Tytuł artykułu
Autorzy
Wybrane pełne teksty z tego czasopisma
Identyfikatory
Warianty tytułu
Analiza molekularna mikroorganizmów odpowiedzialnych za prowadzenie pierwszej fazy nitryfikacji w środowisku anoksycznym
Języki publikacji
Abstrakty
Ammonia-oxidizing bacteria communities were evaluated in a completely mixed, laboratory scale membrane reactor (MBR) working under anoxic conditions for 5 months. The microorganisms in activated sludge were fed a synthetic medium containing 66-150 mg NH4 +-N/l. The age of the activated sludge in MBR was 50 days and the hydraulic retention time (HRT) was 3.3 days. The estimation of the diversity and complexity of the AOB community together with the identification of the dominant bacteria in the activated sludge under anoxic conditions were performed using denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) and DNA sequencing. Molecular analysis of the microbial community carried out with two microbial molecular markers, 16S rRNA gene and amoA gene, suggested that nitrification was led by a Nitrosomonas-like species. In the biocenosis of the investigated bioreactor, oxygen was the crucial selective parameter. The results obtained in this work showed that amoA gene research is more suitable to study the stability and effectiveness of ammonia oxidation. This information emphasizes the necessity of the usage of molecular markers based on functional genes instead of ribosomal ones in order to present the actual state of the process performed in bioreactors. It was also stated that Nitrosomonas -like bacteria are able to perform nitritation even in anoxic environment, that is probably the reason why these bacteria are the most common AOB in different bioreactors.
W eksperymencie badano grupę bakterii utleniających amoniak w bioreaktorze membranowym całkowitego wymieszania (MBR), pracującym w warunkach anoksycznych przez 5 miesięcy. Osad czynny zasilano pożywką syntetyczną, zawierającą 66-150 mg N-NH4 +/l. Wiek osadu wynosił 50 dni, a hydrauliczny czas zatrzymania - 3,3 dnia. Oszacowanie różnorodności i złożoności zbiorowiska bakterii utleniających amoniak oraz identyfikacja mikroorganizmów dominujących w badanym osadzie czynnym w warunkach anoksycznych została przeprowadzona metodą elektroforezy w gradiencie denaturacji (DGGE) i sekwencjonowania DNA. Analiza molekularna biocenozy, przeprowadzona z użyciem dwóch markerów molekularnych: genu kodującego 16S rRNA i genu kodującego monooksygenazę amonową (amoA), wykazała, że proces nitritacji był prowadzony przez gatunki bakterii z rodzaju Nitrosomonas. W biocenozie badanego bioreaktora stężenie tlenu było głównym parametrem selekcyjnym dla nitritatorów. W badaniach wykazano, że markerem molekularnym sprawdzającym się lepiej w monitoringu efektywności procesu nitryfikacji pierwszej fazy jest gen amoA. Te dane podkreślają, że w badaniach efektywności prowadzonego procesu zachodzącego w bioreaktorach, informacje uzyskiwane z markerów funkcjonalnych mają większą wartość niż uzyskane z markerów rybosomalnych. Stwierdzono również, że bakterie Nitrosomonas sp. są zdolne do prowadzenia nitritacji w warunkach anoksycznych i prawdopodobnie z tego powodu są najczęściej spotykaną bakterią utleniającą amoniak.
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
89--98
Opis fizyczny
Bibliogr. 25 poz., tab., wykr.
Twórcy
autor
autor
autor
autor
- The Silesian University of Technology, Faculty of Power and Environmental Engineering, Environmental Biotechnology Department, aleksandra.ziembinska@polsl.pl
Bibliografia
- [1] Albertson O.E., J. Coughenour: Aerated anoxic oxidation-denitrification process. Journal of Environmental Engineering, 121, 720-726 (1995).
- [2] Bothe H., G. Jost, M. Schloter, B.B. Ward, K.-P. Witzel: Molecular analysis of ammonia oxidation and denitrification in natural environments, FEMS Microbiology Reviews, 24, 673-690 (2000).
- [3] Chamchoi, N., S. Nitisoravut: Anammox enrichment from different conventional sludges, Chemosphere, 66, 2225-2232 (2007).
- [4] Diab S., M. Kochba, D. Mires, Y. Avnimelech: Combined intensive-extensive (CIE) pond system. A: Inorganic nitrogen transformations, Aquaculture, 101, 33-39 (1992).
- [5] Freitag T.E., J.I. Prosser: Community Structure of Ammonia-Oxidizing Bacteria within Anoxic Marine Sediments, Applied and Environmental Microbiology, 69, 1359-1371 (2003).
- [6] Hastings R.C., J.R. Saunders, G.H. Hall, R.W. Pickup, A.J. McCarthy: Application of molecular biological techniques to a seasonal study of ammonia oxidation in a eutrophic freshwater lake, Applied and Environmental Microbiology, 64, 3674-3682 (1998).
- [7] Kowalchuk G.A., J.R. Stephen, W. De Boer, J.I. Prosser, T.M. Embley, J.W. Woldendorp: Analysis of ammonia-oxidizing bacteria of the β subdivision of the class Proteobacteria in coastal sand dunes by denaturing gradient gel electrophoresis and sequencing of PCR-amplified 16S ribosomal DNA fragments, Applied and Environmental Microbiology, 63, 1489-1497 (1997).
