Analyse av påvirkningsgraden ulike konsentrasjoner av kobberoksidnanopartikler har på mikrobiell vekst i marine miljø ved 16S rRNA amplifisering og neste generasjons sekvensering

Abstract

Mikrobiell vekst i form av biofilm og biofouling er problem i forbindelse med menneskeskapte strukturer i marine miljøer. Det er derfor av stor interesse å finne gode løsninger for å hemme disse prosessene. Samtidig som biodiversitet og miljø ivaretas. Kobber er et essensielt metall i biokjemiske prosesser hos mange organismer, men kan også virke toksisk i store mengder, spesielt hos mikroorganismer. Dette gjør at kobber har vært svært attraktivt for å hemme mikrobiell vekst. Dette er problematisk da bruken av kobber har hatt utilsiktede påvirkninger i miljøet rundt strukturene og har blant annet før forskyvninger i biodiversitet i marine mikrobielle økosystemer. I dette prosjektet ble kobber i formen kobberoksid nanopartikler (CuO-NPs) tilsatt fiskenøter, i konsentrasjonene 0,010 mol/L og 0,005 mol/L. Dette for å studere den antimikrobielle effekten ulike konsentrasjoner av CuO-NPs har på biofilm. Det ble brukt bioreaktorer for de ulike konsentrasjonene av CuO-NPs, samt en referanse. I løpet av en vekstperiode ble det tatt ut prøver av biofilter, swab-prøver direkte fra not og notprøver. Disse ble amplifisert ved 16S rRNA og sekvensert med neste generasjons sekvensering (NGS). Alfadiversitet, betadiversitet og komposisjon for de ulike prøvene ble framstilt i Shannon diversitetsindeks, Bray-Curtis PCoA plot og diagram for relative abundance. Observasjoner gjort under vekstfasen og resultatene oppnådd ga en sterk indikasjon på at fiskenot med høy konsentrasjon hadde en stor påvirkning på den mikrobielle veksten i bioreaktoren denne var plassert i. Fiskenoten med den lavere konsentrasjonen av CuO-NPs hadde en betydelig mindre grad av påvirkning på den mikrobielle veksten i bioreaktoren.

Microbial growth such as biofilm and biofouling can cause several different issues on man-made structures in marine environments. Finding solutions that will prevent the damages from these processes, while simultaneously preserves both the environment and biodiversity is highly coveted. Copper is an essential metal in biochemical processes within many organisms, but can also be toxic in large amounts, especially to microorganisms. Because of this toxicity, copper has been much used as an antimicrobial agent. The unintended effects copper has had on the environment surrounding the man-made structures has led to problems such as shifts in the biodiversity in marine microbial ecosystems. In this project the focus was on copper oxide nanoparticles (CuO-NPs). 0,010 mol/L and 0,005 mol/L of the CuO-NPs had been applied to fish nets. The different effects concentrations of CuO-NPs had on microbial growth where to be studied, to determine which of these would have the most desired antimicrobial effect. For the setup, bioreactors were used for the in vitro studies. One for each CuO-NPs concentration, as well as one for a reference with no addition of CuO-NPs. During the growth phase samples were taken using swab and the collection of biofilters and net samples. Later the samples were sequenced using 16S rRNA and next generation sequencing (NGS). From the results Shannon diversity index, Bray – Curtis PCoA plot and relative abundance diagram were produced to study alfa diversity, beta diversity and the microbial composition of the biofilm samples. The results from the samples, as well as observations made during the growth phase indicated a high level of impact on growth by the higher CuO-NPs concentration. Whereas the lower concentration did not have such a high degree of impact on the microbes in the bioreactor.