Microbial response to human pollutants in polar lakes

Lakes in polar regions are significantly present and dot the landscape forming unique ecosystems teeming with life. These lakes are subject to extreme environmental variations and significant pollution levels. Bacteria inhabiting polar lakes respond rapidly to environmental shifts and variations in pollutant levels. These responses can be studied by culturable and molecular techniques that examine catabolic genes that help degrade or tolerate pollutants (e.g. bph operon PCBs; COG0789 genes resistance to heavy metals). This Ph.D. project, part of the PNRA MicroPolArS program, explores bacteria in Arctic and Antarctic lakes, focusing on their biotechnological potential. Samples of water and sediments were collected from 5 Arctic and 7 Antarctic lakes. Results showed that communities differed more between water and sediment and lakes than across poles. Many bacteria showed great toleration for metals (Iron > Mercury > Copper) and were mostly related to Gammaproteobacteria and Actinomyceota in the Arctic and Antarctic regions respectively. Regarding PCB degradation, many strains showed oxidation ability and at the same time the presence of bph gene and were mostly related to the genus Pseudomonas. Degradation efficiency tests showed interesting results, especially in the tetrachlorinated degradation. Overall, our results underline the high biotechnological potential of cold-adapted bacteria from polar environments.

I laghi delle regioni polari sono ampiamente presenti, formando ecosistemi unici e ricchi di vita. Questi laghi sono soggetti a variazioni ambientali estreme e a significativi livelli di inquinamento. I batteri che abitano i laghi polari rispondono rapidamente ai cambiamenti ambientali e alle variazioni nei livelli di inquinanti. Queste risposte possono essere studiate tramite tecniche colturali e molecolari che esaminano i geni catabolici coinvolti nella degradazione o tolleranza agli inquinanti (es. operone bph per i PCB; geni COG0789 per la resistenza ai metalli pesanti). Questo progetto di dottorato, parte del programma PNRA MicroPolArS, esplora i batteri dei laghi artici e antartici, concentrandosi sul loro potenziale biotecnologico. Sono stati raccolti campioni di acqua e sedimenti da 5 laghi artici e 7 antartici. I risultati hanno mostrato che le comunità differivano maggiormente tra acqua e sedimento e tra i singoli laghi, piuttosto che tra i due poli. Molti batteri hanno mostrato una grande tolleranza ai metalli (Fe>Hg>Cu) e appartenevano principalmente ai Gammaproteobacteria nell’Artico e agli Actinomyceota in Antartide. Riguardo la degradazione dei PCB, molti ceppi hanno mostrato capacità di ossidazione e presenza del gene bph, risultando in gran parte appartenenti al genere Pseudomonas. I test di efficienza di degradazione hanno mostrato risultati interessanti, in particolare nella degradazione dei composti tetraclorurati. Complessivamente, i nostri risultati sottolineano l’alto potenziale biotecnologico dei batteri adattati ai climi freddi degli ambienti polari.