Published December 5, 2018
| Version v1
Publication
Open
Occurrence and Fate of Ultramicrobacteria in a Full-Scale Drinking Water Treatment Plant
Creators
- 1. University Town of Shenzhen
- 2. Tsinghua University
- 3. Peking University
Description
Ultramicrobacteria (UMB) are omnipresent and numerically dominate in freshwater, as microbes can present in drinking water systems, however, the UMB communities that occur and their removal behaviors remain poorly characterized in drinking water treatment plants (DWTPs). To gain insights into these issues, we profiled bacterial cell density, community structure and functions of UMB and their counterpart large bacteria (LB) using flow cytometry and filtration paired with 16S rRNA gene high-throughput sequencing in a full-scale DWTP. Contrary to the reduction of bacterial density and diversity, the proportion of UMB in the total bacteria community increased as the drinking water treatment process progressed, and biological activated carbon facilitated bacterial growth. Moreover, UMB were less diverse than LB, and their community structure and predicted functions were significantly different. In the DWTP, UMB indicator taxa were mainly affiliated with α/β/γ-Proteobacteria, Deinococcus-Thermus, Firmicutes, Acidobacteria, and Dependentiae. In particular, the exclusive clustering of UMB at the phylum level, e.g., Parcubacteria, Elusimicrobia, and Saccharibacteria, confirmed the fact that the ultra-small size of UMB is a naturally and evolutionarily conserved trait. Additionally, the streamlined genome could be connected to UMB, such as candidate phyla radiation (CPR) bacteria, following a symbiotic or parasitic lifestyle, which then leads to the observed high connectedness, i.e., non-random intra-taxa co-occurrence patterns within UMB. Functional prediction analysis revealed that environmental information processing and DNA replication and repair likely contribute to the higher resistance of UMB to drinking water treatment processes in comparison to LB. Overall, the study provides valuable insights into the occurrence and fate of UMB regarding community structure, phylogenetic characteristics and potential functions in a full-scale DWTP, and it is a useful reference for beneficial manipulation of the drinking water microbiome.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تنتشر البكتيريا فائقة الصغر (UMB) في كل مكان وتهيمن عدديًا على المياه العذبة، حيث يمكن أن توجد الميكروبات في أنظمة مياه الشرب، ومع ذلك، تظل مجتمعات UMB التي تحدث وسلوكيات إزالتها سيئة الوصف في محطات معالجة مياه الشرب (DWTPs). للحصول على رؤى حول هذه القضايا، قمنا بتوصيف كثافة الخلايا البكتيرية وهيكل المجتمع ووظائف UMB والبكتيريا الكبيرة المناظرة لها (LB) باستخدام قياس التدفق الخلوي والترشيح المقترن بتسلسل الجين 16S rRNA عالي الإنتاجية في DWTP كامل النطاق. على عكس انخفاض الكثافة البكتيرية والتنوع، زادت نسبة UMB في مجتمع البكتيريا الكلي مع تقدم عملية معالجة مياه الشرب، وسهل الكربون المنشط البيولوجي نمو البكتيريا. علاوة على ذلك، كانت UMB أقل تنوعًا من LB، وكان هيكلها المجتمعي ووظائفها المتوقعة مختلفة بشكل كبير. في DWTP، كانت أصناف مؤشر UMB مرتبطة بشكل أساسي بـ α/β/γ - Proteobacteria و Deinococcus - Thermus و Firmicutes و Acidobacteria و Dependentiae. على وجه الخصوص، أكد التجميع الحصري لـ UMB على مستوى الشعبة، على سبيل المثال، Parcubacteria و Elusimicrobia و Saccharibacteria، حقيقة أن الحجم الصغير جدًا لـ UMB هو سمة محفوظة بشكل طبيعي وتطوري. بالإضافة إلى ذلك، يمكن ربط الجينوم المبسط بـ UMB، مثل بكتيريا إشعاع الشعب المرشحة (CPR)، باتباع نمط حياة تكافلي أو طفيلي، مما يؤدي بعد ذلك إلى الترابط العالي الملحوظ، أي أنماط التواجد المشترك غير العشوائي داخل الضريبة داخل UMB. كشف تحليل التنبؤ الوظيفي أن معالجة المعلومات البيئية وتكرار الحمض النووي وإصلاحه من المحتمل أن يساهم في زيادة مقاومة UMB لعمليات معالجة مياه الشرب مقارنة بـ LB. بشكل عام، تقدم الدراسة رؤى قيمة حول حدوث ومصير UMB فيما يتعلق ببنية المجتمع والخصائص الوراثية والوظائف المحتملة في DWTP كامل النطاق، وهي مرجع مفيد للتلاعب المفيد بميكروبيوم مياه الشرب.Translated Description (French)
