Categories
Reports

Rannsóknir á hitakærum örverum á háhitasvæðum á Reykjanesi, Hengilssvæði og Fremrinámum. Unnið fyrir Faghóp 1 í Rammaáætlun 3 / Thermophilic microorganisms from geothermal areas at Reykjanes, Hengill and Fremrinámar.

Author(s):

Edda Olgudóttir, Sólveig K. Pétursdóttir

Funded by:

Rammaáætlun 3 (RÁ3)

Rannsóknir á hitakærum örverum á háhitasvæðum á Reykjanesi, Hengilssvæði og Fremrinámum. Unnið fyrir Faghóp 1 í Rammaáætlun 3 / Thermophilic microorganisms from geothermal areas at Reykjanes, Hengill and Fremrinámar.

Yfirstandandi rannsókn var unnin á vegum Rammaáætlunar 3 og tók til háhitasvæða sem höfnuðu í biðflokki í RÁ2. Svæðin voru Trölladyngja og Austurengjahver á Reykjanesi, Fremrinámar og Þverárdalur og Innstidalur á Hengilssvæði. Markmið rannsóknarinnar var að meta fjölbreytileika og fágæti hitakærra örvera á ofangreindum svæðum. Aðferðafræðin byggðist á DNA greiningum óháð ræktun. DNA var einangrað úr sýnum og tegundagreinandi gen mögnuð upp og raðgreind og raðirnar bornar saman við raðir í genabönkum og úr fyrri rannsóknum. Alls var 118 sýnum safnað 2015 og tókst að raðgreina u.þ.b. 59% þeirra. Alls fengust um 10 milljónir 16S genaraða úr raðgreiningum sem lækkaði niður í tæplega sex milljónir eftir að öllum skilyrðum um gæði og lengd hafði verið fullnægt. Flestar raðir fengust úr Innstadal, eða 2.176.174, en fæstar 286.039 úr Trölladyngju. Fjölbreytileiki örvera á hverju svæði var metinn út frá samanburði á fjölda fylkinga, fjölda tegunda, söfnunarkúrfum og fjölbreytileikastuðli Shannons. Heildarfjöldi sýna og raða af hverju svæði var afar mismunandi og endurspegla fjölbreytileika þess. Þegar raðirnar voru flokkaðar til tegunda við 97% samsvörun kom í ljós að flestar tegundir komu úr Þverárdal, eða um 42 þúsund, en fæstar úr Trölladyngju, eða um 9 þúsund. Rúmlega 12 þúsund tegundir fundust í sýnum úr Fremrinámum, sem kom á óvart þar sem svæðið og sýnin virtust einsleit og ekki búist við slíkum fjölbreytileika. Allar helstu hverabakteríur fundust í sýnunum, bæði Fornbakteríur og Bakteríur. Sérstakir hópar fundust sérstaklega innan Thaumarchaeota fylkingarinnar. Mat á fjölbreytileika á einstökum svæðum með söfnunarkúrfum og fjölbreytileikastuðli miðaðist við minnstan fjölda raða eða 286.039 úr Trölladyngju. Mestur tegundafjölbreytileiki var í Þverárdal og Innstadal og minnstur við Trölladyngju og Austurengjahver, en Fremrinámar voru mitt á milli. Söfnunarkúrfur gáfu sömu niðurstöðu. Líffræðilegur fjölbreytileiki (H) gaf aðra röðun. Þar voru Þverárdalur og Fremrinámar með mestan fjölbreytileika (H= 8 og 7,7), þá Innstidalur en Trölladyngja og Austurengjahver (H=6) ráku lestina. Fágæti var metið út frá fjölda og hlutfalli óþekktra tegunda með samanburði við Silva gagnagrunninn. Fjöldi óþekktra tegunda var mestur í Þverárdal og Innstadal, báðir með rúmlega 1000, Fremrinámar með 756 og Trölladyngja og Austurengjahver með á fjórða hundrað óþekktar tegundir. Fágæti á landsvísu var metið með samanburði gagna af einstökum svæðum við fyrri rannsóknir og athugað hvort samsvörun ætti sér stað. Í ljós kom að jarðhitasvæðið í Fremrinámum hefur að geyma mikinn fjölda tegunda sem eiga sér ekki samsvörun á öðrum hverasvæðum.

