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Concentration of Metabolites from Low-density Planktonic Communities for Environmental Metabolomics using Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

Environmental metabolomics is an emerging field that is promoting new understanding in how organisms respond to and interact with the environment and each ...

The doubling time of anaerobic ammonium-oxidizing (anammox) bacteria in an anaerobic biological filtrated (ABF) reactor was determined. Fluorescence in situ hybridization analysis was used to detect and count anammox bacteria cells in anammox sludge. As a result, the populations of anammox bacteria at 14th and 21st days were 1.1 x 10(6) and 1.7 x 10(7) cells/ml reactor, respectively. From these results, the doubling time of anammox bacteria was calculated as 1.8 days, and the specific growth rate (mu) was 0.39 day(-1). This result indicated that the anammox bacteria have higher growth rate than the reported value (doubling time, 11 days). Furthermore, it was clearly demonstrated that nitrogen conversion rate was proportional to the population of anammox bacteria. Maintaining the ideal environment for the growth of anammox bacteria in the ABF reactor might lead to faster growth. This is the first report of the growth rate of anammox bacteria based on the direct counting of anammox bacteria.

Growth characteristic of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria in an anaerobic biological filtrated reactor.

Das Wachstum charakteristisch f&#xFC;r anaerobe Ammonium-oxidierende Bakterien in einem anaeroben biologischen filtrierten Reaktor.

Anaerobic ammonium-oxidizing (anammox) bacteria were immobilized in polyethylene glycol gel carriers. A small amount of seed sludge [0.24% (w/v)] was entrapped in the carriers, and continuous feeding tests were performed. Nitrogen removal activity increased gradually, reaching 3.7 kg N/m(3) reactor per day on day 67. The average of nitrogen conversion rate was calculated as 3.4 kg N/m(3) reactor per day. Microscopic examination clearly showed that small red clusters formed in the gel carrier. Moreover, fluorescence in situ hybridization analysis revealed that these clusters consisted of anammox bacteria. From real-time polymerase chain reaction analysis, the growth of anammox bacteria in the gel carriers was clearly shown by increased concentration of 16S rRNA gene of planctomycete from 4.3 x 10(8) to 4.2 x 10(9) copies/ml between days 41 and 55. To determine the effects of inoculation on the start-up of the reactor, the amount of seed sludge in the gel carrier was varied and it was found that the start-up period could be reduced to as little as 25 days when a sludge concentration of 1.4% (w/v) was used. This is the first report of successful immobilization and cultivation of anammox bacteria in a gel carrier.

Ammonium removal performance of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria immobilized in polyethylene glycol gel carrier: anammox bacteria immobilized in gel carrier.

Anaerobe Ammonium-oxidierende (Anammox) Bakterien wurden in Polyethylenglykol Gel Anlagetr&auml;gern immobilisiert. Eine kleine Menge von Samen Schlamm [0,24 % (w/V)] war gefangen in den Tr&auml;gern und kontinuierliche F&uuml;tterung Tests wurden durchgef&uuml;hrt. Stickstoff-Abbau-Aktivit&auml;t erh&ouml;ht allm&auml;hlich, 3,7 kg N/m(3) Reaktor pro Tag an Tag 67 zu erreichen. Der Durchschnitt der Stickstoff-Conversion-Rate wurde als 3,4 kg N/m(3) Reaktor pro Tag berechnet. Mikroskopische Untersuchung zeigte deutlich, dass der Geltr&auml;ger kleine rote Cluster gebildet. Fluoreszenz in Situ Hybridisierung Analyse ergab dar&uuml;ber hinaus, dass diese Cluster aus Anammox-Bakterien bestanden. Von Real-Time Polymerase-Kettenreaktion-Analyse war das Wachstum der Anammox-Bakterien in die Gel-Tr&auml;ger durch erh&ouml;hte Konzentration von 16S rRNS Gens des Planctomycet von 4,3 X 10 bis 4,2 X Neubewerber Kopien/ml zwischen 41 und 55 Tagen deutlich. Um die Auswirkungen der Impfung auf die Inbetriebnahme des Reaktors zu bestimmen, wurde die Menge an Saatgut Schlamm in der Geltr&auml;ger vielf&auml;ltig und ergab, dass der Anlaufphase auf weniger als 25 Tage reduziert werden konnte, wenn eine Schlamm-Konzentration von 1,4 % (w/V) benutzt wurde. Dies ist der erste Bericht des erfolgreichen Immobilisierung und Anbau von Anammox-Bakterien in einem Geltr&auml;ger.

