Syvien biosfäärien geomikrobiologia - Molekyylibiologiset monitorointimenetelmät, GEOMOL



Samankaltaiset tiedostot
Kaasut ja biogeokemian prosessit kallioperässä (KABIO)

KYT - Syväbiosfääritutkimukset. Malin Bomberg Teknologian tutkimuskeskus VTT

Ravinteet, energia ja kaasut kalliobiosfäärissä

Loppusijoitustilan mikrobisto ja sen toiminta KYT2018 seminar, Malin Bomberg

Kuparikapselin korroosio

Kallioperätutkimukset:

Kaasujen muodostuminen matala-aktiivisen jätteen loppusijoituksessa

Metsäpatologian laboratorio tuhotutkimuksen apuna. Metsätaimitarhapäivät Anne Uimari

Ydinjätteiden loppusijoituksen mikrobiologia KYT2018-seminaari, , Espoo. Muutama ajatus seminaarin aluksi

UUDET TEKNIIKAT SISÄYMPÄRISTÖN MIKROBIEN TOTEAMISESSA

Itämeren sedimentin ja rautamangaanisaostumien. hajottaa raakaöljyä ja naftaleenia. Suomen ympäristökeskus

Kvantitatiivisen PCR:n käyttö mikrobivaurion toteamisessa

Tietoa eri puhdistamotyyppien toiminnasta

Molekyylibiologiaan perustuvat mikrobiyhteisömääritykset ja niiden käyttökohteet yhdyskuntajätevesien käsittelyssä

Ei ole olemassa jätteitä, on vain helposti ja hieman hankalammin uudelleen käytettäviä materiaaleja

GEENITEKNIIKAN PERUSASIOITA

Genomin ilmentyminen Liisa Kauppi, Genomibiologian tutkimusohjelma

RAKENNUSTEN MIKROBISTO JA NIIDEN ROOLI RAKENNUSTEN TUTKIMISESSA

GMO analytiikka Annikki Welling Kemian tutkimusyksikkö Evira

Talousveden laadun varmistaminen riskien arviointi

GeoChem. Havainnot uraanin käyttäytymisestä kiteisissä kivissä Mira Markovaara-Koivisto Teknillinen korkeakoulu, Geoympäristötekniikka

PCR - tekniikka elintarvikeanalytiikassa

Kenttätutkimus hiiliteräksen korroosiosta kaukolämpöverkossa

Purkujätemetallien korroosio

KUIVAKOLUN KAATOPAIKKA

Uusi teollinen biotekniikka ja biotalous. Prof. Merja Penttilä VTT

LaPaMa Lannoita paremmin -malli. Viljavuusanalyysin käyttö. Tuomas J. Mattila Erikoistutkija, SYKE Maanviljelijä

KYT2018-tutkimusohjelman tavoitteet Loppuseminaari

Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoittamisen ekologinen riskinarviointi metsäekosysteemissä

Sokerijuurikas ja ravinteet Susanna Muurinen

VASTAUS 1: Yhdistä oikein

1.1 MIKROBIT ELINTARVIKKEISTA

Kiintoaineen ja ravinteiden poiston tehostaminen yhdyskuntajätevedestä mikrosiivilällä. Petri Nissinen, Pöyry Finland Oy

REKISTERIOTE Hyväksytty tai rekisteröity laboratorio. Kokemäenjoen vesistön vesiensuojeluyhdistys ry, Tampere

Bioteknologian perustyökaluja

Teollinen kaivostoiminta

On maamme köyhä ja siksi jää (kirjoitti Runeberg), miksi siis edes etsiä malmeja täältä? Kullan esiintymisestä meillä ja maailmalla

2.1 Solun rakenne - Lisämateriaalit

Viljely, Valviran Asumisterveysasetuksen soveltamisohje 8/2016, Osa IV. akkr NMKL 184:2006, muunneltu. akkr NMKL 56:2015

