Impact of Salinity on the Gastrointestinal Bacterial Community of Theodoxus fluviatilis

Differences in salinity are boundaries that act as barriers for the dispersal of most aquatic organisms. This creates distinctive biota in freshwater and brackish water (mesohaline) environments. To test how saline boundaries influence the diversity and composition of host-associated microbiota, we analyzed the microbiome within the digestive tract of Theodoxus fluviatilis, an organism able to cross the freshwater and mesohaline boundary. Alpha-diversity measures of the microbiome in freshwater and brackish water were not significantly different. However, the composition of the bacterial community within freshwater T. fluviatilis differed significantly compared with mesohaline T. fluviatilis and typical bacteria could be determined for the freshwater and the mesohaline digestive tract microbiome. An artificial increase in salinity surrounding these freshwater snails resulted in a strong change in the bacterial community and typical marine bacteria became more pronounced in the digestive tract microbiome of freshwater T. fluviatilis. However, the composition of the digestive tract microbiome in freshwater snails did not converge to that found within mesohaline snails. Within mesohaline snails, no cardinal change was found after either an increase or decrease in salinity. In all samples, Pseudomonas, Pirellula, Flavobacterium, Limnohabitans, and Acinetobacter were among the most abundant bacteria. These bacterial genera were largely unaffected by changes in environmental conditions. As permanent residents in T. fluviatilis, they may support the digestion of the algal food in the digestive tract. Our results show that freshwater and mesohaline water host-associated microbiomes respond differently to changes in salinity. Therefore, the salinization of coastal freshwater environments due to a rise in sea level can influence the gut microbiome and its functions with currently unknown consequences for, e.g., nutritional physiology of the host

Roiu paisjärve tervendamise eeltööd – limnoloogiline hinnang

Uuring lähtub veekogude tervendamisel üldisest EL Veepoliitika Raamdirektiivi eesmärgist, mille järgi peavad siseveekogud saavutama hea ökoloogilise seisundi. Siseveekogude seisund on hea või väga hea, kui vee-ökosüsteemi esmasproduktsioon ja lagundamine on tasakaalus. Sellest lähtudes on oluline hinnata ideaalvariandis kogu elustikku, setete koostist, levikut, toitesoolade sisebilanssi, välisbilanssi ja veebilanssi. Roiu paisjärv on tehisveekogu, pindalalt (5,5 ha) ja mahult väike. Seepärast koguti setteproove kolmest punktist, planktoni ja vee omaduste proovid ühest punktist. Seevastu taimi uuriti üle kogu järve. EMÜ PKI Limnoloogiakeskus pole Roiu paisjärve varem uurinud. Seepärast on suurt rõhku pööratud inventuurile. Töös kirjeldatakse veekogu, esitatakse eripärad, funktsioneerimise peamised mõjurid, liikide seisund, veekogu ökoloogiline seisund. Hinnatakse koormustaluvust. Uuringu raames uuritakse kõiki paisjärve sissevoole, mis võivad olla oluliseks surveteguriks paisjärve seisundile. Lisaks tuleb tuvastada sissevooludest paisjärve suunatav reostuskoormus ning anda soovitused nende mõju vähendamiseks. Antakse järve seisundi tervendamiseks soovitused. Töödest võtsid osa järgmised EMÜ PKI Limnoloogiakeskuse töötajad: prof. I. Ott; PhD. H. Timm; PhD. H. Tammert; MSc. K. Saar; BSc. R. Laarmaa; MSc. M. Lehtpuu; MSc. T. Krause; MSc. A. Palm; MSc. M. Sepp, K. Ott; PhD. E.-J. Haberman

