Published January 30, 2019
| Version v1
Publication
Open
Domestication of Local Microbial Consortia for Efficient Recovery of Gold Through Top-Down Selection in Airlift Bioreactors
Creators
- 1. National University of Comahue
- 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 3. Universidad Andrés Bello
- 4. Fundación Ciencia and Vida
- 5. Universidad Nacional de La Plata
- 6. Millennium Science Initiative
Description
Extreme acidophiles play central roles in the geochemical cycling of diverse elements in low pH environments. This has been harnessed in biotechnologies such as biomining, where microorganisms facilitate the recovery of economically important metals such as gold. By generating both extreme acidity and a chemical oxidant (ferric iron) many species of prokaryotes that thrive in low pH environments not only catalyze mineral dissolution but also trigger both community and individual level adaptive changes. These changes vary in extent and direction depending on the ore mineralogy, water availability and local climate. The use of indigenous versus introduced microbial consortia in biomining practices is still a matter of debate. Yet, indigenous microbial consortia colonizing sulfidic ores that have been domesticated, i.e., selected for their ability to survive under specific polyextreme conditions, are claimed to outperform un-adapted foreign consortia. Despite this, little is known on the domestication of acidic microbial communities and the changes elicited in their members. In this study, high resolution targeted metagenomic techniques were used to analyze the changes occurring in the community structure of local microbial consortia acclimated to growing under extreme acidic conditions and adapted to endure the conditions imposed by the target mineral during biooxidation of a gold concentrate in an airlift reactor over a period of 2 years. The results indicated that operative conditions evolving through biooxidation of the mineral concentrate exerted strong selective pressures that, early on, purge biodiversity in favor of a few Acidithiobacillus spp. over other iron oxidizing acidophiles. Metagenomic analysis of the domesticated consortium present at the end of the adaptation experiment enabled reconstruction of the RVS1-MAG, a novel representative of Acidithiobacillus ferrooxidans from the Andacollo gold mineral district. Comparative genomic analysis performed with this genome draft revealed a net enrichment of gene functions related to heavy metal transport and stress management that are likely to play a significant role in adaptation and survival to adverse conditions experienced by these acidophiles during growth in presence of gold concentrates.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تلعب الأليفات الحمضية الشديدة أدوارًا مركزية في الدورة الجيوكيميائية للعناصر المتنوعة في البيئات منخفضة الأس الهيدروجيني. تم تسخير هذا في التقنيات الحيوية مثل التعدين الحيوي، حيث تسهل الكائنات الحية الدقيقة استرداد المعادن المهمة اقتصاديًا مثل الذهب. من خلال توليد كل من الحموضة الشديدة والأكسدة الكيميائية (الحديد الحديدي)، فإن العديد من أنواع بدائيات النوى التي تزدهر في بيئات منخفضة الأس الهيدروجيني لا تحفز فقط إذابة المعادن ولكنها تؤدي أيضًا إلى تغييرات تكيفية على مستوى المجتمع والفرد. تختلف هذه التغييرات في المدى والاتجاه اعتمادًا على معادن الخام وتوافر المياه والمناخ المحلي. لا يزال استخدام اتحادات السكان الأصليين مقابل الاتحادات الميكروبية التي تم إدخالها في ممارسات التعدين الحيوي موضع نقاش. ومع ذلك، يُزعم أن الاتحادات الميكروبية الأصلية التي تستعمر خامات الكبريتيد التي تم تدجينها، أي التي تم اختيارها لقدرتها على البقاء في ظل ظروف متعددة التطرف محددة، تتفوق على الاتحادات الأجنبية غير المتكيفة. على الرغم من ذلك، لا يُعرف سوى القليل عن تدجين المجتمعات الميكروبية الحمضية والتغيرات التي تحدث في أعضائها. في هذه الدراسة، تم استخدام تقنيات ميتاجينية مستهدفة عالية الدقة لتحليل التغييرات التي تحدث في البنية المجتمعية لاتحادات الميكروبات المحلية التي تتكيف مع النمو في ظل الظروف الحمضية الشديدة وتتكيف مع تحمل الظروف التي يفرضها المعدن المستهدف أثناء الأكسدة الحيوية لتركيز الذهب في مفاعل النقل الجوي على مدى عامين. أشارت النتائج إلى أن الظروف التشغيلية التي تتطور من خلال الأكسدة الحيوية للمركز المعدني مارست ضغوطًا انتقائية قوية، في وقت مبكر، تطهير التنوع البيولوجي لصالح عدد قليل من Acidithiobacillus spp. على غيرها من المواد الحمضية المؤكسدة للحديد. مكّن التحليل الميتاجينومي للكونسورتيوم المستأنس الموجود في نهاية تجربة التكيف من إعادة بناء RVS1 - MAG، وهو ممثل جديد للعصيات الحديدية الحمضية من منطقة أنداكولو الذهبية المعدنية. كشف التحليل الجيني المقارن الذي تم إجراؤه مع مسودة الجينوم هذه عن تخصيب صافٍ لوظائف الجينات المتعلقة بنقل المعادن الثقيلة وإدارة الإجهاد والتي من المحتمل أن تلعب دورًا مهمًا في التكيف والبقاء على قيد الحياة مع الظروف المعاكسة التي يعاني منها هؤلاء الأليفون للحمض أثناء النمو في وجود مركزات الذهب.Translated Description (French)
