TY - JOUR A1 - Mitzscherling, Julia A1 - MacLean, Joana A1 - Lipus, Daniel A1 - Bartholomäus, Alexander A1 - Mangelsdorf, Kai A1 - Lipski, André A1 - Roddatis, Vladimir A1 - Liebner, Susanne A1 - Wagner, Dirk T1 - Nocardioides alcanivorans sp. nov., a novel hexadecane-degrading species isolated from plastic waste JF - International journal of systematic and evolutionary microbiology N2 - Strain NGK65(T), a novel hexadecane degrading, non-motile, Gram-positive, rod-to-coccus shaped, aerobic bacterium, was isolated from plastic polluted soil sampled at a landfill. Strain NGK65(T) hydrolysed casein, gelatin, urea and was catalase-positive. It optimally grew at 28 degrees C. in 0-1% NaCl and at pH 7.5-8.0. Glycerol, D-glucose, arbutin, aesculin, salicin, potassium 5-ketogluconate. sucrose, acetate, pyruvate and hexadecane were used as sole carbon sources. The predominant membrane fatty acids were iso-C-16:0 followed by iso-C(17:)0 and C-18:1 omega 9c. The major polar lipids were phosphatidylglycerol, phosphatidylethanolamine, phosphatidylinositol and hydroxyphosphatidylinositol. The cell-wall peptidoglycan type was A3 gamma, with LL-diaminopimelic acid and glycine as the diagnostic amino acids. MK 8 (H-4) was the predominant menaquinone. Phylogenetic analysis based on 16S rRNA gene sequences indicated that strain NGK65(T) belongs to the genus Nocardioides (phylum Actinobacteria). appearing most closely related to Nocardioides daejeonensis MJ31(T) (98.6%) and Nocardioides dubius KSL-104(T) (98.3%). The genomic DNA G+C content of strain NGK65(T) was 68.2%. Strain NGK65(T) and the type strains of species involved in the analysis had average nucleotide identity values of 78.3-71.9% as well as digital DNA-DNA hybridization values between 22.5 and 19.7%, which clearly indicated that the isolate represents a novel species within the genus Nocardioides. Based on phenotypic and molecular characterization, strain NGK65(T) can clearly be differentiated from its phylogenetic neighbours to establish a novel species, for which the name Nocardioides alcanivorans sp. nov. is proposed. The type strain is NGK65(T) (=DSM 113112(T)=NCCB 100846(T)). KW - Nocardioides alcanivorans KW - hexadecane KW - plastic degradation KW - terrestrial KW - plastisphere KW - bacteria Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1099/ijsem.0.005319 SN - 1466-5026 SN - 1466-5034 VL - 72 IS - 4 PB - Microbiology Society CY - London ER - TY - JOUR A1 - Mitzscherling, Julia A1 - Horn, Fabian A1 - Winterfeld, Maria A1 - Mahler, Linda A1 - Kallmeyer, Jens A1 - Overduin, Pier Paul A1 - Schirrmeister, Lutz A1 - Winkel, Matthias A1 - Grigoriev, Mikhail N. A1 - Wagner, Dirk A1 - Liebner, Susanne T1 - Microbial community composition and abundance after millennia of submarine permafrost warming JF - Biogeosciences N2 - Warming of the Arctic led to an increase in permafrost temperatures by about 0.3 degrees C during the last decade. Permafrost warming is associated with increasing sediment water content, permeability, and diffusivity and could in the long term alter microbial community composition and abundance even before permafrost thaws. We studied the long-term effect (up to 2500 years) of submarine permafrost warming on microbial communities along an onshore-offshore transect on the Siberian Arctic Shelf displaying a natural temperature gradient of more than 10 degrees C. We analysed the in situ development of bacterial abundance and community composition through total cell counts (TCCs), quantitative PCR of bacterial gene abundance, and amplicon sequencing and correlated the microbial community data with temperature, pore water chemistry, and sediment physicochemical parameters. On timescales of centuries, permafrost warming coincided with an overall decreasing microbial abundance, whereas millennia after warming microbial abundance was similar to cold onshore permafrost. In addition, the dissolved organic carbon content of all cores was lowest in submarine permafrost after millennial-scale warming. Based on correlation analysis, TCC, unlike bacterial gene abundance, showed a significant rank-based negative correlation with increasing temperature, while bacterial gene copy numbers showed a strong negative correlation with salinity. Bacterial community composition correlated only weakly with temperature but strongly with the pore water stable isotopes delta O-18 and delta D, as well as with depth. The bacterial community showed substantial spatial variation and an overall dominance of Actinobacteria, Chloroflexi, Firmicutes, Gemmatimonadetes, and Proteobacteria, which are amongst the microbial taxa that were also found to be active in other frozen permafrost environments. We suggest that, millennia after permafrost warming by over 10 degrees C, microbial community composition and abundance show some indications for proliferation but mainly reflect the sedimentation history and paleoenvironment and not a direct effect through warming. Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.5194/bg-16-3941-2019 SN - 1726-4170 SN - 1726-4189 VL - 16 IS - 19 SP - 3941 EP - 3958 PB - Copernicus CY - Göttingen ER - TY - THES A1 - Mitzscherling, Julia T1 - Microbial communities in submarine permafrost and their response to permafrost degradation and warming N2 - The Arctic region is especially impacted by global warming as temperatures in high latitude regions have increased and are predicted to further rise at levels above the global average. This is crucial to Arctic soils and the shallow shelves of the Arctic Ocean as they are underlain by permafrost. Perennially frozen ground is a habitat for a large number and great diversity of viable microorganisms, which can remain active even under freezing conditions. Warming and thawing of permafrost makes trapped soil organic carbon more accessible to microorganisms. They can transform it to the greenhouse gases carbon dioxide, methane and nitrous oxide. On the other hand, it is assumed that thawing of the frozen ground stimulates microbial activity and carbon turnover. This can lead to a positive feedback loop of warming and greenhouse gas release. Submarine permafrost covers most areas of the Siberian Arctic Shelf and contains a large though unquantified carbon pool. However, submarine permafrost is not only affected by changes in the thermal regime but by drastic changes in the geochemical composition as it formed under terrestrial conditions and was inundated by Holocene sea level rise and coastal erosion. Seawater infiltration into permafrost sediments resulted in an increase of the pore water salinity and, thus, in thawing of permafrost in the upper sediment layers even at subzero temperatures. The permafrost below, which was not affected by seawater, remained ice-bonded, but warmed through seawater heat fluxes. The objective of this thesis was to study microbial communities in submarine permafrost with a focus on their response to seawater influence and long-term warming using a combined approach of molecular biological and physicochemical analyses. The microbial abundance, community composition and structure as well as the diversity were investigated in drill cores from two locations in the Laptev Sea, which were subjected to submarine conditions for centuries to millennia. The microbial abundance was measured through total cell counts and copy numbers of the 16S rRNA gene and of functional genes. The latter comprised genes which are indicative for methane production (mcrA) and sulfate reduction (dsrB). The microbial community was characterized by high-throughput-sequencing of the 16S rRNA gene. Physicochemical analyses included the determination of the pore water geochemical and stable isotopic composition, which were used to describe the degree of seawater influence. One major outcome of the thesis is that the submarine permafrost stratified into different so-called pore water units centuries as well as millennia after inundation: (i) sediments that were mixed with seafloor sediments, (ii) sediments that were infiltrated with seawater, and (iii) sediments that were unaffected by seawater. This stratification was reflected in the submarine permafrost microbial community composition only millennia after inundation but not on time-scales of centuries. Changes in the community composition as well as abundance were used as a measure for microbial activity and the microbial response to changing thermal and geochemical conditions. The results were discussed in the context of permafrost temperature, pore water composition, paleo-climatic proxies and sediment age. The combination of permafrost warming and increasing salinity as well as permafrost warming alone resulted in a disturbance of the microbial communities at least on time-scales of centuries. This was expressed by a loss of microbial abundance and bacterial diversity. At the same time, the bacterial community of seawater unaffected but warmed permafrost was mainly determined by environmental and climatic conditions at the time of sediment deposition. A stimulating effect of warming was observed only in seawater unaffected permafrost after millennia-scale inundation, visible through increased microbial abundance and reduced amounts of substrate. Despite submarine exposure for