Anaerobic Lignocellulolytic Microbial Community Derived from Hindgut of Pachnoda Marginata Larva
Emine Gözde Özbayram1, Orhan İnce2, Sabine Kleinsteuber3, Marcell Nikolausz31Freshwater Resources and Management Programme, Faculty of Aquatic Sciences, Istanbul University, İstanbul, Turkey2Environmental Engineering Department, Faculty of Civil Engineering, Istanbul Technical University, İstanbul, Turkey
3Department of Environmental Microbiology, Helmholtz Center for Environmental Research - UFZ, Leipzig, Germany
Agricultural wastes are considered as the most important biomass for anaerobic digesters due to the high energy content, high abundance, and low costs. However, complex lignocellulosic structure limits the hydrolysis of these materials. Thus, the effective lignocellulose degradation strategies are developing to enhance hydrolysis rate. The aim of this study is to enrich microbial consortia that degrade lignocellulosic biomass from the hindgut of Pachnoda marginata larvae. Within this scope, Pachnoda marginata larvae kept on lignocelluloric rich diet for 3 weeks and then dissected. Hindgut compartment was transferred to culture bottles. Bacterial community compositions were examined by amplicon sequencing of the 16S rRNA gene on the Illumina MiSeq platform, methanogenic archaeal communities were determined by T-RFLP method. Biogas production was increased over time and methane production was observed in all bottles. The bacterial community profile of the enrichment culture was shifted as a result of the enrichment procedure with particularly the abundance of Porphyromonadaceae (phylum: Bacteroidetes) increasing during prolonged subcultivation. The methanogenic community was dominated by Methanobrevibacter. Our results show the successful establishment of an enrichment culture from the gut system of Pachnoda marginata larvae that effectively degrades complex lignocellulose rich biomass.
Keywords: Enrichment culture, Gut microbiota, Illumina Miseq, Scarabaeidae, T-RFLP, Lignocellulose degradationPachnoda Marginata Larva'nın Arka Bağırsağı'ndan Anaerobik Lignoselülitik Mikrobiyal Kültür Geliştirilmesi
Emine Gözde Özbayram1, Orhan İnce2, Sabine Kleinsteuber3, Marcell Nikolausz31İstanbul Üniversitesi Su Bilimleri Fakültesi, İçsu Kaynakları ve Yönetimi Anabilimdalı, İstanbul2İstanbul Teknik Üniversitesi İnşaat Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, İstanbul
3Çevre Mikrobiyolojisi Bölümü, Helmholtz Center for Environmental Research - UFZ, Leipzig, Almanya
Tarım atıkları, yüksek enerji içerikleri ve üretim miktarları ile düşük maliyetleri nedeniyle anaerobik çürütücüler için en önemli biyokütle olarak değerlendirilmesine rağmen karmaşık lignoselülozik yapıları bu maddelerin hidroliz aşamalarını sınırlandırmaktadır. Hidroliz verimini artırmak için etkin lignoselüloz degradasyon stratejileri geliştirilmektedir. Bu çalışmanın amacı, Pachnoda marginata larvalarının arka bağırsağından lignoselüloz parçalayabilen anaerobik mikrobiyal topluluğun zenginleştirilmesidir. Bu kapsamda, Pachnoda marginata larvaları 3 hafta süre ile lignoselülozik substrat ile beslenmiş, sonrasında disekte edilmiştir. Arka bağırsak kültür şişelerine transfer edilmiştir. Bakteriyel topluluk çeşitliliği 16S rRNA amplikon dizileme yöntemi ile Illumina MiSeq platformunda analiz edilmiş, metanojenik arkeal topluluk ise T-RFLP yöntemi ile incelenmiştir. Kültür şişelerinde biyogaz üretimi zaman ile artış göstermiş, tüm şişelerde metan üretimi gözlenmiştir. Zenginleştirme prosedürü sonucunda, kültürün bakteriyel topluluk profili değişiklik göstermiş, üç transfer sonrasında alınan örneklerde Porphyromonadaceae (phylum: Bacteroidetes) bolluğunun artarak baskıladığı görülmüştür. Metanojenik topluluk ise Methanobrevibacter ile baskılanmıştır. Çalışmada elde edilen sonuçlar, Pachnoda marginata larvasının sindirim sisteminden üretilen zenginleştirilmiş kültürün, lignoselülozca zengin kompleks biyokütleyi etkin bir şekide parçalayabildiğini göstermiştir.
Anahtar Kelimeler: Bağırsak mikrobiyotası, Illumina Miseq, Lignoseüloz degredasyonu, Scarabaeidae, T-RFLP, Zenginleştirilmiş kültürCorresponding Author: Emine Gözde Özbayram, Türkiye
Manuscript Language: Turkish