Next-generation sequencing technology allows culture- independent analysis of species and genes present in a complex microbial community. Such metagenomics may overcome the inability to culture microbes in isolation. Microbial communities of interest are for example responsible for making biogas. Many applications in metagenomics focus on 16S RNA analysis. We here evaluate the possibility of whole genome analysis (WGS) as approach for metagenomics studies.Samples (Table 1) from three biogas installations fed with different feedstock were used for DNA isolation and WGS analysis. Short (75b) Illumina paired-end DNA sequence reads were generated and assembled into larger continuous stretches (contigs),AcknowledgementsResults show that WGS is feasible for complex community analysis. Large groups of organisms (for example the class Methanomicrobia) are present in all samples with a possible role in the biogas production pathway.Assemble reads into contigs•meta-velveth as metagenomics reads assemblerSequencesimilaritysearch•proteome reference database from all currently available Bacteria and Achaea genomesAssign hits to taxa•Lowest common ancestor method incorporated in MEGAN4Such studies will help to identify and use microbial species for future improvements of biogas production dependence on process parameters and feedstock.
Application of animal manure to soils results in the introduction of manure-derived bacteria and their antimicrobial resistance genes (ARGs) into soils. ResCap is a novel targeted-metagenomic approach that allows the detection of minority components of the resistome gene pool without the cost-prohibitive coverage depths and can provide a valuable tool to study the spread of antimicrobial resistance (AMR) in the environment. We used high-throughput sequencing and qPCR for 16S rRNA gene fragments as well as ResCap to explore the dynamics of bacteria, and ARGs introduced to soils and adjacent water ditches, both at community and individual scale, over a period of three weeks. The soil bacteriome and resistome showed strong resilience to the input of manure, as manuring did not impact the overall structure of the bacteriome, and its effects on the resistome were transient. Initially, manure application resulted in a substantial increase of ARGs in soils and adjacent waters, while not affecting the overall bacterial community composition. Still, specific families increased after manure application, either through the input of manure (e.g., Dysgonomonadaceae) or through enrichment after manuring (e.g., Pseudomonadaceae). Depending on the type of ARG, manure application resulted mostly in an increase (e.g., aph(6)-Id), but occasionally also in a decrease (e.g., dfrB3) of the absolute abundance of ARG clusters (FPKM/kg or L). This study shows that the structures of the bacteriome and resistome are shaped by different factors, where the bacterial community composition could not explain the changes in ARG diversity or abundances. Also, it highlights the potential of applying targeted metagenomic techniques, such as ResCap, to study the fate of AMR in the environment.
MULTIFILE
The Bio-P2G-program (Bio-Power to Gas) at the Hanze University of AppliedSciences evaluates the technologic feasibility of the biological reduction of carbondioxide with hydrogen to methane (biomethanation: 1 CO2 + 4 H2 -> CH4 + 2 H2O)Chemically, this process is known as the Sabatier reaction, but within anaerobicdigestion the biological methanation is catalyzed by a specific group ofmicroorganisms: the hydrogenotrophic methanogens.
Jaarlijks worden in Nederland ongeveer 600.000 mensen ziek door het eten van besmet voedsel. De voedselverwerkende industrie heeft sterke behoefte aan meer grip op het bewaken van de hygiëne in de fabrieken om te voorkomen dat besmette producten in de winkels komen. In het afgeronde RAAK-mkb project “Precision Food Safety” is onderzocht wat de meerwaarde is van de toepassing van Whole Genome Sequencing (WGS) bij het achterhalen van de transmissieroutes van de pathogene bacterie Listeria monocytogenes bij voedselverwerkende bedrijven. Er is een biobank opgebouwd met bijna 600 L. monocytogenes stammen afkomstig van de fabrieksomgeving en producten van vis-, vlees- en groente-verwerkende bedrijven. Deze stammen zijn gesequenced met behulp van Nanopore sequencing. Vervolgens is de verwantschap tussen de stammen bepaald met een in het project ontwikkelde bioinformatica pijplijn. Het project bleek zeer succesvol. In “Advanced Precision in Food Safety ” wordt het onderzoek naar voedselveiligheid verbreed, door L. monocytogenes al aan het begin van de voedselverwerkingsketen (in grondstoffen en ingrediënten) te monitoren. Verder zal de WGS-methodiek worden toegepast op Salmonella enterica en zal de huidige bioinformatica pijplijn worden aangepast om transmissieroutes van dit andere belangrijke voedselpathogeen te achterhalen. Ter verdieping zal het ziekteverwekkende karakter van L. monocytogenes stammen worden bepaald op basis van het serotype en de aanwezigheid van ~60 beschreven virulentiegenen. Daarbij worden gegevens uit verschillende databases, met sequence data van zowel humane als niet humane stammen, met elkaar vergeleken. Zowel in het laboratorium als in de fabrieksomgeving zal het effect van verschillende schoonmaakmiddelen en schoonmaaktechnieken worden onderzocht op het elimineren van L. monocytogenes van oppervlaktes. Tevens wordt onderzocht of shotgun metagenomics analyse kan worden ingezet om voedsel snel en breed op voedselpathogenen te monitoren. Een prototype van een webapplicatie, waarmee bedrijven verkregen resultaten kunnen inzien en aanvullen zal verder worden ontwikkeld en door voedselverwerkende bedrijven worden getest en geïmplementeerd.
