abarca desde la provincia de Córdoba hasta Entre Ríos durante un periodo de dos años. Mediante la utilización de herramientas moleculares encontramos que las diferencias entre los distintos ambientes a nivel de las comunidades de bacterias y los taxones mayoritarios se ven influenciadas en primer lugar por las diferencias geográficas y en menor medida por los efectos del uso del suelo. A medida que aumentamos el nivel de resolución taxonómica encontramos que existen diferencias para determinados grupos que pueden separar las Buenas de las Malas prácticas. El número de bacterias pertenecientes al grupo de Acidobacteria Gp1 y al género Rubellimicrobium varían de forma dependiente de los tratamientos, por lo cual son potenciales candidatos como indicadores de calidad de suelos. Para esto proponemos la confección de un índice calculado como el cociente entre la proporción de bacterias de cada grupo encontradas en la muestra (Acidobacteria Gp1/Rubellimicrobium), respecto del número encontrado en un ambiente natural próximo.The soil is considered one of the most diverse and heterogeneous environments. They produce many processes that enable the recycling and transformation of substances essential for plant life and animals. Most of these processes are performed by bacteria, and are affected by different factors in the environment. One of the main causes that modify these ecosystems is agricultural production. The recent development of new technologies, such as no-till crop could reduce the impact of this exploitation. However, the sustainable use also involves the implementation of management practices, including crop rotations, nutrient replenishment and integrated pest management. In this work we have studied the composition and dynamics of bacterial communities under contrasting no-till crop systems in order to determine how impacts on soil, and to find variations in the communities that can serve as biological indicators of soil quality. For the study, two tillage treatments that differ mainly in the rotation regime and other features that separate into good and poor agricultural practices were analyzed. Data were collected from four different locations in the region from the province of Cordoba to Entre Rios for a period of two years. Using molecular tools we found that the differences between the different environments at the level of bacterial communities and major taxa, are influenced primarily by geographic differences and in lesser extent by the effects of land use. As we increased the level of taxonomic resolution, we found that there were differences for certain groups that can separate good from poor practices. The number of bacteria belonging to the Acidobacteria Gp1 group and the genus Rubellimicrobium varied depending on the treatments, suggesting that they could be potential candidates indicators of soil quality. To this end we propose the confection of an index calculated as the ratio (Acidobacteria Gp1/Rubellimicrobium) between the proportion of each group of bacteria found in the sample and the number found in a nearby grassland soil.Fil:Guerrero, Leandro Demián. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina

Nonrandom assembly of bacterial populations in activated sludge flocs

The aim of this work was to investigate the dynamics of assembly of bacterial populations in activated sludge flocs. We approached this question by following the development of active bacterial populations during floc development in four replicated lab-scale activated sludge reactors, in which solid retention time (SRT) was set at 4 days. The null hypothesis was that the similarities in community composition could be accounted for by the probability that the same organisms occur in more than one replicated reactor. Microscopic imaging showed that the size of flocs in reactors with biomass retention increased during the first few days until a steady-state size was reached. The diversity and community structure of the sludge in all reactors were analyzed during a period of up to ten SRT, using denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) of reverse-transcription polymerase chain reaction-amplified 16S rRNA. High rates of change in DGGE profiles from consecutive sampling points suggested a high level of dynamics in all reactors. This conclusion was confirmed by the application of the Raup and Crick probability-based similarity index (SRC) for the comparison of rRNA-based fingerprinting patterns, which indicated that bacterial communities within reactors were not significantly similar after three SRT (0.05 0.95) and became significantly dissimilar after five SRT (SRC 0.95). The fact that the patterns between replicates were more reproducible than expected by chance under highly dynamic conditions allowed us to reject the null hypothesis that activated sludge floc communities assemble randomly from the available source pool of bacteria. We suggest that communities progressively recruit from the available pool of bacterial species, each with particular ecological requirements that determine their time of emergence into the community. © 2009 Springer Science+Business Media, LLC.Fil: Ayarza, Joaquín M.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Guerrero, Leandro Demián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Erijman, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentin

Draft Genome Sequence of Williamsia sp. Strain D3, Isolated From the Darwin Mountains, Antarctica

Actinobacteria are the dominant taxa in Antarctic desert soils. Here, we describe the first draft genome of a member of the genus Williamsia (strain D3) isolated from Antarctic soil. The genome of this psychrotolerant bacterium may help to elucidate crucial survival mechanisms for organisms inhabiting cold desert soil systems.Fil: Guerrero, Leandro Demián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. University of Pretoria; Nueva ZelandaFil: Makhalanyane, T. P.. University of Pretoria; Nueva ZelandaFil: Aislabie, J. M.. University of Pretoria; Nueva ZelandaFil: Cowan, D. A.. University of Pretoria; Nueva Zeland

