Анализ метагенома раскрывает механизмы микробной очистки сточных вод

Исследователи изучили микробные сообщества в лабораторных биореакторах, разлагающих загрязнённые сточные воды от переработки золотой руды.

Это первое применение метагеномики с разрешением на уровне геномов для характеристики биореакторов, используемых в золотодобыче. Данные показывают, как биореакторы используют доступные питательные вещества в сточных водах, и позволяют наблюдать, какие микроорганизмы доминируют в сообществах. Это поможет улучшить стратегии микробной ремедиации.

Исследование стало возможным благодаря Программе возможностей новых технологий (ETOP), запущенной в 2013 году Объединённым институтом генома Министерства энергетики США (DOE JGI). В рамках программы был одобрен проект пионера метагеномики Джилл Бэнфилд из Калифорнийского университета в Беркли, направленный на создание инструментов для выделения и изучения почти полных и полных микробных геномов из образцов окружающей среды.

Чтобы сделать состав и активность микробных сообществ более доступными для геномного анализа, учёные сфокусировались на лабораторных биореакторах, рассматриваемых как метод очистки сточных вод от переработки золотой руды. Из биоплёнки и супернатанта биореакторов команда восстановила черновые и отредактированные микробные геномы с помощью высокопроизводительного метагеномного секвенирования.

• В одном биореакторе разлагалась смесь цианида (CN⁻) – используемого при обработке руды – и тиоцианата (SCN⁻) – побочного продукта процесса.
• В другом биореакторе разлагался только тиоцианат.

Анализ выявил сложное сообщество, содержащее новые организмы и гены, и позволил:

• Описать структуру микробных сообществ.
• Схематично представить потенциальные пути потока питательных веществ.
• Обнаружить, что микробы не используют патоку, добавленную в среду, в качестве источника энергии, что может снизить эксплуатационные затраты на коммерческом масштабе.
• Выявить общие функции (например, адаптация к колебаниям температуры и кислорода) и уникальные (например, полный путь денитрификации у одного вида в биореакторе CN⁻/SCN⁻).

В конечном итоге, это исследование предоставляет научному сообществу новые подходы для характеристики микробных сообществ, участвующих в процессах, важных для DOE, включая поддержку растений – сырья для биоэнергетики, круговорот углерода в наземных экосистемах и очистку отходов.