Ammonium Entfernung Leistung anaerobe Ammonium-oxidierende Bakterien in Polyethylenglykol Geltr&auml;ger immobilisiert: Anammox-Bakterien in Geltr&auml;ger immobilisiert.

Pregnancy-specific glycoproteins (Psgs) secreted by the placenta regulate the immune system to ensure the survival of the fetal allograft by inducing IL-10, an anti-inflammatory cytokine. However, it is unknown whether Psgs are involved in more general aspects of immune response other than maternal immunity. Here, we report that Psg18 is highly expressed in the follicle-associated epithelium (FAE) overlaying Peyer's patches (PPs). Bioinformatics analysis with Reference Database for Immune Cells (RefDIC) as well as RT-PCR data demonstrated that Psg18 is exclusively expressed in FAE in adult mice, in contrast to other Psg family members that are either not expressed or only slightly expressed in FAE. Psg18 expression was observed in FAE of germ-free-conditioned mice, and was slightly upregulated after bacterial inoculation. In situ hybridization analysis revealed that Psg18 is widely expressed throughout FAE. Furthermore, Psg18 protein is deposited on the extracellular matrix in the subepithelial dome beneath FAE, where antigen-presenting cells accumulate. These results suggest that Psg18 is an FAE-specific marker protein that could promote interplay between FAE and immune cells in mucosa-associated lymphoid tissues.

Psg18 is specifically expressed in follicle-associated epithelium.

Schwangerschaft-spezifische Glykoproteine (Psgs) abgesondert von der Plazenta regulieren das Immunsystem um das &Uuml;berleben der fetale Allograft sichern durch IL-10, eine entz&uuml;ndungshemmende Zytokine induzieren. Allerdings ist es unbekannt, ob allgemeine Aspekte der Immunantwort als m&uuml;tterlichen Immunit&auml;t Psgs beteiligt sind. Hier berichten wir, dass Psg18 hoch in die Follikel-assoziierte Epithel (FAE) &uuml;berlagern Peyer Flecken (KKS) ausgedr&uuml;ckt wird. Bioinformatik-Analyse mit Referenz-Datenbank f&uuml;r Immunzellen (RefDIC) sowie die RT-PCR-Daten zeigten, dass Psg18 ausschlie&szlig;lich in FAE bei Erwachsenen M&auml;usen, im Gegensatz zu anderen Familienmitgliedern Psg ausgedr&uuml;ckt wird, die nicht ausgedr&uuml;ckt oder nur leicht ausgedr&uuml;ckt in FAE. Psg18 Ausdruck wurde im FAE Keim frei-konditionierten M&auml;use beobachtet und war etwas herraufreguliert nach der bakteriellen Inokulation. In situ Hybridisierung Analyse ergab, dass Psg18 in der gesamten FAE Allgemein ausgedr&uuml;ckt wird. Dar&uuml;ber hinaus ist Psg18 Protein auf der extrazellul&auml;ren Matrix im muzin&ouml;se Dome unter FAE, abgeschieden dem Antigen-pr&auml;sentierenden Zellen sammeln. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Psg18 ein FAE-spezifische Marker Protein ist das Zusammenspiel von FAE und Immunzellen im Mukosa-assoziierten lymphatischen Gewebe f&ouml;rdern k&ouml;nnte.

Psg18 wird speziell im Follikel-assoziierte Epithel ausgedr&uuml;ckt.

