ABSTRACT We report the design and evaluation of PCR primers 63f and 1387r for amplification of 16S rRNA genes from bacteria. Their specificity and efficacy were tested systematically with a variety of bacterial species and environmental samples. They were found to be more useful for 16S rRNA gene amplification in ecological and systematic studies than PCR amplimers that are currently more generally used.

A new method for detecting chimeras and other anomalies within 16S rRNA sequence records is presented. Using this method, we screened 1,399 sequences from 19 phyla, as defined by the Ribosomal Database Project, release 9, update 22, and found 5.0% to harbor substantial errors. Of these, 64.3% were obvious chimeras, 14.3% were unidentified sequencing errors, and 21.4% were highly degenerate. In all, 11 phyla contained obvious chimeras, accounting for 0.8 to 11% of the records for these phyla. Many chimeras (43.1%) were formed from parental sequences belonging to different phyla. While most comprised two fragments, 13.7% were composed of at least three fragments, often from three different sources. A separate analysis of the Bacteroidetes phylum (2,739 sequences) also revealed 5.8% records to be anomalous, of which 65.4% were apparently chimeric. Overall, we conclude that, as a conservative estimate, 1 in every 20 public database records is likely to be corrupt. Our results support concerns recently expressed over the quality of the public repositories. With 16S rRNA sequence data increasingly playing a dominant role in bacterial systematics and environmental biodiversity studies, it is vital that steps be taken to improve screening of sequences prior to submission. To this end, we have implemented our method as a program with a simple-to-use graphic user interface that is capable of running on a range of computer platforms. The program is called Pintail, is released under the terms of the GNU General Public License open source license, and is freely available from our website at http://www.cardiff.ac.uk/biosi/research/biosoft/.

ABSTRACT A new computer program, called Mallard, is presented for screening entire 16S rRNA gene libraries of up to 1,000 sequences for chimeras and other artifacts. Written in the Java computer language and capable of running on all major operating systems, the program provides a novel graphical approach for visualizing phylogenetic relationships among 16S rRNA gene sequences. To illustrate its use, we analyzed most of the large libraries of cloned bacterial 16S rRNA gene sequences submitted to the public repository during 2005. Defining a large library as one containing 100 or more sequences of 1,200 bases or greater, we screened 25 of the 28 libraries and found that all but three contained substantial anomalies. Overall, 543 anomalous sequences were found. The average anomaly content per clone library was 9.0%, 4% higher than that previously estimated for the public repository overall. In addition, 90.8% of anomalies had characteristic chimeric patterns, a rise of 25.4% over that found previously. One library alone was found to contain 54 chimeras, representing 45.8% of its content. These figures far exceed previous estimates of artifacts within public repositories and further highlight the urgent need for all researchers to adequately screen their libraries prior to submission. Mallard is freely available from our website at http://www.cardiff.ac.uk/biosi/research/biosoft/ .

ABSTRACT In recent years, culture-independent methods have been used in preference to traditional isolation techniques for microbial community analysis. However, it is questionable whether uncultured organisms from a given sample are important for determining the impact of anthropogenic stress on indigenous communities. To investigate this, soil samples were taken from a site with patchy metal contamination, and the bacterial community structure was assessed with a variety of approaches. There were small differences in microscopic epifluorescence bacterial counts. Denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) profiles of 16S rRNA gene fragments (16S-DGGE) amplified directly from soil samples were highly similar. A clone library generated from the most contaminated sample revealed a diverse bacterial community, which showed similarities to pristine soil communities from other studies. However, the proportion of bacteria from the soil samples that were culturable on standard plate-counting media varied between 0.08 and 2.2%, and these values correlated negatively with metal concentrations. The culturable communities from each sample were compared by 16S-DGGE of plate washes and by fatty acid profiling of individual isolates. Each approach indicated that there were considerable differences between the compositions of the culturable communities from each sample. DGGE bands from both culture-based and culture-independent approaches were sequenced and compared. These data indicated that metal contamination did not have a significant effect on the total genetic diversity present but affected physiological status, so that the number of bacteria capable of responding to laboratory culture and their taxonomic distribution were altered. Thus, it appears that plate counts may be a more appropriate method for determining the effect of heavy metals on soil bacteria than culture-independent approaches.

The recent discovery of bacteria in deep sediments and rocks, seemingly able to survive for millions of years with hardly any energy supply, has profound implications. For example, it impinges on theories of the origin of life, the prospects for subsurface life on other planets, and fossil fuel formation. Not surprisingly then, there is considerable controversy regarding these claims. Now a new survey shows that bacteria in deep marine sediments are not only active but are stimulated in the subsurface by chemical and geological changes occurring on geological timescales. The sub-seafloor biosphere is the largest prokaryotic habitat on Earth1 but also a habitat with the lowest metabolic rates2. Modelled activity rates are very low, indicating that most prokaryotes may be inactive or have extraordinarily slow metabolism2. Here we present results from two Pacific Ocean sites, margin and open ocean, both of which have deep, subsurface stimulation of prokaryotic processes associated with geochemical and/or sedimentary interfaces. At 90 m depth in the margin site, stimulation was such that prokaryote numbers were higher (about 13-fold) and activity rates higher than or similar to near-surface values. Analysis of high-molecular-mass DNA confirmed the presence of viable prokaryotes and showed changes in biodiversity with depth that were coupled to geochemistry, including a marked community change at the 90-m interface. At the open ocean site, increases in numbers of prokaryotes at depth were more restricted but also corresponded to increased activity; however, this time they were associated with repeating layers of diatom-rich sediments (about 9 Myr old). These results show that deep sedimentary prokaryotes can have high activity, have changing diversity associated with interfaces and are active over geological timescales.