Name: winogradsky column microbial layers and gradients
Uploaded: 2023-04-30T07:09:27.000Z
Duration: 8 min 8 s
Channel: JoVE

1. Настройка
<ol>
	<li>Чтобы создать колонну Виноградского, вам понадобятся некоторые основные припасы:
	<ul>
		<li>Лопата, ведро и бутылка для сбора проб в поле</li>
		<li>Вертикальный прозрачный сосуд, такой как градуированный цилиндр или пластиковая бутылка для воды объемом около 1 л</li>
		<li>Полиэтиленовая пленка и резинки</li>
		<li>Большие миски для смешивания и большая ложка для перемешивания</li>
		<li>Источник серы (яичный желток или сульфат кальция)</li>
		<li>Источник органического углерода (целлюлоза, в виде измельченной газеты)</li>
		<li>Источник света (солнечное окно или настольная лампа)</li>
		<li>Почва или грязь, собранные в болоте, водно-болотных угодьях, прудах или ручьях</li>
		<li>Вода из одной и той же среды обитания</li>
		<li>Для некоторых необязательных экспериментов, описанных в этом протоколе, потребуется следующее:
		<ul>
			<li>Соль поваренная</li>
			<li>Разноцветный целлофан</li>
			<li>Источник железа (например, гвоздь или стальная вата)</li>
			<li>Холодильник с источником света</li>
			<li>Радиатор рядом с источником света</li>
		</ul>
		</li>
	</ul>
	</li>
	<li>Если вы используете пластиковую бутылку из-под воды, отрежьте область горлышка так, чтобы колонна имела цилиндрическую форму. Снимите все обертки, чтобы свет мог проникать через пластик.</li>
	<li>Сырые яйца могут содержать сальмонеллу, и с ними следует обращаться осторожно. Следует соблюдать правильную технику мытья рук. В качестве альтернативы можно использовать вареное яйцо. Кроме того, нет никакого способа узнать наверняка, загрязнена ли грязь или осадок сточными водами или другими вредными веществами. Перчатки следует использовать при замешивании грязи и установке колонны.</li>
</ol>
2. Сборка колонны Виноградского
<ol>
	<li>С помощью лопаты выкопайте и соберите грязь в ведро. Осадочные породы должны находиться у кромки воды и полностью пропитаться водой. Вам понадобится достаточно грязи, чтобы заполнить каждую колонну Виноградского. Наберите немного воды из того же источника в бутылку для образца (требуется примерно 3000 мл на колонку).</li>
	<li>В лаборатории налейте достаточно грязи в первую чашу для смешивания, чтобы заполнить ~75% объема колонны объемом 1 литр. Затем просейте их, чтобы удалить крупные камни, ветки или листья, а ложкой разбивайте комки.</li>
	<li>Добавьте немного воды, которую вы собрали, в миску для смешивания во время помешивания. Добавляйте до тех пор, пока консистенция водно-грязевой смеси не станет похожей на молочный коктейль. Продолжайте следить за тем, чтобы на улице не было комочков.</li>
	<li>Переложите примерно 1/3 водно-грязевого молочного коктейля во вторую миску. Добавьте яичный желток и горсть измельченной газеты и перемешайте.</li>
	<li>Добавьте смесь грязи, яичного желтка и газеты в колонку, пока колонка не заполнится примерно на 1/4.</li>
	<li>Добавляйте в колонку обычную водно-грязевую смесь до тех пор, пока колонка не заполнится примерно на 3/4.</li>
	<li>Добавьте в колонну дополнительную воду, оставив только небольшое пространство (~ 1/2 дюйма) воздуха сверху.</li>
	<li>Накройте колонку полиэтиленовой пленкой и закрепите резинкой.</li>
	<li>Инкубируйте колонку на свету при комнатной температуре.</li>
	<li>В течение следующих 4-8 недель отслеживайте изменения в столбце Виноградского на предмет развития разноцветных слоев и образования пузырьков, как описано в таблице 1. Кроме того, вы должны записывать время, необходимое для развития различных слоев.</li>
</ol>
3. Необязательные модификации классической колонны Виноградского
<ol>
	<li>Добавьте в собранную грязь 25-50г соли из расчета на 1л колонки Виноградского перед добавлением воды и перемешиванием (шаг 2.3). Добавление соли отбирает галофильные (солелюбивые) бактерии.</li>
	<li>Альтернативные субстраты, такие как железо, в виде гвоздя или стальной ваты, могут быть добавлены в колонку вместе с яичным желтком и измельченной газетой (шаг 2.4). Это обогатит железоокисляющие бактерии, такие как галлионелла, и будет выглядеть как слой цвета ржавчины.</li>
	<li>Вместо комнатной температуры (шаг 2.9) колонку можно инкубировать возле радиатора для отбора на теплофильные (теплолюбивые) бактерии или в холодильнике с источником света для отбора на психрофильные (холодолюбивые) бактерии.</li>
	<li>Количество света, получаемого колонной во время инкубации (шаг 2.9), также можно варьировать, размещая разные колонны при ярком освещении, слабом освещении или в темноте.</li>
	<li>Длину волны входящего света можно ограничить, накрыв колонну целлофанами с разным затенением во время инкубации (шаг 2.9), чтобы определить, какие цвета выбирают для различных бактериальных групп.</li>
</ol>
4. Анализ данных
<ol>
	<li>Через 1-3 недели должна быть видна некоторая зеленая окраска на вершине грязевого слоя классической колонны Виноградского (рис. 2А). Это первые признаки роста слоя цианобактерий.</li>
	<li>Со временем продолжайте следить за появлением и эволюцией различных слоев, каждый из которых указывает на различные типы бактерий. подсказка: Обратитесь к Понятиям и Таблице 1, чтобы понять, какие бактерии вносят свой вклад в различные слои.</li>
</ol>
<img alt="Figure 2A" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10506/10506fig2a.jpg"> 
Рисунок 2А: Фото классической колонны Виноградского, которая инкубировалась при комнатной температуре в течение 21 дня. Обратите внимание на зеленый осадок, указывающий на цианобактерии, в верхней части колонки.
<ol start="3">
	<li>Если также были подготовлены модификации классической колонны Виноградского, сравните результаты каждой колонны.
	<ol>
		<li>Понаблюдайте за слоями в каждой из измененных колонн Виноградского. Обратите внимание на следующее:
		<ul>
			<li>Имеют ли колонны одинаковое количество слоев?</li>
			<li>Слои одинакового цвета и толщины?</li>
			<li>Залегают ли слои на одной и той же глубине?</li>
			<li>Сколько времени ушло на разработку каждой колонки?</li>
			<li>Развивалась ли одна колонна медленнее остальных?</li>
		</ul>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

