Molekularbiologische Untersuchung der Diversität von Mikroorganismen in gefluteten und ungefluteten Pappelmikrokosmen

Auenböden unterliegen aufgrund temporärer Flutungen einem starken Wechsel im Wassergehalt. Als Folge adaptieren sich Pflanzen, wie beispielsweise Pappeln, und Mikroorganismen an diese anoxischen Bedingungen. Ziel dieser Arbeit war es die Auswirkungen von Flutung auf die mikrobiellen Lebensgemeinschaften (Bacteria und Archaea), die mit Pappeln assoziiert sind, in Mikrokosmen zu analysieren. Die Struktur der Lebensgemeinschaften wurde mittels terminaler Restriktionsfragment-Längen-Polymorphismus (T-RFLP)-Analyse, Klonierung und vergleichender Sequenzierung der 16S rRNA-codierenden Gene (16S rDNA) aufgeklärt. Durch Inkubation (90 Tage) von undurchwurzelten Bodenproben aus ungefluteten (bodenfeuchten) und vorgefluteten Pappelmikrokosmen sowie aus feldfrischen Proben wurde ein Überblick der biogeochemischen Prozesse erhalten. Nach Aufschlämmung dieser Proben wurden die vorhandenen Elektronenakzeptoren entsprechend ihrem Redoxpotential sequentiell reduziert. Im Vergleich unterschieden sich die Proben aus den Mikrokosmen von denen der feldfrischen Proben hinsichtlich der Konzentrationen der ermittelten Parameter, insbesondere war die Methanbildung in den feldfrischen Proben wesentlich stärker ausgeprägt. Die bakteriellen Lebensgemeinschaften in Bodenproben aus vorgefluteten und ungefluteten Mikrokosmen veränderten sich kaum mit der Zeit und wurden von Bacillales und Acidobacteria, welche typisch für Böden sind, dominiert. In den feldfrischen Proben waren zusätzlich Actinobacteria und Alphaproteobacteria dominant. Die archaeelle Lebensgemeinschaft zeigte über den untersuchten Zeitraum in allen Ansätzen geringe Veränderungen. Die abundanten Gruppen innerhalb der Archaea zählten zu den nicht kultivierten Crenarchaeota der Linie 1.1b und den Methanosarcinaceae. Zum Ende der Inkubationen wurden mit abnehmender Acetatkonzentration Methanosaetaceae detektiert. Weiterhin wurde der Einfluss der Pappelpflanze auf die mikrobiellen Gemeinschaften durch die Analyse der Kompartimente undurchwurzelter Boden, Rhizosphäre und Rhizoplane in einem weiteren Mikrokosmosexperiment untersucht. Für die bakterielle Gemeinschaft wurde eine Gesamtheit von 281 Klonsequenzen erhalten. Die Anzahl der verschiedenen Sequenzen (<97 % Ähnlichkeit) in den verschiedenen Habitaten repräsentierte jeweils zwischen 16-55 % des gesamten bakteriellen Artenreichtums wie sie mit Chao1 als Indikator abgeschätzt wurde. In Bezug auf die Anzahl der verschiedenen terminalen Restriktionsfragmente zeigten alle Habitate jeweils ca. 20 verschiedene „operational taxonomic units“ (OTUs), mit Ausnahme des Habitats der gefluteten Rhizoplane, welches eine geringere Anzahl an OTUs aufwies. Generell bestätigten sich die mittels Klonierung und T-RFLP-Analyse erzielten Ergebnisse gegenseitig. Die statistische Auswertung der gesamten T-RFLP-Profile mittels Korrespondenzanalyse zeigte, dass sich die bakteriellen Gemeinschaften in den Kompartimenten deutlich voneinander unterschieden und sich durch Flutung veränderten. Beispielsweise traten unter ungefluteten Bedingungen Bacillus spp. vermehrt im undurchwurzelten Boden und in der Rhizosphäre auf. Hingegen waren Bakterien in nächster Verwandtschaft zu Aquaspirillum sp. nur an Pappelwurzeln und in der Rhizosphäre von gefluteten Mikrokosmen abundant. Die archaeelle Gemeinschaft wurde in allen Kompartimenten, sowohl geflutet als auch ungeflutet, zu 99 % von Crenarchaeota-Klonsequenzen der Linie 1.1b dominiert. Die Dominanz crenarchaeotischer Linien in den Bodenaufschlämmungen und allen Kompartimenten der Mikrokosmen weist auf ihre physiologische Bedeutung nicht nur in Böden, sondern auch in der Rhizosphäre und an Wurzeln von Pappelpflanzen hin. Allein zwei Klonsequenzen aus dem Habitat der Rhizoplane wurden bisher unkultivierten Euryarchaeota zugeordnet. Im Gegensatz zu den Bodenaufschlämmungen wurden keine Methanogenen mittels Klonierung detektiert. In dieser Arbeit wurden erstmals in dem System der Pappelmikrokosmen Einblicke in die strukturelle Zusammensetzung der Bacteria und Archaea, auch in Abhängigkeit von Flutung, mit Hilfe molekularbiologischer Methoden erhalten und abundante Mikroorganismen konnten identifiziert werden. Dies stellt eine Basis für gezielte physiologische Fragestellungen in diesem Habitat dar

