pmoA based detection of methanotrophic bacteria in coal-bed rocks of the Lublin Coal basin

• Autorzy: Pytlak A. , Kuzniar A. , Stepniewska Z.

Warianty tytułu

PL

Detekcja bakterii metanotroficznych w skałach przywęglowych Lubelskiego Zagłębia Węglowego w oparciu o gen pmoA

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Methane is one of the most important greenhouse gases. In spite of its low mixing ratio (1775 ppbv), it is responsible for 20-30% of global warming. However, factors influencing methane fluxes to the atmosphere from different sources are still under debate. One of the most important elements of the methane cycle are methanotrophic bacteria. This unique group of Proteobacteria utilises methane at various levels, from atmospheric concentrations to several percentages, using molecular oxygen. Methanotrophs have been found in many terrestrial, aquatic and subsurface environments, there is however little information about methanotrophs connected with coal deposits. In the study, the presence of methanotrophic bacteria in coal–associated rocks of the Lublin Coal Basin (LCB) was confirmed by the methanotrophic activity tests of fresh and autoclaved samples from depths of 914 m and 997 m below the surface. Methanotrophs were also successfully enriched on nitrate minimal salts medium and identified based on the cloned pmoA sequences. It was found that methane-oxidising bacteria present in the LCB are highly similar to Methylosinus, Methylocys-tis and Methylocaldum species. It was assumed that biological oxidation may be one of the processes influencing methane concentrations in coalbeds and that rocks excavated with coal may serve e.g. as methanotrophically active covers preventing CH4 emission from landfills.

PL

Metan jest jednym z najważniejszych gazów szklarniowych, który pomimo niskiego stężenia w atmosferze (1775 ppbv) odpowiedzialny jest za 20-30% obserwowanego efektu szklarniowego. W globalnym bilansie CH4 ważną rolę odgrywają bakterie metanotroficzne. Stanowią one wyjątkową grupę Proteobacteria zdolnych do wykorzystania metanu zarówno, gdy jego stężenie jest bardzo niskie (na poziomie atmosferycznym) jak również wysokie, wynoszące nawet kilkadziesiąt procent. Występowanie metanotrofów potwierdzono w wielu lądowych, wodnych i podziemnych ekosystemach, natomiast wciąż niewiele wiadomo na temat mikroorganizmów utleniających metan w otoczeniu pokładów węgla. W bieżącej pracy potwierdzono występowanie bakterii metanotroficznych w skałach Lubelskiego Zagłębia Węglowego (LZW). Biologiczne utlenianie metanu stwierdzono w skałach pochodzących z głębokości –914 m oraz –997 m pod powierzchnią gruntu. Występujące w tych skałach bakterie metanotroficzne zostały namnożone na pożywce NMS i poddane identyfikacji w oparciu o sekwencje genu pmoA. Uzyskane sekwencje wykazywały wysokie podobieństwo do gatunków z rodzajów Methylosinus, Methylocystis and Methylocaldum. Uzyskane wyniki wskazują, że biologiczne utlenianie metanu może wpływać na stężenie metanu w wyrobiskach kopalni węgla kamiennego a także stwarzają perspektywę zastosowania skał przywęglowych, jako warstw zabezpieczających przed emisją CH4 ze składowisk odpadów komunalnych.

Słowa kluczowe

EN

Lublin Coal Basin; gangue; Proteobacteria; methanotrophic bacteria; monooxygenase; methane; methane emission

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Agrophysica
• Rocznik: 2012
• Tom: 19
• Numer: 2
• Opis fizyczny: p.403-413,fig.,ref.

Twórcy

autor

Pytlak A.

• Institute of Biotechnology, Department of Biochemistry and Environmental Chemistry, The John Paul II Catholic University of Lublin, Al.Krasnicka 102, 20-718 Lublin, Poland

autor

Kuzniar A.

autor

Stepniewska Z.

