Published June 22, 2023
| Version v1
Publication
Open
Quorum sensing bacteria improve microbial networks stability and complexity in wastewater treatment plants
Creators
- 1. Nanjing University
- 2. Lanzhou Jiaotong University
- 3. Peking University
- 4. Northeast Normal University
Description
Abstract Background Quorum-sensing bacteria (QSB) are crucial for microbial communication, yet their ecological role in wastewater treatment plants (WWTPs) remains unclear. In this study, targeting 130 WWTPs across China, we aimed to construct an identification method for QSB and to explore the abundance distribution of QSB in activated sludge communities and its role in community structure. Results We developed a method to identify QSB by comparing 16S rRNA gene sequences. QSB in 388 activated sludge samples collected from 130 WWTPs across China were primarily identified as rare taxa and conditionally rare taxa. A co-occurrence network shared by all sludge communities revealed that QSB exhibited a higher average clustering coefficient (0.46) than non-QSB (0.15). Individual sludge networks demonstrated that quorum sensing microbiomes positively correlated with network robustness and complexity, including average clustering coefficient and link density. Compared with the abundance and richness of QSB, the number of quorum sensing keystones was especially critical for network robustness and connectivity. Additionally, average connectivity, average clustering coefficient and relative modularity strongly correlated with network robustness (r = 0.70–0.90), indicating the positive relationship between network complexity and stability. Hence, QSB contribute to maintaining the community stability of activated sludge. Conclusions We elucidated the ecological significance of QSB and provide guidance for improving the community structure in an artificial ecosystem.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تعد بكتيريا استشعار النصاب (QSB) ضرورية للتواصل الميكروبي، ومع ذلك لا يزال دورها البيئي في محطات معالجة مياه الصرف الصحي (WWTPs) غير واضح. في هذه الدراسة، التي استهدفت 130 محطة معالجة مياه الصرف الصحي في جميع أنحاء الصين، استهدفنا بناء طريقة لتحديد هوية QSB واستكشاف توزيع وفرة QSB في مجتمعات الحمأة المنشطة ودورها في بنية المجتمع. النتائج قمنا بتطوير طريقة لتحديد QSB من خلال مقارنة تسلسل جين الحمض النووي الريبوزي 16S. تم تحديد QSB في 388 عينة من الحمأة المنشطة التي تم جمعها من 130 محطة معالجة مياه الصرف الصحي في جميع أنحاء الصين في المقام الأول على أنها أصناف نادرة وأصناف نادرة مشروطة. كشفت شبكة التواجد المشترك التي تشاركها جميع مجتمعات الحمأة أن QSB أظهرت متوسط معامل تجميع أعلى (0.46) من غير QSB (0.15). أظهرت شبكات الحمأة الفردية أن الميكروبات المستشعرة للنصاب ترتبط ارتباطًا إيجابيًا بقوة الشبكة وتعقيدها، بما في ذلك متوسط معامل التجميع وكثافة الارتباط. بالمقارنة مع وفرة وثراء QSB، كان عدد أحجار استشعار النصاب أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص لقوة الشبكة والاتصال. بالإضافة إلى ذلك، يرتبط متوسط الاتصال ومتوسط معامل التجميع والنمطية النسبية ارتباطًا وثيقًا بقوة الشبكة (r = 0.70–0.90)، مما يشير إلى العلاقة الإيجابية بين تعقيد الشبكة واستقرارها. وبالتالي، يساهم QSB في الحفاظ على استقرار المجتمع للحمأة المنشطة. الاستنتاجات أوضحنا الأهمية البيئية لبنك قطر المركزي وقدمنا إرشادات لتحسين هيكل المجتمع في نظام بيئي اصطناعي.Translated Description (French)
Résumé Contexte Les bactéries détectant le quorum (QSB) sont cruciales pour la communication microbienne, mais leur rôle écologique dans les stations d'épuration des eaux usées (SEEU) reste incertain. Dans cette étude, ciblant 130 stations d'épuration à travers la Chine, nous avons cherché à construire une méthode d'identification du QSB et à explorer la distribution de l'abondance du QSB dans les communautés de boues activées et son rôle dans la structure communautaire. Résultats Nous avons développé une méthode pour identifier le QSB en comparant les séquences du gène de l'ARNr 16S. Les QSB dans 388 échantillons de boues activées prélevés dans 130 stations d'épuration à travers la Chine ont été principalement identifiés comme des taxons rares et des taxons conditionnellement rares. Un réseau de co-occurrence partagé par toutes les communautés de boues a révélé que le QSB présentait un coefficient de regroupement moyen plus élevé (0,46) que le non-QSB (0,15). Les réseaux de boues individuels ont démontré que les microbiomes de détection de quorum étaient en corrélation positive avec la robustesse et la complexité du réseau, y compris le coefficient de regroupement moyen et la densité de liaison. Par rapport à l'abondance et à la richesse du QSB, le nombre de clés de détection de quorum était particulièrement critique pour la robustesse et la connectivité du réseau. De plus, la connectivité moyenne, le coefficient de regroupement moyen et la modularité relative étaient fortement corrélés à la robustesse du réseau (r = 0,70-0,90), ce qui indique la relation positive entre la complexité et la stabilité du réseau. Ainsi, le QSB contribue au maintien de la stabilité communautaire des boues activées. Conclusions Nous avons élucidé l'importance écologique du QSB et fourni des conseils pour améliorer la structure de la communauté dans un écosystème artificiel.Translated Description (Spanish)