Les acidophiles extrêmes jouent un rôle central dans le cycle géochimique de divers éléments dans des environnements à faible pH. Cela a été exploité dans les biotechnologies telles que la biomine, où les micro-organismes facilitent la récupération de métaux économiquement importants tels que l'or. En générant à la fois une acidité extrême et un oxydant chimique (fer ferrique), de nombreuses espèces de procaryotes qui se développent dans des environnements à faible pH catalysent non seulement la dissolution des minéraux, mais déclenchent également des changements adaptatifs au niveau communautaire et individuel. Ces changements varient en étendue et en direction en fonction de la minéralogie du minerai, de la disponibilité de l'eau et du climat local. L'utilisation de consortiums microbiens indigènes par rapport aux consortiums microbiens introduits dans les pratiques de biominerie est encore un sujet de débat. Pourtant, les consortiums microbiens indigènes colonisant des minerais sulfurés qui ont été domestiqués, c'est-à-dire sélectionnés pour leur capacité à survivre dans des conditions polyextrêmes spécifiques, seraient plus performants que les consortiums étrangers non adaptés. Malgré cela, on sait peu de choses sur la domestication des communautés microbiennes acides et les changements suscités chez leurs membres. Dans cette étude, des techniques métagénomiques ciblées à haute résolution ont été utilisées pour analyser les changements survenant dans la structure communautaire de consortiums microbiens locaux acclimatés à la croissance dans des conditions acides extrêmes et adaptés pour supporter les conditions imposées par le minéral cible lors de la biooxydation d'un concentré d'or dans un réacteur de transport aérien sur une période de 2 ans. Les résultats ont indiqué que les conditions opératoires évoluant par biooxydation du concentré minéral exerçaient de fortes pressions sélectives qui, dès le début, purgent la biodiversité en faveur de quelques Acidithiobacillus spp. par rapport à d'autres acidophiles oxydants du fer. L'analyse métagénomique du consortium domestiqué présent à la fin de l'expérience d'adaptation a permis la reconstruction du RVS1-MAG, un nouveau représentant d'Acidithiobacillus ferrooxidans du district minéral aurifère d'Andacollo. L'analyse génomique comparative réalisée avec ce projet de génome a révélé un enrichissement net des fonctions géniques liées au transport des métaux lourds et à la gestion du stress qui sont susceptibles de jouer un rôle important dans l'adaptation et la survie aux conditions défavorables vécues par ces acidophiles lors de la croissance en présence de concentrés d'or.Translated Description (Spanish)
Los acidófilos extremos desempeñan un papel central en el ciclo geoquímico de diversos elementos en entornos de pH bajo. Esto se ha aprovechado en biotecnologías como la biominería, donde los microorganismos facilitan la recuperación de metales económicamente importantes como el oro. Al generar tanto una acidez extrema como un oxidante químico (hierro férrico), muchas especies de procariotas que prosperan en entornos de pH bajo no solo catalizan la disolución mineral, sino que también desencadenan cambios adaptativos a nivel comunitario e individual. Estos cambios varían en extensión y dirección dependiendo de la mineralogía del mineral, la disponibilidad de agua y el clima local. El uso de consorcios microbianos indígenas versus introducidos en las prácticas de biominería sigue siendo un tema de debate. Sin embargo, se afirma que los consorcios microbianos indígenas que colonizan minerales sulfídicos que han sido domesticados, es decir, seleccionados por su capacidad para sobrevivir en condiciones poliextremas específicas, superan a los consorcios extranjeros no