Candidatus Accumulibacter phosphatis - Candidatus Accumulibacter phosphatis

Candidatus Accumulibacter fosfatis
EBPR FISH Floc.jpg
Candidatus Accumulibacter fosfatis (modré buňky)
Vědecká klasifikace
Království:
Bakterie
Kmen:
Proteobakterie
Třída:
Betaproteobakterie
Objednat:
Nezařazeno
Rodina:
Candidatus Accumulibacter

Candidatus Accumulibacter fosfatis (CAP) je nezařazeno Typ Betaproteobakterie to je běžný člen bakteriální komunity v čištění odpadních vod a čištění odpadních vod výkony rostlin lepší biologické odstraňování fosforu (EBPR)[1] a je organismus akumulující polyfosfáty. Role CAP v EBPR byla objasněna pomocí přístupů nezávislých na kultuře, jako jsou klonové banky 16S rRNA, které ukázaly Betaproteobakterie dominovaly laboratorní reaktory EBPR.[2] Další práce s využitím klonovaných bank a fluorescence in situ hybridizace identifikoval skupinu bakterií, která úzce souvisí s Rhodocyclus jako dominantní člen komunit v laboratorním měřítku.[3][4]

Fylogeneze

V současné době neexistují žádné kultivované izoláty CAP, takže fylogeneze kmenů CAP je založena čistě na technikách molekulární biologie. Polyfosfátkináza (ppk1)[5] a PHA syntáza (phaC) [6] geny byly použity k charakterizaci populací CAP při vyšším rozlišení než 16S rRNA. The ppk1 fylogeneze se používá častěji a seskupuje CAP do dvou hlavních divizí: typu I a typu II. Každý z těchto typů má řadu subtypů, které mají písmenné označení, např. IA, IIA, IIB, IIC. Environmentální průzkum čistíren odpadních vod a přírodních vodních cest v Kalifornii a Wisconsinu v USA odhalil nejméně pět subtypů CAP I (IA .. IE) a sedm subtypů CAP II (IIA .. IIG).[7]

Metabolismus

CAP se teprve musí pěstovat, ale schopnost obohatit laboratoře EBPR komunit až o 80% CAP [8] umožnil výzkum jeho metabolismu pomocí meta-omických přístupů.[9][10][11] EBPR je obecně spojován se třemi fázemi: anaerobní, aerobní a usazovací. Aby CAP dominovala v reaktorech EBPR, musí být za těchto podmínek schopna prosperovat. Během anaerobní fáze může CAP zabírat těkavé mastné kyseliny a ukládat tyto jednoduché zdroje uhlíku intracelulárně jako polyhydroxyalkanoáty (PHA). Zároveň intracelulární polyfosfát je degradován na ATP a uvolňuje fosfát do média. Během následující aerobní fáze se PHA používají k výrobě energie a fosfát se z média odebírá za vzniku polyfosfátu.[1][12] Genomická rekonstrukce z reaktoru EBPR obohaceného CAP IIA odhalila, že obsahuje dva různé typy fosfátových transportérů, vysokoafinitní Pst a nízkoafinitní Pit transportéry, a také použití cesty degradace glykogenu Embden-Meyerhof (EM).[9] Genom CAP IIA dále obsahuje dusík a CO2 fixační geny, které naznačují, že CAP se přizpůsobila prostředí omezenému na uhlík a dusík. Rozporem mezi genomovými údaji a údaji o výkonu reaktoru byl nedostatek funkčního genu pro respirační nitrátreduktázu. Předchozí práce ukázaly, že CAP může používat dusičnan jako terminální akceptor elektronů,[13] ale genomová data naznačují, že gen periplazmatické nitrátreduktázy nemohl fungovat v elektronovém transportním řetězci, protože postrádal potřebnou podjednotku chinolreduktázy. Abychom tyto problémy vyřešili, byly reaktory EBPR v laboratorním měřítku obohacené o CAP IA a CAP IIA testovány na své schopnosti snižovat dusičnany.[14] CAP IA dokázala spojit redukci dusičnanů s absorpcí fosfátů, zatímco genomicky charakterizovaná CAP IIA nemohla.