Maaperän biologinen monimuotoisuus Tuhannet tuntemattomat jalkojemme alla

DNA RNA proteiinit transkriptio prosessointi translaatio regulaatio

KYT2014 KANSALLINEN YDINJÄTEHUOLLON TUTKIMUSOHJELMA Vuosisuunnitelma 2011

Sulfaattimaiden kartoitus ja lupaprosessin mukaiset tutkimukset tuotantoalueilla

Kallioperän redox-olosuhteiden muutosten tutkiminen

RAKENNUSTEN MIKROBILAJISTON DIVERSITEETTI, MONIULOTTEINEN TUTKIMUSKOHDE

REKISTERIOTE Hyväksytty laboratorio

Ongelma(t): Miten merkkijonoja voidaan hakea tehokkaasti? Millaisia hakuongelmia liittyy bioinformatiikkaan?

Genomin ilmentyminen

Aijalan Cu, Zn, Pb-kaivoksen aiheuttama metallikuormitus vesistöön ja kuormituksen mahdollinen hallinta

Geenitekniikan perusmenetelmät


VIIKKI BIOCENTER University of Helsinki

Erilaisia soluja. Siittiösolu on ihmisen pienimpiä soluja. Tohvelieläin koostuu vain yhdestä solusta. Veren punasoluja

Esim. ihminen koostuu 3,72 x solusta

TUULOKSEN PANNUJÄRVEN TILAN KEHITYS SEDIMENTIN PIILEVÄANA-

Desinfiointiaineen ja putkimateriaalin vaikutus talousvesiverkostojen bakteeristoon pilot-tutkimus. Eila Torvinen, Vesihuoltopäivät 23.5.

Solun toiminta. II Solun toiminta. BI2 II Solun toiminta 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

Nimi sosiaaliturvatunnus. Vastaa lyhyesti, selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan

Hulevesien määrän ja laadun vaihtelu Lahden kaupungin keskusta- ja pientaloalueilla

ÖLJYLUOLASTON PUHDISTUS BIOLOGISESTI MAHDOLLISTAA UUSIOKÄYTÖN LÄMPÖENERGIAVARASTONA

Prokaryoottien PCR-perustaisten havaintomenetelmien kehittäminen ja eliöiden tunnistaminen syvän kaivoksen kivi- ja vesinäytteistä

Kokonaismalli teräsbetonirakenteen ikääntymiselle voimalaitosjätteen loppusijoituksessa

Kasvatusajat mikrobiologisissa asumisterveystutkimuksissa

Sisäilman mikrobitutkimus

(Jatkotutkinto-opiskelija, Helsingin yliopisto: eläinlääketieteen tohtorin tutkinto )

TUTKIMUSTYÖSELOSTUS KUUSAMON KUNNASSA VALTAUSALUEELLA OLLINSUO 1, KAIV.REK. N:O 3693 SUORITETUISTA MALMITUTKIMUKSISTA

DNA:n informaation kulku, koostumus

Typenpoiston tehostaminen vesistön mikrobeilla

Mikrobiryhmät. Bakteeriviljelmät

TUTKIMUSMAKSUT 1. ELINTARVIKKEET KAINUUN MAAKUNTA -KUNTAYHTYMÄ

Literature Review for the Indicative Ballast Water Analysis Methods

E. coli PCR-menetelmä putkirikkotilanteiden varalle Ajankohtaista laboratoriorintamalla

Geenisakset (CRISPR)- Geeniterapian vallankumousko? BMOL Juha Partanen

TESTAUSSELOSTE. E. coli-lux kokonaistoksisuusmittaus huonepölystä TURUN YLIOPISTO BIOKEMIAN LAITOS IMMUNOKEMIAN LABORATORIO

PYROLYYSItuotteista synteettisten kemikaalien korvaajia, hiiltä sekä energiaa

Solun tutkiminen. - Geenitekniikka

Materiaalinäytteiden qpcr-tulosten tulkinnasta

Humuksen vaikutukset järvien hiilenkiertoon ja ravintoverkostoihin. Paula Kankaala FT, dos. Itä Suomen yliopisto Biologian laitos

Tutkimuskohteen sijainti: Eli järvi 1 :