adaptados. A pesar de ello, poco se sabe sobre la domesticación de las comunidades microbianas ácidas y los cambios provocados en sus miembros. En este estudio, se utilizaron técnicas metagenómicas dirigidas de alta resolución para analizar los cambios que se producen en la estructura de la comunidad de consorcios microbianos locales aclimatados al crecimiento en condiciones ácidas extremas y adaptados para soportar las condiciones impuestas por el mineral objetivo durante la biooxidación de un concentrado de oro en un reactor de puente aéreo durante un período de 2 años. Los resultados indicaron que las condiciones operativas que evolucionaron a través de la biooxidación del concentrado mineral ejercieron fuertes presiones selectivas que, desde el principio, purgan la biodiversidad a favor de algunos Acidithiobacillus spp. sobre otros acidófilos oxidantes de hierro. El análisis metagenómico del consorcio domesticado presente al final del experimento de adaptación permitió la reconstrucción del RVS1-MAG, un nuevo representante de Acidithiobacillus ferrooxidans del distrito mineral de oro de Andacollo. El análisis genómico comparativo realizado con este borrador del genoma reveló un enriquecimiento neto de las funciones génicas relacionadas con el transporte de metales pesados y el manejo del estrés que probablemente desempeñen un papel importante en la adaptación y supervivencia a las condiciones adversas experimentadas por estos acidófilos durante el crecimiento en presencia de concentrados de oro.Files
pdf.pdf
Files
(4.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:d7b66cc35af045fd97b132eaa28af0fe
|
4.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تدجين الاتحادات الميكروبية المحلية من أجل الاسترداد الفعال للذهب من خلال الاختيار من أعلى إلى أسفل في المفاعلات الحيوية للنقل الجوي
- Translated title (French)
- Domestication of Local Microbial Consortia for Efficient Recovery of Gold Through Top-Down Selection in Airlift Bioreactors
- Translated title (Spanish)
- Domesticación de consorcios microbianos locales para la recuperación eficiente del oro a través de la selección de arriba hacia abajo en biorreactores de transporte aéreo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2912399201
- DOI
- 10.3389/fmicb.2019.00060
References
- https://openalex.org/W1581589795
- https://openalex.org/W1593955305
- https://openalex.org/W1784814879
- https://openalex.org/W1984700659
- https://openalex.org/W1985437349
- https://openalex.org/W1991341765
- https://openalex.org/W1997478924
- https://openalex.org/W2004548026
- https://openalex.org/W2006206407
- https://openalex.org/W2007630146
- https://openalex.org/W2011967714
- https://openalex.org/W2016530072
- https://openalex.org/W2020141472
- https://openalex.org/W2029257948
- https://openalex.org/W2049588880
- https://openalex.org/W2056279562
- https://openalex.org/W2061113703
- https://openalex.org/W2077337646
- https://openalex.org/W2080283023
- https://openalex.org/W2097428263
- https://openalex.org/W2098023550
- https://openalex.org/W2098686923
- https://openalex.org/W2103794143
- https://openalex.org/W2106054484
- https://openalex.org/W2109848222
- https://openalex.org/W2115542080
- https://openalex.org/W2115921802
- https://openalex.org/W2116206245
- https://openalex.org/W2127036970
- https://openalex.org/W2128216667
- https://openalex.org/W2131271579
- https://openalex.org/W2134972829
- https://openalex.org/W2138988050
- https://openalex.org/W2140737617
- https://openalex.org/W2145662137
- https://openalex.org/W2145711062
- https://openalex.org/W2155090350
- https://openalex.org/W2157081519
- https://openalex.org/W2161559851
- https://openalex.org/W2164502819
- https://openalex.org/W2167314251
- https://openalex.org/W2170551349
- https://openalex.org/W2171988522
- https://openalex.org/W2256281618
- https://openalex.org/W2401404581
- https://openalex.org/W2513506562
- https://openalex.org/W2522520059
- https://openalex.org/W2566077377
- https://openalex.org/W2574749950
- https://openalex.org/W2751646039
- https://openalex.org/W2791577605
- https://openalex.org/W2807194798
- https://openalex.org/W2897204056
- https://openalex.org/W2963276645
- https://openalex.org/W4214578068
- https://openalex.org/W4237814814
- https://openalex.org/W583366362
- https://openalex.org/W78891780