Time series genome-centric analysis unveils bacterial response to operational disturbance in activated sludge

Understanding ecosystem response to disturbances and identifying the most critical traits for the maintenance of ecosystem functioning are important goals for microbial community ecology. In this study, we used 16S rRNA amplicon sequencing and metagenomics to investigate the assembly of bacterial populations in a full-scale municipal activated sludge wastewater treatment plant over a period of 3 years, including a 9-month period of disturbance characterized by short-term plant shutdowns. Following the reconstruction of 173 metagenome-assembled genomes, we assessed the functional potential, the number of rRNA gene operons, and the in situ growth rate of microorganisms present throughout the time series. Operational disturbances caused a significant decrease in bacteria with a single copy of the rRNA (rrn) operon. Despite moderate differences in resource availability, replication rates were distributed uniformly throughout time, with no differences between disturbed and stable periods. We suggest that the length of the growth lag phase, rather than the growth rate, is the primary driver of selection under disturbed conditions. Thus, the system could maintain its function in the face of disturbance by recruiting bacteria with the capacity to rapidly resume growth under unsteady operating conditions.Fil: Pérez, María Victoria. Agua y Saneamientos Argentinos S.a.; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Guerrero, Leandro Demián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Orellana, Esteban. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Figuerola, Eva Lucia Margarita. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; ArgentinaFil: Erijman, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; Argentin

Draft Genome Sequences of Type Strain Sediminibacterium salmoneum NJ-44T and Sediminibacterium sp. C3, a Novel Strain Isolated from Activated Sludge

The genus Sediminibacterium comprises species present in diverse natural and engineered environments. Here, we report for the first time the genome sequences of the type strain Sediminibacterium salmoneum NJ-44T (NBRC 103935) and the strain Sedi- minibacterium sp. strain C3 (BNM541), isolated from activated sludge, a valuable model for the study of substrate-dependent autoaggregation.Fil: Ayarza, Joaquín M.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular; ArgentinaFil: Figuerola, Eva Lucia Margarita. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular; ArgentinaFil: Erijman, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; Argentin

Implementation of heterotrophic biological denitrification for groundwater remediation for human consumption

La presencia de nitratos en las fuentes de agua subterránea es común en la Provincia de Buenos Aires. Puede atribuirse a labores agrícola-ganaderas o al mal diseño o funcionamiento de los sistemas sépticos. La presencia de dicho ion es perjudicial para la salud, por lo que su concentración máxima en agua potable está regulada. La desnitrificación biológica, llevada a cabo en forma ex-situ por bacterias indígenas del acuífero ha demostrado ser una forma de tratamiento conveniente para el agua de consumo humano. El objetivo del proyecto descrito consistió en establecer las condiciones locales para la configuración de una planta piloto de desnitrificación biológica heterótrofa de agua subterránea en la provincia de Buenos Aires. Para esto se realizaron ensayos en laboratorio en sistemas discontinuos y continuos. Los resultados obtenidos permitieron el diseño y puesta en marcha de la planta piloto propuesta, la cual se encuentra en fase de prueba.Nitrate pollution of drinking water sources is widespread in Buenos Aires Province. Its main causes are agriculture, livestock farming, or the poor design and operation of septic systems. High nitrate concentration in drinking water is detrimental for human health, for this reason, standards have been set for this ion. Biological denitrification, carried out ex-situ by bacteria indigenous to the aquifer, has been shown to be a suitable form of treatment for water for human consumption. The objective of the project described here was to establish the local conditions for the configuration of an heterotrophic biological denitrification pilot plant for groundwater in the province of Buenos Aires. For this purpose, laboratory tests were carried out in a batch and two continuous systems, including a 10X pre-scaling. The results obtained allowed the design and implementation of the proposed pilot plant, which is currently in the testing phase.Fil: Dotto, Cristian Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Scolari, Fernando. Agua y Saneamientos Argentinos S.A.; ArgentinaFil: Erijman, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular. Laboratorio de Fisiología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Figuerola, Eva Lucia Margarita. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional.; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular. Laboratorio de Fisiología y Biología Molecular; Argentin

Impact of the recent advances in the analysis of microbial communities on the control of the wastewater treatment process

