Abstract The lack of microbial genomes and isolates from the deep seabed means that very little is known about the ecology of this vast habitat. Here, we investigated energy and carbon acquisition strategies of microbial communities from three deep seabed petroleum seeps (3 km water depth) in the Eastern Gulf of Mexico. Shotgun metagenomic analysis revealed that each sediment harbored diverse communities of chemoheterotrophs and chemolithotrophs. We recovered 82 metagenome-assembled genomes affiliated with 21 different archaeal and bacterial phyla. Multiple genomes encoded enzymes for anaerobic oxidation of aliphatic and aromatic compounds, including those of candidate phyla Aerophobetes, Aminicenantes, TA06 and Bathyarchaeota. Microbial interactions are predicted to be driven by acetate and molecular hydrogen. These findings are supported by sediment geochemistry, metabolomics, and thermodynamic modelling. Overall, we infer that deep-sea sediments experiencing thermogenic hydrocarbon inputs harbor phylogenetically and functionally diverse communities potentially sustained through anaerobic hydrocarbon, acetate and hydrogen metabolism.

Summary paragraph The deep biosphere is the largest microbial habitat on Earth and features abundant bacterial endospores 1,2 . Whereas dormancy and survival at theoretical energy minima are hallmarks of subsurface microbial populations 3 , the roles of fundamental ecological processes like dispersal and selection in these environments are poorly understood 4 . Here we combine geophysics, geochemistry, microbiology and genomics to investigate biogeography in the subsurface, focusing on bacterial endospores in a deep-sea setting characterized by thermogenic hydrocarbon seepage. Thermophilic endospores in permanently cold seabed sediments above petroleum seep conduits were correlated with the presence of hydrocarbons, revealing geofluid-facilitated cell migration pathways originating in deep oil reservoirs. Genomes of thermophilic bacteria highlight adaptations to life in anoxic petroleum systems and reveal that these dormant populations are closely related to oil reservoir microbiomes from around the world. After transport out of the subsurface and into the deep-sea, thermophilic endospores re-enter the geosphere by sedimentation. Viable thermophilic endospores spanning the top several metres of the seabed correspond with total endospore counts that are similar to or exceed the global average. Burial of dormant cells enables their environmental selection in sedimentary formations where new petroleum systems establish, completing a geological microbial loop that circulates living biomass in and out of the deep biosphere.

Abstract Microbiome analysis through 16S rRNA gene sequencing is a crucial tool for understanding the microbial ecology of any habitat or ecosystem. However, workflows require large equipment, stable internet, and extensive computing power such that most of the work is performed far away from sample collection in both space and time. Performing amplicon sequencing and analysis at sample collection would have positive implications in many instances including remote fieldwork and point-of-care medical diagnoses. Here we present SituSeq , an offline and portable workflow for the sequencing and analysis of 16S rRNA gene amplicons using the Nanopore MinION and a standard laptop computer. SituSeq was validated using the same environmental DNA to sequence Nanopore 16S rRNA gene amplicons, Illumina 16S rRNA gene amplicons, and Illumina metagenomes. Comparisons revealed consistent community composition, ecological trends, and sequence identity across platforms. Correlation between the abundance of phyla in Illumina and Nanopore data sets was high (Pearson’s r = 0.9), and over 70% of Illumina 16S rRNA gene sequences matched a Nanopore sequence with greater than 97% sequence identity. On board a research vessel on the open ocean, SituSeq was used to analyze amplicon sequences from deep sea sediments less than two hours after sequencing, and eight hours after sample collection. The rapidly available results informed decisions about subsequent sampling in near real-time while the offshore expedition was still underway. SituSeq is a portable and robust workflow that helps to bring the power of microbial genomics and diagnostics to many more researchers and situations.