Колонка Виноградского является примером взаимозависимой микробной экосистемы. После смешивания ила, воды и дополнительных углеродных и серных субстратов в вертикальной колонне, стратифицированная экосистема должна стабилизироваться в отдельные, стабильные зоны в течение нескольких недель. Эти зоны заняты различными микроорганизмами, которые процветают в определенном месте вдоль градиента между богатым сульфидами отложениями на дне и богатыми кислородом отложениями наверху. Манипулируя условиями и субстратами в колонне Ви...

Создание колонны Виноградского: способ обогащения видов микробов в пробе отложений

Creating a Winogradsky Column: A Method to Enrich the Microbial Species in a Sediment Sample

Источник: ЭлизабетСатер 1, Кристофер Корбо1, Джонатан Блейз1 
1 Факультет биологических наук, Колледж Вагнера, 1 Campus Road, Статен-Айленд, Нью-Йорк, 10301
Колонна Виноградского - это миниатюрная замкнутая экосистема, используемая для обогащения сообществ микроорганизмов осадочных пород, особенно тех, которые участвуют в круговороте серы. Колонка была впервые использована Сергеем Виноградским в 1880-х годах и с тех пор применяется для изучения многих разнообразных микроорганизмов, участвующих в биогеохимии, таких как фотосинтезаторы, окислители серы, сульфатные восстановители, метаногены, окислители железа, циклеры азота и многое другое (1,2).
Большинство микроорганизмов на Земле считаются некультивируемыми, что означает, что они не могут быть выделены в пробирке или на чашке Петри (3). Это связано со многими факторами, в том числе с тем, что микроорганизмы зависят от других в отношении определенных продуктов метаболизма. Условия в колонке Виноградского точно имитируют естественную среду обитания микроорганизмов, включая их взаимодействие с другими организмами, и позволяют выращивать их в лаборатории. Таким образом, этот метод позволяет ученым изучать эти организмы и понимать, насколько они важны для биогеохимических циклов Земли, не выращивая их в изоляции.
Окружающая среда Земли полна микроорганизмов, которые процветают во всех типах сред обитания, таких как почвы, океанская вода, облака и глубоководные отложения. Во всех местах обитания микроорганизмы зависят друг от друга. По мере роста микроорганизм потребляет определенные субстраты, в том числе богатые углеродом виды топлива, такие как сахара, а также питательные вещества, витамины и дыхательные газы, такие как кислород. Когда эти важные ресурсы заканчиваются, различные микроорганизмы с различными метаболическими потребностями могут цвести и процветать. Например, в колонне Виноградского микробы сначала потребляют добавленный органический материал, истощая кислород в нижних слоях колонны. Как только кислород израсходован, анаэробные организмы могут захватывать и потреблять различные органические материалы. Это последовательное развитие различных микробных сообществ с течением времени называется сукцессией (4). Сукцессия микробов важна в колонне Виноградского, где микробная активность изменяет химический состав осадка, который затем влияет на активность других микробов и так далее. Многие микроорганизмы в почвах и отложениях также живут вдоль градиентов, которые являются переходными зонами между двумя различными типами местообитаний на основе концентраций субстратов (5). В правильном месте градиента микроб может получать оптимальное количество различных субстратов. По мере развития колонны Виноградского она начинает имитировать эти естественные градиенты, особенно по кислороду и сульфидам (рис. 1).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10506/10506fig1.jpg"> 
Рисунок 1: Представление градиентов кислорода (O2) и сульфида (H2S), которые развиваются в колонне Виноградского.
В колонке Виноградского грязь и вода из пруда или водно-болотных угодий смешиваются в прозрачной колонке и инкубируются, как правило, на свету. В колонну добавляются дополнительные субстраты, чтобы дать сообществу источники углерода, обычно в виде целлюлозы и серы. Фотосинтезаторы обычно начинают расти в верхних слоях осадка. Эти фотосинтезирующие микроорганизмы в основном состоят из цианобактерий, которые выделяют кислород и имеют вид зеленого или красно-коричневого слоя (рис. 2, табл. 1). В то время как фотосинтез производит кислород, кислород не очень растворяется в воде и уменьшается ниже этого слоя (рис. 1). Это создает градиент кислорода, варьирующийся от высокой концентрации кислорода в верхних слоях до нулевой концентрации кислорода в нижних слоях. Насыщенный кислородом слой называется аэробным слоем, а слой без кислорода называется анаэробным слоем.