centuries to millennia, the community of bacteria in submarine permafrost still generally resembled the community of terrestrial permafrost. It was dominated by phyla like Actinobacteria, Chloroflexi, Firmicutes, Gemmatimonadetes and Proteobacteria, which can be active under freezing conditions. Moreover, the archaeal communities of both study sites were found to harbor high abundances of marine and terrestrial anaerobic methane oxidizing archaea (ANME). Results also suggested ANME populations to be active under in situ conditions at subzero temperatures. Modeling showed that potential anaerobic oxidation of methane (AOM) could mitigate the release of almost all stored or microbially produced methane from thawing submarine permafrost. Based on the findings presented in this thesis, permafrost warming and thawing under submarine conditions as well as permafrost warming without thaw are supposed to have marginal effects on the microbial abundance and community composition, and therefore likely also on carbon mobilization and the formation of methane. Thawing under submarine conditions even stimulates AOM and thus mitigates the release of methane. N2 - Die globale Erwärmung beeinträchtigt die Arktische Region besonders stark. Im Vergleich zum globalen Mittel sind die Temperaturen in den hohen Breitengraden am stärksten gestiegen und werden voraussichtlich auch weiterhin am stärksten ansteigen. Das ist äußerst kritisch, da arktische Böden und die flachen Schelfgebiete des Arktischen Ozeans von Permafrost geprägt sind. Dieser mehrjährig gefrorene Boden ist ein Habitat für eine große Anzahl und Diversität von Mikroorganismen, die lebensfähig sind und auch unter gefrorenen Bedingungen aktiv sein können. Einerseits machen eine Erwärmung und das Tauen des Permafrosts gespeicherten organischen Kohlenstoff zugänglicher für die Mikroorganismen. Diese können den Kohlenstoff in die Treibhausgase Kohlenstoffdioxid, Methan und Distickstoffoxid umwandeln. Andererseits stimuliert das Tauen des gefrorenen Bodens die mikrobielle Aktivität und den Kohlenstoffumsatz. Das kann zu einem sich verstärkenden Rückkopplungsprozess aus Erwärmung und Freisetzung von Treibhausgasen führen. Submariner Permafrost umfasst den größten Teil des Ostsibirischen Arktisschelfs und enthält ein großes, wenn auch nicht quantifiziertes Kohlenstoffreservoir. Der submarine Permafrost wird jedoch nicht nur durch Veränderungen des Wärmehaushalts beeinflusst, sondern auch durch drastische Veränderungen in der geochemischen Zusammensetzung. Durch den holozänen Meeresspiegelanstieg und durch Küstenerosion wurde der unter terrestrischen Bedingungen gebildete Permafrost überflutet. Ein Eindringen von Meerwasser führte in den Permafrostsedimenten zu einem Anstieg der Porenwasser-Salinität und dadurch zum Tauen des Permafrosts in den oberen Schichten, sogar bei Temperaturen unter 0 °C. Tiefer liegende Permafrostsedimente, die (noch) nicht vom Meerwasser beeinflusst wurden, blieben eis-gebunden, aber begannen sich durch den Wärmestrom des Meerwassers zu erwärmen. Das Ziel dieser Dissertation war es, die mikrobiellen Gemeinschaften in submarinem Permafrost zu untersuchen. Der Fokus lag dabei auf der Reaktion der Gemeinschaften auf den Einfluss des Meerwassers und die Langzeiterwärmung. Die Arbeit nutzt dafür einen kombinierten Ansatz aus molekularbiologischen und physikochemischen Analysen. Die mikrobielle Abundanz, Gemeinschaftszusammensetzung und -struktur sowie die Diversität wurden in Sedimentbohrkernen zweier Standorte in der Laptew See untersucht, welche seit Jahrhunderten bis Jahrtausenden submarinen Bedingungen ausgesetzt waren. Die mikrobielle Abundanz wurde mit Hilfe von Zellzahlen und Kopienzahlen des 16S rRNA Gens sowie funktioneller Gene bestimmt, die kennzeichnend für die Methanproduktion (mcrA) und Sulfatreduktion (dsrB) sind. Die mikrobielle Gemeinschaft wurde mit Hilfe der Hochdurchsatz-Sequenzierung des 16S rRNA Gens charakterisiert. Physikochemische Analysen beinhalteten die Untersuchung der geochemischen Zusammensetzung der Porenwassers und der stabilen Wasserisotopen. Beide Zusammensetzungen wurden genutzt, um den Grad des Meerwassereinflusses auf die Permafrostsedimente zu beschreiben. Ein Hauptergebnis der Arbeit ist, dass sich submariner Permafrost sowohl nach Jahrhunderten als auch nach Jahrtausenden der Überflutung in verschiedene Schichten, sogenannte Porenwassereinheiten, unterteilen lässt: (i) Sedimente, die sich mit dem Meeresboden vermischt haben, (ii) Sedimente, die vom Meerwasser infiltriert wurden und (iii) Sedimente, die vom Meerwasser unbeeinflusst sind. Diese Schichtenbildung spiegelt sich