Resumen Antecedentes Las bacterias sensibles al quórum (QSB) son cruciales para la comunicación microbiana, sin embargo, su papel ecológico en las plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR) sigue sin estar claro. En este estudio, dirigido a 130 EDAR en toda China, nuestro objetivo fue construir un método de identificación para QSB y explorar la distribución de la abundancia de QSB en las comunidades de lodos activados y su papel en la estructura de la comunidad. Resultados Desarrollamos un método para identificar QSB mediante la comparación de secuencias de genes de ARNr 16S. QSB en 388 muestras de lodos activados recolectadas de 130 EDAR en toda China se identificaron principalmente como taxones raros y taxones condicionalmente raros. Una red de co-ocurrencia compartida por todas las comunidades de lodos reveló que QSB exhibió un coeficiente de agrupamiento promedio más alto (0.46) que no QSB (0.15). Las redes de lodos individuales demostraron que los microbiomas de detección de quórum se correlacionaban positivamente con la robustez y complejidad de la red, incluido el coeficiente de agrupación promedio y la densidad de enlace. En comparación con la abundancia y riqueza de QSB, el número de claves de detección de quórum fue especialmente crítico para la solidez y conectividad de la red. Además, la conectividad media, el coeficiente de agrupamiento medio y la modularidad relativa se correlacionaron fuertemente con la robustez de la red (r = 0,70-0,90), lo que indica la relación positiva entre la complejidad y la estabilidad de la red. Por lo tanto, QSB contribuye a mantener la estabilidad de la comunidad de lodos activados. Conclusiones Aclaramos la importancia ecológica de la QSB y proporcionamos orientación para mejorar la estructura de la comunidad en un ecosistema artificial.Files
latest.pdf.pdf
Files
(2.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:47a110b7f9b4d5f31ccac8e273a64f3a
|
2.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تعمل بكتيريا استشعار النصاب على تحسين استقرار الشبكات الميكروبية وتعقيدها في محطات معالجة مياه الصرف الصحي
- Translated title (French)
- Les bactéries sensibles au quorum améliorent la stabilité et la complexité des réseaux microbiens dans les stations d'épuration des eaux usées
- Translated title (Spanish)
- Las bacterias de detección de quórum mejoran la estabilidad y la complejidad de las redes microbianas en las plantas de tratamiento de aguas residuales
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4381890389
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-3063416/v1
References
- https://openalex.org/W1932085450
- https://openalex.org/W1964478736
- https://openalex.org/W1973449995
- https://openalex.org/W1975691160
- https://openalex.org/W1984320817
- https://openalex.org/W1984529935
- https://openalex.org/W2000599849
- https://openalex.org/W2000955570
- https://openalex.org/W2008312527
- https://openalex.org/W2009469402
- https://openalex.org/W2011312755
- https://openalex.org/W2013640613
- https://openalex.org/W2017532337
- https://openalex.org/W2021296860
- https://openalex.org/W2024471867
- https://openalex.org/W2030405935
- https://openalex.org/W2040539560
- https://openalex.org/W2043959425
- https://openalex.org/W2044128702
- https://openalex.org/W2044712133
- https://openalex.org/W2048354935
- https://openalex.org/W2055702706
- https://openalex.org/W2078793434
- https://openalex.org/W2080283023
- https://openalex.org/W2110509245
- https://openalex.org/W2113490404
- https://openalex.org/W2122184339
- https://openalex.org/W2123581983
- https://openalex.org/W2124570789
- https://openalex.org/W2129513180
- https://openalex.org/W2135464230
- https://openalex.org/W2136660715
- https://openalex.org/W2138776000
- https://openalex.org/W2141701343
- https://openalex.org/W2148663653
- https://openalex.org/W2150069968
- https://openalex.org/W2163480486
- https://openalex.org/W2334090163
- https://openalex.org/W2511941815
- https://openalex.org/W2517174009
- https://openalex.org/W2520355709
- https://openalex.org/W2533706076
- https://openalex.org/W2555788611
- https://openalex.org/W2767674419
- https://openalex.org/W2783192416
- https://openalex.org/W2808476198
- https://openalex.org/W2831838051
- https://openalex.org/W2933691030
- https://openalex.org/W2940435334
- https://openalex.org/W2944548763
- https://openalex.org/W2950483688
- https://openalex.org/W2980510815
- https://openalex.org/W2985711816
- https://openalex.org/W2994631344
- https://openalex.org/W3030441098
- https://openalex.org/W3087398517
- https://openalex.org/W3126773706
- https://openalex.org/W3130094023
- https://openalex.org/W3183248438
- https://openalex.org/W3191358401
- https://openalex.org/W3194207534
- https://openalex.org/W3200595273
- https://openalex.org/W4206268591
- https://openalex.org/W4206963466
- https://openalex.org/W4281681342
- https://openalex.org/W4288038555
- https://openalex.org/W4304098286
- https://openalex.org/W4322621517
- https://openalex.org/W4322768635