2021-06-18
期刊：Water Research
影響因子：9.13
Water Research是國際水協會IWA出版的水資源研究領域權威期刊，目前影響因子達到9.13，且逐年增長，在水資源同類期刊中持續保持第一。
Water Research影響因子逐年增長，越來越高！
（來源：https://journalinsights.elsevier.com/journals/0043-1354/impact_factor）
近年來，微生物組研究如火如荼，想要發表TOP期刊論文也難上加難。誠然，加大樣本量或結合多組學研究，可以提升發表TOP期刊論文的成功率；但是，這并非唯一的途徑！其實，只要研究設計合理，僅僅通過微生物群落多樣性組成譜研究，也能登陸TOP期刊哦！
近期，派森諾分別與哈爾濱工業大學和東華大學合作，合作成果相繼發表于《Water Research》，可喜可賀！有意思的是，這兩項合作成果，都是通過16S rRNA基因測序（分別使用了三代/二代測序技術），對微生物群落的多樣性組成譜進行解析研究，從而成功發表。他們的奧秘何在呢？
# 文章1#
單分子測序揭示飲用水系統中，錳氧化微生物組對不同生物濾池介質的響應
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135419312011
# 研究背景 #
高速生物砂濾系統（RSBF）廣泛應用在飲用水的處理上，地下水中的氨、鐵和Mn（II）能被RSBF系統中的微生物氧化。目前已經從飲用水系統中分離出一些錳氧化細菌（MnOB），但這些微生物的作用過程仍需繼續探索。生物過濾介質作為生物過濾系統的主要組成部分，會影響污染物的轉化、生物膜的形成和微生物群落結構，研究微生物對不同過濾介質的響應，有助于揭示錳氧化細菌作用的過程。
錳砂，具有較高的吸附能力，且在錳氧化物存在下，Mn（II）會自動降解，因而在飲用水處理廠中被用做生物過濾介質。磁鐵礦能介導電活性細菌和產甲烷菌之間的直接種間電子轉移（DIET），且在微生物細胞外呼吸、微量金屬螯合和污染物轉化中發揮重要作用。然而磁過濾介質對Mn（II）的去除和RSBF中MnOB富集的影響還未被研究。
# 研究目的 #
本研究旨在探究不同生物濾池介質對RSBF中錳氧化的影響，并利用PacBio SMRT單分子實時測序技術，鑒定生物膜中與Mn（II）氧化有關的核心微生物，研究生物濾池介質與生物膜中微生物群落的關系。
# 研究方法 #
測序方法：PacBio Sequel平臺
測序模式：16S rRNA基因全長
實驗設計：
1. 分別以磁鐵礦砂和錳砂為生物過濾介質建立高速生物砂濾（RSBF）反應器；
2. 在運行40、80和120天時，在不同深度處采集水樣，進行三代全長多樣性組成譜測序，分析不同過濾深度生物膜對Mn（II）氧化的貢獻情況；
3. 采集每個樣本對應的環境因子數據，分析微生物群落與環境因子的相關性。
# 結果展示 #
基于加權Unifrac distance的PCoA與層次聚類分析
RSBF中優勢微生物的層次聚類熱圖分析
兩種系統中的優勢微生物相對豐度分布
細菌與非生物因素的相關性分析
MnS-RSBF和MagS-RSBF的關聯網絡分析
# 研究結論 #
本文報道了兩種不同過濾介質高速生物砂濾系統（RSBF）中，Mn（II）的氧化和生物膜核心微生物群的動態變化，并得到以下結論：
1. 啟動階段，MnS-RSBF反應器的Mn（II）去除率高于MagS-RSBF。穩定運行后，兩者沒有明顯差異，同時，Mn（II）去除率在MnS-RSBF中，不同深度下顯著不同，但在MagS-RSBF反應器中受深度的影響??；
2. 兩種介質中的初始微生物結構受過濾器介質種類影響而具有明顯差異，但隨著時間推移，兩種介質中的微生物群落差異逐漸變小；
3. 通過三代測序技術，本研究鑒定到多種MnOB屬，比如Pedomicrobium、Pseudomonas和Hyphomicrobium，但種水平上只有Pedomicrobium manganicum與錳氧化有關，該微生物在兩種反應器的起始階段都有增加。
4. 相關性分析顯示，Nordella oligomobilis和Derxia gummosa都與Mn（II）氧化有關；
5. 關聯網絡分析顯示，MnS-RSBF中的微生物網絡比MagS-RSBF更復雜，不過MagS-RSBF中更有利于Mn（II）氧化相關微生物的形成，即生物濾池介質在很大程度上影響了微生物群落的組成；
6. 最后，作者認為，鐵礦砂和錳砂的混合生物濾池介質可能是快速砂過濾Mn（II）氧化的有效解決方案。
# 文章2#
生物反應器中，厭氧微生物如何助力廢水降解和甲烷產生？
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135421002931
