Microbial diversity and abundance of Hg related genes from water, sediment and soil the Colombian amazon ecosystems impacted by artisanal and small-scale gold mining

Abstract

The Amazon region abounds in precious mineral resources including gold, copper, iron, and coltan. Artisanal and small-scale gold mining (ASGM) poses a severe risk in this area due to considerable mercury release into the surrounding ecosystems. Nonetheless, the impact of mercury on both the overall microbiota and the microbial populations involved in mercury transformation is not well understood. In this study we evaluated microbial diversity in samples of soil, sediment and water potentially associated with mercury contamination in two localities (Taraira and Tarapacá) in the Colombian Amazon Forest. To this end, we characterized the bacterial community structure and mercury-related functions in samples from sites with a chronic history of mercury contamination which today have different levels of total mercury content. We also determined mercury bioavailability and mobility in the samples with the highest THg and MeHg levels (up to 43.34 and 0.049 mg kg−1, respectively, in Taraira). Our analysis of mercury speciation showed that the immobile form of mercury predominated in soils and sediments, probably rendering it unavailable to microorganisms. Despite its long-term presence, mercury did not appear to alter the microbial community structure or composition, which was primarily shaped by environmental and physicochemical factors. However, an increase in the relative abundance of merA genes was detected in polluted sediments from Taraira. Several Hg-responsive taxa in soil and sediments were detected in sites with high levels of THg, including members of the Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria, Firmicutes and Chloroflexi phyla. The results suggest that mercury contamination at the two locations sampled may select mercury-adapted bacteria carrying the merA gene that could be used in bioremediation processes for the region. © 2024 The Authors

La región amazónica abunda en recursos minerales preciosos, como oro, cobre, hierro y coltán. La minería de oro artesanal y en pequeña escala (ASGM) plantea un grave riesgo en esta zona debido a la considerable liberación de mercurio en los ecosistemas circundantes. Sin embargo, no se comprende bien el impacto del mercurio tanto en la microbiota general como en las poblaciones microbianas involucradas en la transformación del mercurio. En este estudio evaluamos la diversidad microbiana en muestras de suelo, sedimento y agua potencialmente asociadas con la contaminación por mercurio en dos localidades (Taraira y Tarapacá) de la Selva Amazónica colombiana. Con este fin, caracterizamos la estructura de la comunidad bacteriana y las funciones relacionadas con el mercurio en muestras de sitios con una historia crónica de contaminación por mercurio que hoy tienen diferentes niveles de contenido total de mercurio. También determinamos la biodisponibilidad y movilidad del mercurio en las muestras con mayores niveles de THg y MeHg (hasta 43,34 y 0,049 mg kg-1, respectivamente, en Taraira). Nuestro análisis de la especiación del mercurio mostró que la forma inmóvil del mercurio predominaba en suelos y sedimentos, lo que probablemente lo hacía no disponible para los microorganismos. A pesar de su presencia a largo plazo, el mercurio no pareció alterar la estructura o composición de la comunidad microbiana, que estaba determinada principalmente por factores ambientales y fisicoquímicos. Sin embargo, se detectó un aumento en la abundancia relativa de genes merA en sedimentos contaminados de Taraira. Se detectaron varios taxones sensibles al Hg en suelos y sedimentos en sitios con altos niveles de THg, incluidos miembros de los filos Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria, Firmicutes y Chloroflexi. Los resultados sugieren que la contaminación por mercurio en los dos lugares muestreados puede seleccionar bacterias adaptadas al mercurio que portan el gen merA que podría usarse en procesos de biorremediación para la región. © 2024 Los Autores