Reference

  1. ^ A b Seviour RJ, Mino T, Onuki M (duben 2003). „Mikrobiologie biologického odstraňování fosforu v systémech aktivovaného kalu“. 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). "Bakteriální společenské struktury aktivujících kalů odstraňujících fosfáty a nefosforečnanů ze sekvenčních vsádkových reaktorů". Appl Environ Microbiol. 61 (5): 1910–1916. PMC  167453. PMID  7544094.
  3. ^ Hesselmann RP, Werlen C, Hahn D, van der Meer JR, Zehnder AJ (září 1999). „Obohacení, fylogenetická analýza a detekce bakterie, která provádí zvýšené biologické odstraňování fosfátů v aktivovaném kalu“. 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). „Identifikace organismů akumulujících polyfosfáty a návrh sond zaměřených na 16S rRNA pro jejich detekci a kvantifikaci“. Appl Environ Microbiol. 66 (3): 1175–1182. doi:10.1128 / aem.66.3.1175-1182.2000. PMC  91959. PMID  10698788.
  5. ^ He S, Gall DL, McMahon KD (2007). ""Candidatus Accumulibacter „struktura populace ve zvýšených biologických kalích odstraňujících fosfor, jak odhalují geny polyfosfátkinázy“. Appl Environ Microbiol. 73 (18): 5865–5874. doi:10.1128 / AEM.01207-07. PMC  2074919. PMID  17675445.
  6. ^ Wang Q, Shao Y, Huong VT, Park WJ, Park JM, Jeon CO (2008). "Jemná populační struktura Accumulibacter phosphatis ve zvýšeném biologickém kalu odstraňujícím fosfor". J Microbiol Biotechnol. 18 (7): 1290–1297. PMID  18667859.
  7. ^ Peterson SB, Warnecke F, Madejska J, McMahon KD, Hugenholtz P (2008). „Distribuce v prostředí a populační biologie Candidatus Accumulibacter, primárního činitele biologického odstraňování fosforu“. 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). "Získání vysoce obohacených kultur Candidatus Accumulibacter fosfátů prostřednictvím střídavých zdrojů uhlíku". Water Res. 40 (20): 3838–3848. doi:10.1016 / j.watres.2006.09.004. PMID  17070894.
  9. ^ A b García Martín H, Ivanova N, Kunin V, Warnecke F, Barry KW, McHardy AC, Yeates C, He S, Salamov AA, Szeto E, Dalin E, Putnam NH, Shapiro HJ, Pangilinan JL, Rigoutsos I, Kyrpides NC, Blackall LL, McMahon KD, Hugenholtz P (2006). „Metagenomická analýza dvou komunit kalů s vylepšeným biologickým odstraňováním fosforu (EBPR)“. Nat. Biotechnol. (Vložený rukopis). 24 (10): 1263–1269. doi:10.1038 / nbt1247. PMID  16998472.
  10. ^ Wilmes P, Wexler M, Bond PL (2008). „Metaproteomics poskytuje funkční přehled o čištění odpadních vod aktivovaným kalem“. PLOS ONE. 3 (3): e1778. Bibcode:2008PLoSO ... 3,1778 W.. doi:10.1371 / journal.pone.0001778. PMC  2289847. PMID  18392150. otevřený přístup
  11. ^ He S, Kunin V, Haynes M, Martin HG, Ivanova N, Rohwer F, Hugenholtz P, McMahon KD (2010). "Metatranscriptomic array analysis of 'Candidatus Accumulibacter phosphatis'-obohacený vylepšený biologický kal pro odstraňování fosforu". 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 (červen 2007). "Pokroky ve zlepšeném biologickém odstraňování fosforu: od mikro do makro měřítka". Water Res. 41 (11): 2271–2300. doi:10.1016 / j.watres.2007.02.030. PMID  17434562.
  13. ^ Kong Y, Nielsen JL, Nielsen PH (2004). „Mikroautoradiografická studie bakterií akumulujících polyfosforečnany související s rhodocyklem v biologických zařízeních na odstraňování fosforu v plném rozsahu“. Appl Environ Microbiol. 70 (9): 5383–5390. doi:10.1128 / AEM.70.9.5383-5390.2004. PMC  520863. PMID  15345424.
  14. ^ Květiny JJ, He S, Yilmaz S, Noguera DR, McMahon KD (2009). „Denitrifikační schopnosti dvou biologických kalů odstraňujících fosfor, kterým dominují různé„ klady “Candidatus Accumulibacter. Environ Microbiol Rep. 1 (6): 583–588. doi:10.1111 / j.1758-2229.2009.00090.x. PMC  2929836. PMID  20808723.