An anaerobic ammonium oxidation (anammox) process for ammonia-rich wastewater treatment has not been reported at temperatures below 15 degrees C. This study used a gel carrier with entrapped anammox bacteria to obtain a stable nitrogen removal performance at low temperatures. In a continuous feeding test, a high nitrogen conversion rate (6.2 kg N m(-3) day(-1)) was confirmed at 32 degrees C. Nitrogen removal activity decreased gradually with decreasing operation temperature; however, it still occurred at 6 degrees C. Nitrogen conversion rates at 22 and 6.3 degrees C were 2.8 and 0.36 kg N m(-3) day(-1), respectively. Moreover, the stability of anammox activity below 20 degrees C was confirmed for more than 130 days. In batch experiments, anammox gel carriers were characterized with respect to temperature. The optimum temperature for anammox bacteria was found to be 37 degrees C. Furthermore, it was clear that the temperature dependence changed at about 28 degrees C. The apparent activation energy in the temperature range from 22 to 28 degrees C was calculated as 93 kJ mol(-1), and that in the range from 28 to 37 degrees C was 33 kJ mol(-1). This value agrees with the result of a continuous feeding test (94 kJ mol(-1), between 6 and 22 degrees C). The nitrogen removal performance demonstrated at the low temperatures used in this study will open the door for the application of anammox processes to many types of industrial wastewater treatment.

Nitrogen removal performance using anaerobic ammonium oxidation at low temperatures.

Ein anaerobe Ammonium-Oxidation (Anammox)-Prozess zur Ammoniak-Reich Abwasserreinigung wurde nicht berichtet bei Temperaturen unter 15 &deg; C. Diese Studie verwendet ein Geltr&auml;ger mit eingeschlossenen Anammox-Bakterien, um eine stabile Stickstoff-Entfernung-Leistung bei niedrigen Temperaturen zu erhalten. In einem kontinuierlichen F&uuml;tterung Test, eine hohe Stickstoff-Conversion-Rate (6,2 kg N m(-3) day(-1)) best&auml;tigt wurde bei 32 Grad C.-Nitrogen Entfernung Aktivit&auml;t allm&auml;hlich sank mit abnehmender Betriebs-Temperatur; Allerdings fiel noch bei 6 Grad C.-Nitrogen-Conversion-Raten bei 22 und 6,3 Grad C waren 2.8 und 0,36 kg N m(-3) day(-1), beziehungsweise. Dar&uuml;ber hinaus wurde die Stabilit&auml;t der Anammox-Aktivit&auml;t unter 20 Grad C f&uuml;r mehr als 130 Tage best&auml;tigt. In Batch-versuchen zeichneten sich die Anammox Gel Fluggesellschaften in Bezug auf Temperatur. Die optimale Temperatur f&uuml;r Anammox-Bakterien wurde festgestellt, dass 37 Grad C. Dar&uuml;ber hinaus war es klar, dass die Temperaturabh&auml;ngigkeit bei ca. 28 Grad C ge&auml;ndert. Die scheinbare Aktivierungsenergie im Temperaturbereich von 22 bis 28 Grad C wurde als 93 kJ mol(-1) berechnet, und zwar im Bereich von 28 bis 37 Grad C 33 kJ mol(-1). Dieser Wert stimmt mit dem Ergebnis eines kontinuierlichen F&uuml;tterung Tests (94 kJ mol(-1), zwischen 6 und 22 Grad C). Die Stickstoff-Entfernung-Leistung zeigte bei den niedrigen Temperaturen, die in dieser Studie verwendeten &ouml;ffnet die T&uuml;r f&uuml;r die Anwendung der Anammox-Prozesse auf viele Arten von industriellen Abwasserbehandlung.

Stickstoff-Entfernung-Leistung mit anaerobe Ammonium-Oxidation bei niedrigen Temperaturen.