В анаэробном слое может размножаться множество различных микробных сообществ в зависимости от типа и количества доступных субстратов, источника исходных микробов и пористости осадка. В нижней части колонны могут процветать организмы, которые анаэробно расщепляют органические вещества. В результате микробной ферментации образуются органические кислоты в результате распада целлюлозы. Эти органические кислоты затем могут быть использованы восстановителями сульфатов, которые окисляют эти органические вещества с помощью сульфата и производят сульфид в качестве побочного продукта. Активность сульфатных восстановителей проявляется, если осадок становится черным, потому что железо и сульфид вступают в реакцию с образованием черных железо-сульфидных минералов (рис. 2, табл. 1). Сульфид также диффундирует вверх, создавая другой градиент, при котором концентрации сульфидов высоки в нижней части колонны и низки в верхней части колонны (рис. 1).
Ближе к середине колонки окислители серы используют подачу кислорода сверху и сульфида снизу. При правильном количестве света в этих слоях могут развиваться фотосинтетические окислители серы. Эти организмы известны как зеленые и фиолетовые серные бактерии и часто проявляются в виде зеленых, фиолетовых или пурпурно-красных нитей и пятен (рис. 2, таблица 1). Зеленые серные бактерии имеют более высокую толерантность к сульфидам и обычно развиваются в слое непосредственно под фиолетовыми серными бактериями. Над фиолетовыми серными бактериями также могут развиваться фиолетовые несерные бактерии. Эти организмы фотосинтезируют с использованием органических кислот в качестве доноров электронов вместо сульфидов и часто проявляются в виде красного, фиолетового, оранжевого или коричневого слоя. Нефотосинтезирующие окислители серы могут развиваться над фиолетовыми несерными бактериями, и они обычно проявляются в виде белых нитей (рис. 2, таблица 1). Кроме того, пузыри могут образовываться и в колонне Виноградского. Пузырьки в аэробных слоях указывают на выработку кислорода цианобактериями. Пузырьки в анаэробных слоях, вероятно, связаны с активностью метаногенов, организмов, которые анаэробно расщепляют органические вещества и образуют метан в качестве побочного продукта.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="всегда">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Позиция в столбце</td>
			<td>Функциональная группа</td>
			<td>Примеры организмов</td>
			<td>Визуальный индикатор</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Вверх</td>
			<td>Фотосинтезаторы</td>
			<td>Цианобактерии</td>
			<td>Зеленый или красновато-коричневый слой. Иногда пузырьки кислорода.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td rowspan="5"></td>
			<td>Нефотосинтезирующие окислители серы</td>
			<td>Beggiatoa, Thiobacilus</td>
			<td>Белый слой.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Фиолетовые несерные бактерии</td>
			<td>Rhodomicrobium, Rhodospirilum, Rhodopseuodmonas</td>
			<td>Красный, фиолетовый, оранжевый или коричневый слой.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Фиолетовые серные бактерии</td>
			<td>Хроматий</td>
			<td>Фиолетовый, или пурпурно-красный слой.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Зеленые серные бактерии</td>
			<td>Хлоробий</td>
			<td>Зеленый слой.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Сульфатредуцирующие бактерии</td>
			<td>Десульфовибрио, Десульфотоматакулум, Десульфобактер, Десульфомонас</td>
			<td>Черный слой.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>дно</td>
			<td>Метаногены</td>
			<td>Methanococcus, Methanosarcina</td>
			<td>Иногда пузыри метана.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Таблица 1: Основные группы бактерий, которые могут появиться в классической колонке Виноградского, сверху вниз. Приведены примеры организмов из каждой группы, а также перечислены визуальные индикаторы каждого слоя организмов. Основано на Perry et al. (2002) и Rogan et al. (2005).