Siseveekogud : õpik kõrgkoolidele

Inimeste kõige tavalisemad seosed siseveekogudega on matkamine, kalapüük, suplemine, janu kustutamine ja taimede kastmine. Et veekogude ääres viibimine mõjub paljudele rahustavalt, on jõgedel-järvedel miljonivaadete kaudu kindel koht ka kinnisvaraäris. Veekogudeta ei saa läbi sportlased (purjetajad, sõudjad ja motohuvilised). Leidub selliseidki indiviide, keda meelitavad mittesöödavad või koguni palja silmaga nähtamatud vee-elanikud. Eesti on väike madal maa, millel on pikk mererand, aga kus leidub ka palju siseveekogusid. Eriline on kahe suure järve – Peipsi ja Võrtsjärve – asumine lähestikku. Seisuvete pindala osakaalu järgi kogu riigi pindalast on Eesti Euroopas pärast Soomet ja Rootsit koos Norraga kolmandal-neljandal kohal. Eesti ja tema ümbrus on puhta veega seni niisiis hästi varustatud, kuid see rikkus ühtlasi kohustab veekogusid heaperemehelikult ja jätkusuutlikult majandama. Ka Eestis on muresid nii veevarude, veekogude kui nende seisundiga. Sisevete uurimine on Eestis kestnud juba üle 100 aasta. Seda on süstemaatiliselt korraldanud nii Looduseuurijate Selts, Tartu Riiklik Ülikool, Teaduste Akadeemia kui Maaülikool. Suurte järvede kõrval pole unustatud väikesi järvi ega vooluveekogusid. Uurida vee ja veekogude omadusi, arendada ja kasvatada nende spetsialiste ongi mõistlik seal, kus on, mida tundma õppida. Üha enam leitakse seoseid looduslike ja inimtekkeliste mõjurite ning ökosüsteemide vastuste vahel. Ühtlasi ühendatakse neid seoseid sotsiaalmajanduslike küsimuste ja looduskaitsega. Eesti siseveekogude kohta on peale arvukate ja enamasti võõrkeelsete teadusartiklite ilmunud ka eestikeelseid raamatuid. Siin neist väike loetelu: väikejärved (Eesti järved, 1968; Mäemets, 1977; Laarmaa jt 2019); Võrtsjärv (1973, 2003); Peipsi (1999, 2008), vooluveed (Järvekülg jt 2001; Timm jt 2019). Kalaraamatuid esindavad Mikelsaar (1984) ning Hunt (2019), veetaimi „Eesti taimede määraja“ (2010). Silmaga nähtavate veeselgrootute ülevaate pakub Timm (2015). Ülevaatlikku eestikeelset õpikut siseveekogude ning nende talitlemise kohta seni polnud. Eesti ülikoolides on kõigil kolmel õppetasandil (bakalaureuse-, magistri- ja doktoriõpe) õppekavasid, kus vajatakse teadmisi siseveekogudest. Võõrkeelseid eeskujusid leidub päris mitu, kuid need käsitlevad enamasti kas ainult hüdrobioloogiat või limnoloogiat. Esimene on elustiku-, teine keskkonna-alase suunitlusega. Uus õpik sisaldab mõlemaid ning sobib loodetavasti paljudele loodusteaduslikele ja looduskaitselistele kursustele, eriti bakalaureusetasemel. Õpik koosneb kolmest suurest alajaotusest: (1) siseveekogude füüsikalis-keemiline iseloomustus, levik ja teke; (2) elupaigad veekogudes, olulised elustikurühmad ning nendevahelised suhted; (3) siseveekogude majandamine, kaitse ja tervendamine. Peamiselt vaadeldakse Eesti siseveekogusid, aga seda kogu maailma taustal. Koostajad loodavad, et raamat annab lugejatele nii vastuseid küsimustele kui ka süvendab huvi sisevete kui kaunite, põnevate ning inimestele eluliselt oluliste loodusobjektide suhtes.Õpik on valminud riikliku programmi „Eestikeelsete kõrgkooliõpikute koostamine ja väljaandmine (2008–2012)“ raames ning Eesti Maaülikooli ja Sihtasutuse Archimedes osalisel toel

Veebakterite koosluse füsioloogilise ja fülogeneetilise mitmekesisuse ökoloogiline roll