Molekularbiologische Untersuchung der Diversität von Mikroorganismen in gefluteten und ungefluteten Pappelmikrokosmen

Auenböden unterliegen aufgrund temporärer Flutungen einem starken Wechsel im Wassergehalt. Als Folge adaptieren sich Pflanzen, wie beispielsweise Pappeln, und Mikroorganismen an diese anoxischen Bedingungen. Ziel dieser Arbeit war es die Auswirkungen von Flutung auf die mikrobiellen Lebensgemeinschaften (Bacteria und Archaea), die mit Pappeln assoziiert sind, in Mikrokosmen zu analysieren. Die Struktur der Lebensgemeinschaften wurde mittels terminaler Restriktionsfragment-Längen-Polymorphismus (T-RFLP)-Analyse, Klonierung und vergleichender Sequenzierung der 16S rRNA-codierenden Gene (16S rDNA) aufgeklärt. Durch Inkubation (90 Tage) von undurchwurzelten Bodenproben aus ungefluteten (bodenfeuchten) und vorgefluteten Pappelmikrokosmen sowie aus feldfrischen Proben wurde ein Überblick der biogeochemischen Prozesse erhalten. Nach Aufschlämmung dieser Proben wurden die vorhandenen Elektronenakzeptoren entsprechend ihrem Redoxpotential sequentiell reduziert. Im Vergleich unterschieden sich die Proben aus den Mikrokosmen von denen der feldfrischen Proben hinsichtlich der Konzentrationen der ermittelten Parameter, insbesondere war die Methanbildung in den feldfrischen Proben wesentlich stärker ausgeprägt. Die bakteriellen Lebensgemeinschaften in Bodenproben aus vorgefluteten und ungefluteten Mikrokosmen veränderten sich kaum mit der Zeit und wurden von Bacillales und Acidobacteria, welche typisch für Böden sind, dominiert. In den feldfrischen Proben waren zusätzlich Actinobacteria und Alphaproteobacteria dominant. Die archaeelle Lebensgemeinschaft zeigte über den untersuchten Zeitraum in allen Ansätzen geringe Veränderungen. Die abundanten Gruppen innerhalb der Archaea zählten zu den nicht kultivierten Crenarchaeota der Linie 1.1b und den Methanosarcinaceae. Zum Ende der Inkubationen wurden mit abnehmender Acetatkonzentration Methanosaetaceae detektiert. Weiterhin wurde der Einfluss der Pappelpflanze auf die mikrobiellen Gemeinschaften durch die Analyse der Kompartimente undurchwurzelter Boden, Rhizosphäre und Rhizoplane in einem weiteren Mikrokosmosexperiment untersucht. Für die bakterielle Gemeinschaft wurde eine Gesamtheit von 281 Klonsequenzen erhalten. Die Anzahl der verschiedenen Sequenzen (<97 % Ähnlichkeit) in den verschiedenen Habitaten repräsentierte jeweils zwischen 16-55 % des gesamten bakteriellen Artenreichtums wie sie mit Chao1 als Indikator abgeschätzt wurde. In Bezug auf die Anzahl der verschiedenen terminalen Restriktionsfragmente zeigten alle Habitate jeweils ca. 20 verschiedene „operational taxonomic units“ (OTUs), mit Ausnahme des Habitats der gefluteten Rhizoplane, welches eine geringere Anzahl an OTUs aufwies. Generell bestätigten sich die mittels Klonierung und T-RFLP-Analyse erzielten Ergebnisse gegenseitig. Die statistische Auswertung der gesamten T-RFLP-Profile mittels Korrespondenzanalyse zeigte, dass sich die bakteriellen Gemeinschaften in den Kompartimenten deutlich voneinander unterschieden und sich durch Flutung veränderten. Beispielsweise traten unter ungefluteten Bedingungen Bacillus spp. vermehrt im undurchwurzelten Boden und in der Rhizosphäre auf. Hingegen waren Bakterien in nächster Verwandtschaft zu Aquaspirillum sp. nur an Pappelwurzeln und in der Rhizosphäre von gefluteten Mikrokosmen abundant. Die archaeelle Gemeinschaft wurde in allen Kompartimenten, sowohl geflutet als auch ungeflutet, zu 99 % von Crenarchaeota-Klonsequenzen der Linie 1.1b dominiert. Die Dominanz crenarchaeotischer Linien in den Bodenaufschlämmungen und allen Kompartimenten der Mikrokosmen weist auf ihre physiologische Bedeutung nicht nur in Böden, sondern auch in der Rhizosphäre und an Wurzeln von Pappelpflanzen hin. Allein zwei Klonsequenzen aus dem Habitat der Rhizoplane wurden bisher unkultivierten Euryarchaeota zugeordnet. Im Gegensatz zu den Bodenaufschlämmungen wurden keine Methanogenen mittels Klonierung detektiert. In dieser Arbeit wurden erstmals in dem System der Pappelmikrokosmen Einblicke in die strukturelle Zusammensetzung der Bacteria und Archaea, auch in Abhängigkeit von Flutung, mit Hilfe molekularbiologischer Methoden erhalten und abundante Mikroorganismen konnten identifiziert werden. Dies stellt eine Basis für gezielte physiologische Fragestellungen in diesem Habitat dar

