stringtranslate.com

Кандидат Аккумулибактер фосфатис

Candidatus Accumulibacter phosphatis (CAP) — неклассифицированный тип Betaproteobacteria , который является обычным членом бактериального сообщества очистных сооружений и водоочистных сооружений, выполняющих улучшенное биологическое удаление фосфора (EBPR) [1] и является полифосфат-аккумулирующим организмом . Роль CAP в EBPR была выяснена с использованием культурально-независимых подходов, таких как банки клонов 16S рРНК, которые показали, что Betaproteobacteria доминируют в лабораторных реакторах EBPR. [2] Дальнейшая работа с использованием банков клонов и флуоресцентной гибридизации in situ выявила группу бактерий, тесно связанных с Rhodocyclus , как доминирующего члена лабораторных сообществ. [3] [4]

Филогения

В настоящее время не существует культивируемых изолятов CAP, поэтому филогения штаммов CAP основана исключительно на методах молекулярной биологии. На сегодняшний день гены полифосфаткиназы ( ppk1 ) [5] и PHA-синтазы ( phaC ) [6] использовались для характеристики популяций CAP с более высоким разрешением, чем 16S рРНК. Филогения ppk1 используется чаще и группирует CAP в два основных подразделения: тип I и тип II. Каждый из этих типов имеет ряд кладов, которым дано буквенное обозначение, например IA, IIA, IIB, IIC. Экологическое обследование очистных сооружений и естественных водных путей в Калифорнии и Висконсине в США выявило по крайней мере пять кладов CAP I (IA .. IE) и семь кладов CAP II (IIA .. IIG). [7]

Метаболизм

CAP еще предстоит культивировать, но возможность обогащать сообщества EBPR в лабораторных условиях до 80% CAP [8] позволила исследовать его метаболизм с использованием метаомных подходов. [9] [10] [11] EBPR обычно ассоциируется с тремя стадиями: анаэробной, аэробной и оседания. Чтобы CAP доминировали в реакторах EBPR, они должны иметь возможность процветать в этих условиях. Во время анаэробной фазы CAP может поглощать летучие жирные кислоты и хранить эти простые источники углерода внутриклеточно в виде полигидроксиалканоатов (PHA). В то же время внутриклеточный полифосфат расщепляется с образованием АТФ, высвобождая фосфат в среду. Во время последующей аэробной фазы PHA используются для производства энергии, а фосфат поглощается из среды с образованием полифосфата. [1] [12] Геномная реконструкция из реактора EBPR, обогащенного CAP IIA, показала, что он содержит два различных типа транспортеров фосфата, высокоаффинные Pst и низкоаффинные Pit, а также использует путь деградации гликогена Эмбдена-Мейерхофа (EM). [9] Кроме того, геном CAP IIA содержит гены фиксации азота и CO2 , что указывает на то, что CAP адаптировался к средам с ограниченным содержанием углерода и азота. Расхождение между геномными данными и данными о производительности реактора заключалось в отсутствии функционального гена респираторной нитратредуктазы. Предыдущая работа показала, что CAP может использовать нитрат в качестве конечного акцептора электронов, [13] но геномные данные указывают на то, что ген периплазматической нитратредуктазы не может функционировать в цепи переноса электронов, поскольку в нем отсутствует необходимая субъединица хинолредуктазы. Для решения этих проблем были протестированы лабораторные реакторы EBPR, обогащенные CAP IA и CAP IIA, на предмет их способности восстанавливать нитраты. [14] CAP IA смог связать восстановление нитратов с поглощением фосфатов, тогда как геномно охарактеризованный CAP IIA не смог этого сделать.