erst nach jahrtausendelanger Überflutung auch in der mikrobiellen Gemeinschaftszusammensetzung wider, nicht jedoch nach Jahrhunderten. Änderungen sowohl in der Gemeinschaftszusammensetzung als auch in der Abundanz wurden als Maß für mikrobielle Aktivität und die mikrobielle Reaktion auf die sich ändernden thermischen und geochemischen Bedingungen genutzt. Die Ergebnisse wurden im Kontext von Permafrosttemperatur, Porenwasserzusammensetzung, paleoklimatischen Proxys und dem Sedimentalter diskutiert. Die Kombination aus Permafrosterwärmung und steigender Salinität, sowie die Permafrosterwärmung allein, resultierten auf Zeitskalen von Jahrhunderten in einer Störung der mikrobiellen Gemeinschaft. Dies drückte sich durch einen Verlust der mikrobiellen Abundanz und der bakteriellen Diversität aus. Gleichzeitig wurde die bakterielle Gemeinschaft im vom Meerwasser unbeeinflussten, aber erwärmten Permafrost hauptsächlich durch die Umweltbedingungen und das Klima zur Zeit der Sedimentablagerung geprägt. Ein stimulierender Einfluss der Erwärmung konnte im vom Meerwasser unbeeinflussten Permafrost erst nach jahrtausendelanger Überflutung beobachtet werden. Dies wurde durch einen Anstieg in der mikrobiellen Abundanz und einer Abnahme der organischen Substrate sichtbar. Obwohl die bakteriellen Gemeinschaften des Permafrostes submarinen Bedingungen für Jahrhunderte bis Jahrtausende ausgesetzt waren, unterschieden sie sich kaum von den Gemeinschaften im terrestrischen Permafrost. Die Gemeinschaft des submarinen Permafrosts wurde von Phyla wie Actinobacteria, Chloroflexi, Firmicutes, Gemmatimonadetes und Proteobacteria dominiert, welche auch unter gefrorenen Bedingungen aktiv sein können. Darüber hinaus enthielten die archaellen Gemeinschaften an beiden Standorten eine hohe Anzahl von marinen und terrestrischen anaerob methan-oxidierenden Archaeen (ANME), bei denen eine Aktivität unter in situ Bedingungen bei Minusgraden angenommen wird. Eine Modellierung zeigte, dass die anaerobe Oxidation von Methan (AOM) potenziell fast die gesamte Menge des gespeicherten und mikrobiell produzierten Methans in tauendem submarinem Permafrost reduzieren könnte. Die Ergebnisse der Arbeit deuten darauf hin, dass das Tauen von Permafrost unter submarinen Bedingungen sowie eine Erwärmung ohne Tauen marginale Effekte auf die Abundanz und Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften und somit wahrscheinlich auch auf die Mobilisierung von Kohlenstoff in Form von Methan hat. Das Tauen unter submarinen Bedingungen stimuliert sogar AOM und reduziert somit den Ausstoß von Methan. T2 - Mikrobielle Gemeinschaften in submarinem Permafrost and ihre Reaktion auf die Degradierung und Erwärmung des Permafrosts KW - Microbial communities KW - Subsea permafrost KW - Arctic KW - Mikrobielle Gemeinschaften KW - Submariner Permafrost KW - Arktis KW - Submarine permafrost KW - next generation sequencing KW - Hochdurchsatzsequenzierung KW - Permafrostdegradation KW - permafrost degradation Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-471240 ER - TY - JOUR A1 - Bartholomäus, Alexander A1 - Mitzscherling, Julia A1 - Lipus, Daniel A1 - MacLean, Joana A1 - Wagner, Dirk T1 - Draft genome sequence of Paenalcaligenes niemegkensis NGK35T, isolated from plastic-polluted soil of an abandoned landfill JF - Microbiology Resource Announcements N2 - The Gram-negative bacterium Paenalcaligenes niemegkensis NGK35(T) was isolated from plastic debris in an abandoned landfill. It has the ability to grow on polyethylene and hexadecane as the sole carbon sources. Here, we report the corresponding draft genome, which contains 3.66 Mbp and is characterized by a G+C content of 52.1%. Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1128/mra.00671-22 SN - 2576-098X VL - 11 IS - 10 PB - American Society for Microbiology CY - Washington ER - TY - JOUR A1 - Bartholomäus, Alexander A1 - Lipus, Daniel A1 - Mitzscherling, Julia A1 - MacLean, Joana A1 - Wagner, Dirk T1 - Draft Genome Sequence of Nocardioides alcanivorans NGK65(T), a Hexadecane-Degrading Bacterium JF - Microbiology Resource Announcements N2 - The Gram-positive bacterium Nocardioides alcanivorans NGK65(T) was isolated from plastic-polluted soil and cultivated on medium with polyethylene as the single carbon source. Nanopore sequencing revealed the presence of candidate enzymes for the biodegradation of polyethylene. Here, we report the draft genome of this newly described member of the terrestrial plastisphere. Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1128/mra.01213-21 SN - 2576-098X VL - 11 IS - 8 PB - American Society for Microbiology CY - Washington ER -