Candidatus Accumulibacter phosphatis - Candidatus Accumulibacter phosphatis

Candidatus Аккумулибактер фосфатис
EBPR FISH Floc.jpg
Candidatus Accumulibacter phosphatis (синие клетки)
Научная классификация
Королевство:
Бактерии
Тип:
Протеобактерии
Учебный класс:
Бетапротеобактерии
Заказ:
Неклассифицированный
Семья:
Candidatus Accumulibacter

Candidatus Аккумулибактер фосфатис (CAP) - это несекретный тип Бетапротеобактерии это обычный член бактериального сообщества очистка сточных вод и очистки сточных вод заводы, выполняющие усиленное биологическое удаление фосфора (EBPR)[1] и является полифосфатаккумулирующий организм. Роль CAP в EBPR была выяснена с использованием независимых от культуры подходов, таких как банки клонов 16S рРНК, которые показали Бетапротеобактерии преобладали лабораторные реакторы EBPR.[2] Дальнейшая работа с использованием банков клонов и флуоресценция на месте гибридизация идентифицировали группу бактерий, тесно связанных с Родоциклюс как доминирующий член сообществ лабораторного масштаба.[3][4]

Филогения

В настоящее время не существует культивируемых изолятов CAP, поэтому филогения штаммов CAP основана исключительно на методах молекулярной биологии. На сегодняшний день полифосфаткиназа (ppk1)[5] и ПГА-синтаза (phaC) [6] гены были использованы для характеристики популяций CAP с более высоким разрешением, чем 16S рРНК. В ppk1 Филогения используется чаще и разделяет ВП на два основных подразделения: тип I и тип II. Каждый из этих типов имеет ряд клад, которым присвоено буквенное обозначение, например IA, IIA, IIB, IIC. Экологическое обследование станций очистки сточных вод и природных водотоков 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 обогатить сообщества EBPR в лабораторных масштабах до 80% CAP [8] позволил исследовать его метаболизм с использованием мета-атомных подходов.[9][10][11] EBPR обычно ассоциируется с тремя стадиями: анаэробной, аэробной и отстаивающейся. Чтобы CAP доминировали в реакторах EBPR, они должны быть в состоянии процветать в этих условиях. Во время анаэробной фазы ВП может принимать летучие жирные кислоты и хранить эти простые источники углерода внутри клетки как полигидроксиалканоаты (PHA). В то же время внутриклеточные полифосфат разлагается с образованием АТФ, высвобождая фосфат в среду. Во время последующей аэробной фазы PHA используются для производства энергии, а фосфаты поглощаются из среды с образованием полифосфата.[1][12] Реконструкция генома из реактора EBPR, обогащенного CAP IIA, показала, что он содержит два разных типа транспортеров фосфата, транспортеры Pst с высоким сродством и транспортеры Pit с низким сродством, а также с использованием пути деградации гликогена Embden-Meyerhof (EM).[9] Кроме того, геном CAP IIA содержит азот и CO2 гены фиксации, которые указывают на то, что CAP адаптировался к средам, ограниченным углеродом и азотом. Несоответствие между геномными данными и данными о производительности реактора заключалось в отсутствии функционального гена дыхательной нитратредуктазы. Предыдущая работа показала, что CAP может использовать нитрат в качестве конечного акцептора электронов,[13] но геномные данные показывают, что периплазматический ген нитратредуктазы не мог функционировать в цепи переноса электронов, так как у него отсутствовала необходимая субъединица хинолредуктазы. Чтобы решить эти проблемы, реакторы EBPR лабораторного масштаба, обогащенные CAP IA и CAP IIA, были испытаны на предмет их способности снижать содержание нитратов.[14] CAP IA был способен сочетать восстановление нитрата с поглощением фосфата, в то время как геномно охарактеризованный CAP IIA не мог.

