Wykorzystanie metody PCR-DGGE do badania zmienności genotypowej bakterii zasiedlających złoże tarczowe oczyszczające modelowe ścieki koksownicze

• Autorzy: Ziembińska-Buczyńska A. , Cema G. , Kalbarczyk M. , Żabczyński S.

Warianty tytułu

EN

Application of PCR-DGGE to study genotypic variability of bacteria inhabiting rotating biological contactors treating synthetic coke wastewater

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Ze względu na znaczny ładunek azotu amonowego, którym charakteryzują się ścieki koksownicze, dostrzeżono możliwość wykorzystania procesu beztlenowego utleniania amoniaku (Anammox) w procesie biologicznego oczyszczania tych ścieków. W czasie 8-miesięcznego eksperymentu zbadano bioróżnorodność i zmienność mikroorganizmów błony biologicznej w złożu tarczowym oczyszczającym modelowe ścieki koksownicze, ze szczególnym uwzględnieniem grupy bakterii Anammox. Wykorzystując metodę PCR-DGGE wykazano, że w biofilmie złoża tarczowego funkcjonują bakterie z grupy Anammox. Możliwe, że w trakcie trwania eksperymentu nieznany czynnik środowiskowy (prawdopodobnie nagromadzenie azotanów(III)) spowodował znaczne zubożenie biocenozy bakterii Anammox, powodując jednocześnie zmianę jakościową w strukturze całości konsorcjum bakterii. Pomimo zmian jakościowych poziom bioróżnorodności bakterii w trakcie trwania eksperymentu był względnie stały. W oparciu o uzyskane wyniki można przypuszczać, że polimerazy typu TAQ amplifikują cześć materiału DNA ze złoża tarczowego w sposób niespecyficzny, tj. nieulegający rozdziałowi w gradiencie czynnika denaturującego. Zakłada się konieczność wykorzystania innego typu polimerazy (np. proofreading) i/lub zmiany gradientu DGGE w celu rozwiązania tego problemu.

EN

High ammonia nitrogen load of coke plant wastewater provided an opportunity to use the Anammox (ANaerobic AMmonium OXidation) process for its biological treatment. Biodiversity and variability of microorganisms in rotating biological contactor (RBC) biofilm treating synthetic coke wastewater was analyzed in the eight-month experiment with the main focus on the Anammox bacteria. Using PCR-DGGE (polymerase chain reaction – denaturing gradient gel electrophoresis) it was shown that the RBC biofilm was populated by Anammox bacteria. Possibly, an unknown environmental factor (probably nitrate(III) build-up) caused significant decrease in Anammox bacteria number, leading to a qualitative change in the total bacterial community structure at the same time. However, despite qualitative changes the bacterial biodiversity level remained relatively constant during the course of the experiment. On the basis of the obtained results it may be assumed that TAQ polymerases amplify part of DNA material from the RBC in a non-specific manner and this material is not separated properly in denaturing gradient. Use of other type of polymerase (e.g. proofreading) and/or change of DGGE gradient is presumed necessary as a solution to this problem.

Słowa kluczowe

PL

bakterie Anammox; monitoring zmienności genotypowej; ścieki przemysłowe

EN

Anammox bacteria; genotypic monitoring; industrial wastewater

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 36, nr 1
• Strony: 3--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz.

