Comparison of DNA extraction kits for PCR-DGGE analysis of human intestinal microbial communities from fecal specimens

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The influence of diet on intestinal microflora has been investigated mainly using conventional microbiological approaches. Although these studies have advanced knowledge on human intestinal microflora, it is imperative that new methods are applied to facilitate scientific progress. Culture-independent molecular fingerprinting method of Polymerase Chain Reaction and Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (PCR-DGGE) has been used to study microbial communities in a variety of environmental samples. However, these protocols must be optimized prior to their application in order to enhance the quality and accuracy of downstream analyses. In this study, the relative efficacy of four commercial DNA extraction kits (Mobio Ultra Clean^®Fecal DNA Isolation Kit, M; QIAamp^®DNA Stool Mini Kit, Q; FastDNA^®SPIN Kit, FSp; FastDNA^®SPIN Kit for Soil, FSo) were evaluated. Further, PCR-DGGE technique was also assessed for its feasibility in detecting differences in human intestinal bacterial fingerprint profiles.</p> <p>Method</p> <p>Total DNA was extracted from varying weights of human fecal specimens using four different kits, followed by PCR amplification of bacterial 16S rRNA genes, and DGGE separation of the amplicons.</p> <p>Results</p> <p>Regardless of kit, maximum DNA yield was obtained using 10 to 50 mg (wet wt) of fecal specimens and similar DGGE profiles were obtained. However, kits FSp and FSo extracted significantly larger amounts of DNA per g dry fecal specimens and produced more bands on their DGGE profiles than kits M and Q due to their use of bead-containing lysing matrix and vigorous shaking step. DGGE of 16S rRNA gene PCR products was suitable for capturing the profiles of human intestinal microbial community and enabled rapid comparative assessment of inter- and intra-subject differences.</p> <p>Conclusion</p> <p>We conclude that extraction kits that incorporated bead-containing lysing matrix and vigorous shaking produced high quality DNA from human fecal specimens (10 to 50 mg, wet wt) that can be resolved as bacterial community fingerprints using PCR-DGGE technique. Subsequently, PCR-DGGE technique can be applied for studying variations in human intestinal microbial communities.</p

Interactive and Single Effects of Ectomycorrhiza Formation and Bacillus cereus on Metallothionein MT1 Expression and Phytoextraction of Cd and Zn by Willows

Single and joint ectomycorrhizal (+ Hebeloma mesophaeum) and bacterial (+ Bacillus cereus) inoculations of willows (Salix viminalis) were investigated for their potential and mode of action in the promotion of cadmium (Cd) and zinc (Zn) phytoextraction. Dual fungal and bacterial inoculations promoted the biomass production of willows in contaminated soil. Single inoculations either had no effect on the plant growth or inhibited it. All inoculated willows showed increased concentrations of nutritional elements (N, P, K and Zn) and decreased concentrations of Cd in the shoots. The lowest biomass production and concentration of Cd in the willows (+ B. cereus) were combined with the strongest expression of metallothioneins. It seems that biotic stress from bacterial invasion increased the synthesis of these stress proteins, which responded in decreased Cd concentrations. Contents of Cd and Zn in the stems of willows were combination-specific, but were always increased in dual inoculated plants. In conclusion, single inoculations with former mycorrhiza-associated B. cereus strains decreased the phytoextraction efficiency of willows by causing biotic stress. However, their joint inoculation with an ectomycorrhizal fungus is a very promising method for promoting the phytoextraction of Cd and Zn through combined physiological effects on the plant

Maps of the potential of shallow geothermal energy: purposes of preparation, types and examples from Poland and Europe

Mapy potencjału geotermii niskotemperaturowej (pot. płytkiej) stanowią nowoczesny sposób prezentacji warunków termicznych podłoża skalnego i mogą być używane, po uwzględnieniu innych uwarunkowań geologicznych i środowiskowych, jako narzędzie planistyczne dla regionalnego i lokalnego wykorzystania odnawialnych źródeł energii oraz indywidualnej oceny efektywności energetycznej pomp ciepła z otworowym wymiennikiem ciepła. Mapy geotermiczne, o charakterze jakościowym lub ilościowym (ukazujące rozkład średniej wartości przewodnictwa cieplnego skał lub wskaźnika mocy cieplnej do określonej głębokości) są powszechnie stosowane w krajach Europy zachodniej. Pierwsze przykłady ich opracowania w Polsce powinny stać się zachętą dla ich szerszego zastosowania, zwłaszcza w kontekście przygotowywania (lub zmiany) planów rozwoju OZE lub planów ochrony powietrza i zwalczania „niskiej emisji”.Maps of the potential of low-temperature (shallow) geothermal energy represent a modern way of presenting thermal conditions of bedrock and can be used, taking other geological and environmental conditions into account, as a planning tool for local and regional use of renewable energy sources as well as for an individual assessment of the energy efficiency of ground source heat pumps. Geothermal maps, qualitative or quantitative (showing the distribution of the average value of the thermal conductivity of rocks or the heat extraction ratio to a specified depth) are widely used in Western Europe. The first examples of similar studies in Poland should become an incentive for their wider use, especially in the context of the preparation (or changes) of plans for RES development and air quality protection schemes aimed to combat “low emission”