В этом эксперименте вода и осадочные породы были собраны в пресноводной среде обитания. Были построены и разработаны две колонны Виноградского: классическая колонна Виноградского, инкубированная на свету при комнатной температуре (рис. 2А), и колонна Виноградского, инкубированная в темноте при комнатной температуре (рис. 2Б). 
<img alt="Figure 2B" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10506/10506fig2b.jpg"> 
Рисунок 2B: Фотография классической колонны Виноградского (слева)...

Source: Elizabeth Suter1, Christopher Corbo1, Jonathan Blaize1
1 Department of Biological Sciences, Wagner College, 1 Campus Road, Staten Island NY, 
...

Большинство микроорганизмов Земли не могут быть культивированы в лаборатории, часто потому, что они зависят от других микробов в своих родных сообществах. Колонна Виноградского, названная в честь ее изобретателя Сергея Виноградского, представляет собой миниатюрную замкнутую экосистему, которая обогащает микробные сообщества в образце отложений, позволяя ученым изучать многие микробы, играющие жизненно важную роль в биогеохимических процессах Земли, без необходимости выделять и культивировать их по отдельности. Как правило, грязь и вода из экосистемы, такой как пруд или болото, смешиваются. В качестве факультативного эксперимента в эту смесь может быть добавлена соль для обогащения различных видов галофилов. Далее небольшая порция смеси дополняется углеродом, обычно в виде целлюлозы из газеты, и серой, обычно из яичного желтка. В качестве еще одного необязательного эксперимента в эту смесь можно добавить ноготь, чтобы обогатить некоторые виды Gallionella. Затем эту новую смесь добавляют в прозрачную колонну так, чтобы колонна была заполнена на одну четверть. Наконец, остальная грязевая смесь и еще больше воды добавляются в колонну, пока она не заполнится до полного заполнения. Сукцессию, которая относится к последовательному развитию различных микробных сообществ с течением времени, можно наблюдать в режиме реального времени с помощью колонки Виноградского. По мере того, как микробы растут внутри колонны, они потребляют определенные субстраты и изменяют химический состав окружающей среды. Когда их субстраты истощаются, исходные микробы отмирают, и микробы с различными метаболическими потребностями могут процветать в измененной среде. Со временем начинают формироваться заметно различимые слои, каждый из которых содержит части бактериального сообщества с различными потребностями в микросреде. Например, фотосинтезирующие микробы, в основном состоящие из цианобактерий, образуют зеленые или красно-коричневые слои в верхней части колонны. Поскольку фотосинтез производит кислород, часто наблюдаемый в виде пузырьков в верхней части столба, образуется градиент с самой высокой концентрацией кислорода в верхней части и самой низкой в нижней части. В зависимости от доступных субстратов в анаэробном придонном слое могут расти различные микробные сообщества. Пузырьки в этом слое могут указывать на наличие метаногенов, которые создают газ метан в результате брожения. Здесь микробная ферментация целлюлозы приводит к образованию органических кислот. Сульфатные восстановители окисляют эти кислоты с образованием сульфидов, а их активность проявляется в черном осадке. Сульфид диффундирует вверх по колонне, создавая еще один градиент, где концентрации сульфидов наиболее высоки ближе к нижней части колонны и самые низкие ближе к верху. Ближе к середине колонны окислители серы утилизируют кислород сверху и сульфид снизу. При достаточном освещении развиваются фотосинтезирующие окислители серы, такие как зеленые и фиолетовые серные бактерии. Зеленые серные бактерии хорошо переносят более высокие концентрации сульфидов. Таким образом, они растут непосредственно под фиолетовыми серными