ABSTRACT Deep sea hydrocarbon seep detection relies predominantly on geochemical analyses of seabed marine sediment cores to identify the presence of gas or oil. The presence of seeping hydrocarbons in these locations alters resident microbial community structure, leading to culture-based biodegradation assays as a complement to geochemical tools for seep detection. Biodiversity surveys of microbial communities can offer a similar proxy for seeping hydrocarbons, but this strategy has not been extensively investigated in deep water settings. In this study, 16S rRNA gene sequencing of bacterial communities was performed on sediment cores obtained in >2500 m water depth at 43 different locations in the NW Atlantic Ocean. Core samples from as deep as 10 metres below seafloor (mbsf) were assessed for gas composition, gas isotopes and liquid hydrocarbons. Over 650 bacterial 16S rRNA gene amplicon libraries were constructed from different sediment depths at these locations. Select sites showed strong evidence for the presence of thermogenic or biogenic hydrocarbons such that bacterial population analyses revealed significant differences between hydrocarbon seep and non-seep locations. Specific bacterial indicators were associated with different sediment depth intervals. Caldatribacteriota and Campilobacterota OTUs were observed in high relative sequence abundance in hydrocarbon seep sediments, particularly in the 20-50 cmbsf interval. Furthermore, these groups were differentially abundant between sites with thermogenic and biogenic hydrocarbons. The patterns revealed here suggest that microbial screening has the potential to play a key role in hydrocarbon seep detection and characterisation in remote deep-sea environments.

At marine cold seeps, gaseous and liquid hydrocarbons migrate from deep subsurface origins to the sediment-water interface. Cold seep sediments are known to host taxonomically diverse microorganisms, but little is known about their metabolic potential and depth distribution in relation to hydrocarbon and electron acceptor availability. In this work, we combined geochemical, metagenomic and metabolomic measurements in distinct sediment redox regimes to profile microbial activities within the uppermost 350 cm of a newly discovered cold seep in the NW Atlantic deep sea (2.3 km water depth). Depth-resolved metagenomic profiling revealed compositional and functional differentiation between near-surface sediments (dominated by Proteobacteria) and deeper subsurface layers (dominated by Atribacteria, Chloroflexi, Euryarchaeota and Lokiarchaeota). Metabolic capabilities of community members were inferred from 376 metagenome-assembled genomes spanning 46 phyla (including five novel candidate phyla). In deeper sulfate-reducing and methanogenic sediments, various community members are capable of anaerobically oxidizing short-chain alkanes (alkyl-CoM reductase pathway), longer-chain alkanes (fumarate addition pathway), and aromatic hydrocarbons (fumarate addition and subsequent benzoyl-CoA pathways). Geochemical profiling demonstrated that hydrocarbon substrates are abundant in this location, thermogenic in origin, and subject to biodegradation. The detection of alkyl-/arylalkylsuccinate metabolites, together with carbon isotopic signatures of ethane, propane and carbon dioxide, support that microorganisms are actively degrading hydrocarbons in these sediments. Hydrocarbon oxidation pathways operate alongside other deep seabed metabolisms such as sulfide oxidation, hydrogen oxidation, carbon fixation, fermentation and reductive dehalogenation. Upward migrated thermogenic hydrocarbons thus sustain diverse microbial communities with activities that affect subseafloor biogeochemical processes across the redox spectrum in deep sea cold seeps.

Ca2+ uptake by mitochondria regulates bioenergetics, apoptosis, and Ca2+ signaling. The primary pathway for mitochondrial Ca2+ uptake is the mitochondrial calcium uniporter (MCU), a Ca2+-selective ion channel in the inner mitochondrial membrane. MCU-mediated Ca2+ uptake is driven by the sizable inner-membrane potential generated by the electron-transport chain. Despite the large thermodynamic driving force, mitochondrial Ca2+ uptake is tightly regulated to maintain low matrix [Ca2+] and prevent opening of the permeability transition pore and cell death, while meeting dynamic cellular energy demands. How this is accomplished is controversial. Here we define a regulatory mechanism of MCU-channel activity in which cytoplasmic Ca2+ regulation of intermembrane space-localized MICU1/2 is controlled by strongly-coupled Ca2+-regulatory mechanisms localized across the membrane in the mitochondrial matrix. Ca2+ that permeates through the channel pore regulates Ca2+ affinities of coupled inhibitory and activating sensors in the matrix. Ca2+ binding to the inhibitory sensor within the MCU amino-terminus closes the channel despite Ca2+ binding to MICU1/2. Conversely, disruption of the interaction of MICU1/2 with the MCU complex abolishes matrix Ca2+ regulation of channel activity. Our results demonstrate how Ca2+ influx into mitochondria is tuned by coupled Ca2+-regulatory mechanisms on both sides of the inner mitochondrial membrane.

