海洋メタンの浸透からの堆積物を含まないメタノトロフィック濃縮培養におけるコミュニティ構造と微生物関連

嫌気性メタノトロフィックアルカエア（ANME）および硫酸還元菌（SRB）の同期性コンソーシアムは、大量のメタンを消費し、海洋メタンの浸透の基礎微生物として機能します。炭素循環におけるそれらの重要性にもかかわらず、ANME-SRBコンソーシアムの生理学に関する研究は、コンソーシアムが生息するゆっくりとした成長と複雑な物理化学環境によって妨げられてきました。ここでは、カリフォルニア州サンタモニカ盆地の深海メタン浸透堆積物からのANME-SRBコンソーシアムの成功した堆積物のない濃縮を報告します。無酸素パーコール密度勾配とサイズ選択的ろ過を使用して、栽培プロセスを加速するために、堆積物粒子と単一細胞からANME-SRBコンソーシアムを分離しました。3年にわたって、主にANME-2A/2B（「Candidatus methanocomedenaceae」）とそのシノトロフィーの細菌パートナーであるseep-SRB1/2で構成されている堆積物関連ANMEおよびSRB系統のサブセットは、deep-SRB1/2で構成され、脱落して育成され、脱落しました。実験室条件。いくつかの濃縮からのメタゲノムが組み立てられたゲノムは、同じ接種物からの異なる濃縮におけるANME-2A、SEEP-SRB1、およびメタノコッコイドが異なる種を表していることを明らかにしましたが、他のcoen慢な微生物は種レベルで密接に関連していました。これは、ANME、SRB、およびメタノコッコイドがメタン浸透の他のメンバーよりも遺伝的に多様であることを示唆しています。細胞凝集体のフローサイトメトリーのソーティングとシーケンスにより、メタノコッコイド、アナエロリニール、およびSEEP-SRB1が、バルクメタゲノムと比較して複数のANME-2A細胞凝集体で過剰に表現されていることが明らかになり、物理的に関連している可能性があることを示唆しています。全体として、この研究は、物理的特性に基づいて堆積物からの嫌気性遅延微生物の選択的栽培の成功した症例を表し、詳細なゲノム、生理学、生化学、生態学的分析の新しい機会を導入します。重要性硫酸塩の還元と組み合わせたメタン（AOM）の生物学的嫌気性酸化は、世界の海洋堆積物における大きなメタンシンクを表しています。メタン消費は、シノトロフィーの古細菌菌のコンソーシアムによって行われ、ユニークな生態系に燃料を供給しますが、これらの遅い成長しているシノトロフィーコンソーシアムおよび他の関連するコミュニティメンバーとの相互作用はよく理解されていません。この研究の重要性は、サイズ、密度、および代謝に基づいて選択的栽培アプローチを使用して硫酸塩でAOMを行う嫌気性メタノトロフィックアルケアと硫酸塩還元細菌の堆積物を含まない濃縮培養の確立です。微生物ゲノムを再構築し、濃縮培養と細胞凝集体のコミュニティ組成を分析することにより、コアシノトロフィーパートナーを超えてAOMコンソーシアムに物理的に関連する微生物の多様性に光を当てました。これらの濃縮培養は、海洋メタン浸透内の微生物相互作用の多様性についての理解を拡大するための簡略化されたモデルシステムを提供します。

Syntrophic consortia of anaerobic methanotrophic archaea (ANME) and sulfate-reducing bacteria (SRB) consume large amounts of methane and serve as the foundational microorganisms in marine methane seeps. Despite their importance in the carbon cycle, research on the physiology of ANME-SRB consortia has been hampered by the slow growth and complex physicochemical environment the consortia inhabit. Here, we report successful sediment-free enrichment of ANME-SRB consortia from deep-sea methane seep sediments in the Santa Monica Basin, California. Anoxic Percoll density gradients and size-selective filtration were used to separate ANME-SRB consortia from sediment particles and single cells to accelerate the cultivation process. Over a 3-year period, a subset of the sediment-associated ANME and SRB lineages, predominantly comprised of ANME-2a/2b ("Candidatus Methanocomedenaceae") and their syntrophic bacterial partners, SEEP-SRB1/2, adapted and grew under defined laboratory conditions. Metagenome-assembled genomes from several enrichments revealed that ANME-2a, SEEP-SRB1, and Methanococcoides in different enrichments from the same inoculum represented distinct species, whereas other coenriched microorganisms were closely related at the species level. This suggests that ANME, SRB, and Methanococcoides are more genetically diverse than other members in methane seeps. Flow cytometry sorting and sequencing of cell aggregates revealed that Methanococcoides, Anaerolineales, and SEEP-SRB1 were overrepresented in multiple ANME-2a cell aggregates relative to the bulk metagenomes, suggesting they were physically associated and possibly interacting. Overall, this study represents a successful case of selective cultivation of anaerobic slow-growing microorganisms from sediments based on their physical characteristics, introducing new opportunities for detailed genomic, physiological, biochemical, and ecological analyses. IMPORTANCE Biological anaerobic oxidation of methane (AOM) coupled with sulfate reduction represents a large methane sink in global ocean sediments. Methane consumption is carried out by syntrophic archaeal-bacterial consortia and fuels a unique ecosystem, yet the interactions in these slow-growing syntrophic consortia and with other associated community members remain poorly understood. The significance of this study is the establishment of sediment-free enrichment cultures of anaerobic methanotrophic archaea and sulfate-reducing bacteria performing AOM with sulfate using selective cultivation approaches based on size, density, and metabolism. By reconstructing microbial genomes and analyzing community composition of the enrichment cultures and cell aggregates, we shed light on the diversity of microorganisms physically associated with AOM consortia beyond the core syntrophic partners. These enrichment cultures offer simplified model systems to extend our understanding of the diversity of microbial interactions within marine methane seeps.