бактериями. Непосредственно над этим слоем фиолетовые несерные бактерии образуют красно-оранжевый слой. О нефотосинтезирующих окислителях серы свидетельствует наличие белых нитей. Такие условия, как освещение и температура, также могут варьироваться для обогащения других сообществ. В этом видео вы узнаете, как построить колонну Виноградского, а также варьировать условия выращивания и субстраты для обогащения конкретных микробных сообществ. Во-первых, найдите подходящую водную экосистему, например, пруд или болото. Образцы отложений должны поступать из области у кромки воды и быть полностью насыщены водой. Затем с помощью лопаты и ведра соберите один-два литра пропитанной грязи. Затем возьмите примерно три литра пресной воды из того же источника и вернитесь в лабораторию с полевыми образцами. В лаборатории наденьте соответствующие средства индивидуальной защиты, включая лабораторный халат и перчатки. Теперь перелейте примерно 750 миллилитров грязи в миску для смешивания. Затем просейте грязь, чтобы удалить большие камни, ветки или листья, и с помощью ложки разбейте любые комки. Далее добавьте немного свежей воды в миску для смешивания и перемешайте большой ложкой. Добавляйте воду до тех пор, пока консистенция водно-грязевой смеси не станет похожей на молочный коктейль. Продолжайте следить за тем, чтобы на улице не было комочков. В качестве дополнительного эксперимента выберите галофильные бактерии, добавив от 25 до 50 миллиграммов соли в грязевую смесь. Затем переложите примерно 1/3 водно-грязевой смеси во вторую миску для смешивания. Добавьте в миску один яичный желток и горсть измельченной газеты. Далее добавляем эту смесь в столбик, пока она не заполнится примерно на 1/4. Далее добавьте водно-грязевую смесь без яйца и газеты в колонку, пока она не заполнится примерно на 3/4. Затем добавьте еще воды в колонну, оставив сверху пространство 1/2 дюйма. Накройте колонку полиэтиленовой пленкой и закрепите ее резинкой. Инкубируйте столбик на свету возле окна при комнатной температуре в течение следующих четырех-восьми недель. На протяжении всего инкубационного периода не реже одного раза в неделю следите за изменениями в столбике Виноградского на предмет развития разноцветных слоев и образования пузырьков. Кроме того, запишите время, необходимое для проявления различных слоев. Еще одна модификация, которую можно сделать, — это инкубация колонны возле радиатора для отбора термофильных бактерий или в холодильнике для отбора психрофильных бактерий. Изменяйте условия освещения, размещая разные колонны при ярком освещении, слабом освещении или в темноте для инкубации. В качестве альтернативы можно ограничить длину волны входящего света, покрыв колонку целлофаном разных оттенков, чтобы определить, какие цвета выбирают для разных бактериальных групп. Для еще одного необязательного эксперимента, чтобы обогатить железоокисляющие бактерии, добавьте гвоздь в смесь грязи и воды перед добавлением газеты и яичного желтка. Через одну-две недели о росте слоя цианобактерий свидетельствует зеленая или красно-коричневая пленка поверх грязевого слоя классической колонны Виноградского. С течением времени наблюдается внешний вид и эволюция различных слоев, каждый из которых указывает на различные типы присутствующих бактерий. Сравнивая колонну, выращенную в темноте, с традиционной колонной Виноградского, мы видим, что темная обработка дает черный слой в нижней части колонны, что указывает на сульфатредуцирующие бактерии. Темная колонна также может давать другие несушки, в зависимости от других условий инкубации. Кроме того, темный столбец не дает ни зеленого слоя цианобактерий, ни красного, фиолетового или зеленого слоев, указывающих на фиолетовые несерные, фиолетовые серные и зеленые серные бактерии соответственно. Рост этих групп зависит от света.

