新型共氨氧化菌（comammox）和亚硝酸盐氧化菌（Nitrospira）在处理高氨含量的咸水垃圾填埋场渗滤液的废水微生物群落中，可能通过合成渗透保护物质来维持生存

《Microbiome》：Potential survival strategies of novel comammox and nitrite-oxidizing Nitrospira synthesizing osmoprotectants in a wastewater microbiome treating high-ammonia brackish landfill leachate

垃圾填埋场后期渗滤液处理中高氨高盐环境中发现新型完全氨氧化菌Nitrospira LAS72及新亚系Nitrospira LAS18，并鉴定到甲烷代谢途径和渗透调节物质合成基因，为硝化菌在 methanol-fed saline 环境中的适应性进化提供基因组证据。

　　

摘要

背景

在垃圾填埋场运营的后期阶段，渗滤液会变得微咸，并含有高浓度的氨和有限的有机碳。在渗滤液处理设施中，渗滤液通常会先经历硝化作用，然后是反硝化作用，过程中会添加甲醇作为外部电子供体。这种独特的环境可能孕育出新的微生物，包括硝化菌。尽管有多种微生物参与硝化作用，但它们的底物特异性和耐盐性仍不完全清楚。本研究对一个封闭式垃圾填埋场渗滤液处理设施中的微生物组进行了以基因组为中心的宏基因组分析。

结果

共重建了68个宏基因组（MAGs），其中包括64个潜在的新物种。其中发现了两种属于Nitrospira属的微生物：一种新型的完全氨氧化细菌（comammox），即Nitrospira LAS72（完整性为88.72%，污染率为2.10%），以及典型的亚硝酸盐氧化菌Nitrospira LAS18（完整性为99.98%，污染率为2.29%）。通过与260个公开可用的Nitrospira基因组进行比较基因组分析，发现LAS18属于Nitrospira属第七谱系中的一个新亚谱系。此外，还鉴定出了两种氨氧化古菌（AOA），即Candidatus Nitrosocosmicus LAS21和Nitrosarchaeum LAS73，但没有检测到典型的氨氧化细菌。鉴于该处理设施的微咸环境（盐度为1.23%）以及以甲醇为能源的运行方式，研究人员探讨了这些微生物在渗透压应激适应和甲醇代谢方面的基因组潜力。comammox Nitrospira LAS72拥有多种可兼容溶质（渗透保护剂）的生物合成途径，包括甘氨酸甜菜碱、脯氨酸、海藻糖和L-谷氨酸。此外，comammox Nitrospira LAS72还具有氧化甲醛的遗传能力，表明它可能利用这些由甲醇衍生的中间产物作为能量来源。这些特征表明，LAS72可以通过产生多种渗透保护剂来应对渗透压波动，并在以甲醇为能源的独特环境中茁壮成长。

结论

在富含氨的微咸环境中发现新型的comammox Nitrospira和典型的Nitrospira，形成了Nitrospira属第七谱系中的一个新亚谱系，这为硝化菌在盐分较高、以甲醇为能源的环境中的进化适应提供了首个基因组证据。这些发现加深了我们对复杂处理生态系统中硝化菌群落生态和进化动态的理解。

视频摘要

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背景

在垃圾填埋场运营的后期阶段，渗滤液会变得微咸，并含有高浓度的氨和有限的有机碳。在渗滤液处理设施中，渗滤液通常会先经历硝化作用，然后是反硝化作用，过程中会添加甲醇作为外部电子供体。这种独特的环境可能孕育出新的微生物，包括硝化菌。尽管有多种微生物参与硝化作用，但它们的底物特异性和耐盐性仍不完全清楚。本研究对一个封闭式垃圾填埋场渗滤液处理设施中的微生物组进行了以基因组为中心的宏基因组分析。

结果

共重建了68个宏基因组（MAGs），其中包括64个潜在的新物种。其中发现了两种属于Nitrospira属的微生物：一种新型的完全氨氧化细菌（comammox），即Nitrospira LAS72（完整性为88.72%，污染率为2.10%），以及典型的亚硝酸盐氧化菌Nitrospira LAS18（完整性为99.98%，污染率为2.29%）。通过与260个公开可用的Nitrospira基因组进行比较基因组分析，发现LAS18属于Nitrospira属第七谱系中的一个新亚谱系。此外，还鉴定出了两种氨氧化古菌（AOA），即Candidatus Nitrosocosmicus LAS21和Nitrosarchaeum LAS73，但没有检测到典型的氨氧化细菌。鉴于该处理设施的微咸环境（盐度为1.23%）以及以甲醇为能源的运行方式，研究人员探讨了这些微生物在渗透压应激适应和甲醇代谢方面的基因组潜力。comammox Nitrospira LAS72拥有多种可兼容溶质（渗透保护剂）的生物合成途径，包括甘氨酸甜菜碱、脯氨酸、海藻糖和L-谷氨酸。此外，comammox Nitrospira LAS72还具有氧化甲醛的遗传能力，表明它可能利用这些由甲醇衍生的中间产物作为能量来源。这些特征表明，LAS72可以通过产生多种渗透保护剂来应对渗透压波动，并在以甲醇为能源的独特环境中茁壮成长。

结论

在富含氨的微咸环境中发现新型的comammox Nitrospira和典型的Nitrospira，形成了Nitrospira属第七谱系中的一个新亚谱系，这为硝化菌在盐分较高、以甲醇为能源的环境中的进化适应提供了首个基因组证据。这些发现加深了我们对复杂处理生态系统中硝化菌群落生态和进化动态的理解。

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