【原】Microbiome | 异硝化还原菌的复制增加导致厌氧氨氧化生物反应器性能下降(国人作品)

推荐：江舜尧

编译：Frank

编辑：小菌菌

深圳大学化学与环境工程学院周礼杰和北京大学深圳研究生院环境与能源学院余珂等人于2020年1月24日在Microbiome发表题目为《Increased replication of dissimilatorynitrate-reducing bacteria leads to decreased anammox bioreactor performance》的文章，该文章对厌氧膜生物反应器中的厌氧菌群从接种到稳定状态的发展进行了深入分析，为厌氧氨氧化生物反应器的性能变化提供了可能的机理解释。

文章摘要

背景：厌氧铵氧化是一种去除废水中反应性氮的生物工艺。尽管大量文献描述了厌氧氨氧化生物反应器在各种操作条件和干扰下的性能，但很少有研究解决其核心微生物群落成员的代谢作用。

结果：作者通过宏基因组学研究了实验室规模的厌氧氨氧化生物反应器的微生物群落，经历接种到性能不稳定，再到性能稳定的过程。代谢分析表明，厌氧氨氧化菌群从环境中获取营养。硝酸盐异化还原为铵盐（DNRA）是与厌氧氨氧化竞争的主要脱氮途径。具有DNRA能力细菌的增殖导致厌氧氨氧化细菌与其竞争，以及生物反应器脱氮能力的丧失。这些细菌与厌氧氨氧化菌高度相关，被认为是核心微生物群落的一部分。

结论：作者的发现强调了厌氧氨氧化生物反应器内，与氮/碳循环相关的代谢相互依存的重要性，以及被视为核心微生物群落成员的细菌的潜在有害作用。

文中重要图片说明

图1 | 厌氧膜生物反应器的性能。在440天内监测反应器进水和出水中氨、亚硝酸盐和硝酸盐的浓度。

图2 | 利用细菌的相对丰度分析生物反应器的群落簇。a，基于六个时间点的成对相关的细菌聚类热图。热图左侧的彩色方块和条形图显示了基于相对丰度的分组：黄色表示A组；蓝色表示B组；紫色表示C组；红色表示D组。热图右侧的黑色星标记厌氧氨氧化细菌。b，细菌和时间点的二维nMDS投影，显示了细菌的关联（以及特定时间点的相对丰度）。

图3 | 在生物反应器的整个生命周期中菌群的相对丰度。a，基于与基因组草图匹配的16S rRNA OTU，细菌A–D组的相对丰度，颜色分组同图2，但Brocadia已从D组中删除并用黑色表示，图上方的绿点表示采样的时间点。

图4 | 基于KEGG模块完整性的细菌群落代谢谱。a，热图通过KEGG模块的完整性显示基因组的聚类。黑色矩形表示一组细菌中模块完整性的提高（与其他细菌相比），红色矩形表示模块完整性降低，右侧的黑星标记为Brocadia。b，每个代谢簇中各成员的菌门相对丰度。。

图5 | 生物反应器中菌群的代表性代谢图。

图6 | 厌氧氨氧化生物反应器中的氮循环。

图7 | 厌氧氨氧化生物反应器中各代谢基团之间潜在的代谢相关性。箭头指向接收代谢物的组，箭头宽度与所提供的给定类型的代谢物的比例成正比。

图8 | 细菌生长和氮代谢与厌氧氨氧化性能不稳定有关。 a，使用不同的基因组作为参考的第328和284天之间选定细菌的对数比变化分布。b，第166和284天的复制率值。c，所选细菌中氮代谢途径的相对丰度。

图9 | 三个厌氧菌微生物群落的系统发育分析。 a，基于15个串联核糖体蛋白比对的最大似然树。当前厌氧氨氧化菌群落的基因组以红色虚线标记，来自Speth和Lawson等人先前研究的群落基因组分别用绿色和蓝色虚线标记，黑星标记Brocadia。b，三个微生物群落中主要门的相对丰度。

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