Рекомендации

  1. ^ а б Севиур Р.Дж., Мино Т., Онуки М. (апрель 2003 г.). «Микробиология биологического удаления фосфора в системах активного ила». FEMS Microbiol. Rev. 27 (1): 99–127. Дои:10.1016 / s0168-6445 (03) 00021-4. PMID  12697344.
  2. ^ Bond PL, Hugenholtz P, Keller J, Blackall LL (1995). «Бактериальные структуры сообществ фосфат-удаляющих и нефосфат-удаляющих активированных илов из реакторов периодического действия с секвенированием». Appl Environ Microbiol. 61 (5): 1910–1916. ЧВК  167453. PMID  7544094.
  3. ^ Хессельманн Р.П., Верлен С., Хан Д., ван дер Меер Дж. Р., Зендер А. Дж. (Сентябрь 1999 г.). «Обогащение, филогенетический анализ и обнаружение бактерии, которая выполняет повышенное биологическое удаление фосфата из активного ила». Syst Appl Microbiol. 22 (3): 454–465. Дои: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 полифосфаты, и разработка зондов, направленных на 16S рРНК, для их обнаружения и количественного определения». Appl Environ Microbiol. 66 (3): 1175–1182. Дои:10.1128 / aem.66.3.1175-1182.2000. ЧВК  91959. PMID  10698788.
  5. ^ Он S, Галл Д.Л., МакМахон К.Д. (2007). ""Candidatus Accumulibacter «популяционная структура в илах с повышенным биологическим удалением фосфора, выявленная генами полифосфаткиназ». Appl Environ Microbiol. 73 (18): 5865–5874. Дои:10.1128 / AEM.01207-07. ЧВК  2074919. PMID  17675445.
  6. ^ Ван Кью, Шао И, Хыонг В.Т., Пак В.Дж., Пак Дж.М., Чон Колорадо (2008). «Мелкомасштабная популяционная структура Accumulibacter phosphatis в илах с улучшенным биологическим удалением фосфора». J Microbiol Biotechnol. 18 (7): 1290–1297. PMID  18667859.
  7. ^ Петерсон С.Б., Варнеке Ф., Мадейска Дж., МакМахон К.Д., Гугенхольц П. (2008). «Распространение в окружающей среде и популяционная биология Candidatus Accumulibacter, основного агента биологического удаления фосфора». Environ. Микробиол. 10 (10): 2692–2703. Дои:10.1111 / j.1462-2920.2008.01690.x. ЧВК  2561248. PMID  18643843.
  8. ^ Лу Х., Оемэн А, Вирдис Б., Келлер Дж., Юань З. (2006). «Получение высокообогащенных культур фосфатов Candidatus Accumulibacter через чередующиеся источники углерода». Вода Res. 40 (20): 3838–3848. Дои:10.1016 / j.watres.2006.09.004. PMID  17070894.
  9. ^ а б Гарсиа Мартин Х., Иванова Н., Кунин В., Варнеке Ф., Барри К. В., МакХарди А. К., Йейтс С., Хе С., Саламов А. А., Сзето Е., Далин Е., Патнам Н.Х., Шапиро Х.Дж., Пангилинан Д.Л., Ригутсос И., Кирпидес Н.С., Блэколл. LL, McMahon KD, Hugenholtz P (2006). «Метагеномный анализ двух сообществ осадка с усиленным биологическим удалением фосфора (EBPR)». Nat. Biotechnol. (Представлена ​​рукопись). 24 (10): 1263–1269. Дои:10.1038 / nbt1247. PMID  16998472.
  10. ^ Уилмс П., Векслер М., Бонд ПЛ (2008). «Метапротеомика обеспечивает функциональное понимание очистки сточных вод с активным илом». PLoS ONE. 3 (3): e1778. Bibcode:2008PLoSO ... 3.1778W. Дои:10.1371 / journal.pone.0001778. ЧВК  2289847. PMID  18392150. открытый доступ
  11. ^ Хе С, Кунин В., Хейнс М., Мартин Х.Г., Иванова Н., Ровер Ф., Хугенгольц П., МакМахон К.Д. (2010). «Метатранскриптомный анализ осадка, обогащенного« Candidatus Accumulibacter phosphatis »с улучшенным биологическим удалением фосфора». Environ. Микробиол. 12 (5): 1205–1217. Дои: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 макроуровня». Вода Res. 41 (11): 2271–2300. Дои:10.1016 / j.watres.2007.02.030. PMID  17434562.
  13. ^ Конг Y, Нильсен JL, Нильсен PH (2004). «Микроавторадиографические исследования полифосфатаккумулирующих бактерий, родственных Rhodocyclus, на установках по полномасштабному биологическому удалению фосфора». Appl Environ Microbiol. 70 (9): 5383–5390. Дои:10.1128 / AEM.70.9.5383-5390.2004. ЧВК  520863. PMID  15345424.
  14. ^ Флауэрс Дж. Дж., Хе С., Йилмаз С., Ногера Д. Р., МакМахон К. Д. (2009). «Возможности денитрификации двух шламов биологического удаления фосфора, в которых преобладают разные клады Candidatus Accumulibacter». Environ Microbiol Rep. 1 (6): 583–588. Дои:10.1111 / j.1758-2229.2009.00090.x. ЧВК  2929836. PMID  20808723.