Next-generation sequencing technology allows culture- independent analysis of species and genes present in a complex microbial community. Such metagenomics may overcome the inability to culture microbes in isolation. Microbial communities of interest are for example responsible for making biogas. Many applications in metagenomics focus on 16S RNA analysis. We here evaluate the possibility of whole genome analysis (WGS) as approach for metagenomics studies.Samples (Table 1) from three biogas installations fed with different feedstock were used for DNA isolation and WGS analysis. Short (75b) Illumina paired-end DNA sequence reads were generated and assembled into larger continuous stretches (contigs),AcknowledgementsResults show that WGS is feasible for complex community analysis. Large groups of organisms (for example the class Methanomicrobia) are present in all samples with a possible role in the biogas production pathway.Assemble reads into contigs•meta-velveth as metagenomics reads assemblerSequencesimilaritysearch•proteome reference database from all currently available Bacteria and Achaea genomesAssign hits to taxa•Lowest common ancestor method incorporated in MEGAN4Such studies will help to identify and use microbial species for future improvements of biogas production dependence on process parameters and feedstock.
DOCUMENT
Application of animal manure to soils results in the introduction of manure-derived bacteria and their antimicrobial resistance genes (ARGs) into soils. ResCap is a novel targeted-metagenomic approach that allows the detection of minority components of the resistome gene pool without the cost-prohibitive coverage depths and can provide a valuable tool to study the spread of antimicrobial resistance (AMR) in the environment. We used high-throughput sequencing and qPCR for 16S rRNA gene fragments as well as ResCap to explore the dynamics of bacteria, and ARGs introduced to soils and adjacent water ditches, both at community and individual scale, over a period of three weeks. The soil bacteriome and resistome showed strong resilience to the input of manure, as manuring did not impact the overall structure of the bacteriome, and its effects on the resistome were transient. Initially, manure application resulted in a substantial increase of ARGs in soils and adjacent waters, while not affecting the overall bacterial community composition. Still, specific families increased after manure application, either through the input of manure (e.g., Dysgonomonadaceae) or through enrichment after manuring (e.g., Pseudomonadaceae). Depending on the type of ARG, manure application resulted mostly in an increase (e.g., aph(6)-Id), but occasionally also in a decrease (e.g., dfrB3) of the absolute abundance of ARG clusters (FPKM/kg or L). This study shows that the structures of the bacteriome and resistome are shaped by different factors, where the bacterial community composition could not explain the changes in ARG diversity or abundances. Also, it highlights the potential of applying targeted metagenomic techniques, such as ResCap, to study the fate of AMR in the environment.
DOCUMENT
In een tijd waarin de wereld geconfronteerd wordt met een toenemende bevolking en de daaruit voortvloeiende behoefte aan voedsel, staat het lectoraat Eiwittransitie voor een uiterst relevante uitdaging. De groeiende vraag naar eiwitten en de noodzaak om onze consumptiegewoonten in balans te krijgen met natuur en onze gezondheid vormen de kern van de missie van dit lectoraat.
DOCUMENT
Manure application can spread antimicrobial resistance (AMR) from manure to soil and surface water. This study evaluated the role of the soil texture on the dynamics of antimicrobial resistance genes (ARGs) in soils and surrounding surface waters. Six dairy farms with distinct soil textures (clay, sand, and peat) were sampled at different time points after the application of manure, and three representative ARGs sul1, erm(B), and tet(W) were quantified with qPCR. Manuring initially increased levels of erm(B) by 1.5 ± 0.5 log copies/kg of soil and tet(W) by 0.8 ± 0.4 log copies/kg across soil textures, after which levels gradually declined. In surface waters from clay environments, regardless of the ARG, the gene levels initially increased by 2.6 ± 1.6 log copies/L, after which levels gradually declined. The gene decay in soils was strongly dependent on the type of ARG (erm(B) < tet(W) < sul1; half-lives of 7, 11, and 75 days, respectively), while in water, the decay was primarily dependent on the soil texture adjacent to the sampled surface water (clay < peat < sand; half-lives of 2, 6, and 10 days, respectively). Finally, recovery of ARG levels was predicted after 29–42 days. The results thus showed that there was not a complete restoration of ARGs in soils between rounds of manure application. In conclusion, this study demonstrates that rather than showing similar dynamics of decay, factors such as the type of ARG and soil texture drive the ARG persistence in the environment.