The current project was requested by the Master Plan for Nature Protection and Energy Utilization and aimed at geothermal areas which had not been classified for preservation or utilization during Masterplan 2. The geothermal areas investigated were Trölladyngja and Austurengjahver at Reykjanes, Fremrinámar and Þverárdalur and Innstidalur at Hengill. The goal of the project was to estimate biodiversity and rarity of thermophiles inhabiting the areas mentioned. The methods used were DNA based and were performed on DNA extracted from primary samples (culture independent). Microbial species identification was performed by amplification and sequencing of 16S rRNA genes and comparison with sequence databases and previous research. A total of 118 samples were collected in 2015 of which 59% were sequenced. The total sequencing yield was 10 million reads, of which 6 million passed quality assessment and were used for downstream analyses. The largest proportion of the reads were obtained from Innstidalur samples, 2.176.174 reads, and the lowest proportion from Trölladyngja, 286.036 reads. The biodiversity of microorganisms within each area was estimated using the number of phyla and species, rarefaction curves and Shannons’ biodiversity index. The total number of species identified varied between sites and reflected the diversity of the geothermal area and the total amount of sequences obtained. Using a cut-off value of 97% similarity, the sequences were classified to the species level. The highest number of species, approximately 42.000, were identified in samples from Þverárdalur and the lowest number, approximately 9.000, in samples from Trölladyngja. Roughly 12.000 species were found in samples from Fremrinámar, which was surprising as the area and the samples appeared rather homogenous and such diversity was therefore not expected. All the main thermophilic taxa of the Bacteria and Archaea domains were identified in the samples. Unknown groups were found especially within the phylum of Thaumarchaeota. For the rarefaction and biodiversity index estimates the lowest number of sequence reads, Trölladyngja, was used as reference. The species diversity was found to be highest in Þverárdalur and Innstidalur, the lowest in Trölladyngja and Austurengjahver, and intermediate in Fremrinámar. Rarefaction curves showed the same results. The calculated biodiversity index (H) gave different results, indicating highest diversity in Þverárdalur and Fremrinámar (H=8 and 7,7 respectively), intermediate in Innstidalur (H=7.0) and lowest in Trölladyngja and Austurengjahver (H=6). Rarity was estimated as the number of species which could not be identified by comparison to the Silva database. The highest number of unidentified species was roughly 1000 in Þverárdalur and Innstidalur, 756 in Fremrinámar and between 300- 400 in Trölladyngja and Austurengjahver. The rarity was also estimated by comparing data obtained in the current project with data from previous projects. The analysis revealed a particularly high number of unique species in Fremrinámar that have not been identified in other geothermal areas in Iceland.

See full report
Categories
Reports

Fjölbreytileiki örvera á Íslandsmiðum / Microbial diversity in the Icelandic fishing grounds

Author(s):

Eyjólfur Reynisson, Sveinn Haukur Magnússon, Árni Rafn Rúnarsson, Kristinn Guðmundsson, Erla Björk Örnólfsdóttir, Viggó Þór Marteinsson

Funded by:

Verkefnasjóður sjávarútvegsins

Contact

Viggó Marteinsson

Group Leader

viggo.th.marteinsson@matis.is

Fjölbreytileiki örvera á Íslandsmiðum / Microbial diversity in the Icelandic fishing grounds

