Acta Limnologica Brasiliensia
https://actalb.org/article/doi/10.1590/S2179-975X8523
Acta Limnologica Brasiliensia
Short Research Note

Bacterial community dominance in a sewage-driven eutrophic coastal lagoon by next generation sequencing: initial findings

Dominância da comunidade bacteriana em uma lagoa costeira eutrófica induzida por esgoto utilizando sequenciamento de nova geração: observações iniciais

Analy Machado de Oliveira Leite; Mauricio Mussi Molisani; Renan Monte de Oliveira; Paula Veronesi Marinho Pontes; Rodrigo Nunes da Fonseca; Jackson de Souza Menezes; Lupis Ribeiro Gomes Neto; Francisco Assis Esteves

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Abstract

This study investigates the presence of bacterial dominance in one of the most studied sewage-driven eutrophic coastal lagoons, the Imboassica Lagoon in Macaé (RJ), Brazil, utilizing high-throughput sequencing of 16S rDNA. Water samples were collected from three sites within the lagoon. Total microbial DNA was extracted, and the V3-V4 region of the 16S rRNA gene was amplified and sequenced on the Illumina MiSeq platform. A total of 744,879 partial 16S rRNA sequences were clustered, revealing the absence of a single bacterial dominance in the sewage-driven eutrophic coastal lagoon. The prominent phyla detected in the lagoon were Cyanobacteria (27.8%), Proteobacteria (23.7%), and Actinobacteria (14.6%). Proteobacteria emerged as the most abundant phylum in the sewage-impacted lagoon site, whereas Cyanobacteria dominated the other two sampling sites. Among families, Synechococcaceae predominated with genus Synechococcus exhibited the highest prevalence. Families of potentially toxic Cyanobacteria represented less than 1% of the total families. The sewage-impacted lagoon section displayed greater bacterial diversity and richness. The dominance of bacterial communities associated with raw sewage, such as members of the Enterobacteriaceae family, was not confirmed, constituting only 0.75% of the families in the most affected site. This study presents the initial analysis of the bacterial community in the Imboassica Lagoon and suggests that dominance in the lagoon responds to the eutrophication and sewage discharge.

Keywords

bacterioplankton community, Cyanobacteria, Proteobacteria, 16S rRNA sequencing

Resumo

Este estudo investiga a dominância bacteriana em uma das mais estudadas lagoas costeiras eutróficas contaminadas por esgoto, a Lagoa Imboassica em Macaé (RJ), Brasil, utilizando sequenciamento massivo do gene codificador do RNAr 16S. Foram coletadas amostras de água de três locais na lagoa. O DNA microbiano total foi extraído e a região V3-V4 do gene RNAr 16S foi amplificada e sequenciada na plataforma Illumina MiSeq. Um total de 744.879 sequências parciais do gene RNAr 16S foram agrupadas, revelando a ausência de uma dominância bacteriana única na lagoa costeira eutrófica influenciada por esgoto. Os filos predominantes detectados na lagoa foram Cyanobacteria (27,8%), Proteobacteria (23,7%) e Actinobacteria (14,6%). Proteobacteria emergiu como o filo mais abundante no local da lagoa impactado pelo esgoto, enquanto Cyanobacteria dominou os outros dois locais de amostragem. A família de maior prevalência encontrada foi a Synechococcaceae, sendo representada pelo gênero Synechococcus. Famílias do filo Cyanobacteria consideradas potencialmente tóxicas representaram menos de 1% do total de famílias. A região da lagoa impactada pelo esgoto exibiu maior diversidade e riqueza bacteriana. A dominância de comunidades bacterianas associadas ao esgoto bruto, como membros da família Enterobacteriaceae, não foi confirmada, a qual representou somente 0,75% das famílias no local mais afetado. Este estudo apresenta a análise inicial da comunidade bacteriana na Lagoa Imboassica e sugere que a dominância responde a eutrofização e descarga de esgoto.

Palavras-chave

comunidade do bacterioplâncton, Cyanobacteria, Proteobacteria, sequenciamento RNAr 16S

References

Bergamin, L., 2020. Dinâmica espaço-temporal das cianobactérias em uma lagoa costeira no norte do Rio de Janeiro (lagoa Imboassica/Macaé) [Dissertação de Mestrado em Ciências Ambientais e Conservação]. Macaé: UFRJ.

Campaneli, L.B., & Molisani, M.M., 2019. Revisão histórica sobre o estado trófico de lagoas costeiras do Estado do Rio de Janeiro. Campos dos Goytacazes: Essentia Editora, 1 ed.

Farias, R.N., Salles, L., Vitório, A., Pereira, F., Amado, A., Bozelli, R., Esteves, F., & Barros, M., 2019. O monitoramento ambiental como subsídio à gestão de ecossistemas aquáticos costeiros: o exemplo da lagoa Imboassica, RJ, Brasil. In: Ferreira, M., Barreto, G., Lugon Junior, J., Silva, J., & Barros, M., eds. Engenharia & Ciências Ambientais: contribuições à gestão ecossistêmica. Macaé: Essentia Editora, 198-221, 1 ed. http://dx.doi.org/10.19180/978-85-99968-58-1.10.