DOCUMENT
Hogeschool Leiden en Naturalis zetten in op een gezamenlijk lectoraat met het thema Metagenomics, een methode waarbij het DNA/RNA wordt gebruikt om te bepalen welke (micro-) organismen aanwezig zijn in een biologisch systeem. Metagenomics kent vele toepassingen en is daarmee een belangrijke lifescience sleuteltechnologie. Voor het lectoraat zullen de ontwikkeling van (nieuwe) methoden voor bemonstering, monstervoorbereiding en DNA sequencing centraal staan. De relatie tussen biodiversiteit en gezondheid (van mens, dier, plant) zal een belangrijk inhoudelijk thema zijn, dit sluit aan op de innovatieopgaven/missies: landbouw, water en voedsel en gezondheid en zorg. Het lectoraat wordt onderdeel van het Leiden Centre for Applied Bioscience (LCAB)1. Metagenomics speelt een belangrijke rol in verschillende reeds lopende projecten en sluit prima aan bij de overige -omics technologieën die worden toegepast bij het praktijkgericht onderzoek van het LCAB. Het beoogde lectoraat heeft een belangrijke brugfunctie naar de andere lectoraten binnen het LCAB en de vakgroep Bioinformatica. Het versterken van de impact van het onderzoek op het onderwijs een belangrijke doelstelling. Voor Naturalis is de ontwikkeling en toepassing van nieuwe inventarisatie- en onderzoeksmethoden gericht op soortherkenning een belangrijk speerpunt. Dit omvat moleculaire technieken, waaronder genetische identificatie en eDNA-metabarcoding, maar ook geautomatiseerde beeld- en geluidsherkenning (door toepassing van kunstmatige intelligentie). Via het metagenomics lectoraat zullen praktijktoepassingen voor deze methoden ontwikkeld worden. Er is grote belangstelling voor de toepassing van Metagenomics bij een scala aan bedrijven en publieke instellingen. Het lectoraat zal uitgaan van bestaande netwerken van beide instituten en deze verder uitbreiden. Belangrijke bestaande kennispartners zijn het biotechnologiebedrijf BaseClear, Universiteit Leiden en het Leids Universitair Medisch Centrum. De infrastructuur van het LCAB en de onderzoekslaboratoria van Naturalis bieden goede mogelijkheden voor facility sharing voor zowel het onderzoek als voor het onderwijs. De ligging van deze organisaties in elkaars directe nabijheid is daarbij een positieve factor.
Dit betreft een verkennend onderzoek, met als doel een eerste indruk te geven van hoe doorwerking bij praktijkgericht onderzoek eruit kan zien en hoe het tot stand komt. Het onderzoek is uitgevoerd in opdracht van, en gefinancierd door, Regieorgaan SIA met het uitdrukkelijke doel dat het regieorgaan zelf ook kan leren van het onderzoek en input krijgt voor onder andere de ontwikkeling van de rapportagesystematiek.
DOCUMENT
Inaugurele rede uitgesproken op 9 mei 2019 door Dr. J.E. (Judith) van de Mortel bij de benoeming tot lector “Gezonde plant op een vitale en duurzame bodem” aan HAS Hogeschool Venlo. De krant werd uitgegeven ter ere van de inaugurele rede. Dit deed ze op een bijzondere manier: alle genodigden gingen met een denkbeeldige tijdmachine vooruit naar het jaar 2030 waar ze Judith ontmoetten. Judith keek vervolgens terug naar het jaar 2019 en stelde dat ze hoopt dat de sector in de tussenliggende jaren bereikt heeft dat alle agrarische bodems in Nederland duurzaam beheerd worden door verschillende aanpakken te combineren. Om dit te illustreren schetste ze een beeld van hoe de agrarische onderneming er in 2030 uitziet. Met het lectoraat wil ze hieraan bijdragen. De krant is dan ook geschreven alsof het 9 mei 2030 is.
MULTIFILE
The exploitation of the metagenome for novel biocatalysts by functional screening is determined by the ability to express the respective genes in a surrogate host. The probability of recovering a certain gene thereby depends on its abundance in the environmental DNA used for library construction, the chosen insert size, the length of the target gene, and the presence of expression signals that are functional in the host organism. In this paper, we present a set of formulas that describe the chance of isolating a gene by random expression cloning, taking into account the three different modes of heterologous gene expression: independent expression, expression as a transcriptional fusion and expression as a translational fusion. Genes of the last category are shown to be virtually inaccessible by shotgun cloning because of the low frequency of functional constructs. To evaluate which part of the metagenome might in this way evade exploitation, 32 complete genome sequences of prokaryotic organisms were analysed for the presence of expression signals functional in E. coli hosts, using bioinformatics tools. Our study reveals significant differences in the predicted expression modes between distinct taxonomic groups of organisms and suggests that about 40% of the enzymatic activities may be readily recovered by random cloning in E. coli.