creating-winogradsky-column-method-to-enrich-microbial-species

Education

JoVE Science Education

Advanced Biology

Продвинутый курс биологии

Microbiology

Микробиология

winogradsky column microbial layers and gradients

A Winogradsky column shows how microbial layers form in mud and water over time. It is a clear, enclosed ecosystem that helps scientists grow sediment microbes that are hard to culture in a test tube or on a petri dish. By keeping conditions close to a microbe’s natural habitat, the column makes it possible to study organisms that help drive Earth’s biogeochemical cycles.

The column is built from pond or wetland sediment mixed with water in a transparent container. Extra sources of carbon, usually cellulose, and sulfur are added, and the column is incubated in light. As microbes use these resources, they go through succession, which means one community replaces another as conditions change. This activity also creates gradients, or zones with changing chemical levels, especially for oxygen and sulfide.

At the top of the column, photosynthesizers grow first. These are mostly cyanobacteria, which make oxygen and often appear as a green or reddish-brown layer. Because oxygen is not very soluble in water, its concentration drops quickly below this zone. That creates an aerobic layer with oxygen at the top and an anaerobic layer with no oxygen below.

Deeper in the column, microbes that do not need oxygen can become active. At the bottom, organisms break down organic matter without oxygen, and fermentation of cellulose produces organic acids. Sulfate reducers then use these organics with sulfate and release sulfide. When iron reacts with sulfide, the sediment turns black and forms iron-sulfide minerals.

Sulfide also moves upward, so the middle of the column becomes a place where oxygen from above and sulfide from below meet. With enough light, sulfur-using photosynthesizers grow here. Green sulfur bacteria and purple sulfur bacteria often form green, purple, or purple-red layers. Green sulfur bacteria usually sit below purple sulfur bacteria because they tolerate more sulfide.

Above the purple sulfur bacteria, purple nonsulfur bacteria may form red, purple, orange, or brown layers. These microbes use organic acids as electron donors instead of sulfide. Higher up, nonphotosynthetic sulfur oxidizers can appear as white filaments. Bubbles may also form in the column. Oxygen bubbles in the aerobic layers come from cyanobacteria, while methane bubbles in the anaerobic layers are likely made by methanogens.

