Diversi e rari taxa microbici hanno risposto alle profondità della Deepwater Horizon

The ISME Journal volume 10, pagine 400–415 (2016)Citare questo articolo

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L’esplosione del pozzo petrolifero Deepwater Horizon (DWH) ha generato un enorme pennacchio di idrocarburi dispersi che ha sostanzialmente alterato la comunità microbica delle profondità marine del Golfo del Messico. È stato osservato un arricchimento significativo di popolazioni microbiche distinte, ma si sa poco sull’abbondanza e la ricchezza di ecotipi microbici specifici coinvolti nella biodegradazione di gas, petrolio e disperdenti a seguito di fuoriuscite di petrolio. Qui documentiamo una diversità precedentemente non riconosciuta di taxa strettamente correlati affiliati a Cycloclasticus, Colwellia e Oceanospirillaceae e descriviamo la loro distribuzione spazio-temporale nelle acque profonde del Golfo, in prossimità del sito di scarico e a distanza crescente da esso, prima, durante e dopo lo scarico. Un metodo computazionale altamente sensibile (oligotipizzazione) applicato a un set di dati generato dal pirosequenziamento di 454 tag delle regioni V4-V6 del gene dell'RNA ribosomiale 16S batterico, ha consentito il rilevamento delle dinamiche della popolazione a livello di unità tassonomica sub-operativa (somiglianza di sequenza dello 0,2% ). La firma biogeochimica dei campioni di acque profonde è stata valutata tramite il conteggio cellulare totale, le concentrazioni di alcani a catena corta (C1-C5), i nutrienti, il carbonio organico e inorganico disciolto (colorato), nonché i tassi di ossidazione del metano. L'analisi statistica ha chiarito i fattori ambientali che hanno modellato le dinamiche ecologicamente rilevanti degli oligotipi, che probabilmente rappresentano ecotipi distinti. I principali degradatori di idrocarburi, adattati alle infiltrazioni naturali di idrocarburi a lenta diffusione nel Golfo del Messico, sembravano incapaci di far fronte alle condizioni incontrate durante la fuoriuscita di DWH o erano superati nella concorrenza. Al contrario, taxa diversi e rari sono aumentati rapidamente in abbondanza, sottolineando l’importanza di sottopopolazioni specializzate e potenziali ecotipi durante massicci scarichi di petrolio nelle profondità marine e forse altre perturbazioni su larga scala.

Il più grande scarico di idrocarburi in oceano aperto della storia ha rilasciato quantità senza precedenti di gas e petrolio nelle profondità dell'oceano del Golfo settentrionale del Messico (di seguito denominato Golfo) in seguito all'esplosione e all'affondamento della piattaforma di perforazione offshore Deepwater Horizon (DWH) nel 2010 All'inizio dell'incidente DWH, prima che il tubo montante danneggiato venisse tagliato, l'iniezione di idrocarburi nella colonna d'acqua si è verificata come un getto pronunciato che emergeva dal tubo montante rotto, alterando la chimica delle acque profonde in prossimità della testa pozzo di Macondo. Il getto di petrolio e gas che ascendeva nella colonna d'acqua trascinava acqua di mare fredda (Johansen et al., 2001; Socolofsky et al., 2011) e generava un prolifico pennacchio di acque profonde ricco di idrocarburi che è stato rilevato a sud-ovest del pozzo dalla sua fluorescenza firma (Camilli et al., 2010; Diercks et al., 2010; Hazen et al., 2010) e profilo di diffusione della luce (Diercks et al., 2010), nonché da elevate concentrazioni di idrocarburi specifici (Camilli et al. ., 2010; Diercks et al., 2010; Valentine et al., 2010; Joye et al., 2011; Kessler et al., 2011b; Reddy et al., 2012) e del disperdente Corexit (Kujawinski et al., 2011). Il pennacchio di acque profonde si estendeva a profondità comprese tra 1.000 e 1.300 m, in una regione lunga almeno 35 km e larga 2 km (Camilli et al., 2010).

All’inizio dello scarico del DWH, le acque profonde colpite dagli idrocarburi hanno ospitato popolazioni batteriche significativamente arricchite legate a Oceanospirillum, Cycloclasticus, Colwellia, Pseudoalteromonas, Rhodobacterales e metilotrofi (Mason et al., 2012; Reddy et al., 2012; Redmond e Valentine , 2012; Valentine et al., 2012). Le osservazioni in situ e i risultati di laboratorio segnalano che questi batteri hanno svolto un ruolo chiave nella biodegradazione del petrolio nel pennacchio. I cambiamenti nella composizione nell’abbondanza di idrocarburi implicavano un utilizzo microbico preferenziale di alcani a catena corta e con peso molecolare più elevato derivati ​​dal petrolio (Valentine et al., 2010; Kessler et al., 2011b), mentre anomalie locali dell’ossigeno disciolto (Joye et al., 2011 ; Kessler et al., 2011a, 2011b) hanno indicato un'estesa respirazione aerobica degli alcani (Valentine et al., 2010; Crespo-Medina et al., 2014). Inoltre, il sondaggio degli isotopi stabili e la genomica di singole cellule hanno identificato popolazioni microbiche coinvolte nella degradazione degli idrocarburi o nell’arricchimento di geni metabolici che orchestrano la degradazione degli idrocarburi nel pennacchio, con Colwellia che probabilmente ossida l’etano e il propano (Redmond e Valentine, 2012), Oceanospirillum che degrada il cicloesano ( Mason et al., 2012) e Cycloclasticus che utilizzano idrocarburi policiclici aromatici (PAH) (Yakimov et al., 1998).