Sektion for Bioteknologi. og lidt om den nye DNA revolution!

Størrelse: px

Starte visningen fra side:

Download "Sektion for Bioteknologi. og lidt om den nye DNA revolution!"

Kristen Kristoffersen
7 år siden
Visninger:

1 02/11/2016 Sektion for Bioteknologi Institut for Kemi og Biovidenskab og lidt om den nye DNA revolution! Per Halkjær Nielsen November 2016 CENTER FOR MICROBIAL COMMUNITIES D EPAR TMENT OF CHEMISTRY AND BIOSCIENCE Ins titut f or Kem i og B iovidens kab D E P AR T ME N T O F C H E MI S T R Y AN D B I O S C I E N C E AAL BO RG U N I VE RS I T Y 1

2 Department of Chemistry and Bioscience The research and teaching of the Department is organized in the following areas: Section of Biotechnology (Aalborg) Section of Biology and Environmental Science (Aalborg) Section of Chemistry (Aalborg) Section of Chemical Engineering (Esbjerg) Section of Sustainable Biotechnology (Copenhagen) DEPARTMENT OF CHEMISTRY AND BIOSCIENCE AAL BO RG UNIVERSITY Department of Chemistry and Bioscience

3 Section of Biotech nolo gy R esearch groups: Functional genomics (Molecular Plant Biotechnology) Fungal Biotechnolgy Protein Science NMR Spectroscopy Bioprocess Technol og y Environmental Biotechnology DEPARTMENT OF CHEMISTRY AND BIOSCIENCE AAL BO RG UNIVERSITY 3

4 Lokale og globale udfordringer Vand og spildevand Mikrobielle samfund Bioenergi Sygdomme og infektioner Dagens program (17:00 19:45) De nye DNA metoder, en revolution i studier af bakterier 1. De nye DNA metoder til studier af bakteriers identitet og funktion. Per Halkjær Nielsen, AAU 2. Kan vi minimere infektionsrisikoen, når vi får kunstige led? Trine Rolighed Thomsen AAU/TI 3. Ny viden om bakteriers skæbne i renseanlæg. Renser de virkeligt så godt, som vi tror? Per Halkjær Nielsen, AAU Smørrebrød og drikkevarer. 4. Ny viden om hvorledes bakterier hæfter meget stærkt til overflader. Morten Dueholm, AAU Laboratorierundtur 4

5 Identifikation af bakterier er ikke trivielt.. X 1 ml indeholder 1-5 milliarder bakterier (10 9 ) 3000 bakteriearter i et renseanlæg Identifikation af bakterier er ikke trivielt.. X På hele jorden: estimater går på millioner forskellige bakteriearter 5

6 02/11/2016 Når man har isoleret en bakterie. Hvad du tror du har Hvad du rent faktisk har C ENTER FOR MICROBIAL C OMMUNITIES AALBORG UNIVERSITY 6

7 Aktivt slam Biofilm på tænder Identifikation af mikroorganismer med molekylære metoder DNA gen DNA fra 1 bakterie har typisk gener DNA Koder for ribosomer (16S rrna gen) Koder for specifikt enzym 7

8 FISH: fluorescerende in situ hybridisering Generel genprobe Rammer alle bakterier Specifik genprobe Rammer en art eller en bestemt gruppe Overlap af billeder Identifikation af bakterier med 16S rrna amplicon sekventering Prøvetagning DNA Extraction Sample Prøve Extraktion prep Sekventering Bioinformatik forberedelse Blandet genomisk DNA Kopiering af 16S rrna gen PCR produkter 16S rrna gen NGS sekventering Amplikon bibliotek bakterier 8

9 Identifikation af bakterier med 16S rrna amplicon sekventering Prøvetagning DNA Extraction Sample Prøve Extraktion prep Sekventering Bioinformatik forberedelse Microthrix C10_SB1A Tetrasphaera Dechloromonas B45 Trichococcus Rhodoferax P2CN44 Fodinibacter Propionicimonas Hyphomicrobium Simplicispira Gordonia Sphingopyxis Ferruginibacter flere Relativ hyppighed[%] Skumproblemer! Microthrix Skermania Skum Slam Microthrix Skermania 9