Whole genome sequencing of carbapenem-resistant Enterobacteriaceae from the intensive care units of a Sri Lankan teaching hospital revealed the presence of carbapenemase gene, blaOXA-181 among isolates of carbapenase-producing Klebsiella pneumoniae belonging to ST437 (2 strains) and ST147 (8 strains) in 2015. blaOXA-181 genes were carried in three variants of ColE- type plasmids. Elevated carbapemen resistance were observed in ompK 36 mutant strains. ESBL genes, plasmid mediated quinolone resistance (PMQR) determinants (qnr, aac(6')-Ib-cr, oqxAB) and mutations on chromosomal quinolone resistance-determining regions (QRDRs) with substitutions at ser83→I of gyrA and ser80→I of parC were observed. All strains possessed yersiniabactin on the mobile element ICEkp and other virulence determinants. Strict infection control and judicious use of antibiotics are warranted to prevent further spread of multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae in the intensive care units.

Abstract Permanently cold deep-sea sediments (2500-3500 m water depth) with or without indications of thermogenic hydrocarbon seepage were exposed to naphtha to examine the presence and potential of aerobic hydrocarbon-degrading microbial populations. Monitoring these microcosms for volatile hydrocarbons by GC-MS revealed sediments without in situ hydrocarbons responded more rapidly to naphtha amendment than hydrocarbon seep sediments overall, but seep sediments removed BTEX compounds more readily. Naphtha-driven aerobic respiration was more evident in surface sediment (0-20 cmbsf) than deeper anoxic layers (>130 cmbsf) that responded less rapidly. In all cases, enrichment of Gammaproteobacteria included lineages of Oleispira , Pseudomonas , and Alteromonas known to be associated with marine oil spills. On the other hand, taxa known to be prevalent in situ and diagnostic for thermogenic hydrocarbon seepage in deep sea sediment did not respond to naphtha amendment. This suggests a limited role for seep-associated populations in the context of oil spill biodegradation.

Group A β haemolytic streptococcus (GAS) or Streptococcus pyogenes is a human pathogen that causes an array of infections, including pharyngitis, cellulitis, impetigo, scarlet fever, toxic shock syndrome, and necrotizing fasciitis. The present study characterizes 51 GAS isolates from invasive infections in Sri Lanka, focusing on resistance profiles, genetic determinants of resistance, and virulence markers. Isolates were tested for sensitivity to penicillin, erythromycin, clindamycin, and tetracycline. The presence of erm (A), erm (B), and mef (A) was detected in erythromycin-resistant isolates, while tet (M) was detected in the tetracycline-resistant isolates. PCR was used to identify SpeA, SpeB, SpeC, SpeF, SpeG, smez , and ssa as virulence markers. Selected GAS isolates were emm -typed using the updated CDC protocol. All 51 isolates were susceptible to penicillin. The number of isolates non-susceptible to erythromycin was 16. The commonest resistance determinant identified was erm (B) (11/16). Tetracycline non-susceptibility was found in 36 (70.6 %) isolates and 26 of them contained the tet (M) gene. Thirteen (25.5 %) isolates were resistant to both tetracycline and erythromycin, while 12 (23.5 %) isolates were sensitive to both antibiotics. The commonest virulence markers detected among the isolates were SpeB (44, 86.3 %), SpeG (36, 70.6 %), and SpeF (35, 68.6 %), while SpeJ (15, 29.4 %), SpeA (10, 19.6 %), and ssa (5,9.8 %) were less common. The emm types were diverse. In conclusion, the GAS isolates studied showed resistance to erythromycin and tetracycline, while retaining universal susceptibility to penicillin. Additionally, these isolates exhibited diverse genetic backgrounds, displaying varying patterns of virulence genes and emm types.

Microbial community profiling by barcoded 16S rRNA gene amplicon sequencing currently has many applications in microbial ecology. The low costs of the parallel sequencing of multiplexed samples, combined with the relative ease of data processing and interpretation (compared to shotgun metagenomes) have made this an entry-level approach. Here we present the MetaAmp pipeline for processing of SSU rRNA gene and other non-coding or protein-coding amplicon sequencing data by investigators that are inexperienced with bioinformatics procedures. It accepts single-end or paired-end sequences in fasta or fastq format from various sequencing platforms. It includes read quality control, and merging of forward and reverse reads of paired-end reads. It makes use of UPARSE, Mothur, and the SILVA database for clustering, removal of chimeric reads, taxonomic classification and generation of diversity metrics. The pipeline has been validated with a mock community of known composition. MetaAmp provides a convenient web interface as well as command line interface. It is freely available at: http://ebg.ucalgary.ca/metaamp. Since its launch two years ago, MetaAmp has been used >2,800 times, by many users worldwide.