Bibliografia

• Bodrossy L., Holmes E., Holmes A., Kovacs K., Murrell J., 1997. Analysis of 16S rRNA and methane monooxygenase gene sequences reveals a novel group of thermotolerant and thermophilic methano-trophs Methylocaldum gen. nov.. Archives of Microbiology, 168, 493-503.
• Bodrossy L., Stralis-Pavese N., Murrell J., Radajewski S., Weilharter A., Sessitsch A., 2003. Development and validation of a diagnostic microbial microarray for methanotrophs. Environmental Microbiology, 5(7), 566-582.
• Bonartsev A., Myshkina V., Nikolaeva D., Furina E., Makhina T., Livshits V., Boskhomdzhiev A., Ivanov E., Iordanskii A., Bonartseva G., 2007. Biosynthesis, biodegradation, and application of poly 3-hydroxybutyrate and its copolymers - natural polyesters produced by diazotrophic bacteria. Com-municating Current Research and Educational Topics and Trends in Applied Microbiology, Méndez-Vilas A. Ed., 295-307.
• Bosquet P., 2006. Contribution of anthropogenic and natural sources to atmospheric variability. Nature, 443, 439-443.
• Bowman J., Jimenez L., Rosario I., Hazen T., Sayler, G., 1993. Characterization of the methanotrophic bacterial community present in a trichloroethylene-contaminated subsurface groundwater site. Appl. Environ. Microbiol., 59(8), 2380-2387.
• Bull I., Parakh N., Hall G., Ineson P., Evershed R., 2000. Detection and classification of atmospheric methane oxidizing bacteria in soil. Nature, 405, 175-178.
• Cała M., Piechota S., Tajduś A,. 2004. State of stress in the ground surrounded by fields in the longwall mining "Bogdanka" Coal Mine. Mining News 55, 46-53. (in Polish)
• Cicerone R. J., Oremland R., 1988. Biogeochemical aspects of atmospheric methane. Global Biogeochemical Cycles 2, 299-327.
• Costello A., Lidstrom M., 1999. Molecular characterization of functional and phylogenetic genes from natural populations of methanotrophs in lake sediments. Applied Environmental Micro-biology, 65, 5066-5074.
• Doronina N., Ezhov V., Trotsenko Y., 2008. Growth of Methylosinus trichosporium OB3b on methane and poly-β-hydroxybutyrate biosynthesis. Applied Biochemistry and Microbiology, 44(2), 182-185.
• Felsenstein J. 1985. Confidence limits on phylogenies: An approach using the bootstrap. Evolution, 39, 783-791.
• Freeman C., Nevison G., Kang H., Hughes S., Reynolds B., Hudson J., 2002. Contrasted effects of simu-lated drought on the production and oxidation of methane in a mid-Wales wetland. Soil Biology and Biochemistry, 34, 61-67.
• Gentzis T., 2009. Stability analysis of a horizontal coalbed methane well in the Rocky Mountain Front Ranges of southeast British Columbia Canada. International Journal of Coal Geology, 77, 328-337.
• Hanson R., Hanson T., 1996. Methanotrophic bacteria. Microbiological Review,s 60, 439-471
• IPCC Climate Change, 2007. The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.
• IPCC Climate Change, 2001. The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. In, Houghton J.T., Y. Ding, D.J. Griggs, M. Noguer, P.J. van der Linden, X. Dai, K. Maskell, C.A. Johnson eds. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
• Kotarba M., 2001. Composition of coalbed gases in the Upper Silesian and Lublin Basins Poland. Organic Geochemistry, 32, 163-180.
• Kotarba M., Clayton J., 2003. A stable carbon isotope and biological marker study of Polish bituminous coals and carbonaceous shales. International Journal of Coal Geology, 55, 73- 94.
• McDonald I., Bodrossy L., Chen Y., Murrell J., 2008. Molecular Ecology Techniques for the Study of Aerobic Methanotrophs. Applied And Environmental Microbiology, 74, 5, 1305-1315.
• Murrell J., Gilbert C., McDonald I., 2000. Molecular biology and regulation of methane monooxygenase. Arch. Microbiol., 173, 325-332.
• Nei M., Gojobori T., 1986. Simple methods for estimating the numbers of synonymous and nonsynony-mous nucleotide substitutions. Molecular Biology and Evolution, 3, 418-426.
• Raghoebarsing A.A., Smolders A.J.P., Schmid M.C., Rijpstra W.I.C., Wolters-Arts M., Derksen J., Jetten M.S.M., Schouten S., Damste J.S.S., Lamers L.P.M., Roelofs J.G.M., Op den Camp H.J.M., Strous M., 2005. Methanotrophic symbionts provide carbon for photosynthesis in peat bogs. Nature, 436, 1153-1156.
• Roslev P., King G., 1995. Aerobic and Anaerobic Starvation Metabolism in Methanotrophic Bacteria. Applied and Environmental Microbiology, 61, 1563–1570.
• Saitou N., Nei M., 1987. The neighbor-joining method: A new method for reconstructing phylogenetic trees. Molecular Biology and Evolution 4, 406-425.
• Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T., 1989. A Laboratory Manual in Molecular Cloning. Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, Vol. 1, 2, 3.
• Stępniewska Z., Pytlak A,. Wołoszyn A., 2010. Perspectives for methane biofiltration with the use of coalbed rocks originating from „Lubelski Węgiel „Bogdanka” SA coal mine, Unconventional energy and waste management. Monograph. Wiatr I., Marczak H. red. Lublin. Polish Society of Ecological Engineering, 189-197.
• Stępniewska Z., Szmagara A., Stefaniak E., 2004. Optimization of environmental parameters conductive to methane oxidation with coal mine dump rock. Environment Protection Engineering 30, 133-137.
• Whittenbury R., Phillips K., Wilkinson J., 1970. Enrichment isolation and some properties of methane-utilizing bacteria. Journal of General Microbiology, 61, 205-218

Uwagi

Rekord w opracowaniu