Title (eng)
E.T. the evaluation of toxin-producing potential
a monitoring system for cyanobacteria in bathing waters via amplicon sequencing
Parallel title (deu)
E.T. die Bewertung des Toxin bildenden Potentials
Author
Magdalena Sabine Purker
Advisor
Rainer Kurmayer
Assessor
Rainer Kurmayer
Abstract (deu)
Cyanobakterienblüten stellen ein großes Problem in Seen dar, da sie Auswirkungen auf das gesamte Ökosystem haben und Gesundheitsprobleme beim Menschen verursachen können. Dennoch sind Parameter, die die Entwicklung von toxischen Cyanobakterienblüten beeinflussen, unbekannt. Gemäß Artikel 8 der Badegewässerrichtlinie (2006/7/EG) soll ein Überwachungssystem mittels High Throughput Sequencing eingesetzt werden, welches die Zusammensetzung der Bakterienarten über die Saison betrachtet und als Frühwarnsystem fungiert.
Ziel dieser Masterarbeit war es, eine Arbeitsanleitung für das Monitoring von Cyanobakterien in österreichischen Badegewässern zu erarbeiten. Dazu wurden im Jahr 2020, regelmäßig über die Badesaison verteilt, an 20 Badestellen planktische und benthische Proben genommen und mit allgemeinen bakteriellen und spezifischen cyanobakteriellen 16S Primern analysiert. Daneben wurden Korrelationen mit der cyanobakteriellen Sequenzanzahl, der Toxinkonzentration und abiotischen und biotischen Faktoren durchgeführt, um Referenzpunkte bei in-situ Messungen zu bestimmen. Schließlich wurden benthische Matten gesammelt, um den Ursprung der Toxine aus benthischen, filamentösen Cyanobakterienkolonien abzuschätzen.
Die Ergebnisse zeigen, dass die cyanobakterielle Sequenzanzahl und die Cyanotoxinproduktion mit der Wasseroberflächentemperatur korrelieren. Darüber hinaus bietet die Technik der Amplikon-Sequenzierung einen großen Einblick in die bakterielle Gemeinschaft und ermöglicht die Überwachung und Vorhersage von cyanobakteriellen toxischen Algenblüten in Badegewässern. Die Analyse der Sequenzdaten ergab höhere Cyanobakterienhäufigkeiten, wenn sie in Amplicon Sequence Variants geclustert wurden, verglichen mit Operational Taxonomic Units. Mit Hilfe von in-situ-Fluoreszenzmessungen wurde eine grobe quantitative Abschätzung der cyanobakteriellen Gemeinschaft gewonnen. Die gesammelten benthischen Biofilme wurden oftmals von potenziell toxischen Cyanobakterien dominiert, dennoch konnte die Toxinproduktion nicht mit ihnen in Verbindung gebracht werden.
Abstract (eng)
Cyanobacterial blooms are a major problem in freshwater systems as they have an impact on whole ecosystems and can cause serious health problems in humans. Nevertheless, factors influencing the development of cyanobacterial harmful blooms are not well understood. According to Article 8 of the Bathing Waters Directive (2006/7/EC), a monitoring pipeline based on High Throughput Sequencing should be applied, which observes the bacterial species composition over the season and work as early warning system.
The aim of this master thesis was to elaborate a workflow for the monitoring of cyanobacteria in Austrian bathing waters. Therefore, planktonic and benthic samples were obtained from 20 bathing waters during 2020 and analyzed with general bacterial and specific cyanobacterial 16S primers. Next to this, correlations with the cyanobacterial read numbers, toxin concentration as well as abiotic and biotic factors were applied. Finally, benthic mats were collected to estimate the origin of toxins from benthic filamentous cyanobacterial colonies.
The results indicate that the number of cyanobacterial reads and cyanotoxin production were correlated with water surface temperature. Furthermore, it was demonstrated that amplicon sequencing offers great insight into the bacterial community, allowing monitoring and prediction of cyanobacterial harmful algal blooms in bathing waters. Analysing the sequence data revealed higher cyanobacterial numbers when clustering into Amplicon Sequence Variants, compared to Operational Taxonomic Units. Using in-situ fluorescence measurements, a rough quantitative estimate of the cyanobacterial community was obtained. The collected benthic mats were often dominated by potentially toxic cyanobacteria, but toxin production could not be found.