Planning the location and optimization of performance of ground heat pumps installation in closed-loop systems with the support of geothermal mapping. Results of the TransGeoTherm project

Artykuł prezentuje wyniki badań projektu TransGeoTherm – Energia geotermalna dla transgranicznego rozwoju regionu Nysy. Projekt pilotażowy, zrealizowanego przez Państwowy Instytut Geologiczny–Państwowy Instytut Badawczy oraz Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie. Celem projektu było wsparcie wykorzystania płytkiej, niskotemperaturowej energii geotermalnej za pomocą ogólnodostępnych map geotermicznych. Po analizie danych z 5146 otworów geologicznych i hydrogeologicznych oraz danych geofizycznych dla obszaru o powierzchni około 1000 km2 położonego na pograniczu Polski i Saksonii, w rejonie Zgorzelca i Görlitz wykonano geologiczny model podłoża 3D w oprogramowaniu GOCAD® do głębokości około 200 m. W obrębie 75 jednostek wydzielonych na podstawie klasyfikacji litostratygraficznej i właściwości hydrogeologicznych obliczono wartości współczynnika przewodności cieplnej λ. W efekcie opracowano 12 map geotermicznych w cięciach głębokościowych do: 40, 70, 100 i 130 m, ukazujących rozkład przestrzenny średniej wartości współczynnika mocy cieplnej [W/m] i średniej wartości przewodności cieplnej skał λ [W/m∙K], które stanowią pomoc w lokalizacji i optymalizacji wydajności instalacji gruntowych pomp ciepła.This paper presents the results of the TransGeoTherm – Geothermal Energy for transboundary development of the Nysa Region. Pilot project, implemented by the Polish Geological Institute–National Research Institute and the Saxon State Agency for Environment, Agriculture and Geology for the area of about 1000 km2, within the Polish-Saxon transboundary region nearby Zgorzelec and Görlitz. This aimed at enhancing the use of shallow geothermal energy with the support of publically available geothermal maps. The analysis of geological and hydrogeological data of 5,146 boreholes and geophysical data allowed, for the construction of a 3D geological model up to the depth of about 200 m with help of the GOCAD® software. The values of the thermal conductivity λ were determined for 75 units based on their lithostratigraphic classification and hydrogeological parameters. In effect 12 geothermal maps for the depths up to 40, 70, 100 and 130 meters, showing spatial variation of an average heat extraction rate (thermal power coefficient) [W/m] and an average value of thermal conductivity of the rocks λ [W/m∙K] were produced. Those provide valuable support to place and optimize performance of the ground source heat pumps

Geological setting of the barite-fluorite deposit at Jeżów Sudecki (Kaczawa Mts.)