- [8] Kowalchuk G.A., P.L.E. Bodelier, G.H.J. Heilig, J.R. Stephen, H.J. Laanbroek: Community analysis of ammonia-oxidizing bacteria, in relation to oxygen availability in soil and root-oxygenated sediments, using PCR, DGGE and oligonucleotide probe hybridization, FEMS Microbiology Ecology, 27, 339-350 (1998).
- [9] Layton A.C., H. Dionisi, H.-W. Kuo, K.G. Robinson, V.M. Garrett, A. Meyers, G.S. Sayler: Emergence of Competitive Dominant Ammonia-Oxidizing Bacterial Populations in a Full-Scale Industrial Wastewater Treatment Plant, Applied and Environmental Microbiology, 71, 1105-1108 (2005).
- [10] Ludwig W., K. - H. Schleifer: Phylogeny of bacteria beyond the 16S rRNA standard, ASM News, 65, 752-757 (1999).
- [11] Mortimer R.J.G., S.J. Harris, M.D. Krom, T.E. Freitag, J.I. Prosser, J. Barnes, P. Anschutz, P.J. Hayes, I.M. Davies: Anoxic nitrification in marine sediments. Marine Ecology Progress Series, 276, 37-51 (2004).
- [12] Muyzer G., E.C. De Waal, A.G. Uitierlnden: Profiling of complex microbial populations by denaturing gradient gel electrophoresis analysis of polymerase chain reaction-amplified genes coding for 16S rRNA, Applied and Environmental Microbiology, 59, 695-700 (1993).
- [13] Opelt K., Ch. Berg, S. Schönmann, L. Eberl, G. Berg: High specificity but contrasting biodiversity of Sphagnum-associated bacterial and plant communities in bog ecosystems independent of the geographical region, ISME Journal, 1, 502-516 (2007).
- [14] Park H.-D., J.M. Regan, D.R. Noguera: Molecular analysis of ammonia-oxidizing bacterial populations in aerated-anoxic orbal processes. Water Science and Technology, 46, 273-280 (2002).
- [15] Painter H.A.: A review of literature on inorganic nitrogen metabolism in micro-organisms. Water Research, 4, 393-450 (1970).
- [16] Purkhold U., A. Pommerening-Röser, S. Juretschko, M.C. Schmid, H.-P. Koops, M. Wagner: Phylogeny of all recognized species of ammonia oxidizers based on comparative 16S rRNA and amoA sequence analysis: implications for molecular diversity surveys, Applied and Environmental Microbiology, 66, 5368-5382 (2000).
- [17] Purkhold U., M. Wagner, T. Timmermann, A. Pommerening-Röser, H.-P. Koops: 16S rRNA and amoAbased phylogeny of 12 novel betaproteobacterial ammonia-oxidizing isolates: extension of the dataset and proposal of a new lineage within the Nitrosomonas, International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 53, 1485-1494 (2003).
- [18] Rotthauwe J.H., K.P. Witzel, W. Liesack: The ammonia monooxygenase structural gene amoA as a functional marker: molecular fine-scale analysis of natural ammonia-oxidizing populations, Applied and Environmental Microbiology, 63, 4704-4712 (1997).
- [19] Schmidt I., E. Bock: Anaerobic ammonia oxidation by cell-free extracts of Nitrosomonas eutropha, Antonie van Leeuwenhoek, 73, 271-278 (1998).
- [20] Schmidt I., P.J.M. Steenbakkers, H.J.M. op den Camp, K. Schmidt, M.S.M. Jetten: Physiologic and proteomic evidence for a role of nitric oxide in biofilm formation by Nitrosomonas europaea and other ammonia oxidizers, Journal of Bacteriology, 186, 2781-2788 (2004).
- [21] Stephen J.R., A.E. McCaig, Z. Smith, J.I. Prosser, T.M. Embley: Molecular diversity of soil and marine 16S rRNA gene sequences related to beta-subgroup ammonia-oxidizing bacteria, Applied and Environmental Microbiology, 62, 4147-4154 (1996).
- [22] Wanner J.: Microbial population dynamics in biological wastewater treatment plant., 35-59. [In:] Microbial Community Analysis: The key to the design of biological wastewater treatment systems. T. E. Cloeteand, N. Y. O. Muyima (eds), IAWQ, London (1997).
- [23] Yu Z., M. Yu, M. Morrison: Improved serial analysis of V1 ribosomal sequence tags (SARST-V1) provides a rapid, comprehensive, sequence-based characterization bacterial diversity and community composition, Environmental Microbiology, 8, 603-611 (2006).
- [24] Ziembińska A., S. Ciesielski, K. Miksch: Ammonia oxidizing bacteria community in activated sludge monitored by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE), Journal of General and Applied Microbiology, 55, 373-380 (2009).
- [25] Ziembińska A., S. Ciesielski, J. Wiszniowski: DGGE-based monitoring of bacterial diversity in activated sludge dealing with wastewater contaminated by organic petroleum compounds, Archives of Environmental Protection, 4/36, 119-125 (2010).
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BUS8-0008-0030