Process recovery after CaO addition due to granule formation in a CSTR Co-Digester : a tool to influence the composition of the microbial community and stabilize the process?

The composition, structure and function of granules formed during process recovery with calcium oxide in a laboratory-scale fermenter fed with sewage sludge and rapeseed oil were studied. In the course of over-acidification and successful process recovery, only minor changes were observed in the bacterial community of the digestate, while granules appeared during recovery. Fluorescence microscopic analysis of the granules showed a close spatial relationship between calcium and oil and/or long chain fatty acids. This finding further substantiated the hypothesis that calcium precipitated with carbon of organic origin and reduced the negative effects of overloading with oil. Furthermore, the enrichment of phosphate minerals in the granules was shown, and molecular biological analyses detected polyphosphate-accumulating organisms as well as methanogenic archaea in the core. Organisms related to Methanoculleus receptaculi were detected in the inner zones of a granule, whereas they were present in the digestate only after process recovery. This finding indicated more favorable microhabitats inside the granules that supported process recovery. Thus, the granule formation triggered by calcium oxide addition served as a tool to influence the composition of the microbial community and to stabilize the process after overloading with oil

Influence of microbial processes on the operational reliability in a geothermal heat store : results of long-term monitoring at a full scale plant and first studies in a bypass system

This paper describes microbial metabolic processes that are considered to be relevant for the technical reliability of a geothermal heat store. The study reports on changes of the microbial community composition in geothermal well fluids of different temperatures and after plant downtimes monitored by genetic fingerprinting. Stagnant conditions favored the enrichment of bacteria, sulfate reducers (SRB), and sulfur oxidizers (SOB) in the well. Furthermore higher concentrations of DOC, SO_4_2-, H_2S, and H_2 were detected in the first fluids produced after plant downtime. The increased abundance of SOB indicated oxygen ingress during plant downtime. The interaction of SRB and SOB might have further enhanced corrosion and scaling processes. A mobile bypass system installed at the site will help to understand the processes occurring in the well and to study biofilm formation and corrosion rates at different temperatures

Targeting DNA repair in Metastatic Castration-Resistant Prostate Cancer (mCRPC): Genomic Screening for a Clinical Trial of Rucaparib