W latach 1969–1993 na obszarze metamorficznego kompleksu kaczawskiego, na północ od uskoku śródsudeckiego, między Jeżowem Sudeckim a Dziwiszowem (Góry Kaczawskie, Sudety Zachodnie), prowadzono poszukiwania i rozpoznanie mineralizacji Ba-F. W artykule przedstawiono dotychczas niepublikowane wyniki tych prac, zakończone udokumentowaniem w 1994 r. niewielkiego złoża Ba-F z siarczkami Zn, Pb i Cu na południowo-wschodnim stoku wzgórza Szybowisko k. Jeleniej Góry. Mineralizacja złożowa jest rozwinięta w strefie stromego uskoku Jeżowa Sudeckiego, równoległego do uskoku śródsudeckiego, na długości 600 m po biegu w kierunku zachód–wschód i 500 m po upadzie ku południowi. Stwierdzono występowanie dwóch (lokalnie trzech) żył Ba-F. Średnia zawartość głównych składników wynosi: BaSO4 – 63,18% i CaF2 – 8,60%. Mineralizacja Ba-F jest związana z uskokiem Jeżowa Sudeckiego, synchronicznym z powstaniem strefy uskoku śródsudeckiego. Oba te uskoki są waryscyjskie i zapadają stromo ku południowi. Młodsze, alpejskie (?) uskoki inwersyjne i poprzeczne powstały po intruzji dajki ryolitów w skały kompleksu kaczawskiego i po uformowaniu się złoża barytu. Mineralizacja Ba-F rozwijała się wieloetapowo i ma charakter pulsacyjny. Wyróżniono pięć paragenez mineralnych w złożu. Zagadnienie wieku mineralizacji Ba-F nie jest ostatecznie rozstrzygnięte.From 1969 to 1993, investigation for the Ba-F mineralization was executed within the metamorphic Kaczawa complex, north of the Intra-Sudetic Fault in the Jeżów Sudecki-Dziwiszów area (Kaczawa Mts., Western Sudetes). The article presents unpublished results of those prospecting works. A small deposit of Ba-F with Zn, Pb, Cu-sulphides, on the SE slope of the Szybowisko hill near Jelenia Góra, was documented in 1994. The economic mineralization is developed in the Jeżów Sudecki fault, steep fracture zone running parallel to the Intra-Sudetic Fault, and was identified at a distance of 600 m along the strike of the fault (in the W–E direction) and up to a depth of 500 m along the dip (towards the south). Two (locally three) bifurcating veins were found. The average content of the main components is: BaSO4 – 63.18%, CaF2 – 8.60%. The Ba-F mineralization is associated with the Jeżów Sudecki fault, synchronous with the formation of the Intra-Sudetic Fault zone. Both of these faults are Variscan and fall steeply southward. Younger, alpine (?) inverse and transverse normal faults were formed after the intrusion of a rhyolite dyke into the Kaczawa complex rocks and after the formation of the barite deposit. The Ba-F mineralization developed in a multi-stage process and shows a pulsatory nature. Five mineral parageneses were distinguished in the deposit. The age of the Ba-F mineralization has not been definitively established

Identification of conflicts and environmental sensitivities related to the use of shallow geothermal heat on the example of Kraków and Wałbrzych agglomeration: the GeoPLASMA-CE international project (INTERREG-CE)

Artykuł przedstawia częściowe wyniki prac przeprowadzonych w ramach projektu Opracowanie zasad planowania, strategii wykorzystania oraz metod oceny i wykonywania map potencjału płytkiej geotermii w Europie Środkowej (oryg. Shallow Geothermal Energy Planning, Assessment and Mapping Strategies in Central Europe – GeoPLASMA-CE), który realizowany jest w latach 2016–2019, przez 11 partnerów z 6 krajów, w ramach programu współpracy międzynarodowej INTERREG Central Europe 2014–2020. Projekt dotyczy różnych aspektów zastosowania płytkiej geotermii do ogrzewania i chłodzenia budynków na obszarach zurbanizowanych i pozamiejskich w sześciu wybranych obszarach pilotażowych: region Vogtland-Zachodnie Czechy (pogranicze D-CZ), region Wałbrzych–Broumov (pogranicze PL-CZ), oraz miasta: Kraków, Wiedeń, Bratysława i Lublana. Dzięki współpracy służb geologicznych, uniwersytetów, organizacji non-profit, jednostek administracji samorządowej oraz firm prywatnych opracowane zostaną mapy potencjału energetycznego podłoża skalnego oraz nowe strategie zarządzania i zrównoważonego zagospodarowania zasobów płytkiej geotermii. Jednym z elementów działań pilotażowych jest ocena ryzyka związanego z wykorzystaniem geotermalnych/gruntowych pomp ciepła, zarówno dla systemów obiegu otwartego, jak i zamkniętego, uwzględniającego specyficzne uwarunkowania środowiskowe, w tym: geogeniczne, hydrogeologiczne i antropogeniczne. Uwarunkowania te mają zróżnicowany charakter, występują z jednej strony w gęsto zabudowanych obszarach miejskich, takich jak Kraków, gdzie związane są w dużym stopniu z istniejącą infrastrukturą podziemną, a z drugiej na obszarach pozamiejskich, gdzie ograniczenia środowiskowe związane są np. z rozległymi terenami górniczymi, zdegradowanymi wskutek dawnej eksploatacji węgla kamiennego, jak ma to miejsce w przypadku wałbrzyskiego obszaru pilotażowego. Identyfikacja powyższych zagrożeń, wstępna ocena ich istotności oraz wizualizacja w formie „mapy świateł drogowych” pozwoli uzyskać informacje o możliwości wykonania w danej lokalizacji instalacji pompy geotermalnej (wg kategorii: montaż dozwolony, z ograniczeniami, niedozwolony) dla wybranego systemu wykorzystania ciepła Ziemi (otwartego i/lub zamkniętego). Dodatkowo sporządzone warstwy tematyczne wskażą na istnienie i pozwolą na uszczegółowienie innych zagrożeń/konfliktów związanych np. ze specyfiką zagospodarowania gruntów (wynikającym z MPZP), lokalizacją obszarów chronionych (np. w zakresie wód gruntowych), infrastrukturą podziemną, osuwiskami itp. Identyfikacja powyższych elementów oraz zebranie informacji w jednym miejscu (na platformie internetowej) ułatwi, zarówno odbiorcy indywidualnemu, jak i ekspertowi, przyszłe planowanie inwestycji w zakresie instalacji geotermalnych pomp ciepła.The article presents a partial results of the work carried out within the framework of the project entitled “Shallow Geothermal Energy Planning, Assessment and Mapping Strategies in Central Europe – GeoPLASMA-CE” carried out in 2016–2019, by 11 partners from 6 countries, within the framework of the INTERREG Central Europe 2014–2020 international cooperation program. The project concerns various aspects of the use of shallow geothermal both for heating and cooling purposes in urban and non-urban areas in 6 selected pilot areas: Vogtland-Western Bohemia (borderland D-CZ), Wałbrzych-Broumov (borderland PL-CZ), and the following cities: Kraków, Vienna, Bratislava and Ljubljana. As the results of the cooperation of geological surveys, universities, NGOs, local government administration units and private companies, maps of geothermal potential, as well as new sustainable management strategies of shallow geothermal resources will be developed. One of the elements of the pilot activities is the risk assessment related to the use of geothermal/ground source heat pumps, both for open and closed loop systems, specific environmental conditions, including: geogenic, hydrogeological and anthropogenic issues. These conditions are of a diverse nature, that occur on the one hand, in densely populated urban areas, as Kraków, with well developed underground infrastructure, and on the other, in rural areas, where environmental constraints are related to, for example, extensive mining areas, degraded as a result of the former hard coal mining, as is the case in the Wałbrzych pilot area. Identification of the above hazards, initial assessment of their significance and visualization in the form of a “traffic light map” will allow information on the possibility of installing a geothermal heat pump in a given location to be obtained (by category: allowed installation, with restrictions, not allowed) for a selected open and/or closed loop systems. In addition, the thematic layers drawn up will indicate the existence and allow for the specification of other threats/conflicts related to, for example, the specificity of land development (resulting from the Local Spatial Development Plans), the location of protected areas (ground waters), underground infrastructure, landslides, etc. Identification of the above elements and gathering information in one place (on the internet platform) will facilitate both the individuals and the experts future planning of investments in the field of geothermal heat pump installations

