Den allt tillgängligare DNA-sekvenseringen användes för kvantifiering av mikroberna i två polska avloppsverk med kväverening och biologisk fosforreduktion. Resultatet jämfördes med liknande studier av danska avloppsverk och likheter och skillnader kommenteras.
Av: Jörgen Hanaeus
De mikrobiella kulturerna i de aktiva slammen i två polska avloppsverk har kvantifierats genom sekvensering av 16S rRNA vid ett par tillfällen under två år. Jämförelse gjordes med en studie från danska avloppsverk som gjorts vid Ålborgs universitet.
De mikrobiella samhällena visade stora likheter, men diversiteten i de polska verken var mindre. De dominerande arterna fanns i större mängder i polska verk och 30 av dem stod för hälften av alla arter.
De polska verken hade fler bakterier som var aktiva med omvandling av organiskt material (COD) och kväve (Proteobacteria och Bacteroidetes) medan de danska verken dominerades av polyfosfatackumulerande bakterier. De polska verken visade större säsongsvariationer.
Bakgrund
Utvecklingen av kunskaper om det aktiva slammets mikrobiologi har gått från odlingsmetoder till in situ hybridisering (FISH). Därefter har kostnaderna för DNA-baserade sekvenseringsmetoder minskat påtagligt; de har utvidgats och blivit pålitligare och de är därför ett gott och växande alternativ.
Den mikrobiella diversiteten är mycket stor, så in situ-bestämning av arterna i ett aktivt slam kan inte göras komplett. En dansk forskargrupp beslöt att försöka definiera en kärngrupp av bakterier (core community) med tanken att omvandlingen av kol skulle kunna beskrivas av kärngruppens förekomst. Forskargruppen drog slutsatsen att 63 operationella taxonomiska enheter (OTU:s) svarade för 68 % av antalet avläsningar och benämnde dessa 63 som kärngrupp.
I Polen fanns före den här aktuella studien ingen tillförlitlig databas om förekomst av bakterier i aktivt slam mätt med molekylära metoder. Här har två polska avloppsverk studerats under två år med DNA-sekvensering för att hitta de mest frekventa bakterieslagen och finna deras funktion i systemet, liksom att få en uppfattning om situationen över tid. Vidare har gjorts en avstämning mot den danska kärngruppen.
Anläggningar och metod
De två polska verk som undersöktes, benämnda 1 resp 2, var båda för ca 75 000 pe och hade mekanisk rening, kväverening (nitri + denitrifikation) och väldefinierade bio-P-steg ibland stöttade av Fe-dosering (PIX).
Verket 1, med enbart kommunalt avloppsvatten, hade anaerob-anoxisk-aerob (A2O) reaktor och en fördenitrifikationstank, medan verket 2, med industriellt tillskott till det kommunala vattnet, tillämpade Kapstadensystemet (UCT) för koloxidation. Verk 1 hade problem med slamsvällning och svag N-reduktion, medan verk 2 periodvis hade problem med dåligt sjunkande slam och skumbildning.
Prov togs i mars och september (stickprov på det aktiva slammet i aerob bassäng 3 dm under ytan) under två år och lagrades med is till DNA extraktion genomfördes. Antalet 16S rRNA för varje bakterie i provet räknades och blev ett mått på förekomsten av resp bakterie.
Resultat
De dominerande bakterieslagen befanns tillhöra arterna Proteobacteria och Bacteroidetes.De 30 mest frekventa bakteriegrupperna täckte mer än hälften av det mikrobiologiska samhället. Förekomsten låg för varje grupp mellan 0,7 till 9 %.
Den dominerande denitrifieraren, heterotrofen och proteobakterien Rhodoferax nådde hela 19 % under en av provperioderna. Den näst mest frekventa gruppen var bacteroideten Flavobacterium med ca 4 %. Merparten av de funna arterna tillhörde den ovan nämnda (danska) kärngruppen.
Ett fåtal arter representerade faktiska skillnader mellan de två polska verken. Det gällde främst Ferruginibacter.
Skillnader mellan tidsperioder och verk söktes även genom principalkomponentanalys (PCA).
Vid jämförelse mellan polska och danska verk saknades i Polen nästan tre heterotrofa arter som dominerade de danska verken: Tetrasphaerea, Trichococcus och Microthrix, där de förstnämnda är typiska vid biologisk fosforreduktion och där de sistnämnda har filamentkaraktär.
De dominerande grupperna i de polska verken: Proteobacteria och Bacteroidetes var ovanliga vid de danska verken. I allmänhet var diversiteten mindre i de polska verken.
Förslag gavs även på bakteriearter som kan ha förorsakat driftproblemen vid de polska verken.
Slutsatser
Rubrikfrågan om skillnad mellan de mikrobiologiska samhällena i danska och polska avloppsverk kan nog upplevas som akademisk i den praktiska verksutvecklingen. Budskapet är snarare att de DNA-sekvenserande analysmetoderna har avancerat och medger att detaljerade frågor ställs; dvs att mikrokulturerna kan spåras noggrannare vad gäller förekomst, men också avseende roller i bassängarbetet.
Källa: Mikbedzka, A.1) & Muszynski, A.2) (2017): Can DNA sequencing show differences between microbial communities in Polish and Danish wastewater treatment plants?. Water Science & Technology, 75.6, pp 1447-1454.
Författarna från:
1) Department of Molecular Phylogenetics and Evolution, Institute of Botany, Faculty of Biology, University of Warsaw, Warsaw, Poland.
2) Faculty of Building Services, Hydro and Environmental Engineering, Department of Biology, Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland.
Kontakt: amilobedzka@biol.uw.edu.pl