Les Ultramicrobactéries (UMB) sont omniprésentes et numériquement dominantes en eau douce, car les microbes peuvent être présents dans les systèmes d'eau potable. Cependant, les communautés UMB qui se produisent et leurs comportements d'élimination restent mal caractérisés dans les stations de traitement de l'eau potable (DWTP). Pour mieux comprendre ces problèmes, nous avons profilé la densité cellulaire bactérienne, la structure de la communauté et les fonctions de l'UMB et de ses homologues grandes bactéries (LB) en utilisant la cytométrie de flux et la filtration couplées au séquençage à haut débit du gène de l'ARNr 16S dans une DWTP à grande échelle. Contrairement à la réduction de la densité et de la diversité bactériennes, la proportion d'UMB dans la communauté bactérienne totale a augmenté à mesure que le processus de traitement de l'eau potable progressait, et le charbon actif biologique a facilité la croissance bactérienne. De plus, les UMB étaient moins diversifiées que les LB, et leur structure communautaire et leurs fonctions prédites étaient significativement différentes. Dans le DWTP, les taxons indicateurs UMB étaient principalement affiliés aux α/β/γ-Proteobacteria, Deinococcus-Thermus, Firmicutes, Acidobacteria et Dependentiae. En particulier, le regroupement exclusif de l'UMB au niveau du phylum, par exemple, les parcubactéries, les élusimicrobies et les saccharibactéries, a confirmé le fait que la taille ultra-petite de l'UMB est un trait naturellement et évolutionnellement conservé. De plus, le génome rationalisé pourrait être connecté à l'UMB, comme les bactéries candidates au rayonnement des phylums (CPR), suivant un mode de vie symbiotique ou parasitaire, ce qui conduit ensuite à la forte connexité observée, c'est-à-dire à des modèles de co-occurrence intra-taxes non aléatoires au sein de l'UMB. L'analyse prédictive fonctionnelle a révélé que le traitement de l'information environnementale et la réplication et la réparation de l'ADN contribuent probablement à la résistance plus élevée de l'UMB aux processus de traitement de l'eau potable par rapport à la LB. Dans l'ensemble, l'étude fournit des informations précieuses sur la survenue et le devenir de l'UMB en ce qui concerne la structure de la communauté, les caractéristiques phylogénétiques et les fonctions potentielles dans un DWTP à grande échelle, et c'est une référence utile pour la manipulation bénéfique du microbiome de l'eau potable.Translated Description (Spanish)
Las ultramicrobacterias (UMB) son omnipresentes y dominan numéricamente en el agua dulce, ya que los microbios pueden presentarse en los sistemas de agua potable, sin embargo, las comunidades UMB que ocurren y sus comportamientos de eliminación permanecen poco caracterizados en las plantas de tratamiento de agua potable (DWTP). Para obtener información sobre estos problemas, perfilamos la densidad de células bacterianas, la estructura de la comunidad y las funciones de UMB y sus contrapartes grandes bacterias (LB) utilizando citometría de flujo y filtración emparejadas con la secuenciación de alto rendimiento del gen 16S rRNA en una DWTP a gran escala. Contrariamente a la reducción de la densidad y diversidad bacteriana, la proporción de UMB en la comunidad bacteriana total aumentó a medida que avanzaba el proceso de tratamiento del agua potable, y el carbón activado biológico facilitó el crecimiento bacteriano. Además, la UMB era menos diversa que la LB, y su estructura comunitaria y funciones predichas eran significativamente diferentes. En el DWTP, los taxones indicadores UMB estaban principalmente afiliados a α/β/γ-Proteobacteria, Deinococcus-Thermus, Firmicutes, Acidobacteria y Dependentiae. En particular, la agrupación exclusiva de UMB a nivel de filo, por ejemplo, Parcubacteria, Elusimicrobia y Saccharibacteria, confirmó el hecho de que el tamaño ultrapequeño de UMB es un rasgo natural y evolutivamente conservado. Además, el genoma simplificado