Sulfaatinpelkistyksen hyödyntäminen happamien kaivosvesien käsittelyssä. Elina Vestola & Ulla-Maija Mroueh. Opas louhoskäsittelyn hallintaan

TUTKIMUSSELOSTE. Tutkimuksen lopetus pvm. Näkösyv. m

Genomi-ilmentyminen Genom expression (uttryckning) Nina Peitsaro, yliopistonlehtori, Medicum, Biokemia ja Kehitysbiologia

Kliinisesti merkittävien bakteerien jaottelua

- Extra: PCR-alukkeiden suunnittelutehtävä haluttaessa

FM-opiskelijan opintopolku, perinnöllisyystiede, geneettisen bioinformatiikan erikoistumislinja (vastuuopettaja Päivi Onkamo)

Tämä esitys käsittelee siivouksen arviointia peruskouluissa Yhdysvalloissa tehdyn tutkimuksen valossa

Virusriskin vähentäminen elintarviketuotannossa

Kaasut ja biogeokemian prosessit kallioperässä (KABIO-hanke): Vuosiraportti 2008 Lasse Ahonen ja Ilmo Kukkonen

Pintapölynäytteet. Pääskyvuoren koulu Talvitie Turku. Näytteiden otto päivä (5)

Näytenumero Näytetunnus Tunnus Ottopvm. Näytteenottaja Saapunut pvm. Tutkimus alkoi Tutkimus valmis

Pvm/Datum/Date Viljely, Valviran Asumisterveysasetuksen soveltamisohje 8/2016, Osa IV. akkr NMKL 184:2006, muunneltu.

Biopankit miksi ja millä ehdoilla?

Uutta pikadiagnostiikkaan

KYT2014-tutkimusohjelman loppuseminaari , Finlandia-talo

PORLAMMIN UIMAHALLI TILASTOVERTAILU MATERIAALINÄYTE DNA-ANALYYSI

TESTAUSSELOSTE *Vesilaitosvesi

Seminar Wet chemistry alliance Synthetic chemistry

Talvivaaran jätevesipäästön alapuolisten järvien veden laatu Tarkkailutulosten mukaan

NITRIFIKAATIOBAKTEERIEN TOIMINTA

"Geenin toiminnan säätely" Moniste sivu 13

Transkriptio:

Syvien biosfäärien geomikrobiologia - Molekyylibiologiset monitorointimenetelmät, GEOMOL KYT seminaari 26.9.2008 Merja Itävaara

Projektin tausta Miksi geomikrobiologiaa tutkitaan? Loppusijoitusalueen hydrogeokemiallinen ja mikrobiologinen karakterisointi 1996 lähtien (P. Pitkänen, K. Pedersen, ) everything is everywhere mikrobeja on löytynyt kaikista tutkituista kohteista 10.000-1000 solua/ml Mikrobit voi liuottaa tai saostaa mineraaleja Hajottaa orgaanista ainesta (loppusijoitustilan) Muodostaa kaasuja Biokorroosiota 2

Mikrobilajistojen tunnistaminen mitä mikrobit tekee? Mikrobiekologia tutkii mikrobien ja ympäristön vuorovaikutusta 99% mikrobeista tuntemattomia, eivät kasva ravintoalustoilla 3

GEOMOL projektin tavoitteet 2006-2010 Kehittää näytteenottotekniikoita molekyylimikrobiologisiin tutkimuksiin molekyylibiologisia monitorointimenetelmiä geomikrobiologisten prosessien tutkimiseen biokorroosiota aiheuttavien mikrobien tutkimusmenetelmiä Tuottaa tietoa ydinjätteiden loppusijoituksen riskinarviointiin ja mallintamisen tueksi 4

BIOGEOkemia syvällä kallioperässä VTT/BEL- Molekyylibiologia, biokemialliset prosessit GTK - Näytteenotto, redoxprosessit Redox -reaktiot O 2 - NO 3 Mn 4+ Fe 3+ 2- SO 4 CO 2 Kaasut H 2, C0 2, CH 4 Ravinteet Mikrobiryhmät Mikrobireaktiot aerobiset bakteerit anaerobiset bakteerit mangaanin pelkistäjät raudan pelkistajät sulfaatin pelkistäjät metanogeenit Molekyylibiologiset menetelmät Mikrobilajisto analyysit Toiminnalliset geenit Kvantitatiivinen analyysi Edustava näyte Mikrobit vedessä ja pinnoilla Mikrobireaktiot mallinnukseen Kallio-pohjavesisysteemin biokemiallisten prosessien laatu, laajuus ja merkitys 5

