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环境学院耿金菊教授课题组在污水处理过程溶解性有机物生物转化机制研究方面取得新进展

发布于:2021-08-24 来源:环境学院 文章阅读数: 字体大小:[      ]

近日,耿金菊教授课题组利用反应组学和比较基因组学技术揭示了微生物在污水处理过程转化溶解性有机物(DOM的分工协作机制,这一成果以"Microbial Roles in Dissolved Organic Matter Transformation in Full-Scale Wastewater Treatment Processes Revealed by Reactomics and Comparative Genomics"为题发表在Environmental Science &Technology上。

污水处理过程微生物转化DOM的分工协作机制示意图

由于人类活动,DOM呈指数增长地进入水环境,导致全球化的水生态安全问题,污水处理厂的出水排放是水环境中外源DOM的主要来源之一。污水处理厂出水的DOM包括污水中未被降解的、经微生物代谢转化的以及微生物新产生的几个部分。研究DOM在污水处理过程的转化规律对DOM的控制至关重要。然而,目前对污水处理过程DOM和微生物的研究通常是单独进行,导致对微生物介导的DOM转化过程缺乏统一的认知。

因此,围绕"微生物如何参与DOM转化"这一核心问题,本研究利用比较基因组学和基于高分辨率质谱和成对分子距离(PMD)的反应组学,对实际污水生物处理过程的微生物和DOM同时进行了表征。

基于反应组学的网络分析显示了微生物在DOM转化中的分工。这种分工是由微生物的功能特征而非物种分类决定的(图1)。具体来说,核心微生物表现出快速的生长潜力和广谱底物亲和力,但缺乏异源物质代谢相关的基因。这些特点决定它们主要消耗易降解的DOM并将其转化为难降解的一级代谢产物。相反,边缘微生物在难降解DOM的利用上更具优势,但生长缓慢。它们只与特定的DOM分子联系,并可能以核心微生物的代谢物为营养源(图2)。因此,开发新技术选择性富集边缘微生物,解偶联易降解和难降解DOM的转化过程是强化DOM去除的潜在有效手段。


1 基因组(MAG)DOM的共现和PMD网络

(a) 网络的17个模块。方形节点和圆圈分别表示MAGDOM分子。配色与子图c中的相同。红色和灰色连接线分别代表MAGDOM分子和DOM分子之间的关系。(b) 显示边属性分布的桑基图。(c)基于模块内 (Zi) 和模块间 (Pi) 连接确定网络中的核心微生物和边缘微生物

2 核心微生物和边缘微生物的功能特征富集情况

(a) 富集和缺失的功能蛋白数量。(b) KEGG第二级功能的富集/缺失情况。条形表示宏基因组相应功能基因拷贝数。(c) KEGG 第三级功能通路级别)的富集/缺失情况

该论文第一作者是南京大学环境学院直博生王黎晔,通讯作者为耿金菊教授。该研究受国家自然科学基金(51978327)和江苏省自然科学基金(BK20180010)资助。

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.1c02584


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