Phylogenetic and functional diversity of estuarine bacterioneuston

Abstract

A micro-camada superficial da água (SML) é caracterizada pela ocorrência de grandes quantidades de compostos orgânicos, pela acumulação de contaminantes antropogênicos e é submetida a uma intensa radiação solar, extrema mudança de temperatura e, no caso dos estuários, flutuação de salinidade. Estas propriedades físico-químicas estão, provavelmente, a modular a comunidade bacteriana (bacterioneuston) com propriedades filogenéticas e funcionais específicas. Neste estudo, as abordagens dependentes e independentes do cultivo foram aplicadas para avaliar a estrutura e dinâmica das comunidades bacterioneuston e bacterioplâncton em três localizações geográficas ao longo do estuário da Ria de Aveiro. Além disso, comparámos a diversidade filogenética de grupos específicos (Aeromonas, Pseudomonas e Psychrobacter) presentes em bacterioneuston e bacterioplâncton. Finalmente, as duas comunidades foram comparadas em termos de prevalência e diversidade de bactérias resistentes aos antibióticos e respetivos genes de resistência. Bactérias heterotróficas cultiváveis foram enriquecidas em SML. Eletroforese em gel de gradiente desnaturante (DGGE) permitiu a identificação de filotipos específicos em SML. Além disso, a análise de agrupamento dos perfis de DGGE de ambas as comunidades revelou uma ligeira tendência de agrupamento de acordo com a camada amostrada. As diferenças entre as duas comunidades variaram de acordo com factores espaciais e temporais. Em termos de diversidade filogenética de grupos específicos, não foram identificadas diferenças consistentes entre SML e UW com relação às comunidades de Aeromonas. Com relação ao género Pseudomonas, uma unidade operacional taxonómica cultivável foi consistentemente hiper-representada nas amostras de SML. Metodologias dependentes e independentes do cultivo revelaram a presença de populações de Psychrobacter complexas e muito estáveis em todos os sítios e datas de amostragens, com diferenças significativas entre as comunidades de Psychrobacter presentes em SML e UW. Estirpes representativas de prováveis novas espécies também foram cultivadas. Em termos de resistência aos antibióticos, a prevalência de bactérias resistentes em SML foi alta sugerindo selecção pelas condições presentes em SML. É preciso enfatizar que a resistência aos antibióticos foi incomum entre as bactérias estuarinas e os mecanismos de resistência foram, predominantemente, intrínsecos. Pela combinação de abordagens inovadoras dependentes e independentes do cultivo, este estudo forneceu novas e consistentes informações com relação às diferenças em ambas as comunidades bacterianas e em relação a alguns dos fatores que contribuem para a sua formação.

The water surface microlayer (SML) is characterized by the occurrence of high amounts of organic compounds, the accumulation of anthropogenic contaminants and is subjected to intensive solar radiation, extreme temperature changes and, in the case of estuaries, salinity fluctuations. These particular properties are probably modulating a bacterial community (bacterioneuston) with specific functional and phylogenetic properties. In this study, culture-dependent and culture-independent approaches were applied to evaluate the structure and dynamics of the bacterioneuston and bacterioplankton communities in three geographic locations along the Ria de Aveiro estuary. Additionally, we compared the phylogenetic diversity of specific groups (Aeromonas, Pseudomonas and Psychrobacter) present in bacterioneuston and bacterioplankton. Finally, both communities were compared in terms of prevalence and diversity of antibiotic resistant bacteria and resistance genes. Cultivable heterotrophic bacteria were enriched in the SML. Denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) allowed identifying SML-specific phylotypes. Also, cluster analysis of DGGE profiles from both UW and SML revealed a slight tendency for grouping according to sampled layer. Differences between both communities varied according to spatial and temporal factors. In terms of phylogenetic diversity of specific groups, consistent differences between SML and UW aeromonads communities were not identified. Regarding Pseudomonas, a cultivable operational taxonomic unit was consistently overrepresented in SML samples. Culture-dependent and cultureindependent methodologies revealed the presence of complex and very stable Psychrobacter populations in all sampling sites and dates, with significant differences between SML and UW Psychrobacter communities Strains representing putative new species of Psychrobacter were cultivated. In terms of antibiotic resistance, the prevalence of antibiotic-resistant bacteria was higher in the SML suggesting selection by SML conditions. It has to be emphasized that antibiotic resistance was uncommon among estuarine bacteria and the resistance mechanisms were predominantly intrinsic. Differences between bacterioneuston and bacterioplankton in Ria de Aveiro were detected at different levels: the structure of the total bacterial community, the diversity of specific groups, and in the ability to resist to antibiotics. By the innovative combination of culture-dependent and independent approaches we provide new and consistent information regarding the differentiation of both bacterial communities and some of the factors that contribute for their shaping.