De roep om verduurzaming in de bollensector is groot. De sector streeft ernaar om in 2030 minder afhankelijk te zijn van (chemische) gewasbeschermingsmiddelen. Alternatieve methoden en technieken zullen in de komende jaren ontwikkeld en onderzocht moeten worden. Een voorbeeld daarvan is de inzet van biostimulanten. Biostimulanten kunnen microbiële, niet microbiële stoffen of combinaties van beide bevatten. De werking van deze producten kan zich zowel op de bodem als de plant richten. Dit gebeurt door het gebruik van nutriënten door de plant efficiënter te maken en de beschikbaarheid van nutriënten in de bodem te vergroten. In voorgaande projecten zijn methoden ontwikkeld waarmee met behulp van de inzet van DNA-technologie aan de ene kant ziektedruk in kaart gebracht kan worden en aan de andere kant de effecten van teeltmaatregelen op de bodembiodiversiteit. In het project “Biostimulanten van bol tot in de bodem uitgezocht” gaan we deze methoden combineren om het effect van biostimulanten meetbaar te maken. We richten ons specifiek op de tulpenteelt waarbij we ons aansluiten bij lopende praktijkproeven en pilots. De doelstelling van dit project is het ontwikkelen van bodemweerbaarheids- en gezondheidsindexen op basis van de metagenomics analyse van de bol en de bodem. We willen nagaan in hoeverre meetgegevens kunnen dienen als basis voor adviezen over de toepassing van biostimulanten bij de teelt van tulpen. In het project wordt de samenwerking aangegaan met partijen die elkaar aanvullen op het gebied van innovaties in de bollensector. In de eerste plaats worden de eindgebruikers (tulpentelers) actief betrokken bij het project. Daarnaast wordt samengewerkt met bedrijven die producten en adviezen leveren ter verbetering van de weerbaarheid van bol en bodem. Kennisinstellingen zorgen voor aanvulling van de aanwezige expertise. Het consortium heeft een groot netwerk waardoor de kennis en innovaties die uit het project voortkomen breed gedeeld kunnen worden met de sector.
De bollenteelt staat voor een enorme uitdaging, de sector moet overgaan van een chemisch gestuurde teelt naar een duurzame, meer natuurlijke teelt. De bodem is van cruciaal belang voor de productie van een vitaal en weerbaar gewas. Een geschikte bodem voor de tulp of elk ander gewas vereist precisie microbiologie voor het verkrijgen van de juiste op het gewas afgestemde microbiologische flora van de bodem, de zgn. bodemmicrobiota. Dit vereist maatregelen zoals de input van (micro) organismen met antagonistische werking tegen ziekten en plagen, het toevoegen van groeibevorderaars zoals mycorrhiza en andere grondverbeterings- en grondbewerkingsmethoden. Om het effect van deze maatregelen te kunnen monitoren zal een “metagenomics” platform worden ontwikkeld waarmee de bodem (micro)biologie zo volledig mogelijk taxonomisch en functioneel in kaart kan worden gebracht. Dit geeft de mogelijkheid om bodemkwaliteitsindicatoren en natuurlijke gewasbeschermingsmiddelen te ontwikkelen voor het optimaal geschikt maken van de bodem voor de teelt van tulpen. De doelstelling van dit project is het verkennen van de opties om een adviessysteem te ontwikkelen op basis van de metagenomics analyse van de bodem. We willen nagaan in hoeverre meetgegevens kunnen dienen als basis voor adviezen over het in stand houden/verbeteren van de functionele bodembiodiversiteit en vaststellen wat de praktische bruikbaarheid is van de uitkomsten bij routinematig bodemonderzoek. In het project wordt de samenwerking aangegaan met verschillende partijen. In de eerste plaats worden de eindgebruikers (tulpentelers) actief betrokken bij het project. Daarnaast wordt samengewerkt met bedrijven die producten en adviezen leveren ter verbetering van de bodem. Kennisinstellingen (Naturalis en Universiteit Leiden) zorgen voor aanvulling van de aanwezige expertise. Overige organisaties zoals KAVB, Greenport Duin- en Bollenstreek en IGH BV) zijn betrokken om de kennis die het project oplevert breed te kunnen delen.