Keywords (eng)
bathing waterharmful algal bloomcyanotoxinhigh throughput sequencingAlgaeTorch
Keywords (deu)
Badegewässerschädliche AlgenblüteCyanotoxineHochdurchsatzsequenzierungAlgaeTorch
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Extent (deu)
116 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Number of pages
116
Study plan
Masterstudium Molekulare Mikrobiologie, Mikrobielle Ökologie und Immunbiologie
[UA]
[066]
[830]
Association (deu)
Title (eng)
E.T. the evaluation of toxin-producing potential
a monitoring system for cyanobacteria in bathing waters via amplicon sequencing
Parallel title (deu)
E.T. die Bewertung des Toxin bildenden Potentials
Author
Magdalena Sabine Purker
Abstract (deu)
Cyanobakterienblüten stellen ein großes Problem in Seen dar, da sie Auswirkungen auf das gesamte Ökosystem haben und Gesundheitsprobleme beim Menschen verursachen können. Dennoch sind Parameter, die die Entwicklung von toxischen Cyanobakterienblüten beeinflussen, unbekannt. Gemäß Artikel 8 der Badegewässerrichtlinie (2006/7/EG) soll ein Überwachungssystem mittels High Throughput Sequencing eingesetzt werden, welches die Zusammensetzung der Bakterienarten über die Saison betrachtet und als Frühwarnsystem fungiert.
Ziel dieser Masterarbeit war es, eine Arbeitsanleitung für das Monitoring von Cyanobakterien in österreichischen Badegewässern zu erarbeiten. Dazu wurden im Jahr 2020, regelmäßig über die Badesaison verteilt, an 20 Badestellen planktische und benthische Proben genommen und mit allgemeinen bakteriellen und spezifischen cyanobakteriellen 16S Primern analysiert. Daneben wurden Korrelationen mit der cyanobakteriellen Sequenzanzahl, der Toxinkonzentration und abiotischen und biotischen Faktoren durchgeführt, um Referenzpunkte bei in-situ Messungen zu bestimmen. Schließlich wurden benthische Matten gesammelt, um den Ursprung der Toxine aus benthischen, filamentösen Cyanobakterienkolonien abzuschätzen.
Die Ergebnisse zeigen, dass die cyanobakterielle Sequenzanzahl und die Cyanotoxinproduktion mit der Wasseroberflächentemperatur korrelieren. Darüber hinaus bietet die Technik der Amplikon-Sequenzierung einen großen Einblick in die bakterielle Gemeinschaft und ermöglicht die Überwachung und Vorhersage von cyanobakteriellen toxischen Algenblüten in Badegewässern. Die Analyse der Sequenzdaten ergab höhere Cyanobakterienhäufigkeiten, wenn sie in Amplicon Sequence Variants geclustert wurden, verglichen mit Operational Taxonomic Units. Mit Hilfe von in-situ-Fluoreszenzmessungen wurde eine grobe quantitative Abschätzung der cyanobakteriellen Gemeinschaft gewonnen. Die gesammelten benthischen Biofilme wurden oftmals von potenziell toxischen Cyanobakterien dominiert, dennoch konnte die Toxinproduktion nicht mit ihnen in Verbindung gebracht werden.
Abstract (eng)
Cyanobacterial blooms are a major problem in freshwater systems as they have an impact on whole ecosystems and can cause serious health problems in humans. Nevertheless, factors influencing the development of cyanobacterial harmful blooms are not well understood. According to Article 8 of the Bathing Waters Directive (2006/7/EC), a monitoring pipeline based on High Throughput Sequencing should be applied, which observes the bacterial species composition over the season and work as early warning system.
The aim of this master thesis was to elaborate a workflow for the monitoring of cyanobacteria in Austrian bathing waters. Therefore, planktonic and benthic samples were obtained from 20 bathing waters during 2020 and analyzed with general bacterial and specific cyanobacterial 16S primers. Next to this, correlations with the cyanobacterial read numbers, toxin concentration as well as abiotic and biotic factors were applied. Finally, benthic mats were collected to estimate the origin of toxins from benthic filamentous cyanobacterial colonies.
The results indicate that the number of cyanobacterial reads and cyanotoxin production were correlated with water surface temperature. Furthermore, it was demonstrated that amplicon sequencing offers great insight into the bacterial community, allowing monitoring and prediction of cyanobacterial harmful algal blooms in bathing waters. Analysing the sequence data revealed higher cyanobacterial numbers when clustering into Amplicon Sequence Variants, compared to Operational Taxonomic Units. Using in-situ fluorescence measurements, a rough quantitative estimate of the cyanobacterial community was obtained. The collected benthic mats were often dominated by potentially toxic cyanobacteria, but toxin production could not be found.
Keywords (eng)
bathing waterharmful algal bloomcyanotoxinhigh throughput sequencingAlgaeTorch
Keywords (deu)
Badegewässerschädliche AlgenblüteCyanotoxineHochdurchsatzsequenzierungAlgaeTorch
Subject (deu)
Subject (deu)
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Persistent identifier
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116
Association (deu)
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