Antimicrobially active microorganisms associated with marine bryozoans

Heindl, Herwig

Bryozoans are sessile colonial animals that can be found in various aquatic and mainly in marine environments. Due to their sessile nature, bryozoans compete for surfaces they can colonize but, on the other hand, are confronted with microbial colonizers on their surfaces. Interactions of the bryozoan with its associates, as well as within the microbial community, are mediated chemically. Biofilm formation and composition is mainly influenced by the use of chemical compounds. Studies on the bryozoan-associated microbial diversity are scarce, and surveys on the antimicrobial potential of these associated bacteria are missing. The present study focused on isolating bryozoan-associated bacteria, assessing their antimicrobial properties and classifying them phylogenetically. Various bryozoan specimens were collected in the Baltic (10 specimens) and the Mediterranean Sea (11 specimens). Bacteria were isolated using a variety of nutrient media and tested for their antimicrobial abilities against Gram-positive and Gram-negative indicator strains, as well as against the yeast Candida glabrata. 30% of all isolates displayed activity and were phylogenetically classified on the basis of 16S rDNA gene sequences. Whereas all isolates were active against Gram-positive indicators, four isolates exhibited additional anti-Escherichia coli activity, the phylogenetic analysis revealed affiliation to Gram-negative phyla (Flavobacteria, Alpha- and Gammaproteobacteria). One isolate belonged to the Gram-positive Actinobacteria. Both species- and strain-specific activity patterns were revealed. Furthermore, site-specific distribution patterns of associated bacteria were found. Of these antibiotically active isolates, the strain B390 was described as type strain of the novel species Tenacibaculum adriaticum. Also, specimens of the bryozoan Membranipora membranacea were sampled in the Baltic Sea for the first more detailed analysis on antimicrobially active isolates. Low-nutrient media featuring “artificial” or “natural” ingredients were used for isolation of bacteria. Additionally, the antibiotic test panel was extended to six different production media. The impact of these media on the phylogenetic diversity, as well as on activity patterns was determined. Although bacteria were affiliated with same phyla (Alpha- and Gammaproteobacteria, Actinobacteria, additionally Bacilli), the isolates of this sampling were more diverse as far as genus or phylotype affiliation was concerned. Especially within the Alphaproteobacteria, several probably novel bacterial species were found. Furthermore, the use of six different media for activity testing resulted in a more than twofold higher hit rate of active isolates in comparison to only one single medium.

Bryozoen sind sessile, koloniebildende Tiere, die in vielen aquatischen, und vor allem in marinen Lebensräumen anzutreffen sind. Wegen dieser sessilen Lebensweise konkurrieren Bryozoen um besiedelbare Oberflächen, sind aber andererseits mikrobieller Besiedelung ihrer eigenen Oberflächen ausgesetzt. Interaktionen zwischen Bryozoe und ihrem Bewuchs, als auch innerhalb der mikrobiellen Gemeinschaft werden auf chemischen Weg vermittelt. Biofilmbildung und –zusammensetzung wird hauptsächlich durch die Verwendung chemischer Verbindungen beeinflusst. Studien zur Bryozoen-assoziierten mikrobiellen Diversität sind rar, und Untersuchungen zum antimikrobiellen Potential der assoziierten Bakterien fehlen. Die vorliegende Arbeit richtete sich auf die Isolierung Bryozoen-assoziierter Bakterien, deren antimikrobiellen Eigenschaften und phylogenetische Klassifizierung. Verschiedene Bryozoenexemplare wurden in der Ostsee (10 Proben) und im Mittelmeer (11 Proben) gesammelt. Bakterien wurden mit Hilfe unterschiedlicher Nährmedien isoliert und auf antibiotische Aktivität gegen Gram-positive und Gram-negative Indikatorstämme sowie gegen die Hefe Candida glabrata getestet. 30% aller Isolate zeigten Aktivität und wurden auf Basis von 16S rDNA Gensequenzen phylogenetisch eingeordnet. Während die Aktivitäten aller Isolate gegen Gram-positive Stämme gerichtet war, vier Isolate waren zusätzlich gegen Escherichia coli aktiv, zeigte die phylogenetische Analyse eine Zuordnung zu Gram-negativen Phyla (Flavobacteria, Alpha- und Gammaproteobacteria). Ein Isolat gehörte den Gram-positiven Actinobacteria an. Sowohl spezies-, als auch stammspezifische Aktivitätsmuster wurden aufgezeigt. Darüber hinaus wurde eine probennahmestandortspezifische Verteilung der assoziierten Bakterien gefunden. Eines dieser antibiotisch aktiven Isolate, der Stamm B390, wurde als Typstamm der neuen Spezies Tenacibaculum adriaticum beschrieben. Ferner wurden Proben der Bryozoe Membranipora membranacea für die erste detailliertere Analyse antibiotisch aktiver Bakterien aus der Ostsee genommen. Medien mit geringem Nährstoffgehalt, mit „natürlichen“ oder „künstlichen“ Bestandteilen, wurden für die Isolierung verwendet. Weiters wurde die Nährmedienanzahl der antibiotischen Tests auf sechs erweitert. Der Einfluss der Medien auf die phylogenetische Diversität und auf die Aktivitätsmuster wurde bestimmt. Obwohl die Bakterien denselben Phyla zugeordnet wurden (Alpha- und Gammaproteobacteria, Actinobacteria, zusätzlich Bacilli), war die Diversität dieser Isolate höher. Insbesondere innerhalb der Alphaproteobacteria wurden einige möglicherweise neue Bakterienarten gefunden. Außerdem führte die Verwendung von sechs verschiedenen Nährmedien für die Aktivitätstests zu einer mehr als doppelt so hohen Ausbeute an antibiotisch aktiven Isolaten im Vergleich zu einem einzigen Medium.

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Heindl, Herwig: Antimicrobially active microorganisms associated with marine bryozoans. 2011.

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