Development of an autonomous sample filtration and archival device for aquatic microbiology: Assessment of potential preservation buffers

Abstract

Ongoing advances in molecular techniques have certainly increased our understanding of marine microbial ecology. However, much of this knowledge could be enhanced by increased sampling frequency. This work presents the first development phase of a small autonomous in situ water sampling device. The system will enable the autonomous collection of water samples to be preserved for subsequent downstream laboratory based molecular techniques. The Sample Filtration and Archiving (SaFA) system is being designed to collect and filter 24 user defined time-stamped water samples of between ~200-500 ml. During this phase, simulated SaFA tests using several commercial and noncommercial buffers were conducted to evaluate their capacity to preserve and stabilize DNA from natural seawater samples. The best performers of the commercially available buffers were PrepProtect, RNALater, Ethanol, and Isopropanol. These buffers were effective for 3 to 8 days without appreciable DNA degradation and significant microbial community changes. Only one non-commercial buffer (HRNAL pH 5.2) was efficient up to 5 days however this formulation represents a homemade version of the commercially available RNALater. These results indicate that future deployment of SaFA could be limited for periods up to a week under the condition of our tests. To facilitate adoption by end users, the SaFA is being constructed using predominately commercially available parts, and all information relating to its construction and operation will be downloadable under an open source license. The open source nature of the SaFA will enable end users to evolve the instrument by providing feedback on new designs or applications.

Los continuos avances en técnicas moleculares han aumentado indudablemente nuestra comprensión de la ecología microbiana marina. Sin embargo, gran parte de este conocimiento podría ser mejorado aumentando la frecuencia de los muestreos. Este trabajo presenta la primera fase de desarrollo de un pequeño dispositivo autónomo de muestreo de aguas in situ. El sistema permitirá la recogida autónoma de muestras de agua y su conservación para posteriores análisis moleculares en el laboratorio. El sistema de Filtrado y Archivo de muestras, SaFA (siglas en inglés) está siendo diseñado para recoger y filtrar 24 muestras de entre ~ 200 y 500 ml con una frecuencia de muestreo delimitada por el usuario. Durante esta fase, se realizaron pruebas simulando el sistema SaFA con varios tampones comerciales y no comerciales cuya capacidad de conservar y estabilizar el ADN de muestras de agua de mar fue evaluada. Los mejores tampones comerciales fueron PrepProtect, RNAlater, etanol e isopropanol. Estos tampones fueron efectivos preservando el ADN de 3 a 8 días sin degradación significativa, y sin cambios en la comunidad microbiana. Sólo un amortiguador no comercial (HRNAL pH 5.2) ha sido eficaz hasta cinco días. Sin embargo, esta fórmula representa una versión casera de tampón comercial RNAlater. Estos resultados indican que el futuro uso de SaFA, podría limitarse a un período de hasta una semana, en las condiciones de estas pruebas. Para facilitar el uso del sistema, SaFA se está construyendo utilizando principalmente piezas comerciales, y toda la información relativa a su construcción y operación se podrá descargar bajo una licencia de código abierto. La naturaleza de licencia de código abierto del SaFA permitirá a los usuarios realizar cambios en el instrumento, proporcionando información sobre los nuevos diseños o aplicaciones.