Ссылки

  1. ^ ab Seviour RJ, Mino T, Onuki M (апрель 2003 г.). «Микробиология биологического удаления фосфора в системах с активированным илом». FEMS Microbiol. Rev. 27 ( 1): 99–127. doi : 10.1016/s0168-6445(03)00021-4 . PMID  12697344.
  2. ^ Bond PL, Hugenholtz P, Keller J, Blackall LL (1995). "Структуры бактериальных сообществ фосфат-удаляющих и не фосфат-удаляющих активированных илов из последовательных периодических реакторов". Appl Environ Microbiol . 61 (5): 1910–1916. Bibcode :1995ApEnM..61.1910B. doi :10.1128/aem.61.5.1910-1916.1995. PMC 167453 . PMID  7544094. 
  3. ^ Hesselmann RP, Werlen C, Hahn D, van der Meer JR, Zehnder AJ (сентябрь 1999 г.). «Обогащение, филогенетический анализ и обнаружение бактерии, которая выполняет улучшенное биологическое удаление фосфата в активированном иле». Syst Appl Microbiol . 22 (3): 454–465. doi :10.1016/s0723-2020(99)80055-1. PMID  10553298.
  4. ^ Crocetti GR, Hugenholtz P, Bond PL, Schuler A, Keller J, Jenkins D, Blackall LL (2000). «Идентификация организмов, накапливающих полифосфат, и разработка зондов, направленных на 16S рРНК, для их обнаружения и количественного определения». Appl Environ Microbiol . 66 (3): 1175–1182. Bibcode : 2000ApEnM..66.1175C. doi : 10.1128/aem.66.3.1175-1182.2000. PMC 91959. PMID  10698788 . 
  5. ^ He S, Gall DL, McMahon KD (2007). "Структура популяции "Candidatus Accumulibacter" в шламах с улучшенным биологическим удалением фосфора, выявленная с помощью генов полифосфаткиназы". Appl Environ Microbiol . 73 (18): 5865–5874. Bibcode : 2007ApEnM..73.5865H. doi : 10.1128/AEM.01207-07. PMC 2074919. PMID  17675445. 
  6. ^ Wang Q, Shao Y, Huong VT, Park WJ, Park JM, Jeon CO (2008). «Мелкомасштабная структура популяции Accumulibacter phosphatis в иле с улучшенным биологическим удалением фосфора». J Microbiol Biotechnol . 18 (7): 1290–1297. PMID  18667859.
  7. ^ Peterson SB, Warnecke F, Madejska J, McMahon KD, Hugenholtz P (2008). «Распределение в окружающей среде и популяционная биология Candidatus Accumulibacter, основного агента биологического удаления фосфора». Environ. Microbiol . 10 (10): 2692–2703. doi :10.1111/j.1462-2920.2008.01690.x. PMC 2561248. PMID  18643843 . 
  8. ^ Lu H, Oehmen A, Virdis B, Keller J, Yuan Z (2006). «Получение высокообогащенных культур фосфатов Candidatus Accumulibacter через чередование источников углерода». Water Res . 40 (20): 3838–3848. doi :10.1016/j.watres.2006.09.004. PMID  17070894.
  9. ^ ab Гарсиа Мартин Х, Иванова Н, Кунин В, Варнеке Ф, Барри К.В., Макхарди AC, Йейтс С, Хе С, Саламов А.А., Сето Е, Далин Э, Патнэм Н.Х., Шапиро Х.Дж., Пангилинан Дж.Л., Ригуцос I, Кирпидес Н.К. , Блэколл Л.Л., МакМахон К.Д., Хугенхольц П. (2006). «Метагеномный анализ двух сообществ ила с повышенным биологическим удалением фосфора (EBPR)». Нат. Биотехнология. (Представлена ​​рукопись). 24 (10): 1263–1269. дои : 10.1038/nbt1247. PMID  16998472. S2CID  561980.
  10. ^ Wilmes P, Wexler M, Bond PL (2008). «Метапротеомика обеспечивает функциональное понимание очистки сточных вод с использованием активированного ила». PLOS ONE . 3 (3): e1778. Bibcode : 2008PLoSO...3.1778W. doi : 10.1371 /journal.pone.0001778 . PMC 2289847. PMID  18392150.  Значок открытого доступа
  11. ^ He S, Kunin V, Haynes M, Martin HG, Ivanova N, Rohwer F, Hugenholtz P, McMahon KD (2010). "Анализ метатранскриптомного массива обогащенного 'Candidatus Accumulibacter phosphatis' ила с улучшенным биологическим удалением фосфора". Environ. Microbiol . 12 (5): 1205–1217. doi :10.1111/j.1462-2920.2010.02163.x. PMID  20148930.
  12. ^ Oehmen A, Lemos PC, Carvalho G, Yuan Z, Keller J, Blackall LL, Reis MA (июнь 2007 г.). «Достижения в улучшенном биологическом удалении фосфора: от микро- до макромасштаба». Water Res . 41 (11): 2271–2300. doi :10.1016/j.watres.2007.02.030. PMID  17434562.
  13. ^ Kong Y, Nielsen JL, Nielsen PH (2004). «Микроавторадиографическое исследование полифосфат-аккумулирующих бактерий, связанных с родоциклусом, в полномасштабных усовершенствованных биологических установках по удалению фосфора». Appl Environ Microbiol . 70 (9): 5383–5390. Bibcode : 2004ApEnM..70.5383K. doi : 10.1128/AEM.70.9.5383-5390.2004. PMC 520863. PMID  15345424. 
  14. ^ Флауэрс Дж. Дж., Хе С., Йилмаз С., Ногуэра Д. Р., Макмахон К. Д. (2009). «Возможности денитрификации двух биологических шламов для удаления фосфора, в которых доминируют различные клады «Candidatus Accumulibacter». Environ Microbiol Rep . 1 (6): 583–588. doi :10.1111/j.1758-2229.2009.00090.x. PMC 2929836. PMID  20808723 .