Analysis of phospholipid fatty acids (PLFA) to characterize microbial communities in aquifers

Abstract

 This paper reviews published applications of lipid-based biochemical techniques for characterizing microbial communities in aquifers and other deep subsurface habitats. These techniques, such as phospholipid fatty acid (PLFA) analysis, can provide information on a variety of microbial characteristics, such as biomass, physiology, taxonomic and functional identity, and overall community composition. In addition, multivariate statistical analysis of lipid data can relate spatial or temporal changes in microbial communities to environmental factors. The use of lipid-based techniques in the study of groundwater microbiology is advantageous because they do not require culturing and can provide quantitative data on entire communities. However, combined effects of physiological and phylogenetic changes on the lipid composition of a community can confound interpretation of the data, and many questions remain about the validity of various lipid techniques. Despite these caveats, lipid-based research has begun to show trends in community composition in contaminated and pristine aquifers that contribute to our understanding of groundwater microbial ecology and have potential for use in optimization of bioremediation of groundwater pollutants.

Résumé

Ce papier passe en revue les applications des techniques biochimiques basées sur les lipides pour caractériser les communautés microbiennes présentes dans les aquifères et dans les autres habitats souterrains profonds. Ces techniques, telles que l'analyse des acides gras phospholipidiques (PLFA), peuvent fournir des informations sur un ensemble de caractères microbiens, tels que la biomasse, la physiologie, l'identité taxonomique et fonctionnelle, et surtout la composition de la communauté. En outre, l'analyse statistique multivariée des données sur les lipides peut établir les liens entre des changements spatiaux ou temporels dans la communauté microbienne et des facteurs environnementaux. L'utilisation des techniques basées sur les lipides dans l'étude de la microbiologie des eaux souterraines est intéressante parce qu'elle ne nécessite pas de mise en culture et qu'elle peut fournir des données quantitatives sur les communautés dans leur ensemble. Toutefois, les effets combinés de changements physiologiques et phylogénétiques sur la composition d'une communauté peuvent brouiller l'interprétation des données; de nombreuses questions se posent sur la validité des différentes techniques lipidiques. Malgré ces oppositions, la recherche basée sur les lipides a commencéà montrer des tendances dans la composition des communautés dans les aquifères pollués et dans ceux non perturbés; ces résultats contribuent ainsi à notre compréhension de l'écologie microbienne des eaux souterraines et montrent qu'il existe un potentiel pour leur utilisation en vue d'une optimisation de la dépollution biologique des eaux souterraines.

Resumen

Se revisan distintas técnicas bioquímicas que se basan en el análisis de lípidos para caracterizar las comunidades microbianas en hábitats subsuperficiales, incluyendo acuíferos. Estas técnicas, entre las que se incluye el análisis de ácidos grasos fosfolípidos (PLFA), pueden proporcionar información sobre toda una serie de características de las comunidades microbianas, como su biomasa, fisiología, identidad taxonómica y funcional y composición. Además, el análisis estadístico multivariado de los datos de lípidos permite relacionar los cambios espaciales o temporales en las comunidades microbianas con factores ambientales. Las técnicas basadas en lípidos son muy útiles para el estudio microbiológico de las aguas subterráneas, puesto que no requieren cultivos y además proporcionan datos cuantitativos de comunidades completas. Sin embargo, la acción combinada de los cambios fisiológicos y filogenéticos en la composición de lípidos en una comunidad pueden confundir la interpretación de los datos, por lo existen muchas cuestiones abiertas respecto a la validez de algunas de estas técnicas. A pesar de estas dificultades, estas técnicas han permitido detectar diferentes tendencias en la composición de las comunidades en acuíferos con y sin contaminación, lo que contribuye a nuestro entendimiento de la ecología microbiana de los acuíferos. Este último aspecto tiene un uso potencial en la optimización de los métodos de biorremediación de acuíferos.