MEPS Marine Ecology Progress Series Contact the journal Facebook Twitter RSS Mailing List Subscribe to our mailing list via Mailchimp HomeLatest VolumeAbout the JournalEditorsTheme Sections MEPS 243:1-10 (2002) - doi:10.3354/meps243001 Diversity and distribution of coral-associated bacteria Forest Rohwer1,*, Victor Seguritan2, Farooq Azam3, Nancy Knowlton3,4 1Department of Biology, LS317, and 2Department of Computational Sciences, San Diego State University, San Diego, California 92182-4614, USA 3Marine Biology Research Division, University of California, San Diego, Scripps Institution of Oceanography, La Jolla, California 92093-0202, USA 4Smithsonian Tropical Research Institute, Apartado 2072, Balboa, Republic of Panama *Email: forest@sunstroke.sdsu.edu ABSTRACT: Coral reefs are the most biodiverse of all marine ecosystems; however, very little is known about prokaryotic diversity in these systems. To address this issue, we sequenced over 1000 bacterial 16S rDNAs from 3 massive coral species (Montastraea franksi, Diploria strigosa, and Porites astreoides) in Panama and Bermuda. Analysis of only 14 coral samples yielded 430 distinct bacterial ribotypes. Statistical analyses suggest that additional sequencing would have resulted in a total of 6000 bacterial ribotypes. Half of the sequences shared <93% identity to previously published 16S sequences, and therefore probably represent novel bacterial genera and species; this degree of novelty was substantially higher than that observed for other marine samples. Samples from the Panama corals were more diverse than those from Bermuda, paralleling diversity gradients seen in metazoans. The coral-bacteria associations were non-random. Different coral species had distinct bacterial communities, even when physically adjacent, while bacterial communities from the same coral species separated by time (~1 yr) or space (3000 km) were similar. Analysis of the branching coral Porites furcata showed that bacterial ribotypes can also be structured spatially within colonies. Therefore, corals and reefs represent landscapes of diverse, ecologically structured prokaryotic communities. KEY WORDS: Coral · Bacteria · 16S rDNA · Biodiversity Full text in pdf format NextExport citation RSS - Facebook - Tweet - linkedIn Cited by Published in MEPS Vol. 243. Online publication date: November 13, 2002 Print ISSN: 0171-8630; Online ISSN: 1616-1599 Copyright © 2002 Inter-Research.

Viral diversity and life cycles are poorly understood in the human gut and other body habitats. Phages and their encoded functions may provide informative signatures of a human microbiota and of microbial community responses to various disturbances, and may indicate whether community health or dysfunction is manifest after apparent recovery from a disease or therapeutic intervention. Here we report sequencing of the viromes (metagenomes) of virus-like particles isolated from faecal samples collected from healthy adult female monozygotic twins and their mothers at three time points over a one-year period. We compared these data sets with data sets of sequenced bacterial 16S ribosomal RNA genes and total-faecal-community DNA. Co-twins and their mothers share a significantly greater degree of similarity in their faecal bacterial communities than do unrelated individuals. In contrast, viromes are unique to individuals regardless of their degree of genetic relatedness. Despite remarkable interpersonal variations in viromes and their encoded functions, intrapersonal diversity is very low, with >95% of virotypes retained over the period surveyed, and with viromes dominated by a few temperate phages that exhibit remarkable genetic stability. These results indicate that a predatory viral–microbial dynamic, manifest in a number of other characterized environmental ecosystems, is notably absent in the very distal intestine. The microbial component of the human gut microbiota has been the focus of much research interest recently. Now another layer of complexity is added in the form of the first viral metagenome, determined from virus-like particles isolated from faecal samples of four sets of identical twins and their mothers. A previous study showed that co-twins and their mothers share a significantly greater degree of similarity in their faecal bacterial communities than do unrelated individuals. By contrast, the viromes are found to be unique to individuals, regardless of their degree of genetic relatedness. And in each individual, there was little change in the viromes during the one-year span of the study. The microbial content of the human gut has been the focus of much research interest recently. Now another layer of complexity has been added: the viral content of the gut. Virus-like particles were isolated from faecal samples from four sets of identical twins and their mothers, at three time points over a one-year period. The viromes (metagenomes) of these particles were then sequenced. The results show that there is high interpersonal variation in viromes, but that intrapersonal diversity was very low over this time period.

Viruses are the most common biological entities in the oceans by an order of magnitude. However, very little is known about their diversity. Here we report a genomic analysis of two uncultured marine viral communities. Over 65% of the sequences were not significantly similar to previously reported sequences, suggesting that much of the diversity is previously uncharacterized. The most common significant hits among the known sequences were to viruses. The viral hits included sequences from all of the major families of dsDNA tailed phages, as well as some algal viruses. Several independent mathematical models based on the observed number of contigs predicted that the most abundant viral genome comprised 2–3% of the total population in both communities, which was estimated to contain between 374 and 7,114 viral types. Overall, diversity of the viral communities was extremely high. The results also showed that it would be possible to sequence the entire genome of an uncultured marine viral community.