Enrichment of anammox bacteria from three types of seed sludge, sewage, digester, and nitrification sludges, was conducted using a nonwoven fabric carrier for immobilizing the anammox bacteria, and the microbial diversity of the enriched anammox culture was investigated. About four months later, simultaneous removals of ammonium and nitrite, and production of a small amount of nitrate, which is unique to the anammox reaction, were observed in all 3 sludge reactors. Results of 16S rRNA gene analysis indicated that anammox bacteria were cultivated and diversified in each sludge type. Moreover, the microbial diversity of anammox bacteria was higher in the enriched culture from sewage sludge compared to the other two types of seed sludge. Bacillus sp. coexisted in the anammox culture cultivated from sewage sludge. These results suggest that differences in the anammox community in the enriched culture were caused by differences in the type of seed sludge.

Microbial diversity of anammox bacteria enriched from different types of seed sludge in an anaerobic continuous-feeding cultivation reactor.

Bereicherung der Anammox-Bakterien aus drei Arten von Saatgut Schlamm, Abwasser, Digester und Nitrifikation Schl&auml;mme, wurde mit einen Vliesstoff-Tr&auml;ger f&uuml;r l&auml;hmende die Anammox-Bakterien durchgef&uuml;hrt, und die mikrobielle Vielfalt der angereicherten Anammox-Kultur wurde untersucht. Etwa vier Monate wurden sp&auml;ter, gleichzeitigen Abbau von Ammonium und Nitrit und Produktion aus einer kleinen Menge Nitrat, die f&uuml;r die Anammox-Reaktion eindeutig ist, in allen 3 Reaktoren der Kl&auml;rschlamm beobachtet. 16S rRNA-gen-Analyse ergab, dass Anammox Bakterien wurden kultiviert und in den jeweiligen Schlamm diversifiziert. Dar&uuml;ber hinaus lag die mikrobielle Vielfalt der Anammox-Bakterien in der angereicherten Kultur von Kl&auml;rschlamm im Vergleich zu den anderen zwei Arten von Saatgut Schlamm. Bazillus SP. koexistiert in der Anammox-Kultur aus Kl&auml;rschlamm kultiviert. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Unterschiede in der Anammox-Gemeinschaft in der angereicherten Kultur durch Unterschiede in der Art von Saatgut Schlamm verursacht wurden.

Mikrobielle Vielfalt der Anammox-Bakterien, die aus verschiedenen Arten von Saatgut Schlamm in eine anaerobe kontinuierliche Beschickung Anbau-Reaktor bereichert.

We have developed a new approach for monitoring the metabolic dynamics in microbial ecosystems using a combination of DNA fingerprinting and metabolome analysis based on stable-isotope-labeling technologies. Stable-isotope probing of DNA (DNA-SIP) has been used previously for the evaluation of cross-feeding in microbial communities. For the development and validation of our monitoring approach, fecal microbiota were analyzed with stable-isotope-labeled glucose used as the sole carbon source. In order to link the metabolic information and the microbial variability, we performed metabolic-microbial correlation analysis based on nuclear magnetic resonance (NMR) profiles and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) fingerprints, which successfully identified the glucose-utilizing bacteria and their related extracellular metabolites. Moreover, our approach revealed information regarding the carbon flux, in that the "first" wave of extracellular metabolites secreted by the glucose-utilizing bacteria were incorporated into the "secondary" group of substrate-utilizing bacteria, and that this "secondary" group further produced their own secondary metabolized substrates. Thus, this approach is a powerful tool for monitoring the metabolic dynamics in microbial ecosystems and allows for the tracking of the carbon flux within a microbial community.

New monitoring approach for metabolic dynamics in microbial ecosystems using stable-isotope-labeling technologies.

