Microbial biodiversity in permafrost and ground ice samples and survival of High Arctic isolate Cryptococcus NP33 under simulated Martian conditions

• Main Author: Radtke, Kristin
• Other Authors: Lyle Whyte (Supervisor)
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: McGill University 2011
• Subjects: Biology - Microbiology; Arctic; Arctique*; Ice; permafrost; wedge*
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=103609

The work in this thesis consisted of two studies: 1) analysis of the microbial biodiversity of multiple ground ice types from the Arctic and the High Arctic; 2)examination of the survival of Cryptococcus NP33 under simulated Martian conditions over 41 days. The first study involved culture-dependent and independent evaluations of the microbial communities found in a buried firnified snow bank, a buried glacier, a pingo and ice wedges. Direct and culturable counts in the various ground ice types differed from each other (104 – 108 cellsmL-1 direct counts; 0 - 105 CFUmL-1 culturable counts), and were only weakly correlated to increasing sample age. Culturable counts were consistently highest in ice wedge samples. All sample isolates were dominated by Actinobacteria. Bacterial pyrosequencing analysis for one ice wedge showed a dominance (<50% of sequences) by Gammaproteobacteria. In an Archaeal clone library of the buried glacier, no clones were closely related to sequenced isolates, but were similar (>90%) to uncharacterized clones from marine environments. The pingo Bacterial clone library clones matched closely to environmental isolates as well as clones from cryoenvironments as well as soil environments. For the survivability study, Cryptotoccus strain NP33 was selected as a candidate organism to undergo Martian simulations. After 41 simulation days, it had a half-life of 10.1 days in simulated sunlightand 16.1 days in darkness. The compiled results suggest that the organism traits most crucial to survival under simulated Martian conditions were desiccation, radiation and freeze-thaw resistance. Cette thèse contient deux études : 1) la biodiversité de différents types de glacesde sol de l'Arctique et du Grand Arctique, de même que la survie de Cryptococcus NP33dans des conditions martiennes simulées pendant 41 jours. La première étude impliquait des analyses dépendantes et indépendantes des conditions de culture pour évaluer les communautés microbiennes dans une congère névée enterrée, un glacier enterré, un pingo et des coins de glace. Les nombres de cellules totales et les nombres de cellules culturées dans les différents types de glaces de sol variaient (104 – 108 cellulesmL-1 nombre total; 0- 105 CFUmL-1 cellules culturées), et étaient que très faiblement dépendants de l'âge du iispécimen. Les nombres de cellules culturées étaient constamment plus élevées dans les coins de glace. Actinobacteria dominait les isolats de chaque spécimen. Un pyroséquençage bactérien d'un coin de glace a révélé une dominance (>50% desséquences) de Gammaproteobacteria. Dans une librairie de clones d'Archées du glacier enterré, les clones avaient peu de similarité à des isolats environnementaux, mais étaient similaires (>90%) à des clones environnementaux non-caractérisés d'environnements marins. Dans une librairie de clones de Bactéries du pingo, les clones étaient très similaires à des isolats et des clones provenant de cryo-environnements et d'environnements de sol. Pour la simulation martienne, Cryptococcus NP33 a été choisicomme organisme candidat suite à des expériments pour sélectionner des organismes résistant à la dessiccation, au froid et aux concentrations élevées de sel. Au cours de 41 jours dans le simulateur, Cryptococcus NP33 avait une demi-vie de 10.1 jours dans le soleil simulé et 16.1 jours dans le noir. Halorubrum avait un taux de survie de 100%(demi-vie estimée de ~70 - ∞ jours), tandis que d'autres organismes avaient une demi-vie beaucoup moins élevée (~2 - ~8 jours). Les résultats combinés suggèrent que les caractéristiques nécessaires à la survie dans des conditions martiennes simulées étaient la résistance à la dessiccation, la radiation et aux cycles de gel-dégel.