FYLOGENETIIKKA Tutkii eri organismien välisiä sukulaisuussuhteita eukaryootti (eukaryote) =Aitotumallinen prokaryootti (prokaryote)= Esitumallinen 6

Mikrobien tunnistaminen molekyylibiologisin menetelmin Ympäristönäyte Solujen rikkominen Wellplate Microarray Platform 96-well microplate Proteiinien, humuksen poistaminen PCR-DGGE Kokonais DNA tai RNA Mikrosiru Geeni fragmentit PCR (polymeraasi ketjureaktio) Kloonikirjastot Fylogeneetti nen puu Sekvenointi Geenipankit 7

SRB mikrobit sulfaatinpelkistäjät kuparin biokorroosiossa merkittävin mikrobiryhmä Anaerobinen uraanin pelkistyminen tai hapettuminen (Desulfovibrio sp.) U (VI) U (IV) soluble Anaerobinen oksidaatio ja orgaanisen aineksen biohajoaminen (Desultomaculatum sp.) Anaerobinen metaanin hapettaminen CH 4 + S0 2-4 HS - + HCO - 3 + H 2 0 Autotrooffisia lajeja, jotka fiksoivat C0 2 acetaatti + SO 4-2 + 3H + 2CO 2 + H 2 S + 2H 2 O 8

Toiminnalliset geenit syväreikätutkimuksissa Geenit säätelevät toimintoja esim. sulfaatinpelkistyminen, metaanin muodostuminen, typen fiksaatio, biohajoaminen GEENIT mrna rrna entsyymejä TOIMINTA Sulfiittireduktaasi geeni (dsrab)= sulfaatinpelkistymisessä Metanogeenien toiminta (mcra geeni) 9

Sulfaatin pelkistäjien tunnistaminen toiminnallisen geenin kautta 2[H] Sulfate + ATP ATP-Sulfurylase PPI Adenosine-5 - Phosphosulfate APS-Reductase AMP Sulfite Dissimilatory Sulfite Reductase Sulfide Design of specific primers for a 1.9 kb dsrab fragment 10

Tutkimuskohteet Tuloksia: PALMOTTU: 1. Palmottu Nummi-Pusula -Useita näytteenottoja -Näytteenoton kehittäminen -uraania pelkistäviä mikrobeja - Paljon sulfaatin pelkistäjiä -Aerobiset olosuhteet -Geokemia muuttunut 2. Olkiluoto; -Onkalo, -Kenttänäytteet; 170m-500 m, PAVE 3. Outokumpu: syväkairareikä 2.5 km - 2 näytteenottoja; 2007, 2008 -OUTOI 16S sekvenointi, 16S kloonikirjastot, dsrb- DGGE -OUTOII Olkiluoto lajisto: -Laaja diversiteetti (16S kloonikirjastot tehty) - Pieni pitoisuus sulf. Pelkistäjiä (Geofunc) (- Metagenomiikka, totaalisekvenointi) 11

OUTOKUMPU SYVÄREIKÄ TUTKIMUS/ MIKROBIOLOGISET tutkimukset 2.5 km syvyys - näytteenotto 2007 1.5 km - näytteenotto 2008 2.350 km Näytteenotossa: 8 tutkijaa 2-3 vrk:tta 12

GTK:n ja VTT:n tutkijat Outokummussa elokuussa 2008 13

Outokumpu II. 100-200 Epifluoresenssimikroskooppikuva Elävyysvärjäys 14

15

Outo II (elok. 2008), Outokumpu syväkairareikä 100-200 m 16

900-1000m Deep borehole Outokumpu II näytteenotto 2008, SEM skanning elektronimikroskooppikuvat 2350 m 17