Draft genomic DNA sequence of the multi-resistant sphingomonas sp. strain AntH11 isolated from an Antarctic hypolith

Hypoliths are microbial communities that live underneath translucent rocks in desert ecosystems and represent a key refuge niche in the Antarctic Dry Valleys. These cryptic microbial assemblages are crucial as they mediate numerous ecosystem processes. Here, we present the first draft genome of a hypolith isolate belonging to the α-proteobacterial class and the genus Sphingomonas. The draft genome of Sphingomonas sp. strain AntH11 shows the capacity of this organism to adapt to the extreme cold and arid conditions encountered in Antarctic desert soils. Our result also suggests that its metabolic versatility and multidrug resistance constitutes an opportunistic advantage in competition with other hypolith-colonizing microorganisms.Fil: Gunnigle, Eoin. University of Pretoria; SudáfricaFil: Ramond, Jean-Baptiste. University of Pretoria; SudáfricaFil: Guerrero, Leandro Demián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. University of Pretoria; SudáfricaFil: Makhalanyane, Thulani P.. University of Pretoria; SudáfricaFil: Cowan, Don A.. University of Pretoria; Sudáfric

Long-run bacteria-phage coexistence dynamics under natural habitat conditions in an environmental biotechnology system

Bacterial viruses are widespread and abundant across natural and engineered habitats. They influence ecosystem functioning through interactions with their hosts. Laboratory studies of phage–host pairs have advanced our understanding of phenotypic and genetic diversification in bacteria and phages. However, the dynamics of phage–host interactions have been seldom recorded in complex natural environments. We conducted an observational metagenomic study of the dynamics of interaction between Gordonia and their phages using a three-year data series of samples collected from a full-scale wastewater treatment plant. The aim was to obtain a comprehensive picture of the coevolution dynamics in naturally evolving populations at relatively high time resolution. Coevolution was followed by monitoring changes over time in the CRISPR loci of Gordonia metagenome-assembled genome, and reciprocal changes in the viral genome. Genome-wide analysis indicated low strain variability of Gordonia, and almost clonal conservation of the trailer end of the CRISPR loci. Incorporation of newer spacers gave rise to multiple coexisting bacterial populations. The host population carrying a shorter CRISPR locus that contain only ancestral spacers, which has not acquired newer spacers against the coexisting phages, accounted for more than half of the total host abundance in the majority of samples. Phages genome co-evolved by introducing directional changes, with no preference for mutations within the protospacer and PAM regions. Metagenomic reconstruction of time-resolved variants of host and viral genomes revealed how the complexity at the population level has important consequences for bacteria-phage coexistence.Fil: Guerrero, Leandro Demián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Perez, María V.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Orellana, Esteban. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Piuri, Mariana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Quiroga, Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica; ArgentinaFil: Erijman, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentin

Metagenomic analysis provides insights into functional capacity in a hyperarid desert soil niche community

In hyperarid ecosystems, macroscopic communities are often restricted to cryptic niches, such as hypoliths (microbial communities found beneath translucent rocks), which are widely distributed in hyperarid desert environments. While hypolithic communities are considered to play a major role in productivity, the functional guilds implicated in these processes remain unclear. Here, we describe the metagenomic sequencing, assembly and analysis of hypolithic microbial communities from the Namib Desert. Taxonomic analyses using Small Subunit phylogenetic markers showed that bacterial phylotypes (93%) dominated the communities, with relatively small proportions of archaea (0.43%) and fungi (5.6%). Refseq-viral database analysis showed the presence of double stranded DNA viruses (7.8% contigs), dominated by Caudovirales (59.2%). Analysis of functional genes and metabolic pathways revealed that cyanobacteria were primarily responsible for photosynthesis with the presence of multiple copies of genes for both photosystems I and II, with a smaller but significant fraction of proteobacterial anoxic photosystem II genes. Hypolithons demonstrated an extensive genetic capacity for the degradation of phosphonates and mineralization of organic sulphur. Surprisingly, we were unable to show the presence of genes representative of complete nitrogen cycles. Taken together, our analyses suggest an extensive capacity for carbon, phosphate and sulphate cycling but only limited nitrogen biogeochemistry.Fil: Vikram, Surendra. University of Pretoria; SudáfricaFil: Guerrero, Leandro Demián. University of Pretoria; Sudáfrica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Makhalanyane, Thulani P.. University of Pretoria; SudáfricaFil: Le, Phuong T.. University of Pretoria; SudáfricaFil: Seely, Mary. Gobabeb Research and Training Centr; NamibiaFil: Cowan, Don A.. University of Pretoria; Sudáfric