Fjölbreytileiki örvera í hafinu umhverfis Ísland er að mestu óþekktur en litlar sem engar rannsóknir hafa farið fram til þessa. Í þessari rannsókn var sjósýnum umhverfis landið safnað til greiningar á þéttni örvera með örverugreini (flow cytometry) og á fjölbreytileika þeirra með sameindalíffræðilegum aðferðum. Alls var 504 sjósýnum safnað; 483 sýnum úr vorralli Hafrannsóknarstofnunnar, 16 sýnum úr Breiðfirði og 5 sýnum var safnað norður af Vestfjörðum með sérútbúnum sýnatökubúnaði fyrir botnvörpu. Úr vorrallinu voru valin sýni rannsökuð frekar þau komu af Selvogsbanka, Siglunesi og Langanesi ásamt sitt hvoru sýninu vestan af Látrabjargi og af Hornbanka. Örveruþéttni var mest út af Selvogsbanka þar sem heildartalning var rétt um 1.6 milljón frumur/mL af sjó. Reiknað meðaltal allra sýna var hinsvegar 0.68 milljón frumur/mL. Tegundasamsetning örveruflórunnar var ákvörðuð með mögnun og raðgreiningu á 16S geni baktería. Alls voru 528 raðir raðgreindar sem sýndu 174 ólíkar 16S bakteríuraðir í sýnunum og reyndust 52% þeirra tilheyra áður óþekkum bakteríutegundum. Fjölbreytileiki örveruflórunnar var almennt mikill að undanskildu sýni úr hali togara. Átta fylkingar baktería greindust í sýnunum í mismiklum mæli. Cyanobacteria og Cyanobacteria‐líkar raðir voru ríkjandi í öllum sýnum fyrir utan sýni 353‐0m á Selvogsbanka þar sem hlutfall þeirra var einungis 4%. Þar voru Alpha og Gamma‐protebacteria ríkjandi. Af öðrum fylkingum greindust Flavobacteria reglulega ásamt öðrum hópum í minna hlutfalli.   Munur á örverusamsetningu sjósýna var metinn með höfuðþáttagreiningu á fingrafari örverusamfélaga sem var fengin með t‐RFLP tækni. Heilt yfir var meginmunur á sýnum úr hverri sýnalotu þ.e. úr vorralli, Breiðafirði og hali togara. Breytileikinn innan sýna úr vorrallinu hélst í hendur við sýnatökustað þar sem sýni af Selvogsbankanum sýndu meiri innbyrðis líkindi samanborið við sýnin norðan af Siglufirði og vestan af Íslandi sem voru ólíkari innbyrðis. Úr gögnum fingrafara örverusamfélaga í mismunandi sýnum mátti sjá fylgni á milli ákveðinna breyta í fingrafari samfélagana með umhverfisþáttum sem mældir voru við sýnaöflunina. Hitastig hafði þar mest að segja en einnig flúrljómun og selta. Skimað var fyrir Vibrio. Paramaemolyticus í sjósýnum úr hlýjum sjó sunnan af landinu þar sem yfirborðshit sjávar var milli 8‐10°C. Enginn V. parahaemolyticus greindist í þessum sýnum.   Niðurstöður þessara verkefnis má líta á sem mikilvægan grunn til frekari rannsókna á örverum á Íslandsmiðum. Áframhaldandi rannsóknir á þessu sviði geta haft mikla þýðingu til lengri tíma litið til að meta áhrif fyrirsjáanlegra umhverfisbreytinga vegna hlýnunar jarðar á lífríki sjávar og nytjastofna á Íslandsmiðum. 