Wir haben einen neuen Ansatz f&uuml;r die &Uuml;berwachung der metabolischen Dynamik in mikrobiellen &Ouml;kosysteme mit einer Kombination von DNA-fingerprinting und Metabolom-Analyse basierend auf testing-Isotop-beschriften-Technologien entwickelt. Testing-Isotop Sondierung der DNA (DNA-SIP) wurde zuvor f&uuml;r die Bewertung der Kreuz-F&uuml;tterung in mikrobielle Gemeinschaften eingesetzt. F&uuml;r die Entwicklung und Validierung unserer &Uuml;berwachung Ansatzes f&auml;kale Microbiota wurden analysiert mit Stall-Isotop-beschrifteten Glucose als einziger Kohlenstoffquelle verwendet. Um die metabolische Informationen und die mikrobielle Variabilit&auml;t zu verbinden, f&uuml;hrten wir metabolische mikrobielle Korrelationsanalyse basierend auf Kernspinresonanz (NMR) Profile und Denaturierung gradient Gel-Elektrophorese (DGGE)-Fingerabdr&uuml;cke, die erfolgreich die Verwendung von Glukose-Bakterien und deren verwandten extrazellul&auml;ren Metaboliten identifiziert. Dar&uuml;ber hinaus unser Ansatz offenbart Informationen bez&uuml;glich der CO2-Flux, denn von die &quot;erste&quot; Welle der extrazellul&auml;ren Metaboliten ausgeschieden die Verwendung von Glukose-Bakterien wurden in der &quot;sekund&auml;re&quot; Fraktion der Substrat-Nutzung Bakterien aufgenommen, und, dass diese &quot;sekund&auml;ren&quot; Gruppe weiter ihre eigenen Sekund&auml;r produziert metabolisiert Substrate. Daher dieser Ansatz ist ein leistungsf&auml;higes Werkzeug f&uuml;r die &Uuml;berwachung der metabolischen Dynamik in mikrobiellen &Ouml;kosysteme und die Verfolgung von der Kohlenstoff-Flux innerhalb einer mikrobiellen Gemeinschaft erm&ouml;glicht.

&Uuml;berwachung Neuansatz f&uuml;r metabolische Dynamics in mikrobiellen &Ouml;kosysteme mit Stall-Isotop-beschriften-Technologien.

Epithelial cells that cover the intestinal mucosal surface maintain immune homeostasis and tolerance in the gastrointestinal tract. However, little is known about the molecular mechanisms that regulate epithelial immune functions. Epithelial cells are distinct in that they are highly polarized; this polarity is, at least in part, established by the epithelium-specific polarized sorting factor adaptor protein (AP)-1B. We investigated the role of AP-1B-mediated protein sorting in the maintenance of gastrointestinal immune homeostasis.

The epithelia-specific membrane trafficking factor AP-1B controls gut immune homeostasis in mice.

Epithelzellen, die die intestinale Schleimhaut-Oberfl&auml;che zu bedecken pflegen immun Hom&ouml;ostase und Toleranz im Magen-Darm-Trakt. Jedoch ist wenig &uuml;ber die molekularen Mechanismen bekannt, die epitheliale Immunfunktionen zu regulieren. Epithelzellen unterscheiden sich, insofern sie stark polarisiert sind; Diese Polarit&auml;t wird, zumindest teilweise, durch das Epithel-spezifische polarisierten sortieren Faktor Adapterprotein (AP) hergestellt-1B. Wir untersuchten die Rolle des AP-1B-vermittelter Protein Sortierung in der Pflege der Magen-Darm-immun-Hom&ouml;ostase.

Article	Year
Growth characteristic of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria in an anaerobic biological filtrated reactor. Applied microbiology and biotechnology\| PubMed ID: 16021484	2006
Ammonium removal performance of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria immobilized in polyethylene glycol gel carrier: anammox bacteria immobilized in gel carrier. Applied microbiology and biotechnology\| PubMed ID: 17653541	2007
Psg18 is specifically expressed in follicle-associated epithelium. Cell structure and function\| PubMed ID: 17984568	2007
Nitrogen removal performance using anaerobic ammonium oxidation at low temperatures. FEMS microbiology letters\| PubMed ID: 18355289	2008
Microbial diversity of anammox bacteria enriched from different types of seed sludge in an anaerobic continuous-feeding cultivation reactor. Journal of bioscience and bioengineering\| PubMed ID: 19269593	2009
New monitoring approach for metabolic dynamics in microbial ecosystems using stable-isotope-labeling technologies. Journal of bioscience and bioengineering\| PubMed ID: 20541122	2010
The epithelia-specific membrane trafficking factor AP-1B controls gut immune homeostasis in mice. Gastroenterology\| PubMed ID: 21669204	2011

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