Identifizierung der endo- und ectosymbiontischen Bakterien und cellulolytischen Aktivitäten der symbiontischen Flagellaten der australischen Termite Mastotermes darwiniensis

The lower wood-feeding Australian termite Mastotermes darwiniensis Froggatt (Fig. 1) is the only living member of the family Mastotermitidae. The complex symbiotic hindgut flora consists of protozoa (formerly named Archaezoa; Cleveland & Grimstone 1964; Brugerolle & al. 1994; Berchtold & König 1995; Fröhlich & König 1999a, b), bacteria (Berchtold & König 1996; Berchtold & al. 1999), archaea (Fröhlich & König 1999a, b) and yeasts (Prillinger & al. 1996; Schäfer & al. 1996). The digestive system of Mastotermes darwiniensis consists of the foregut with the crop and the gizzard, the midgut, and the hindgut (Noirot & Noirot-Timothée 1969; 1995). The hindgut consists of five segments (P1 – P5): the proctodeal segment, the enteric valve, the paunch, the colon and the rectum. The paunch is the main microbial fermentation chamber, but the colon also contains microorganisms. The paunch is subdivided into a dilated thin-walled region (P3a) and a thick walled more tubular region (P3b) (Fig. 1c). In the case of Mastotermes darwiniensis oxygen diffusion gradients could be detected up to 100 μm below the epithelium (Berchtold & al., 1999).Termiten sind mit die wichtigsten holzabbauenden Insekten. Die Darmmikrobiota spielt eine unverzichtbare Rolle im Abbau der Nahrung. Sie besteht aus Bakterien, Archaebakterien (Archaea), Flagellaten und Hefen. Die einzigartigen Flagellaten der Termiten sind sehr früh in der Evolution der Eukaryoten abgezweigte Einzeller, die zu den Preaxostyla (Oxymonadida) und Parabasalia (Cristamonadida, Spirotrichonymphida, Trichomonadida, Trichonymphida) gehören. Die australische Termite Mastotermes darwiniensis ist die einzige heute noch lebende Art der primitiven Termitenfamilie Mastotermitidae. In der Gärkammer im Hinterdarm leben die vier größeren Flagellaten Koruga bonita, Deltotrichonympha nana, Deltotrichonympha operculata und Mixotricha paradoxa. Weiterhin kommen die zwei kleineren Flagellaten Metadevescovina extranea (Cristamonaden) und Pentatrichomonoides scroa (Trichomonaden) vor. Die Flagellaten selbst sind Wirte von ecto- und endosymbiontischen Prokaryoten. Von Zellextrakten der nichtkultivierbaren größeren Flagellaten wurden zwei Endoglucanasen mit einer ähnlichen apparenten Masse von 36 kD isoliert. Sie zeigten signifikante Homologie zu termiteneigenen Cellulasen. Die entsprechenden Gene wurden nicht im mRNA-Pool der Flagellaten gefunden, sondern in den Speicheldrüsen von Mastotermes darwiniensis. Das deutet darauf hin, dass die intestinalen Flagellaten auch die Wirtsenzyme für die Cellulosehydrolyse benutzten. Andererseits besitzen mindestens Koruga- und Deltotrichonympha-Species auch eigene Cellulasegene. Im Darminhalt der Termiten wurden allerdings auch drei Cellulasen nachgewiesen, die von den Flagellaten stammen sollten