A mature Winogradsky column can show several microbial groups from top to bottom. Cyanobacteria are at the top, followed by nonphotosynthetic sulfur oxidizers, purple nonsulfur bacteria, purple sulfur bacteria, green sulfur bacteria, sulfate-reducing bacteria, and methanogens near the bottom. The visible colors, filaments, black sediment, and bubbles make the column a useful model for studying how microbes depend on one another in layered environments.

Winogradsky Column Microbial Layers and Gradients

winogradsky-column-microbial-layers-and-gradients

creating a winogradsky column: a method to enrich the microbial species in a sediment sample

A Winogradsky column shows how microbial layers form in mud and water over time. It is a clear, enclosed ecosystem that helps scientists grow sediment microbes that are hard to culture in a test tube or on a petri dish. By keeping conditions close to a microbe’s natural habitat, the column makes it possible to study organisms that help drive Earth’s biogeochemical cycles. The column is built from pond or wetland sediment mixed with water in a transparent container. Extra sources of carbon,...

serial dilutions and plating: microbial enumeration

serial-dilutions-and-plating-microbial-enumeration

Counting Bacteria with Dilution Plates

Counting bacteria with dilution plates helps microbiologists estimate how many cells are in a sample. Because bacteria can grow quickly and may be hard to count directly, serial dilution and plating make the concentration easier to measure. These methods have been used for more than a century to study bacterial and viral loads in clinical, industrial, pharmaceutical, and academic labs. Serial dilution reduces a sample in steps. A small volume of the original solution is moved into a fixed...

enrichment cultures: culturing aerobic and anaerobic microbes on selective and differential medias

enrichment-cultures-culturing-aerobic-anaerobic-microbes-on-selective

Selective Media for Bacterial Isolation

Selective media help scientists isolate bacteria by supporting some microbes and blocking others. This lab also uses differential media, which reveal a visible chemical trait in the organism being grown. Together, these methods help identify bacteria from mixed samples. Prokaryotic cells live in almost every environment on Earth. They also show wide metabolic diversity, so the growth medium must supply the molecules they need for energy. Some microbes are extremophiles, meaning they live in...

pure cultures and streak plating: isolation of single bacterial colonies from a mixed sample

pure-cultures-streak-plating-isolation-single-bacterial-colonies-from

Streak Plate Method for Isolating Bacteria

The streak plate method is used to isolate single bacterial colonies from a mixed sample. It helps separate one bacterial type from another so a pure culture can be grown. This is important in both clinical and research settings, where bacteria often grow together in mixed cultures. Pure cultures are needed for later genetic and protein studies. They are also used to check whether a sample is pure and to identify infectious agents from clinical samples. Because different strains can affect...

16s rrna sequencing: a pcr-based technique to identify bacterial species

16s-rrna-sequencing-pcr-based-technique-to-identify-bacterial

Bacterial ID with 16S rRNA Gene Sequencing

Bacterial identification with 16S rRNA gene sequencing helps scientists tell bacterial species apart. It is used in microbial ecology to study biodiversity in environmental samples and in medical microbiology to help diagnose infected patients. Traditional methods include microscopy, growth on specific media, biochemical and serological tests, and antibiotic sensitivity assays. Molecular methods have changed how bacteria are identified. 16S ribosomal RNA (rRNA) gene sequencing is often faster...

growth curves: generating growth curves using colony forming units and optical density measurements

growth-curves-generating-growth-curves-using-colony-forming-units

Bacterial Growth Stages and Cell Counts

Bacterial growth stages and cell counts show how a culture changes over time. This page follows a batch culture as it moves through lag, exponential, stationary, and death phases. It also shows how colony forming units, or CFU, and optical density can be used to measure that growth. Lag phase is the time bacteria need to adjust to a new environment before fast division begins. During exponential phase, cells grow and divide at the fastest rate, and DNA replication, RNA transcription, and...

