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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.18.2017.tde-24012017-163310
Document
Author
Full name
Juliana Calábria de Araujo
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2001
Supervisor
Committee
Vazoller, Rosana Filomena (President)
Campos, José Roberto
Manfio, Gilson Paulo
Scavino, Ana Fernández
Schneider, René Peter
Title in Portuguese
Biofilmes anaeróbios: desenvolvimento e caracterização filogenética usando a hibridação in situ com sondas fluorescentes
Keywords in Portuguese
Biofilmes anaeróbios
Hibridação in situ
Metanogênicas
Robbins device modificado
Sondas de oligonucleotídeos
Abstract in Portuguese
Neste trabalho investigou-se o desenvolvimento de biofilmes anaeróbios em um sistema de laboratório chamado de "Modified Robbins Device" (MRD). O objetivo específico foi o de comparar a organização das células anaeróbias, particularmente daquelas que são comuns em lodos de esgoto, sobre superfícies hidrofílicas (vidro) e hidrofóbicas (polipropileno). A hibridação in situ com sondas fluorescentes complementares ao RNAr 16S específicas para domínio e grupos e a microscopia confocal de varredura a laser foram utilizadas para verificar a composição microbiana dos biofilmes, bem como do inóculo. Foram realizados dois tipos de experimentos, um com culturas puras de metanogênicas e outro com células oriundas de lodo granulado anaeróbio. As culturas puras de metanogênicas, Methanobacterium formicicum (DSM 1535), Methanosaeta concilii (DSM 3671) e Methanosarcina barkeri (DSM 800) foram usadas como inóculo para a formação dos biofilmes no interior do MRD durante 9 dias. Os resultados mostraram que as três espécies colonizaram ambas as superfícies após o segundo e sétimo dia de ensaio. No segundo experimento, o MRD foi inoculado com um consórcio microbiano anaeróbio e a formação do biofilme foi estudada durante 22 dias. As amostras dos biofilmes bem como aquelas retiradas do frasco-reservatório de células apresentaram composição microbiana semelhante, ambas foram dominadas por Archaeae metanogênicas hidrogenotróficas relacionadas com membros da família Methanobacteriaceae, já que foram detectadas com a sonda MB1174. Este grupo contribuiu com cerca de 44 a 90% do total de células coradas com DAPI e foi morfologicamente semelhante à Methanobacterium e Methanobrevibacter. As células detectadas com a sonda específica para membros da ordem Methanomicrobiales (MG1200) representaram cerca de 2 a 18,0% do total de células coradas com DAPI no frasco-reservatório e de 0,1 a 2,0% nas amostras dos biofilmes. Estas células foram ) morfologicamente semelhantes à Methanospirillum, também uma metanogênica hidrogenotrófica. Não foram detectadas células pertencentes à família Methanosarcinaceae, pois a hibridação com a sonda MSMX860 foi negativa. Células que hibridaram com a sonda específica para o Domínio Bacteria (EUB338) representaram cerca de 2 a 18% do total de células coradas com DAPI. Os resultados mostraram que as Archaeae metanogênicas hidrogenotróficas que foram predominantes no inóculo também dominaram os biofilmes que se desenvolveram em ambas as superfícies, vidro e polipropileno. Os dados desse trabalho sugerem que a hidrofobicidade do material suporte não influenciou o desenvolvimento e a composição microbiana dos biofilmes anaeróbios, considerando as condições específicas dos ensaios realizados.
Title in English
Anaerobic biofilms: development and phylogenetic characterization using fluorescence in situ hybridization
Keywords in English
Anaerobic biofilms
In situ hybridization
Methanogens
Modified Robbins device
Oligonucleotide probes
Abstract in English
In this study the development of anaerobic biofilms using a laboratory system called modified robbins device (MRO) were investigated. We were especially interested in comparing the organization of anaerobic cells, particularly those that are very common in domestic sewage sludge, in a hydrophilic (glass) versus a hydrophobic (polypropylene) surface. Fluorescence in situ hybridization (FISH) with domain and group speci fie probes that target intracell ular 16S rRNA and confocal laser scanning microscopy (CLSM) were used to investigate the microbial composition of both the inoculum and anaerobic biofilms. Two sets of experiments were carried, one with pure methanogenic organisms and the other with cells from a mesophilic anaerobic granular sludge. The pure methanogenic cultures, Methanobacterium formicicum (OSM 1535); Methanosaeta conci/ii (OSM 3671) and Methanosarcina barkeri (OSM 800) were used to seed the MRD to allow the development of biofilms over 9 days. The results showed that ali the three species were colonizing both surfaces after 2 and 7 days of experimental period. In the second experiment, the biofilm reactor was seeded with a microbial anaerobic consortium and biofilm forrnation was studied during 22 days. Biofilm and culture vessel samples showed nearly the same microbial composition, both were dominated by hydrogenotrophic methanogenic Archaea related to the Methanobacteriaceae as detected by the specific probe (MBI174). This group accounted for 44 to 90% of the OAPI-stained cells and morphologically resembled Methanobacterium and Methanobrevibacter. Cells detected with the Methanomicrobiales specific probe (MG 1200) accounted for 2 to 18.0% of the OAPI-stained cells in the culture vessel and 0.1 to 2.0% in the biofilm samples. These cells were morphologically similar to Methanospiriltum, also a hydrogenotrophic methanogen. No cells were detected by the Methanosarcinaceae specific probe (MSMX860). Cells which hybridized to the Bacteria specific probe (EUB338) accounted for the remaining 3 to 18% of the DAPI-stained cells. The results showed that the hydrogenotrophic methanogenic Archaea cells predominated in the inoculum and the biofilms that developed on both surfaces, glass and polypropylene. Our data suggest that the hydrophobicity of the support material did not influence the development and the microbial composition of anaerobic biofilms, considering specific conditions of the experiments.
 
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Publishing Date
2017-01-25
 
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