Water-friendly plant protection to conserve grown orchard landscapes in Germany

Ziel des FuE-Vorhabens war es, neue Techniken der Abdriftminderung in Obstbaubetrieben des Alten Landes in Niedersachsen (NS) und des Anbaugebiets Bodensee in Baden-Württemberg (BW) zu erproben und durch begleitende Untersuchungen ihre Eignung für einen gewässerschonenden Pflanzenschutz zu beurteilen. Bei den in NS eingesetzten Sprühgeräten dominierte die zweireihig-übergreifende Arbeitsweise, wohingegen die Geräte in BW aufgrund der großen Verbreitung von Hagelschutznetzen bevorzugt für eine einreihige Behandlung konzipiert waren. Die in neun Ostbaubetrieben eingesetzten Sprühgeräte (NS: 4, BW: 5) waren mit folgenden Einrichtungen zur Abdriftminderung ausgestattet: •ein- und zweireihiger Tunnel mit Rückführung nicht angelagerter Pflanzenschutzmittel (Recycling) •Reflektorsystem mit Umlenkung des aus der behandelten Baumreihe austretenden Sprühstrahles mit integriertem Recyclingsystem •Gebläse mit unterschiedlicher Luftführung, sensorgestützter Düsenschaltung und Luftstromanpassung Die Praxiserprobung hat gezeigt, dass sowohl die einreihigen Sprühgeräte, als auch zweireihige Geräte für den Einsatz in den gewässerreichen Regionen geeignet sind. Hinsichtlich der Anlagerung der Behandlungsflüssigkeit im Bestand wurde deutlich, dass nur die Tunnelsprüh­geräte, die sich durch eine abgeschirmte Applikations­zone auszeichnen, sehr gleichmäßige und kontinuierlich hohe Spritzbeläge von durchschnittlich ca. 20% der Aufwandmenge erzielen. Die einreihigen Sprühgeräte mit Gebläseaufsatz und elektrisch verstellbarer Gebläseab­deckung erzeugten Spritzbeläge von durchschnittlich 16 bis 18%. Die Ergebnisse zur Abdrift zeigten, dass alle Sprüh­geräte eine Abdriftminderung von mehr als 95% erzielen können. Voraussetzung hierfür sind der Einsatz grobtropfiger, verlustmindernder Düsen sowie die Reduzierung des Luftvolumenstromes in den ersten 1 bis 5 Reihen am Gewässer. Sprühgeräte mit Recyclingsystem oder Sensortechnik bringen durch die Einsparung an Pflanzenschutzmittel einen zusätzlichen ökonomischen Vorteil. Das einreihige Tunnelsprühgerät konnte durch seine flexible Anpassung an die Reihenbreiten eine Einsparung von durchschnittlich ca. 50% erreichen. Mit dem zweireihigen Tunnelsprühgerät sowie der Sensortechnik sind im Durchschnitt Einsparungen von lediglich 12 bis 18% erzielt worden. Mit allen Sprühgeräten wurde eine ausreichend gute biologische Wirksamkeit erzielt. Allerdings sind beim Reflektorgerät und den Geräten mit Sensorsteuerung gewisse Unsicherheiten nicht völlig auszuschließen. Aus betriebswirtschaftlicher Sicht ist der Einsatz des einreihigen Tunnelgerätes bereits ab einer Betriebsgröße von 8 bis 10 ha sinnvoll und ist somit vergleichbar mit den einreihigen Geräten. Die zweireihigen Techniken rentierten sich nur auf arrondierten Flächen ab 20 ha. Sie waren im Vergleich zu den einreihigen Sprühgeräten in der Anwendung sehr anspruchsvoll, führen aber zu einer Erhöhung der Schlagkraft um ca. 80%. Grobtropfige Düsen führten zu mehr Spritzflecken. Dieser Aspekt ist heutzutage nur noch bei einer Direktvermarktung und Sortierung ohne Wasserentleerung relevant. Die Ergebnisse des Gewässermonitoring bestätigten im Wesentlichen die hohe Abdriftminderung des geprüften Recyclinggerätes und des Sprühgerätes mit Querstromgebläse und Sensortechnik. Bei den anderen drei geprüften Geräten ergab sich im Gewässermonitoring eine geringere Abdriftminderung. Bei den aus dem Gewässermonitoring errechneten Abdriftminderungsraten unter 99% wurde der Gewässerschutz nicht in jedem Fall eingehalten.    