# 研究背景 #
大豆是主要工業和糧食作物之一，因其高蛋白含量與豐富的氨基酸組成，成為傳統且受歡迎的食物。但大豆的加工會產生大量高濃度有機廢水，這些有機廢水的化學需氧量（COD）與含氮量高、pH低，若不經處理直接排放到環境中，將對環境和人類造成危害。
厭氧微生物處理被認為是處理高濃度有機廢水的有效方法，耗能低、剩余污泥生成量少、有機化合物高耐受、還能回收能源。
基于以上考量，本研究自主研發了一種螺旋對稱流厭氧生物反應器（SSSAB），并對其進行測試，以獲得運行的穩定條件，使之能有效地對大豆加工廢水進行處理。
# 研究目的 #
建立中試規模的大豆加工廢水處理系統（P-SSSAB），測試其最大容積負荷率（VLR）與甲烷生產能力，并縮短水力停留時間（HRT），以探索能提高COD去除率與甲烷產量的運行參數；另外對大豆加工廢水進行連續處理，分析其污泥床特性。
# 研究方法 #
測序方法：Illumina MiSeq平臺
測序模式：細菌16S rRNA基因V3V4區與古菌16S rRNA基因V4V5區
實驗設計：
①建立中試規模的大豆加工廢水處理系統（P-SSSAB）；
②將SSSAB反應區的污泥床從下往上依次劃分為三個區域（一區、二區、三區），每個區域配備氣體收集管，收集各自的微生物氣體；
③從三個采樣管以及進水口和出水口收集水樣，測定化學需氧量（COD）、氨氮（NH4+-N）、混合液懸浮固體濃度（MLSS）、混合液揮發性懸浮固體濃度（MLVSS）、揮發性脂肪酸（VFAs）和pH；
④分別于53、102、159、184、201、215天后從三個采樣管收集厭氧顆粒污泥（AGS）樣本，并分析粒度分布，提取胞外聚合物（EPS），分析蛋白質（PN）、多糖（PS）、輔酶F420含量，并用掃描電鏡觀察污泥顆粒；
⑤測定產甲烷活性；
⑥210天后，在每個區域采集污泥樣本，基于高通量測序，對細菌16S rRNA基因V3V4區與古菌16S rRNA基因V4V5區進行測序，并使用QIIME 2分析流程（點擊查看）對測序數據進行分析，以研究細菌和古菌微生物群落。
P-SSSAB實驗裝置示意圖
# 結果展示 #
微生物群落的α多樣性指數
接種污泥（seed）與三個區域的樣本中優勢微生物的群落結構
# 研究結論 #
本研究自主研發了一款螺旋對稱流厭氧生物反應器（SSSAB），對其進行測試，并得到以下結論：
1. 本次建立的中試規模大豆加工廢水處理系統（P-SSSAB），可以有效而穩定的運行；
2. P-SSSAB污泥床延垂直方向有明顯的區域特征，一區（床的底部）是COD去除的主要貢獻者，而三區（床的上部）是氨化作用的主要貢獻者。隨著P-SSSAB的VLR增加，AGS的活動性和穩定性同時增強；
3. 污泥床的微生物群落中，Firmicutes豐度高，表明P-SSSAB中的AGS對大豆加工廢水有很強的適應性；
4. 高豐度的Syntrophomonas和Methanosaeta使P-SSAB具有很強的產甲烷活性。
上述研究的高通量測序和部分數據分析工作由上海派森諾生物科技有限公司完成。
文章索引：
文章1：Zhao X, Liu B, Wang X, Chen C, Ren N, Xing D. Single molecule sequencing reveals response of manganese-oxidizing microbiome to different biofilter media in drinking water systems. Water Res. 2020 Mar 15;171:115424. doi: 10.1016/j.watres.2019.115424. Epub 2019 Dec 19. PMID: 31887545.
文章2：Chen X, Zhou W, Li G, Song Q, Ismail M, Wang Y, Ren L, Cheng C. Anaerobic biodegradation of soybean-process wastewater: Operation strategy and sludge bed characteristics of a high-performance Spiral Symmetric Stream Anaerobic Bioreactor. Water Res. 2021 Jun 1;197:117095. doi: 10.1016/j.watres.2021.117095. Epub 2021 Mar 31. PMID: 33862392.
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