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone.Doktoritöös uuritakse looduslike veebakterite mitmekesisust ning ökoloogilist tähtsust Läänemeres, Barentsi meres ja Eesti väikejärvedes. Veebakterite koosluse füsioloogilise ja liigilise struktuuri kujundavad mitmed keemilised, füüsikalised ja bioloogilised parameetrid ning nende koosmõjud. Peamiseks veebakterite aktiivsust mõjutavaks teguriks peetakse toiteainete kättesaadavust. Meie teadmised bakterite käitumisest toiteainete küllusest põhjustatud vetikaõitsengute ajal Läänemeres on paraku kesised. Doktoritöös uuriti katseliselt lämmastiku, fosfori ja süsiniku hulga muutuste mõju bakterikooslusele Läänemeres. Käsitletakse toiteainete kättesaadavuse mõju bakterite koosluse liigilisele struktuurile, aktiivsusele ning morfoloogiale. Keskkonnatingimustest sõltuvalt muutub veebakterite aktiivsus pidevalt. Seetõttu sisaldub bakterikoosluses erineva aktiivsusega ja ka puhkavaid ning surnud rakke. Doktoritöö näitab, et veemikrobioloogias väga laialdaselt kasutusel olevate veebakterite arvukuse hindamise meetoditega arvestatakse bakterite üldarvu hulka ka paljud surnud bakterid. Tulemusena ülehinnatakse rakkude hulka, mis osalevad bakterite poolt veekogudes läbiviidavates protsessides ning alahinnatakse bakterite kasvukiiruseid. Kasutades arvutustes ainult aktiivsete rakkude arvukust on veebakterite kasvukiirused nii parasvöötmes kui ka polaaraladel sarnased laborikultuuridel mõõdetud kasvukiirustega. Saadud tulemused näitavad, et polaaralade bakterid on palju aktiivsemad, kui on näidatud varasemates uurimustes. Doktoritöös analüüsitakse toiteainete kättesaadavuse mõju aktiivsete bakterite sügavusjaotusele Barentsi meres ja Eesti väikejärvedes.The current thesis shows the heterogeneity in aquatic bacterial world in different angles. The coastal Baltic Sea, Estonian stratified small lakes and the Arctic Barents Sea is used as model areas to describe bacterial heterogeneity and to find answers to several ecological questions. In marine and freshwater environment the complexity of factors that influence bacterial growth is difficult to follow. Optimizing growth rate at non-optimal nutrient levels must be an important aim for aquatic bacteria, given that marine and freshwater environments rarely offer growth-saturating concentration of nutrients. In the pelagic photic zone, nutrient limitation by e.g. phosphate, available nitrogen and degradable organic material, is believed to be a fundamental controlling factor for the community composition and activity of bacteria. Since eutrophication has become an increasing problem in marine coastal and estuarine areas, the question how heterotrophic bacteria respond to nutrient limitation is critical. In this study experimental approach was used to elucidate the effect of various combined additions of nitrogen, phosphorus and organic carbon to natural Baltic Sea bacterial community. Responses to changing environmental conditions enable single bacterial cell to drive in various physiological states as a part of their life strategy. Among the continuum of physiological states active and alive categories have the highest ecologically relevance as actual mediators of bacteria related processes. Accurate assessment of physiological status and proper estimation of environmental bacterial abundance excluding usually abundant dead cells has remained a difficult methodological problem up to date. As a consequence the scaling of growth, metabolism and uptake of organic substrates to total number of cells yield numbers that underestimate the real activity of processes. In this thesis the ecological relevance to determine physiological state of aquatic bacteria and to use only the number of living bacteria in cell-specific calculations is discussed. The effect of growth substrates on the distribution of active bacteria in the Barents Sea and Estonian lakes is analyzed

Prediction of COVID-19 positive cases, a nation-wide SARS-CoV-2 wastewater-based epidemiology study

Taking advantage of Estonia's small size and population, we have employed wastewater-based epidemiology approach to monitor the spread of SARS-CoV-2, releasing weekly nation-wide updates. In this study we report results obtained between August 2020 and December 2021. Weekly 24 h composite samples were collected from wastewater treatment plants of larger towns already covered 65% of the total population that was complemented up to 40 additional grab samples from smaller towns/villages and the specific sites of concern. The N3 gene abundance was quantified by RT-qPCR. The N3 gene copy number (concentration) in wastewater fluctuated in accordance with the SARS-CoV-2 spread within the total population, with N3 abundance starting to increase 1.25 weeks (9 days) (95% CI: [1.10, 1.41]) before a rise in COVID-19 positive cases. Statistical model between the load of virus in wastewater and number of infected people validated with the Alpha variant wave (B.1.1.17) could be used to predict the order of magnitude in incidence numbers in Delta wave (B.1.617.2) in fall 2021. Targeted testing of student dormitories, retirement and nursing homes and prisons resulted in successful early discovery of outbreaks. We put forward a SARS-CoV-2 Wastewater Index (SARS2-WI) indicator of normalized virus load as COVID-19 infection metric to complement the other metrics currently used in disease control and prevention: dynamics of effective reproduction number (Re), 7-day mean of new cases, and a sum of new cases within last 14 days. In conclusion, an efficient surveillance system that combines analysis of composite and grab samples was established in Estonia. There is considerable discussion how the viral load in wastewater correlates with the number of infected people. Here we show that this correlation can be found. Moreover, we confirm that an increased signal in wastewater is observed before the increase in the number of infections. The surveillance system helped to inform public health policy and place direct interventions during the COVID-19 pandemic in Estonia via early warning of epidemic spread in various regions of the country