Geochronology in the southern Midyan terrane: a review of constraints on the timing of magmatic pulses and tectonic evolution in a northwestern part of the Arabian Shield

© 2017 Taylor & Francis The southern Midyan terrane is a composite Tonian to Ediacaran tectonostratigraphic crustal block in the northern Arabian Shield that prior to Red Sea opening was contiguous with coeval rocks in the Eastern Desert of Egypt and Sinai. Ion microprobe (sensitive high-resolution ion microprobe [SHRIMP]) dating of 12 rock samples described here and the results of other dating programmes establish a clear timeframe for depositional, intrusive, and structural events in the region and provide a chronology of tectonism in this part of the Arabian-Nubian Shield. Deposition of Zaam and Bayda group volcanosedimentary rocks and emplacement of mafic-ultramafic complexes and TTG-type diorite, tonalite, and granodiorite denote formation of the Tonian (780–715 Ma) Zaam arc and fore-arc ophiolite above a possible west-dipping subduction system in the southern part of the Midyan terrane. Convergence with the Hijaz terrane farther south and obduction of ophiolite nappes resulted by ~700 Ma in development of the Yanbu suture. Ongoing or a new subduction system led to a ~705–660 Ma Cryogenian pulse of magmatism represented by I-type calc-alkaline diorite, granodiorite, and granite that have volcanic-arc and syn-collisional granite affinities. This was followed, after a brief end-Cryogenian hiatus, by a 635–~570 Ma period of Ediacaran magmatism marked by monzogranite, syenogranite, and minor gabbro and diorite. These rocks are reported to have within-plate to volcanic-arc and syncollision chemical characteristics but their precise tectonic setting is uncertain. Structurally, the intrusions are diapiric and were evidently emplaced in an extensional regime consistent with an overlap between intrusion and Najd faulting associated, at this time, with transpressional collision and northward extension through much of the ANS. Terminal magmatism in the southern Midyan terrane postdated cessation of Najd faulting at ~575 Ma and resulted in the emplacement of undeformed within-plate A-type alkali-feldspar granites and mafic (lamprophyre) and felsic dikes