Structure of bacterial communities in diverse freshwater habitats Yana Aizenberg-Gershtein, Dalit Vaizel-Ohayon, and Malka Halpern Abstract: The structures and dynamics of bacterial communities from raw source water, groundwater, and drinking water before and after filtration were studied in four seasons of a year, with culture-independent methods. Genomic DNA from water samples was analyzed by the polymerase chain reaction – denaturing gradient gel electrophoresis system and by clon- ing of the 16S rRNA gene. Water samples exhibited complex denaturing gradient gel electrophoresis genetic profiles com- posed of many bands, corresponding to a great variety of bacterial taxa. The bacterial communities of different seasons from the four sampling sites clustered into two major groups: (i) water before and after filtration, and (ii) source water and groundwater. Phylogenetic analyses of the clones from the autumn sampling revealed 13 phyla, 19 classes, and 155 opera- tional taxonomic units. Of the clones, 66% showed less than 97% similarities to known bacterial species. Representatives of the phyla Proteobacteria, Bacteroidetes, and Actinobacteria were found at all four sampling sites. Species belonging to the phylum Firmicutes were an important component of the microbial community in filtered water. Representatives of Entero- bacteriaceae were not detected, indicating the absence of fecal pollution in the drinking water. Differences were found in the bacterial populations that were sampled from the same sites in different seasons. Each water habitat had a unique bacte- rial profile. Drinking water harbors diverse and dynamic microbial communities, part of which may be active and resilient to chlorine disinfection. This study provides, for the first time, basic data for uncultivable drinking water bacteria in Israel. Key words: bacterial populations, drinking water, Firmicutes, Proteobacteria, raw water. Résumé : La structure et la dynamique des communautés bactériennes d’eau de source non traitée, d’eau souterraine et d’eau potable, avant et après filtration, ont été étudiées au cours des quatre saisons d’une année, à l’aide de méthodes indé- pendantes de la culture cellulaire. L’ ADN génomique des échantillons d’eau a été analysé par PCR–DGGE et par clonage du gène de l’ ARNr 16S. Les échantillons d’eau présentaient des profils génétiques complexes en DGGE, composés de plu- sieurs bandes correspondant à une grande variété de taxons bactériens. Les communautés bactériennes provenant de quatre sites d’échantillonnage au cours des différentes saisons formaient deux groupes majeurs : (i)l’eau avant et après filtration, et (ii)l’eau de source et l’eau souterraine. Les analyses phylogéniques des clones des échantillons d’automne ont révélé l’existence de 13 phylums, 19 classes et 155 unités taxonomiques opérationnelles. Soixante-six pourcent des clones mon- traient moins de 97 % de similarité avec des espèces bactériennes connues. Les phylums représentatifs des Proteobacteria, Bacteroidetes, et Actinobacteria ont été trouvés aux quatre sites d’échantillonnage. Les espèces appartenant au phylum des Firmicutes constituaient une composante importante de la communauté bactérienne de l’eau filtrée. Aucun représentant d’Enterobacteriaceae n’a été détecté, ce qui indique l’absence de pollution fécale dans l’eau potable. Des différences entre les populations bactériennes échantillonnées d’un même site mais à des saisons différentes ont été trouvées. Chaque habitat aquatique possédait un profil bactérien unique. L’eau potable comporte des communautés microbiennes diverses et dynami- ques, dont une partie peut être active et tolérante face à la désinfection par le chlore. Cette étude fournit pour la première fois des données de base sur les bactéries non cultivables de l’eau potable en Israël. Mots‐clés : populations bactériennes, eau potable, Firmicutes, Proteobacteria, eau non traitée. [Traduit par la Rédaction] Introduction Drinking water is one of the most important resources in the world. Modern water supply systems provide a series of highly selective barriers to minimize the transfer of pathogens to the consumer. Nevertheless, little research has focused on bacterial diversity in water distribution systems or on how treatment techniques alter their composition (Hoefel et al. 2005; Martiny et al. 2005). Received 10 August 2011. Revision received 16 November 2011. Accepted 5 December 2011. Published at www.nrcresearchpress.com/cjm on 17 February 2012. Y. Aizenberg-Gershtein. Department of Evolutionary and Environmental Biology, Faculty of Natural Sciences, University of Haifa, Mount Carmel, Haifa 31905, Israel. D. Vaizel-Ohayon. Nesin Central Laboratory, Mekorot National Water Co. Ltd., Jordan District, P.O. Box 610, Nazareth-Illit 17105, Israel. M. Halpern. Department of Evolutionary and Environmental Biology, Faculty of Natural Sciences, University of Haifa, Mount Carmel, Haifa 31905, Israel; Department of Biology and Environment, Faculty of Natural Sciences, University of Haifa, Oranim, Tivon 36006, Israel. Corresponding author: Malka Halpern (e-mail: mhalpern@research.haifa.ac.il). 326 Can. J. Microbiol. 58: 326–335 (2012) doi:10.1139/W11-138 Published by NRC Research Press Can. J. Microbiol. Downloaded from www.nrcresearchpress.com by Faculty of Agriculture on 04/18/12 For personal use only.