Halac, S.R., Bazán, R.V., Larrosa, N.B., Nadal, A.F., Ruibal-Conti, A.L., Rodríguez, M.I., Ruiz, M.A., & López, A.G., 2019. First report on negative association between cyanobacteria and fecal indicator bacteria at San Roque reservoir (Argentina): impact of environmental factors. J. Freshwat. Ecol. 34(1), 273-291. http://dx.doi.org/10.1080/02705060.2019.1595752.

Hammer, Ø., Harper, D.A.T., & Ryan, P.D., 2001. Past: paleontological statistics software package for education and data analysis. Palaeontol. Electronica 4, 9.

Ji, B., Qin, H., Guo, S., Chen, W., Zhang, X., & Liang, J., 2018. Bacterial communities of four adjacent fresh lakes at different trophic status. Ecotoxicol. Environ. Saf. 157, 388-394. PMid:29649784. http://dx.doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.03.086.

Klindworth, A., Pruesse, E., Schweer, T., Peplies, J., Quast, C., Horn, M., & Glockner, F., 2013. Evaluation of general 16S ribosomal RNA gene PCR primers for classical and next-generation sequencing-based diversity studies. Nucleic Acids Res. 41(1), e1. PMid:22933715. http://dx.doi.org/10.1093/nar/gks808.

Li, Y., Geng, M., Yu, J., Du, Y., Xu, M., Zhang, W., Wang, J., Su, H., Wang, R., & Chen, F., 2022. Eutrophication decrease compositional dissimilarity in freshwater plankton communities. Sci. Total Environ. 821, 153434. PMid:35090915. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.153434.

Melo, S., Bozelli, R.L., & Esteves, F.A., 2007. Temporal and spatial fluctuations of phytoplankton in a tropical coastal lagoon, southeast Brazil. Braz. J. Biol. 67(3), 475-483. PMid:18094830. http://dx.doi.org/10.1590/S1519-69842007000300012.

Meyer, D.D., Andrade, P.A., Durrer, A., Andreote, F.D., Corção, G., & Brandelli, A., 2016. Bacterial communities involved in sulfur transformations in wastewater treatment plants. Appl. Microbiol. Biotechnol. 100(23), 10125-10135. PMid:27683212. http://dx.doi.org/10.1007/s00253-016-7839-3.

Nascimento, A.L., Souza, A., Andrade, P., Andreote, F., Coscione, A., Oliveira, F., & Regitano, R., 2018. Sewage sludge microbial structures and relations to their sources, treatments, and chemical attributes. Front. Microbiol. 9, 1462. PMid:30018612. http://dx.doi.org/10.3389/fmicb.2018.01462.

Schloss, P.D., Westcott, S.L., Ryabin, T., Hall, J.R., Hartmann, M., Hollister, E.B., Lesniewski, R.A., Oakley, B.B., Parks, D.H., Robinson, C.J., Sahl, J.W., Stres, B., Thallinger, G.G., van Horn, D.J., & Weber, C.F., 2009. Introducing mothur: open source, platform independent, community supported software for describing and comparing microbial communities. Appl. Environ. Microbiol. 75(23), 7537-7541. PMid:19801464. http://dx.doi.org/10.1128/AEM.01541-09.

Shen, M., Li, Q., Ren, M., Lin, Y., Wang, J., Chen, L., Li, T., & Zhao, J., 2019. Trophic status is associated with community structure and metabolic potential of planktonic microbiota in plateau lakes. Front. Microbiol. 10, 2560. PMid:31787952. http://dx.doi.org/10.3389/fmicb.2019.02560.

Shi, L., Liu, N., Liu, G., & Fang, J., 2021. Bacterial community structure and dynamic changes in different functional areas of a piggery wastewater treatment system. Microorganisms 9(10), 2134. PMid:34683455. http://dx.doi.org/10.3390/microorganisms9102134.

Wang, Y., Guo, M., Li, X., Liu, G., Hua, Y., Zhao, J., Huguet, A., & Li, S., 2022. Shifts in microbial communities in shallow lakes depending on trophic states: feasibility as an evaluation index for eutrophication. Ecol. Indic. 136, 108691. http://dx.doi.org/10.1016/j.ecolind.2022.108691.

Xie, Y., Liu, X., Wei, H., Chen, X., Gong, N., Ahmad, S., Lee, T., Ismail, S., & Ni, S., 2022. Insight into impact of sewage discharge on microbial dynamics and pathogenicity in river ecosystem. Sci. Rep. 12(1), 6894. PMid:35477966. http://dx.doi.org/10.1038/s41598-022-09579-x.
 


Submitted date:
09/11/2023

Accepted date:
01/18/2024

Publication date:
03/08/2024

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