antibiotic susceptibility testing: epsilometer tests to determine mic values of two antibiotics and evaluate antibiotic synergy

antibiotic-susceptibility-testing-epsilometer-tests-to-determine-mic

Measuring Bacterial Resistance with E-Tests

Measuring bacterial resistance with E-tests helps show how strongly an antibiotic can stop growth. The method is used to find the minimal inhibitory concentration, or MIC, which is the lowest antibiotic level that prevents visible bacterial growth. It is a practical way to study resistance in bacteria and compare how different antibiotics perform. The E-test uses a plastic strip that contains a built-in antibiotic gradient. The strip is placed on an agar plate that has been inoculated with...

microscopy and staining: gram, capsule, and endospore staining

microscopy-and-staining-gram-capsule-and-endospore-staining

Bacterial Stains for Cell Walls and Spores

Bacterial stains help scientists see cell walls, capsules, and endospores with a compound light microscope. Many bacteria are hard to tell apart with light alone because they are small, colorless, and can look similar under the lens. Staining makes these hidden features visible and helps identify different bacteria. A compound microscope uses more than one lens to magnify a sample. Its objective lens collects light near the specimen, and the eyepiece enlarges the image. Many compound...

plaque assay: a method to determine viral titer as plaque forming units (pfu)

plaque-assay-method-to-determine-viral-titer-as-plaque-forming-units

Phage Plaque Test for Counting Viruses

Bacteriophages, or phages, are viruses that infect prokaryotic cells. The plaque assay is a classic way to count these viruses by measuring viral titer, which is the amount of virus in a sample. It was first described in 1952 and is still one of the most reliable methods for determining viral titer. Phages were identified in the early 20th century by Twort and d'Hérelle. They have since been recognized for their therapeutic value and for their role in human and global ecosystems. Interest in...

transformation of e. coli cells using an adapted calcium chloride procedure

transformation-e-coli-cells-using-an-adapted-calcium-chloride

Calcium Chloride DNA Uptake in E. coli

Calcium chloride treatment can help E. coli take up foreign DNA. This chemical transformation method is used in molecular biology to move a plasmid into bacterial cells and then identify the cells that received it. The protocol described here uses chemically competent E. coli DH5α cells and the plasmid pUC19 to measure transformation efficiency. Bacteria can exchange genetic material through horizontal gene transfer. The three main routes are transformation, transduction, and conjugation.

conjugation: a method to transfer ampicillin resistance from donor to recipient e. coli

conjugation-method-to-transfer-ampicillin-resistance-from-donor-to

Bacterial Gene Transfer by Conjugation in E. coli

Bacterial conjugation is a form of horizontal gene transfer in E. coli that moves DNA from one cell to another through direct contact. It was first discovered by Lederberg and Tatum in 1946. Unlike transformation or transduction, conjugation is a natural, one-way transfer of DNA from a donor cell to a recipient cell. This process can increase bacterial genetic diversity. It is often described as a type of bacterial mating. It has also helped drive the spread of antibiotic-resistant bacteria.

phage transduction: a method to transfer ampicillin resistance from donor to recipient e. coli

phage-transduction-method-to-transfer-ampicillin-resistance-from

Using P1 Phage to Move Antibiotic Resistance in E. coli

Bacteriophage transduction moves DNA between bacteria by using a phage, or bacterial virus, as the carrier. In this process, a phage can deliver genetic material from one bacterium to another. The method is a form of horizontal gene transfer and is important in both bacterial evolution and laboratory genetics. Phages were first described in the early 1900s, and transduction was named in 1951 by Norton Zinder and Joshua Lederberg. The transcript describes two main phage classes. Lytic phages...

microbiology

This collection demonstrates the key tools of microbiological investigation, including proper sterile technique and plating, how to use selective media and enrich samples, and culturing methods for mixed or pure samples. Additionally, it looks at common methods for identifying microbial isolates, as well as procedures for the genetic manipulation of bacteria.

Explore how a Winogradsky column forms microbial layers, oxygen and sulfide gradients, and visible signs of cyanobacteria, sulfur bacteria, and methanogens.

Winogradsky Column Microbial Layers and Gradients

Description

Transcript