ABSTRACT Widespread antibiotic use in clinical medicine and the livestock industry has contributed to the global spread of multidrug-resistant (MDR) bacterial pathogens, including Acinetobacter baumannii . We report on a method used to produce a personalized bacteriophage-based therapeutic treatment for a 68-year-old diabetic patient with necrotizing pancreatitis complicated by an MDR A. baumannii infection. Despite multiple antibiotic courses and efforts at percutaneous drainage of a pancreatic pseudocyst, the patient deteriorated over a 4-month period. In the absence of effective antibiotics, two laboratories identified nine different bacteriophages with lytic activity for an A. baumannii isolate from the patient. Administration of these bacteriophages intravenously and percutaneously into the abscess cavities was associated with reversal of the patient's downward clinical trajectory, clearance of the A. baumannii infection, and a return to health. The outcome of this case suggests that the methods described here for the production of bacteriophage therapeutics could be applied to similar cases and that more concerted efforts to investigate the use of therapeutic bacteriophages for MDR bacterial infections are warranted.

Viruses are the most common biological entities in the marine environment. There has not been a global survey of these viruses, and consequently, it is not known what types of viruses are in Earth's oceans or how they are distributed. Metagenomic analyses of 184 viral assemblages collected over a decade and representing 68 sites in four major oceanic regions showed that most of the viral sequences were not similar to those in the current databases. There was a distinct "marine-ness" quality to the viral assemblages. Global diversity was very high, presumably several hundred thousand of species, and regional richness varied on a North-South latitudinal gradient. The marine regions had different assemblages of viruses. Cyanophages and a newly discovered clade of single-stranded DNA phages dominated the Sargasso Sea sample, whereas prophage-like sequences were most common in the Arctic. However most viral species were found to be widespread. With a majority of shared species between oceanic regions, most of the differences between viral assemblages seemed to be explained by variation in the occurrence of the most common viral species and not by exclusion of different viral genomes. These results support the idea that viruses are widely dispersed and that local environmental conditions enrich for certain viral types through selective pressure.

Effective conservation requires rigorous baselines of pristine conditions to assess the impacts of human activities and to evaluate the efficacy of management. Most coral reefs are moderately to severely degraded by local human activities such as fishing and pollution as well as global change, hence it is difficult to separate local from global effects. To this end, we surveyed coral reefs on uninhabited atolls in the northern Line Islands to provide a baseline of reef community structure, and on increasingly populated atolls to document changes associated with human activities. We found that top predators and reef-building organisms dominated unpopulated Kingman and Palmyra, while small planktivorous fishes and fleshy algae dominated the populated atolls of Tabuaeran and Kiritimati. Sharks and other top predators overwhelmed the fish assemblages on Kingman and Palmyra so that the biomass pyramid was inverted (top-heavy). In contrast, the biomass pyramid at Tabuaeran and Kiritimati exhibited the typical bottom-heavy pattern. Reefs without people exhibited less coral disease and greater coral recruitment relative to more inhabited reefs. Thus, protection from overfishing and pollution appears to increase the resilience of reef ecosystems to the effects of global warming.

Mucosal surfaces are a main entry point for pathogens and the principal sites of defense against infection. Both bacteria and phage are associated with this mucus. Here we show that phage-to-bacteria ratios were increased, relative to the adjacent environment, on all mucosal surfaces sampled, ranging from cnidarians to humans. In vitro studies of tissue culture cells with and without surface mucus demonstrated that this increase in phage abundance is mucus dependent and protects the underlying epithelium from bacterial infection. Enrichment of phage in mucus occurs via binding interactions between mucin glycoproteins and Ig-like protein domains exposed on phage capsids. In particular, phage Ig-like domains bind variable glycan residues that coat the mucin glycoprotein component of mucus. Metagenomic analysis found these Ig-like proteins present in the phages sampled from many environments, particularly from locations adjacent to mucosal surfaces. Based on these observations, we present the bacteriophage adherence to mucus model that provides a ubiquitous, but non–host-derived, immunity applicable to mucosal surfaces. The model suggests that metazoan mucosal surfaces and phage coevolve to maintain phage adherence. This benefits the metazoan host by limiting mucosal bacteria, and benefits the phage through more frequent interactions with bacterial hosts. The relationships shown here suggest a symbiotic relationship between phage and metazoan hosts that provides a previously unrecognized antimicrobial defense that actively protects mucosal surfaces.

ABSTRACT Here we present the first metagenomic analyses of an uncultured viral community from human feces, using partial shotgun sequencing. Most of the sequences were unrelated to anything previously reported. The recognizable viruses were mostly siphophages, and the community contained an estimated 1,200 viral genotypes.

The human gut is known to be a reservoir of a wide variety of microbes, including viruses. Many RNA viruses are known to be associated with gastroenteritis; however, the enteric RNA viral community present in healthy humans has not been described. Here, we present a comparative metagenomic analysis of the RNA viruses found in three fecal samples from two healthy human individuals. For this study, uncultured viruses were concentrated by tangential flow filtration, and viral RNA was extracted and cloned into shotgun viral cDNA libraries for sequencing analysis. The vast majority of the 36,769 viral sequences obtained were similar to plant pathogenic RNA viruses. The most abundant fecal virus in this study was pepper mild mottle virus (PMMV), which was found in high concentrations—up to 109 virions per gram of dry weight fecal matter. PMMV was also detected in 12 (66.7%) of 18 fecal samples collected from healthy individuals on two continents, indicating that this plant virus is prevalent in the human population. A number of pepper-based foods tested positive for PMMV, suggesting dietary origins for this virus. Intriguingly, the fecal PMMV was infectious to host plants, suggesting that humans might act as a vehicle for the dissemination of certain plant viruses.