Isolation and identification of methanogenic microorganism in Dark Earth ("Terra Preta") and floodplain soils (Gleissolo) of the Eastern Amazonian

O metano, assim como o dióxido de carbono e o óxido nitroso, é um importante gás traço da atmosfera. A habilidade do metano em absorver a irradiação infravermelha faz dele um gás 20 a 30 vezes mais eficiente que o dióxido de carbono como um gás de efeito estufa. As várzeas tropicais são as maiores fontes naturais de metano para a atmosfera, contribuindo com cerca de 60% de todas as emissões naturais. As grandes várzeas da bacia Amazônica são as maiores fontes de metano desta região, e estima-se que sua contribuição para as emissões totais de áreas alagadas no mundo seja da ordem de 5%. Por outro lado, os solos de terra firme, especialmente de origem antropogênica, têm elevados teores de matéria orgânica, uma das principais fontes de formação de gás metano natural produzido por um único grupo de microrganismos que, por sistemas enzimáticos únicos, é capaz de produzir metano como produto de seu metabolismo. O metano é produzido pelas arquéias (Archaea) metanogênicas, pela degradação anaeróbia da matéria orgânica. As arquéias metanogênicas são encontradas em diversos ambientes associados à decomposição da matéria orgânica e/ou atividades biogeoquímicas. Uma atmosfera modificada (H2:CO2, 80:20) em combinação com um ambiente anóxico -300mV foi estabelecida ao longo de 18 meses em três solos de várzea e três solos Terra Preta e adjacentes da região de Santarém-PA (Amazônia Oriental), para estimular o crescimento de arquéias metanogênicas. Métodos moleculares baseados no uso e análise do gene 16S rRNA de Archaea permitiram o estudo direto de 12 cultivos individuais de arquéias metanogênicas, enquanto que a determinação da diversidade de comunidades de arquéias foi obtida com a construção de quatro bibliotecas de um dos solos de várzea (Várzea 3) e análise de 669 sequências parciais do gene 16S rRNA. Ensaios envolvendo cultivo e crescimento, monitoramento da produção de metano, microscopia de contraste de fase e de varredura, detecção do gene mcr - coenzima da metil-redutase foram usados como métodos de referência ao longo do desenvolvimento e avaliação dos métodos moleculares. Entre os isolados da Várzea 3, o gênero Mehanosarcina foi predominante, indicando seu possível papel na produção de metano, detectado ao longo dos cultivos in vitro. Dentre os 12 tipos isolados a partir dos nove solos, dez (10) corresponderam a uma sequência de Methanobacterium isolado de trato intestinal de cupins presentes em ambientes tropicais. Em conclusão, nosso método molecular explorativo permitiu uma primeira visão quanto ao entendimento do papel de arquéias metanogênicas em solos de várzea e terra firme da Amazônia Oriental.Methane, as well as carbon dioxide and nitrous oxide, is an important atmospheric trace gas. The ability of methane to absorb infrared irradiation makes this gas 20 or 30 times more efficient than carbon dioxide for the global warming. The tropical floodplains are the major sources of environment methane, contributing up to 60% for the natural gas emissions. In the Amazonian Basin, they are the major methane sources, contributing to around 5% for the global gas emission. On the other hand, upland soils, especially from anthropogenic origin present high organic matter content, one of the main sources for microbial production of methane by a unique group of microorganisms which present unique enzymatic systems for their metabolism. Methane is produced by methanogenic Archaea, by anaerobic degradation of the organic matter. These microorganisms are found in a variety of environments associated to organic matter decomposition and/or biogeochemical activities. A modified-atmosphere (H2:CO2, 80:20) in combination with an anoxic growth environment for enhancing the methanogenic Archaea growth was established during 18 months in three Amazonian floodplain and three Anthropogenic Dark Earth ("Terra Preta") soils and backgrounds located within the region of Santarém – Pará (Eastern Amazonia). Molecular approaches based on the Archaea 16S ribosomal rRNA gene sequence analysis allowed direct investigation of 12 individual types of methanogenic Archaea while community diversity of 669 clone sequences from four clone libraries from one floodplain soil (Várzea 3) was addressed by examining partial 16S rRNA gene sequences. Cultivation-dependent assays - enrichment and growth, as well as monitoring of methane production, direct phase-contrast microscopy and scanning electron microscopy, detection of the mcr - methyl coenzyme reductase – gene were used as reference methods in the development and evaluation of the molecular methods. Among the isolates from the Várzea 3 the genus Methanosarcina was predominant, indicating its possible role on the methane production, detected throughout the in vitro cultivation. Among the 12 types isolated from the nine soils, 10 corresponded to a sequence of Methanobacterium isolated from the gut of termites from a tropical environment. In conclusion, our explorative molecular approach gave the first picture towards the understanding of the role of methanogenic Archaea in floodplain and upland soils from the Eastern Amazonian