I en algodlingskanal (HRAP = High rate algal pond) har interaktionen mellan bakterier och virus i två storleksklasser undersökts med flödescytometri där DNA och partikelstorlek används som indikatorer.
Av: Jörgen Hanaeus
HRAP är grunda, omblandade algodlingssystem för avloppsvatten. Förutom mikroalger är bakterier och virus aktiva i HRAP-en. Relationerna mellan dessa är ofullständigt kända. Avloppsvatten som behandlats i HRAP-en provtogs och undersöktes med flödescytometri. Det medgav uppdelning av mikroorganismerna i kategorierna bakterier, viruslika partiklar och stora viruslika partiklar. Snabba fluktuationer (entimmesnivå) för dessa partiklar observerades.
Sambanden mellan bakterier och viruslika partiklar varierade medan korrelation fanns mellan
grupperna övriga och stora virusliknande partiklar (R2 = 0,588), vilket indikerar interaktion mellan dessa grupper.
Bakgrund
På rund av låga kostnader för investering, drift och underhåll har HRAP-systemet (oval, grund (0,3-0,5m) kanal med en paddel som svarar för vattnets rörelse och omblandning) fått stor spridning för avskiljning av organiskt material och andra näringsämnen ur avloppsvatten.
Mikroalger och bakterier arbetar i symbios, så att ljusstrålning fotosyntetiserar alger av koldioxiden under syreproduktion. Bakterierna konsumerar syret och arbetar med nedbrytningen av organiskt material varvid koldioxid bildas och nya alger kan syntetiseras.
Mikroorganismerna interagerar med varandra för att uppnå fördelar i överlevnad. Interaktionerna kan vara av flera slag: predation, parasitism, mutualism, commensalism, amensalism och konkurrens. Dessa interaktioner kan påverka (positivt eller negativt) det dominerande samarbetet mellan mikroalger och bakterier i en HRAP.
En känd parasitisk interaktion sker mellan virus och bakterier. Virus som infekterar bakterier benämns bakteriofager och är föreslagna som viktiga bakteriedödare i akvatiska miljöer. Bakterieförekomst i HRAPs har detekterats med agarplattor och plackanalys. Dessa metoder visar bara på 1 % av bakteriearterna eftersom övriga är beroende av metaboliter från symbiotiska partners.
Flödescytometri är en modern teknik för att detektera ett större spektrum av bakterier och använder laser för att spåra fluorescence från DNA (skattning) och ljusreflexion som ett mått på partikelstorlek.
Material och metod
Här studeras med flödescytometri förekomst av bakterier och virus i en HRAP i Kingston on Murray i södra Australien.
HRAPen hade en yta av 200 m2 och drevs med ett vattendjup av 0,3 m. Avloppsvattnet (från 300 pe) var förbehandlat i slamavskiljare. Tillförseln var 12 m3/d fördelat på 6 tillfällen om vardera 2 m3 vilket gav en medeluppehållstid av 4,5 d. Ythastigheten var 0,2 m/s. Prov togs nära paddelhjulet två ggr/d; kl 03 och 15 i perioden september till november 2017. Tre prov per dygn togs också på ingående vatten. Syrehalt och pH mättes kontinuerligt; väderdata hämtades från Renmark-stationen 3 mil bort.
Cytometern (Cytoflex S) kalibrerades; reagensens påverkan mättes, varefter varje prov kördes i 2 min med lågt flöde, 10 µL/min.
Partiklarna karakteriserades i tre grupper: bakterier, viruslika partiklar (VLP) och stora, viruslika partiklar (LVLP).
Resultat
Resultaten presenteras främst i cytogram, en log-logframställning där ordinatan står för
SYBR-1 som ger ett mått på DNA och abskissan för sidospridningspulsens höjd som ger ett mått på partikelstorlek. Områden för de tre partikelkategorierna kunde identifieras i sytogrammen.
I allmänhet visade antalen av de båda viruskategorierna liknande mönster. De mindre virusen (grupp VLP) var störst till antalet i HRAP:en, 108 till 1010 celler/mL. Vid några skarpare förändringar noterades att virusantalen steg medan bakterieantalen sjönk. En del stora antalsförändringar inträffade på timnivå. Algpopulationens dynamik mättes inte, varför fler studier behövs för en större förståelse.
Ytterligare samband återfanns mellan virustalen och solstrålningsintensiteten. Alla tre grupperna ökade i antal vid högre pH vilket ansågs intressant, då de vanliga fekala indikatorerna inaktiveras vid högt pH. Vidare var antalen i de tre grupperna höga vid låga halter löst syre. Flera samband diskuteras i artikeln.
Slutsatser
De erhållna sambanden saknar inte intresse, men den använda tekniken och kanske, i ännu högre utsträckning, sökandet efter symbiotiska effekter på mikroorganismnivå i tillämpad teknik är något som kan förväntas öka i framtiden. Cytometritekniken är dock inte vardagsnära ännu.
Källa: Hisee, A.R., Hisee, M. McKerral, J.C., Rosenbauer, S.R., Paterson, J.S., Mitchell. J.G. & Fallowfield, H.J. (2020): Changes of viral and prokaryote abundances in a high rate algal pond using flow cytometry detection, Water Science & Technology, 82.6, pp 1062-1069.
Författarna från:
College of Science and Engineering, Flinders University, Adelaide, Australia.
Kontakt: ashleigh.hisee@flinders.edu.au
