The Role of Earthworm Gut-Associated Microorganisms in the Fate of Prions in Soil

Nechitaylo, Taras

Die Auswirkung der Regenwurmdarm (Arten Lumbricus terrestris, Aporrectodea caliginosa, und Eisenia fetida) assoziierten und durchgehenden Bakterien en wurde mit Hilfe der 16S rRNA-Bestimmung untersucht. CFB Bakterien (Klassen Flavobacteria und Sphingobacteria) wurden als fakultativ regenwurmdarmassoziiert betrachtet. Die neulich entdeckte Familie Lumbricoplasmataceae mit der Klasse Mollicutes (Firmicutes) wurde als regenwurmdarmassoziierte Bakterien vorgeschlagen. Bei Firmicutes und Gammaproteobacteria wurde eine starke Reduktion ihrer Diversität, sowie der Zahl der Bakterien innerhalb der Darmpassage beobachtet, was auf eine darmempfindliche Bakteriengruppe hinweist, obwohl die Gattung Pseudomonas (Gammaproteobacteria) eine Darmwiederstandsfähigkeit zeigte. Die Bakterienzahl der anderen Bakteriengruppen hat sich geändert (variiert); nicht klassifizierte Spingomonadaceae (Alphaproteobacteria) und Alcaligenes faecalis (Betaproteobacteria) stellten einen darm-wiederstandsfähigen Teil ihrer Population dar. Es wurde keine wirtspezifische Rolle des Regenwurms beobachtet. Es wurde keine spezifische Wirkung beobachtet bei Regenwürmern aus unterschiedlichen Umgebungen. Bis 20 % der aus dem Boden und den Regenwürmern isolierten Bakterienspezies waren dazu fähig, recPrP aus einer reinen Kultur abzubauen; Gammaproteobacteria, Actinobacteria, und Bacilli wiesen einen größeres Potential zum Abbau von recPrP auf. Die meisten getesteten pilzartigen Isolate waren auch zum recPrP-Abbau fahig. Die Degradation des Prions wurde in vitro in den wässrigen Extrakten aus dem Boden und den Wurmexkrementen (2-6 Tagen) demonstriert (gezeigt). Es wurde eine stark erhöhte unspezifische proteolytische Aktivität durch den in Regenwurmdarm (freigesetzten) detektierten trypsin- und chymotrypsin-artigen Enzymen beobachtet. Jedoch wurde kein erhöhte recPrP-Abbau innerhalb der Darmpassage detektiert. Zusammenfassend erzeugt das Mikrooraganismen-Regenwurmdarm System unter angewandten Bedingungen, keine de novo Protease, die zum Prion-Abbau beitragen.

The effect of earthworm gut (species Lumbricus terrestris, Aporrectodea caliginosa, and Eisenia fetida) on transiting bacterial community was studied using 16S rRNA-based techniques. CFB bacteria (classes Flavobacteria and Sphingobacteria) were considered as facultative gut-associated. Newly detected family Lumbricoplasmataceae within the class Mollicutes (Firmicutes) was proposed to be obligate earthworm-associated bacteria. Firmicutes and Gammaproteobacteria strongly reduced their diversity and relative number upon the passage being gut-sensitive bacterial groups, although the genus Pseudomonas (Gammaproteobacteria) were gut-resistant members of community. Other bacterial groups have varied number; unclassified Spingomonadaceae (Alphaproteobacteria) and Alcaligenes faecalis (Betaproteobacteria) represented the gut-resistant part of their populations. No earthworm host-specific effect was observed. Up to 20% of bacterial species isolated from the soil and earthworm sources were able to digest recPrP in pure culture; Gammaproteobacteria, Actinobacteria, and Bacilli were the taxa with the biggest potential to deplete the recPrP. Most of studied fungal isolates degraded recPrP. The prion was demonstrated to be depleted in vitro in aqueous extracts of the soil and the cast within 2-6 days. Non-specific proteolytic activity strongly increased from soil substratum to the cast through the trypsin- and chymotrypsin-like proteases released by the earthworm. However, the passage through the gut did not promote any enhanced recPrP digestion. Thus, under applied conditions the microbial-earthworm gut systems do not produce proteases de novo, which notably affect the prion proteolysis.

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Nechitaylo, Taras: The Role of Earthworm Gut-Associated Microorganisms in the Fate of Prions in Soil. 2007.

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