Twórcy

autor

Ziembińska-Buczyńska A.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice

autor

Cema G.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice

autor

Kalbarczyk M.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice

autor

Żabczyński S.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• 1. B. BARTKIEWICZ: Oczyszczanie Ścieków Przemysłowych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002.
• 2. C.A. PAPADIMITRIOU, X. DABOU, P. SAMARAS, G.P SAKELLAROPOULOS: Coke oven wastewater treatment by two activated sludge systems. Global NEST Journal 2006, Vol. 8, No. 1, pp. 16–22.
• 3. P. NING, H.-J., BART, Y. JIANG, A. de HAAN, C. TIEN: Treatment of organic pollutants in coke plant wastewater by the method of ultrasonic irradiation, catalytic oxidation and activated sludge. Separation and Purification Technology 2005, Vol. 41, No. 2, pp. 133–139.
• 4. P. BURMISTRZ, A. ROZWADOWSKI: Nowoczesne metody oczyszczania ścieków koksowniczych. KARBO 2008, vol. 4, ss. 192–197.
• 5. E. BRODA: Two kinds of lithotrophs missing in nature. Zeitschrift für allgemeine Mikrobiologie 1977, Vol. 17, No. 6, pp. 491–493.
• 6. N.M. MOHAMED, K. SAITO, Y. TAL, R.T. HILL: Diversity of aerobic and anaerobic ammonia-oxidizing bacteria in marine sponges. The ISME Journal 2010, Vol. 4, pp. 38–48.
• 7. S. ZHOU, C. WEI, L. KE, H. WU: PCR-DGGE as a supplemental method verifying dominance of culturable microorganisms from activated sludge. Journal of Microbiology and Biotechnology 2010, Vol. 20, No. 11, pp. 1592–1596.
• 8. B. KOŁWZAN: Analiza zjawiska biofilmu – warunki jego powstawania i funkcjonowania (Analysis of biofilms – their formation and functioning). Ochrona Środowiska 2011, vol. 33, nr 4, ss. 3–14.
• 9. A. ZIEMBIŃSKA, A. RASZKA, J. TRUU, J. SURMACZ-GÓRSKA, K. MIKSCH: Molecular analysis of temporal changes of a bacterial community structure in activated sludge using denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) and fluorescent in situ hybridization (FISH). Polish Journal of Microbiology 2007, Vol. 56, No. 2, pp. 119–127.
• 10. Q. YANG, Z. JIA, R. LIU, J. CHEN, Molecular diversity and anammox activity of novel planctomycete-like bacteria in the wastewater treatment system of a full-scale alcohol manufacturing plant. Process Biochemistry 2007, Vol. 42, pp. 180–187.
• 11. P. LI, Y. WANG, Y.H. WANG, K. LIU, L. TONG: Bacterial community structure and diversity during establishment of an anaerobic bioreactor to treat swine wastewater. Water Science and Technology 2010, Vol. 1, pp. 243–252.
• 12. Y.M. KIM, D. PARK, D.S. LEE, J.M. PARK: Instability of biological nitrogen removal in a cokes wastewater treatment facility during summer. Journal of Hazardous Materials 2007, Vol. 141, pp. 27–32.
• 13. B. SZATKOWSKA, E. PLAZA: Temperature as a factor influencing the Anammox process performance. Water and Environmental Management Series, Young Researchers 2006, pp. 51–58.
• 14. G. CEMA, J. WISZNIOWSKI, S. ŻABCZYŃSKI, E. ZABŁOCKA-GODLEWSKA, A. RASZKA, J. SURMACZ-GÓRSKA: Biological nitrogen removal from landfill leachate by deammonification assisted by heterotrophic denitrification in rotating biological contactor (RBC). Water Science and Technology 2007, Vol. 55, No. 8–9, pp. 35–42.
• 15. J. VÁZQUEZ-PADÍN, I. FERNÁDEZ, M. FIGUEROA, A. MOSQUERA-CORRAL, J.-L. CAMPOS, R. MÉNDEZ: Applications of Anammox based processes to treat anaerobic digester supernatant at room temperature. Bioresource Technology 2009, Vol. 100, No. 12, pp. 2988–2994.
• 16. H.J.M. Op den CAMP, M.S.M. JETTEN, M. STROUS: Anammox. In: H. BOTHE, S.J. FERGUSON, W.E. NEWTON [Eds.]: Biology of the Nitrogen Cycle, Elsevier B.V., Amsterdam 2007, pp. 245–262.
• 17. A. ZIEMBIŃSKA, S. CIESIELSKI, J. WISZNIOWSKI: Comparison of PCR-DGGE and nested-PCR-DGGE approach for ammonia oxidizers monitoring in membrane bioreactor activated sludge. Archives of Environmental Protection 2014 (in press).
• 18. W. van der STAR, A.I. MICLEA, U.G. van DONGEN, G. MUYZER, C. PICIOREANU, M.C. van LOOSDRECHT: The membrane bioreactor: A novel tool to grow anammox bacteria as free cells. Biotechnology and Bioengineering 2008, Vol. 101, No. 2, pp. 286–294.