The diversity of microorganisms in the ocean around Iceland is largely unknown and little or no research has been conducted to date. In this study, seawater samples around the country were gathered for analysis concentration and diversity of microorganisms using flow‐cytometry and molecular methods. A total of 504 samples were collected. All samples were analysed with regards to microbial counts while samples from selected areas were investigated further, from Selvogsbanki, Siglunes and Langanes.   Microbial concentrations were highest at Selvogsbanki, where the total counts were around 1.6 million cells/ml. Arithmetic mean of all samples was o.68 million cells/ml. Species composition of microbial flora was determined by amplification and sequencing of the 16S bacterial gene. A total of 528 16S sequences were sequenced, and showed 174 different bacterial sequences. 52% of the sequences belonged to previously unknown bacterial species. Eight divisions of bacteria were detected in the samples. Cyanobacteria and cyanobacteria‐like sequences were predominant in all samples except sample 353‐0m in Selvogsbanki where the ratio was only 4% and alpha and gamma‐ proteobacteria were predominant. Of other ranks identified, Flavobacterium were regularly detected along with other less frequent groups.   The difference in microbial composition in the sea samples was assessed by principal component analysis of the microbial community fingerprint obtained by t‐RFLP technique. Variability within the samples was dependent upon sampling point, samples from Selvogsabanki showed more correlation with other samples from that area  ‐ than with samples from Siglunes or the west coast of Iceland that showed more intrinsic diversity. The community fingerprint and changes in the fingerprint shows correlation to changes in environmental factors measured at sampling. Temperature was the most important environmental factor, along with fluorescence and salinity. Samples from the warmer waters off the south coast were screened for Vibrio parahaemolyticus, but none was detected.   The results of this project can be seen as an important basis for further studies of microorganisms in Icelandic waters. Continued research in this area can be of great importance for the evaluation environmental change and the effects of global warming on the marine environment and exploitable marine species in Icelandic waters.  

See full report
Categories
Reports

Bestun á undirbúningi og meðhöndlun sjósýna fyrir sameinda‐ líffræðilegar örverurannsóknir / Optimization of sample preparation – filtration and DNA extraction – for the analysis of sea water samples

Author(s):

Eyjólfur Reynisson, Árni Rafn Rúnarsson, Sveinn Haukur Magnússon, Desiree Seehafer, Viggó Þór Marteinsson

Funded by:

Verkefnasjóður sjávarútvegsins, Sjávarútvegs‐ og landbúnaðarráðuneyti

Contact

Viggó Marteinsson

Group Leader

viggo.th.marteinsson@matis.is

Bestun á undirbúningi og meðhöndlun sjósýna fyrir sameinda‐  líffræðilegar örverurannsóknir / Optimization of sample preparation – filtration and DNA extraction – for the analysis of sea water samples

Lítið er vitað um örverur eða fjölbreytileika örverusamfélaga á Íslandsmiðum en þær gegna mikilvægu hlutverki í vistkerfi hafsins. Nauðsynlegt er að rannsaka örverufræði hafsins í kring um Ísland með nýjum og öflugum aðferðum sem byggja á sameindalíffræði. Við slíka vinnu skiptir gæði sýna og sýnaundirbúningur mjög miklu máli. Í þessari rannsókn var gerð forkönnun á sjósýnum, sýnatöku og sýna‐ meðhöndlun áður en sýni verða tekin í miklu magni. Fyrst voru sýni tekin úr smábátahöfninni í Reykjavík til forathugunar og svo var haldið lengra með sýnum úr rúmsjó. Skoðaðar voru heimtur með tilliti til DNA magns og hversu vel tókst til að magna upp erfðaefni örveranna með PCR. Niðurstöðurnar sýndu að besta aðferðin var aðkeypt DNA einangrunarsett sem einangraði mest af DNA og var magnanalegt með PCR. Ódýrari og fljótvirkari aðferð með sjálfvirku einangrunartæki og heimatilbúnum hvarfefnum reyndist einnig mjög vel þar sem sambærilegar niðurstöður fengust úr PCR mögnun þó svo að lægri DNA heimtur fengust. Út frá þessum niðurstöðum er unnt að setja upp verkferla sem byggja á sjálfvirkri DNA einangrun sýna en notkun aðkeyptra einangrunarsetta á erfiðari sýni. Fyrirhugað er að nota þessar niðurstöður við sjósýni úr vorralli Hafrannsóknarstofnunarinnar.