TEM, transmissio elektronimikroskooppikuva 2 km 350 m, Outokumpu 18

Mikrobitiheys n 10.000-1000 solua/ml Outokumpu tuloksia Suurin osa mikrobeista kuolleita: elävyysvärjäys, SEM DNA eristyksessä tulee hyvin vähän DNA:ta, RNA:ta ei tehty, koska solut kuolleita Fylogeneettinen vertailu osoitti että Outo I ja OUTO II näytteenottokerroilla saatiin samankaltaiset päälajistot 16Skloonikirjastot: eri syvyydessä lajisto vaihtelee selvästi Hydrogenofaga sp, syvällä Clostridium sp lajeja ja sulfaatinpelkistäjiä päälajeina Sulfaatinpelkistäjiä syvällä enemmän Jatkoa Biotekniikan Instituutissa 454 supersekvenaattori, lajisto info 7 syvyydeltä Outo II näytteestä Sulfaatinpelkistäjien diversiteetti dsrb-dgge 19

OUTOI OUTOII Amplikonisekvensointiin: OUTOII 150-250 m 550-650 m 950-1050 m 1050-1150 m 1450-1550 m 1850-1950 m 2250-2350 m Päämikrobilajiston profiilit PCR- DGGE menetelmällä 20

Olkiluoto tuloksia PAVE näytteenottimen steriloinnin tehokkuutta selvitetty DNA näytteiden kannalta Elävyysvärjäykset n. puolet kuolleita, joissakin näytteissä enemmän Sulfaatinpelkistäjiä kaikissa näytteissä, määrät vähäiset, eri lajeja eri näytteissä Onkalossa: Desulfovibrio sp., Desulfobacter, Desulfobulbus sp., Synthrophobacter sp., OL-KR8: Desulfobacterium autorophicum, Desulfomicrobium sp., Desulfobulbus sp. OL-KR42 Desulfobulbus sp. eri lajeja Jatkossa tehdään 2 näytteen totaalisekvenointi Biotekniikan Instituutissa Tavoitteena on sekvenssianalyysien valossa myös verrata Olkiluodon eri kairareikien mikrobilajistoa. 21

Koko projektin aikataulu Projektin yleistavoitteiden mukainen aikataulu esitetty vuosittaisena viiden vuoden kokonaisuutena. 2006 2007 2008 2009 2010 1. State of the Art ---- 2. Sekvenssitieto, geenipankit -------- --------------- -------------- 3. Syvän biosfäärin mikrobigeenien ------------------ -------------- kloonaus, erityisesti korrodoivat 4. Sekvenssitiedon tutkiminen, uusien ----- ------------------ alukkeiden suunnittelu syvän biosfäärin mikrobien tunnistamiseen:srb, metanogeenit ---- ---------- ----------- ------------ 5. Geomikrobisto, redox ja geokemia; DGGE, kvantitatiivinen PCR(Geofunc, Posiva -- ---------- ----- ------------------ 6.Metagenomiikka mikrobien funktionaalisuuden karakterisoinnissa (Metageno, Tekes) -------- ------------- 7. Bioinformatiikka sekvenssitiedon analysoinnissa ---------------------------- ------------- 8. Geomikrobiologiset prosessit; geokemia, redox, pelkistys prosessit, monitorointimenetelmien validointi ---------------------- --------------- 9. Raportointi --- ----- --------- 22

Geomikrobiologian tiimi: Mari Nyyssönen, Aura Nousiainen, Marjo Öster, Anu Kapanen, Merja Itävaara Yhteistyö Ilmo Kukkonen, Lasse Ahonen, GTK Geological Survey of Finland Anne Lehtinen, Mia Ylä-Mella Posiva Oy Petteri Pitkänen, VTT Lars Paulin, Petri Auvinen, Institute of Biotechnology, University of Helsinki - 454 sekvenointi Jarno Tuimala, CSC, tieteellinen laskenta Kari Lounatmaa, SEM, TEM Gerard Muyzer,University of Delft - microbial ecology Juho Rousu, Bioinformatics, University of Helsinki - computational analysis 23