DOCUMENT
De bollenteelt staat voor een enorme uitdaging, de sector moet overgaan van een chemisch gestuurde teelt naar een duurzame, meer natuurlijke teelt. De bodem is van cruciaal belang voor de productie van een vitaal en weerbaar gewas. Een geschikte bodem voor de tulp of elk ander gewas vereist precisie microbiologie voor het verkrijgen van de juiste op het gewas afgestemde microbiologische flora van de bodem, de zgn. bodemmicrobiota. Dit vereist maatregelen zoals de input van (micro) organismen met antagonistische werking tegen ziekten en plagen, het toevoegen van groeibevorderaars zoals mycorrhiza en andere grondverbeterings- en grondbewerkingsmethoden. Om het effect van deze maatregelen te kunnen monitoren zal een “metagenomics” platform worden ontwikkeld waarmee de bodem (micro)biologie zo volledig mogelijk taxonomisch en functioneel in kaart kan worden gebracht. Dit geeft de mogelijkheid om bodemkwaliteitsindicatoren en natuurlijke gewasbeschermingsmiddelen te ontwikkelen voor het optimaal geschikt maken van de bodem voor de teelt van tulpen. De doelstelling van dit project is het verkennen van de opties om een adviessysteem te ontwikkelen op basis van de metagenomics analyse van de bodem. We willen nagaan in hoeverre meetgegevens kunnen dienen als basis voor adviezen over het in stand houden/verbeteren van de functionele bodembiodiversiteit en vaststellen wat de praktische bruikbaarheid is van de uitkomsten bij routinematig bodemonderzoek. In het project wordt de samenwerking aangegaan met verschillende partijen. In de eerste plaats worden de eindgebruikers (tulpentelers) actief betrokken bij het project. Daarnaast wordt samengewerkt met bedrijven die producten en adviezen leveren ter verbetering van de bodem. Kennisinstellingen (Naturalis en Universiteit Leiden) zorgen voor aanvulling van de aanwezige expertise. Overige organisaties zoals KAVB, Greenport Duin- en Bollenstreek en IGH BV) zijn betrokken om de kennis die het project oplevert breed te kunnen delen.
Gefermenteerde voedingsproducten zoals desembrood, kefir en kombucha worden de laatste jaren steeds populairder. Bedrijven die deze producten produceren moeten opschalen en hebben daardoor meer behoefte aan grip op het productieproces, zodat er een constante kwaliteit van het eindproduct kan worden geboden. De fermentatieproducten worden bereid met behulp van een complexe samenleving van micro-organismen. Deze complexiteit maakt het lastig om het fermentatieproces te monitoren en zo bijvoorbeeld effecten van grondstoffen en fermentatieomstandigheden te onderzoeken. Omics-technieken stellen ons in staat om het complexe fermentatieproces goed in kaart te brengen. Een goed voorbeeld hiervan is het monitoren van de microbiële samenstelling (fermentobioom) gedurende het fermentatieproces m.b.v. metagenomics; nanopore sequencing en de ontwikkeling van geavanceerde bio-informatica methoden geven dieper inzicht in de samenstelling en potentiële functionaliteit van het fermentobioom. Klassieke kweektechnieken (culturomics) benadrukken de aanwezigheid van de geprofileerde micro-organismen en geven informatie over specifieke kweekomstandigheden en functies. Metabolomics bevestigen niet alleen de voorspelde eigenschappen van de gevonden micro-organismen, maar bepalen de aanwezigheid van o.a. smaakbepalende componenten als suikers, vetzuren, organische zuren, phenolen en aminozuren. Hiermee zijn ze een waardevolle aanvulling op de metagenomics-resultaten. Een pilotstudie bij het Leiden Centre for Applied Bioscience waarbij Nanopore sequencing en metabolomics zijn ingezet voor onderzoeken naar de microbiële samenstelling tijdens de fermentatie van kombucha leverde al bruikbare resultaten op. In dit RAAK-mkb-project willen we bovengenoemde technieken verder toepassen en integreren om het complexe fermentatieproces van kefir, kombucha en desem te analyseren en deze verkregen kennis toegankelijk maken voor bedrijven die complexe fermentatieproducten produceren. In dit project zijn producenten van verschillende complexe fermentatie producten actief betrokken en er wordt samengewerkt met kennisinstellingen en kenniscentra, zoals de Universiteit Leiden, GrainLabs en Broodheeren. Dit onderzoek zal resulteren in de ontwikkeling van de onderzoekslijn Fermentobiomics.