Objectives: The high prevalence of men with mCRPC carrying pathogenic mutations in DNA damage repair (DDR) genes may have implications for clinical treatment, as poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) inhibitors, such as rucaparib, have shown preliminary evidence of activity in these patients. The ongoing phase 2 TRITON2 study (NCT02952534) is evaluating rucaparib in mCRPC patients harboring a deleterious germline or somatic mutation in BRCA1, BRCA2, ATM, or other DDR gene. Here we present results from genomic screening of tissue and plasma samples from mCRPC patients. Methods: Comprehensive genomic profiling was performed by Foundation Medicine, Inc., using FFPE tumor tissue and plasma circulating cell-free DNA (cfDNA) samples. These next-generation sequencing (NGS) assays detect germline and somatic genomic alterations (GAs), but do not distinguish between them. Results: By Jan 15, 2019, prostate or metastatic tumor tissue samples from 1050 mCRPC patients were processed. Sequencing was successful for 68% of prostate samples, 82% of soft-tissue metastatic samples, and 57% of bone metastatic samples. In total, tissue sequencing results were obtained for 774 (74%) patients. GAs in BRCA1, BRCA2, or ATM were observed in 16.7% of patients’ tissue. In parallel, plasma from 654 mCRPC patients was collected and sequenced: 96% of plasma samples had sufficient cfDNA to obtain sequencing results, and sequencing success was independent of the location of metastases (visceral, nodal, or bone). GAs in BRCA1, BRCA2, or ATM were observed in 21.4% of patients’ plasma. There was high concordance between the alterations detected by the tissue and plasma assays. For example, in 86% of patients the plasma assay detected the same BRCA2 alteration present in tissue. Conclusions: Genomic profiling may help guide clinical decision-making for mCRPC patients. Tumor and plasma testing successfully identified patients with eligible somatic or germline GAs for enrollment into TRITON2. These data continue to support the utilization of plasma genomic testing, particularly in patients without a lesion that can be biopsied. Source of Funding: Clovis Oncology, Inc

the effect of ethnicity and immigration on treatment resistance in schizophrenia

Background: Treatment resistance is a common issue among schizophrenia patients undergoing antipsychotic treatment. According to the American Psychiatric Association (APA) guidelines, treatment-resistant status is defined as little or no symptom reduction to at least two antipsychotics at a therapeutic dose for a trial of at least six weeks. The aim of the current study is to determine whether ethnicity and migration are associated with treatment resistance. Methods: In a sample of 251 participants with schizophrenia spectrum disorders, we conducted cross-sectional assessments to collect information regarding self-identified ethnicity, immigration and treatment history. Ancestry was identified using 292 markers overlapping with the HapMap project. Using a regression analysis, we tested whether a history of migration, ethnicity or genetic ancestry were predictive of treatment resistance. Results: Our logistic regression model revealed no significant association between immigration (OR = 0.04; 95%CI = 0.35–3.07; p = 0.93) and treatment resistant schizophrenia. White Europeans did not show significant association with resistance status regardless of whether ethnicity was determined by self-report (OR = 1.89; 95%CI = 0.89–4.20; p = 0.105) or genetic analysis (OR = −0.73; 95%CI = −0.18–2.97; p = 0.667). Conclusion: Neither ethnicity nor migrant status was significantly associated with treatment resistance in this Canadian study. However, these conclusions are limited by the small sample size of our investigation. Keywords: Schizophrenia, Treatment resistance, Antipsychotics, Ethnicity, Migratio

Maternal corticotropin-releasing hormone is associated with LEP DNA methylation at birth and in childhood: an epigenome-wide study in Project Viva

BackgroundCorticotropin-releasing hormone (CRH) plays a central role in regulating the secretion of cortisol which controls a wide range of biological processes. Fetuses overexposed to cortisol have increased risks of disease in later life. DNA methylation may be the underlying association between prenatal cortisol exposure and health effects. We investigated associations between maternal CRH levels and epigenome-wide DNA methylation of cord blood in offsprings and evaluated whether these associations persisted into mid-childhood.MethodsWe investigated mother-child pairs enrolled in the prospective Project Viva pre-birth cohort. We measured DNA methylation in 257 umbilical cord blood samples using the HumanMethylation450 Bead Chip. We tested associations of maternal CRH concentration with cord blood cells DNA methylation, adjusting the model for maternal age at enrollment, education, maternal race/ethnicity, maternal smoking status, pre-pregnancy body mass index, parity, gestational age at delivery, child sex, and cell-type composition in cord blood. We further examined the persistence of associations between maternal CRH levels and DNA methylation in children's blood cells collected at mid-childhood (n = 239, age: 6.7-10.3 years) additionally adjusting for the children's age at blood drawn.ResultsMaternal CRH levels are associated with DNA methylation variability in cord blood cells at 96 individual CpG sites (False Discovery Rate &lt;0.05). Among the 96 CpG sites, we identified 3 CpGs located near the LEP gene. Regional analyses confirmed the association between maternal CRH and DNA methylation near LEP. Moreover, higher maternal CRH levels were associated with higher blood-cell DNA methylation of the promoter region of LEP in mid-childhood (P &lt; 0.05, β = 0.64, SE = 0.30).ConclusionIn our cohort, maternal CRH was associated with DNA methylation levels in newborns at multiple loci, notably in the LEP gene promoter. The association between maternal CRH and LEP DNA methylation levels persisted into mid-childhood

Progranulin plasma levels predict the presence of GRN mutations in asymptomatic subjects and do not correlate with brain atrophy: results from the GENFI study.