podría conectarse a UMB, como las bacterias candidatas a la radiación phyla (CPR), siguiendo un estilo de vida simbiótico o parasitario, que luego conduce a la alta conectividad observada, es decir, patrones de co-ocurrencia intra-taxa no aleatorios dentro de UMB. El análisis de predicción funcional reveló que el procesamiento de la información ambiental y la replicación y reparación del ADN probablemente contribuyen a la mayor resistencia de UMB a los procesos de tratamiento de agua potable en comparación con LB. En general, el estudio proporciona información valiosa sobre la ocurrencia y el destino de la UMB con respecto a la estructura de la comunidad, las características filogenéticas y las funciones potenciales en una DWTP a gran escala, y es una referencia útil para la manipulación beneficiosa del microbioma del agua potable.Files
pdf.pdf
Files
(1.5 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:c2f53246712e8ab754ce371d4d09e2dc
|
1.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- حدوث ومصير البكتيريا فائقة الصغر في محطة معالجة مياه الشرب واسعة النطاق
- Translated title (French)
- Fréquence et devenir des ultramicrobiennes dans une usine de traitement de l'eau potable à grande échelle
- Translated title (Spanish)
- Ocurrencia y destino de las ultramicrobacterias en una planta de tratamiento de agua potable a gran escala
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2903289006
- DOI
- 10.3389/fmicb.2018.02922
References
- https://openalex.org/W1528357204
- https://openalex.org/W1683434452
- https://openalex.org/W1703405261
- https://openalex.org/W179716031
- https://openalex.org/W1837888764
- https://openalex.org/W1966324749
- https://openalex.org/W1969481308
- https://openalex.org/W1970779526
- https://openalex.org/W1976986252
- https://openalex.org/W1977670256
- https://openalex.org/W1984043794
- https://openalex.org/W1988328031
- https://openalex.org/W1991687448
- https://openalex.org/W1996017256
- https://openalex.org/W2000599849
- https://openalex.org/W2002277950
- https://openalex.org/W2004544274
- https://openalex.org/W2012365024
- https://openalex.org/W2015084230
- https://openalex.org/W2016838221
- https://openalex.org/W2017911769
- https://openalex.org/W2018830642
- https://openalex.org/W2031049841
- https://openalex.org/W2034285706
- https://openalex.org/W2038064533
- https://openalex.org/W2050666507
- https://openalex.org/W2055803604
- https://openalex.org/W2060254952
- https://openalex.org/W2060894986
- https://openalex.org/W2065073536
- https://openalex.org/W2072136731
- https://openalex.org/W2074330765
- https://openalex.org/W2075282644
- https://openalex.org/W2077904712
- https://openalex.org/W2082139256
- https://openalex.org/W2110082875
- https://openalex.org/W2113350312
- https://openalex.org/W2117217765
- https://openalex.org/W2117457769
- https://openalex.org/W2117929916
- https://openalex.org/W2124451996
- https://openalex.org/W2131772014
- https://openalex.org/W2133856765
- https://openalex.org/W2134916446
- https://openalex.org/W2135600286
- https://openalex.org/W2136799177
- https://openalex.org/W2160724628
- https://openalex.org/W2169564009
- https://openalex.org/W2246182597
- https://openalex.org/W2282537990
- https://openalex.org/W2289399386
- https://openalex.org/W229097380
- https://openalex.org/W2336330109
- https://openalex.org/W2410008676
- https://openalex.org/W2508353644
- https://openalex.org/W2515823903
- https://openalex.org/W2536527863
- https://openalex.org/W2585236116
- https://openalex.org/W2585624428
- https://openalex.org/W2588654414
- https://openalex.org/W2613564057
- https://openalex.org/W2616322335
- https://openalex.org/W2734877752
- https://openalex.org/W2736769361
- https://openalex.org/W2744395589
- https://openalex.org/W2766993958
- https://openalex.org/W2768753541
- https://openalex.org/W2771907795
- https://openalex.org/W2776841116
- https://openalex.org/W2791711089
- https://openalex.org/W4245965033
- https://openalex.org/W4254711491