The knowledge on microbial diversity and community structure in Icelandic seawater is scarce at present despite their important role in ocean ecology. The agenda is to increase our knowledge in this field by applying recent and powerful analytical tools. In order to do that it is essential to have access to high quality samples and sample preparation procedures. In the present study sea sample preparation was studied with aim of comparing different methods and optimizes the workflow. Samples from a harbour in Reykjavík and open sea samples were used for this purpose. The results showed that an extraction method based on an Epicentre kit gave the best results regarding DNA recovery from the samples and suitability in a PCR amplification. However, a method based on semi‐automatic protocol and in house reagents proofed to be more cost effective and showed comparable performance with PCR suitability of the samples although a lower DNA recovery was obtained. From these results it is now possible to establish an efficient work flow for microbial diversity analysis of sea samples using an automated method as a first choice with the option of more costly method for more challenging samples.

See full report
Categories
Reports

Bacterial diversity in the processing environment of fish products / Fjölbreytileiki bakteríusamfélaga í vinnsluumhverfi fiskafurða

Author(s):

Eyjólfur Reynisson, Sveinn Haukur Magnússon, Árni Rafn Rúnarsson, Viggó Þór Marteinsson

Funded by:

Tækniþróunarsjóður, AVS

Contact

Viggó Marteinsson

Group Leader

viggo.th.marteinsson@matis.is

Bacterial diversity in the processing environment of fish products / Fjölbreytileiki bakteríusamfélaga í vinnsluumhverfi fiskafurða

Í skýrslunni er leitað svara við fjölbreytileika og tegundasamsetningu örvera í fiskvinnsluumhverfi. Rannsóknarvinnan hófst með uppsetningu og þróun aðferða til að skanna örverusamsetningu með sameindalíffræðilegum aðferðum og svo á seinni stigum var hafist handa við að skoða valin umhverfi úr fiskiðnaðinum.  Tvær fiskvinnslur voru heimsóttar, hvor um sig í tvígang þar sem úttekt var gerð á vinnslunni og u.þ.b. 20 sýni tekin í hverri ferð.    Í ljós kom fjölbreytt samfélag baktería þar sem þekktar skemmdarbakteríur voru í jafnan í háu hlutfalli ásamt ýmsum öðrum tegundum.    Örverutalningar sýndu fram á hátt magn baktería á yfirborðum vinnslulína á meðan á vinnslu stendur með fáa bakteríuhópa í yfirmagni en einnig fjölmargar aðrar tegundir í minna magni.    Helstu hópar baktería sem fundust tilheyra Photobacterium phosphoreum, sem var í hæsta hlutfallslegu magni heilt yfir í rannsókninni, ásamt Flavobacterium, Psychrobacter, Chryseobacter, Acinetobacter og Pseudoalteromonas. Allar þessar tegundir eru þekktar fiskibakteríur sem lifa í roði og þörmum lifandi fiska.  Þetta er fyrsta verkefnið sem vitað er um þar sem sameindalíffræðilegar aðferðir eru notaðar til að skanna bakteríuvistkerfi fiskvinnsluhúsa.   Hér hefur því verið lagður þekkingargrunnur að bakteríuvistkerfum við mismunandi aðstæður í fiskvinnslum sem mun nýtast til frambúðar við rannsóknir og þróun á bættum vinnsluferlum og geymsluaðferðum á fiski.

In this report we seek answers on diversity and species composition of bacteria in fish processing environment. The study initiated   method development to screen microbial systems using molecular methods followed by analysis of samples from 2 fish processing plants. This research shows the presence of a diverse microbial community in fish processing environment where known spoilage microorganisms are typically in high relative numbers along with various other bacterial species. Total viable counts showed the presence of bacteria in high numbers on processing surfaces during fish processing where few species typically dominated the community. Photobacterium phosphoreum was the most apparent species followed by genera such as Flavobacterium, Psychrobacter, Chryseobacter, Acinetobacter and Pseudoalteromonas. All these species are known fish associated bacteria that live on the skin and in the digestive tract of a living animal. To our knowledge, this is the first study where molecular methods are used to screen microbial communities in fish processing plants. This research has therefore contributed a database on bacterial diversity in fish processing plants that will be used in the future to improve processing and storage methods in the fish industry.

See full report