We investigated whether progranulin plasma levels are predictors of the presence of progranulin gene (GRN) null mutations or of the development of symptoms in asymptomatic at risk members participating in the Genetic Frontotemporal Dementia Initiative, including 19 patients, 64 asymptomatic carriers, and 77 noncarriers. In addition, we evaluated a possible role of TMEM106B rs1990622 as a genetic modifier and correlated progranulin plasma levels and gray-matter atrophy. Plasma progranulin mean ± SD plasma levels in patients and asymptomatic carriers were significantly decreased compared with noncarriers (30.5 ± 13.0 and 27.7 ± 7.5 versus 99.6 ± 24.8 ng/mL, p 61.55 ng/mL, the test had a sensitivity of 98.8% and a specificity of 97.5% in predicting the presence of a mutation, independent of symptoms. No correlations were found between progranulin plasma levels and age, years from average age at onset in each family, or TMEM106B rs1990622 genotype (p > 0.05). Plasma progranulin levels did not correlate with brain atrophy. Plasma progranulin levels predict the presence of GRN null mutations independent of proximity to symptoms and brain atrophy

Interaction of smoking and obesity susceptibility loci on adolescent BMI: The National Longitudinal Study of Adolescent to Adult Health

Background Adolescence is a sensitive period for weight gain and risky health behaviors, such as smoking. Genome-wide association studies (GWAS) have identified loci contributing to adult body mass index (BMI). Evidence suggests that many of these loci have a larger influence on adolescent BMI. However, few studies have examined interactions between smoking and obesity susceptibility loci on BMI. This study investigates the interaction of current smoking and established BMI SNPs on adolescent BMI. Using data from the National Longitudinal Study of Adolescent to Adult Health, a nationally-representative, prospective cohort of the US school-based population in grades 7 to 12 (12–20 years of age) in 1994–95 who have been followed into adulthood (Wave II 1996; ages 12–21, Wave III; ages 18–27), we assessed (in 2014) interactions of 40 BMI-related SNPs and smoking status with percent of the CDC/NCHS 2000 median BMI (%MBMI) in European Americans (n = 5075), African Americans (n = 1744) and Hispanic Americans (n = 1294). Results Two SNPs showed nominal significance for interaction (p < 0.05) between smoking and genotype with %MBMI in European Americans (EA) (rs2112347 (POC5): β = 1.98 (0.06, 3.90), p = 0.04 and near rs571312 (MC4R): β 2.15 (−0.03, 4.33) p = 0.05); and one SNP showed a significant interaction effect after stringent correction for multiple testing in Hispanic Americans (HA) (rs1514175 (TNNI3K): β 8.46 (4.32, 12.60), p = 5.9E-05). Stratifying by sex, these interactions suggest a stronger effect in female smokers. Conclusions Our study highlights potentially important sex differences in obesity risk by smoking status in adolescents, with those who may be most likely to initiate smoking (i.e., adolescent females), being at greatest risk for exacerbating genetic obesity susceptibility

Multi-ancestry study of blood lipid levels identifies four loci interacting with physical activity.

Many genetic loci affect circulating lipid levels, but it remains unknown whether lifestyle factors, such as physical activity, modify these genetic effects. To identify lipid loci interacting with physical activity, we performed genome-wide analyses of circulating HDL cholesterol, LDL cholesterol, and triglyceride levels in up to 120,979 individuals of European, African, Asian, Hispanic, and Brazilian ancestry, with follow-up of suggestive associations in an additional 131,012 individuals. We find four loci, in/near CLASP1, LHX1, SNTA1, and CNTNAP2, that are associated with circulating lipid levels through interaction with physical activity; higher levels of physical activity enhance the HDL cholesterol-increasing effects of the CLASP1, LHX1, and SNTA1 loci and attenuate the LDL cholesterol-increasing effect of the CNTNAP2 locus. The CLASP1, LHX1, and SNTA1 regions harbor genes linked to muscle function and lipid metabolism. Our results elucidate the role of physical activity interactions in the genetic contribution to blood lipid levels