10 02/11/2016 Menneskets arvemasse (genom) blev sekventeret i Det første humane genom blev sekventeret Revolutionen starter Den magiske 1000$ for et genom Pris for sekventering af 1 humant genom (USD) Revolutionen i DNA sekventering C ENTER FOR MICROBIAL C OMMUNITIES AALBORG UNIVERSITY 10

11 DNA sekventeringsteknologier Rådnetanke (biogas) hvilke bakterier findes? 18 renseanlæg med 38 rådnetanke > 300 samples 11

12 Opdagelse af en ny phylum i rådnetanke! Svarer til den første fugl, fisk eller plante! Mesophilic Thermophilic Rasmus Kirkegaard Navngivning af en ny phylum! Svarer til Fugle, Fisk eller Planter Phylum: Candidatus Fermentibacteria Klasse: Candidatus Fermentibacteria Orden: Candidatus Fermentibacterales Familie: Candidatus Fermentibacteraceae Slægt: Candidatus Fermentibacter Art: Candidatus Fermentibacter daniensis Rasmus Kirkegaard 12

13 Hvad laver bakterierne? Genomics and Metagenomics Hvad laver bakterier? - Genomics Isolering renkultur - genomics DNA Levevis (Funktionelt potentiale / Blueprint) Genom 1 art Sekventering Identifikation af gener Samfund - Metagenomics Meta-genomics: DNA Metagenom Sekventering Identifikation af gener Rekonstruktion af genomer Genomstykker Fra >1000 arter 13

14 Hvad laver bakterier? - Genomics Sequencing Assembly Genom ( bogstaver) Reads ( bogstaver hver Genom ( bogstaver) Samfund - Metagenomics Meta-genomics: DNA Metagenom Sekventering Identifikation af gener Rekonstruktion af genomer Genomstykker Fra >1000 arter Samling af genom: metabolisk model forudsiger fermentation af Hyd24-12 Første billeder af en helt ny bakterie Extraktion af genomer FISH visualisering 5 µm Metabolisk model Kirkegaard et al., (2016) ISMEJ 14

15 Årets danske forskningsresultat 2015: Historien om Jordens kvælstofkredsløb skal skrives om Mads Albertsen, Rasmus H. Kirkegaard, Per H. Nielsen Kvælstofcyklus i naturen NOB Nitrit-oxiderende bakterier AOB Ammonium-oxiderende bakterier 15

16 Comammox: Complete ammonium oxidation NOB Nitrit-oxiderende bakterier AOB Ammonium-oxiderende bakterier Comammox Kvælstofcyklus i naturen: Nitrifikation er en to-trins proces No single chemolithotroph is known that will carry out the complete oxidation of ammonia to nitrate. Thus, nitrification in nature results from the sequential action of two separate groups of organisms. Brock Biology of Microorganisms, 13 th ed. p Sergej Winogradsky Source: Wikipedia Winogradsky S. Recherches sur les organismes de la nitrification. Ann. Inst. Pasteur (Paris) 4, (1890). 16

17 AOB og NOB symbiose medierer nitrifikation Nitrite oxidizer (Nitrospirasp.) - NO NO 2 NH 4 Ammonia oxidizer (Nitrosomonas sp.) Credit: Michael Wagner Opdagelse af Comammox Sebastian Lücker Maartje A.H.J van Kessel Holger Daims Michael Wagner Anammox reaktor Russisk olie efterforskningsbrønd Elena Lebedeva Nitrospira 17

18 Et lukket Comammox Nitrospira genom med alle gener til hele nitrifikationsprocessen Mads Albertsen Rasmus H. Kirkegaard Ammonium monooxygenase Hydroxylamine oxidoreductase NH 3 (AMO) NH 2 OH (HAO) NO - 2 AOBs Nitrite oxidoreductase NO - 2 (NXR) NO - 3 Candidatus Nitrospira inopinata NOBs 18

19 Hurtigere, billigere og mindre. Mads Albertsen Rasmus H. Kirkegaard 19

Relaterede dokumenter

Adgang til den mikrobiologiske sorte boks via DNA analyser

Workshop Aarhus, 15. maj 2017 Adgang til den mikrobiologiske sorte boks via analyser Per Halkjær Nielsen CENTER FOR MICROBIAL COMMUNITIES INSTITUT FOR KEMI OG BIOVIDENSKAB AALBORG UNIVERSITET, DANMARK