The FuE project aimed at testing new techniques to reduce drift in orchards of the Alten Landes (NS) and the fruit growing area around Lake Constance (BW), and assess their suitability as to water-friendly plant protection by accompanying examinations. The sprayers used in NS were dominated by a double row, overarching mode of operation, whereas the sprayers in BW were designed for single row treatment because of the extensive spread of hail protection nets. In both growing areas a technically identical sprayer with axial flow fan for single row treatment (air exit outlets and sensor controlled nozzle regulation were covered) was used as reference sprayer. The sprayers used on nine fruit farms (NS: 4, BW: 5) were equipped with the following facilities to reduce drift: •Single and double row tunnel with re-circulation of not deposited plant protection products (recycling) •Reflector system with integrated recycling system, which redirects the spray jet coming out of the treated row •Fan with different air conduction, sensor controlled nozzle regulation and airflow adjustment Testing in practice has demonstrated that single row sprayers and also double row sprayers are suited for use in regions with plenty of water. Regarding the deposition of spray liquid in orchards it became clear that only tunnel sprayers, which are distinguished by a shielded application zone, achieve extremely even and continuously high spray deposits of approximately 20% in relation to the application rate. Single row sprayers with fan unit and electrically adjustable shields on the fan outlet generated an average of 16 to 18% of spray liquid deposits. The drift results showed that all sprayers could achieve a drift reduction of more than 95%. Precondition would be the use of coarse, drift-reducing nozzles and the reduction of the airflow rate in the initial 5 rows close to water bodies. Sprayers equipped with a recycling system or sensor technology bring about an additional economical benefit due to their rate of saved product. The single row tunnel sprayer was able to achieve an average reduction of approx. 50% by flexibly adjusting to row widths. The double row tunnel sprayers achieved approx. a 19% reduction on average. Sensor technology accomplished reductions of 12 to 19%. Biological efficiency of all sprayers was sufficient. However, a certain unsteadiness cannot be entirely excluded for reflector and sensor controlled sprayers. From an economic point of view, the single row tunnel sprayer pays already from an orchard size of 8–10 ha and is thus comparable with single row sprayers. The double row technologies are only worth the effort on coherent areas from 20 ha upwards. Their utilization was very demanding compared to single row sprayers but lead to a clout increase of approx. 80%. Coarse nozzles created more spraying spots. This aspect is presently only relevant regarding direct marketing of products and sorting without unloading in water. The results of water body monitoring confirmed mainly the high drift reduction of the tested recycling sprayer and of the sprayer equipped with cross flow fan and sensor technology. According to water body monitoring, the three other tested sprayers achieved a lower drift reduction rate. Water protection was not adhered to in all cases with drift reduction rates below 99%, calculated from water body monitoring.   &nbsp

Critical Assessment of Metagenome Interpretation:A benchmark of metagenomics software

International audienceIn metagenome analysis, computational methods for assembly, taxonomic profilingand binning are key components facilitating downstream biological datainterpretation. However, a lack of consensus about benchmarking datasets andevaluation metrics complicates proper performance assessment. The CriticalAssessment of Metagenome Interpretation (CAMI) challenge has engaged the globaldeveloper community to benchmark their programs on datasets of unprecedentedcomplexity and realism. Benchmark metagenomes were generated from newlysequenced ~700 microorganisms and ~600 novel viruses and plasmids, includinggenomes with varying degrees of relatedness to each other and to publicly availableones and representing common experimental setups. Across all datasets, assemblyand genome binning programs performed well for species represented by individualgenomes, while performance was substantially affected by the presence of relatedstrains. Taxonomic profiling and binning programs were proficient at high taxonomicranks, with a notable performance decrease below the family level. Parametersettings substantially impacted performances, underscoring the importance ofprogram reproducibility. While highlighting current challenges in computationalmetagenomics, the CAMI results provide a roadmap for software selection to answerspecific research questions

Isolierung und Charakterisierung von Spirochaeten aus dem Termitendarm

Termiten beherbergen in ihrem Darm eine einzigartige Flora aus Bakterien, Archaeen, Flagellaten und Hefen. Diese symbiontische mikrobielle Gemeinschaft ist am Abbau von komplexen organischen Verbindungen beteiligt und ermöglicht es den Termiten schwer abbaubares Material wie Holz als Nahrungsquelle zu nutzen. Spirochaeten, eine Gruppe beweglicher Bakterien die sich durch ihre besondere Morphologie und Art der Fortbewegung von allen anderen Mikroorganismen abgrenzen lassen, gehören zu den häufigsten Bakterien im Termitendarm. Ziel der Arbeit war die Isolierung und Charakterisierung bislang unbekannter Spirochaeten aus Termitendärmen. Aus drei niederen Termitenarten konnten sechs spirochaetale Stämme gewonnen und identifiziert werden. Die Isolate ließen sich anhand der 16S rRNA Gensequenzen den Gattungen Treponema und Spirochaeta zuordnen. Im Gegensatz zu allen bislang charakterisierten Spirochaeten zeigte der Stamm SPN1 aus der Termite Neotermes castaneus eine kokkoide Zellform und war unbeweglich. Der Organismus wurde daher als neue Art, Spirochaeta coccoides sp. nov., beschrieben. Bei allen gewonnenen Isolaten handelt es sich um strikt anaerobe Organismen die verschiedene Mono-, Di- und Oligosaccharide fermentieren. Als wesentliche Stoffwechselprodukte konnten Acetat und Ethanol (sowie Formiat bei einem Stamm) identifiziert werden. Weiterhin konnten bei den untersuchten Stämmen eine Reihe von enzymatischen Aktivitäten nachgewiesen werden, die für den Abbau von Lignocellulose im Termitendarm von Bedeutung sind. Die Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Spirochaeten eine wichtige Rolle bei der Fermentation von Abbauprodukten der Lignocellulose im Termitendarm spielen.Termites have developed a unique hindgut flora consisting of bacteria, archaea, flagellates and yeasts. This symbiotic microbial community supports the decomposition of complex organic compounds and thus enables the termites to feed on hardly degradable material such as wood. Spirochetes, a group of highly motile bacteria which are distinguished from all other microorganism by their unique morphology and mechanism of motility, are one of the most abundant bacteria present in the gut fluid of termites. The objective of this work was the isolation and characterisation of novel spirochetes from the termite hindgut. Six spirochaetal strains from three lower termites were isolated and identified. Based on the 16S rRNA gene sequences the isolates could be assigned to the genera Treponema and Spirochaeta. In contrast to all other known spirochete species, strain SPN1 from the termite Neotermes castaneus shows a coccoid morphology and is immotile. Therefore, it represents a novel species, which was named Spirochaeta coccoides sp. nov. All strains are obligate anaerobic and ferments different mono-, di- and oligosaccharides by forming acetate and ethanol (and formate in one case) as main fermentation end products. The isolates possess different enzymatic activities which are involved in the degradation of lignocellulose in the termite hindgut. Therefore, they may play an important role in the digestion of breakdown products from cellulose and hemicellulose in the termite gut

Spirochaeta coccoides sp. nov., a Novel Coccoid Spirochete from the Hindgut of the Termite Neotermes castaneus

A novel spirochete strain, SPN1, was isolated from the hindgut contents of the termite Neotermes castaneus. The highest similarities (about 90%) of the strain SPN1 16S rRNA gene sequence are with spirochetes belonging to the genus Spirochaeta, and thus, the isolate could not be assigned to the so-called termite clusters of the treponemes or to a known species of the genus Spirochaeta. Therefore, it represents a novel species, which was named Spirochaeta coccoides. In contrast to all other known validly described spirochete species, strain SPN1 shows a coccoid morphology and is immotile. The isolated strain is obligately anaerobic and ferments different mono-, di-, and oligosaccharides by forming formate, acetate, and ethanol as the main fermentation end products. Furthermore, strain SPN1 is able to grow anaerobically with yeast extract as the sole carbon and energy source. The fastest growth was obtained at 30°C, the temperature at which the termites were also grown. The cells possess different enzymatic activities that are involved in the degradation of lignocellulose in the termite hindgut, such as β-d-glucosidase, α-l-arabinosidase, and β-d-xylosidase. Therefore, they may play an important role in the digestion of breakdown products from cellulose and hemicellulose in the termite gut

Wege zur Integration von Ontologien am Beispiel einer Spezifizierung des Europeana Data Model

status: publishe