Una de las funciones principales de la biotecnología ambiental es ocuparse del estudio de comunidades microbianas que proveen servicios esenciales para la sociedad. Más allá de las similitudes que presenta con la microbiología industrial y la agrícola, la biotecnología ambiental presenta peculiaridades, tales como los objetivos de proceso, las características de la biomasa y el tipo y modo de alimentación (sustratos), que la distinguen claramente de las otras disciplinas relacionadas. En este artículo se reseñan recientes avances en la ecología microbiana, la ecofisiología, la genómica y la ingeniería de procesos, para ilustrar cómo la integración de los nuevos conocimientos permite superar las limitaciones del análisis microbiológico clásico para entender, predecir y optimizar el funcionamiento de los procesos de tratamiento de efluentes.One of the main functions of environmental biotechnology is to address the study of microbial communities that provide essential services to society. Beyond the similarities with industrial and agricultural microbiology, the unique features exhibited by environmental biotechnology, such as process objectives, biomass characteristics and type and mode of feeding (substrates), allow a clear distinction from the other related disciplines. Recent advances in microbial ecology, ecophysiology, genomics and process engineering are herein reviewed to illustrate how the integration of the new knowledge can help overcome the shortcomings of classic microbiological analyses to understand, predict and optimize the performance of wastewater treatment.Fil: Erijman, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Figuerola, Eva Lucia Margarita. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Guerrero, Leandro Demián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Ayarza, Joaquín M.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentin

Metagenómica y metatranscriptómica aplicadas al estudio de Chloroflexota en sistemas de tratamiento de aguas residuales escala real

El filo Chloroflexota es uno de los grupos predominantes en sistemas de tratamiento de aguas residuales aerobios (lodos activados) y anaerobios (metanogénicos). Dentro de este filo, la clase Anaerolineae representa más del 80%, sin embargo, su rol en estos sistemas aún sigue sin conocerse. Esto se debe principalmente a las dificultades para asilarlos en cultivo puro. Los pocos representantes cultivados son capaces de fermentar, se caracterizan por tener crecimiento lento y morfología filamentosa. Se ha postulado que están involucrados en la formación de gránulos en reactores anaerobios y flóculos en reactores de lodos activados, pero su crecimiento excesivo se ha relacionado problemas de sedimentación de la biomasa (bulking). Las condiciones que favorecen el crecimiento excesivo de estas bacterias siguen siendo desconocidas. Expandir el conocimiento sobre este grupo es esencial para controlar su sobrecrecimiento y prevenir episodios de bulking. Para determinar la morfología, diversidad y expresión génica de organismos del filo Chloroflexota, se aplicaron diversas técnicas de biología molecular como hibridación in situ fluorescente, secuenciación de amplicones, metagenómica y metatranscriptómica en dos reactores de lodos activados y dos reactores metanogénicos que trataban distintas aguas residuales industriales. El filo Chloroflexota fue uno de los 5 filos más abundantes en todos los reactores y presentó diversas morfologías filamentosas. Se ensamblaron 17 genomas de especies nuevas de la clase Anaerolineae y un genoma de la clase Dehalococcoidia. Mediante el análisis de las vías metabólicas obtenidas mediante metagenómica se determinó que todos los genomas presentaron varias vías de fermentación, que incluían la producción de lactato, acetato, formiato y acetoína. Los genomas obtenidos de sistemas aerobios presentaron el potencial de respirar anaeróbicamente utilizando nitrito y nitrato reductasas como aceptores de electrones. Estas funciones metabólicas fueron confirmadas mediante el análisis de los metatranscriptomas. Por lo tanto, las especies del filo Chloroflexota detectadas en estos sistemas de tratamiento juegan un rol fundamental en la remoción de la materia en sistemas aerobios y anaerobios, y particularmente en sistemas de lodos activados, colaboran en la remoción del nitrogeno de las aguas residuales.Agencia Nacional de Investigación e Innovació

MiDAS 4: A global catalogue of full-length 16S rRNA gene sequences and taxonomy for studies of bacterial communities in wastewater treatment plants

Microbial communities are responsible for biological wastewater treatment, but our knowledge of their diversity and function is still poor. Here, we sequence more than 5 million high-quality, full-length 16S rRNA gene sequences from 740 wastewater treatment plants (WWTPs) across the world and use the sequences to construct the ‘MiDAS 4’ database. MiDAS 4 is an amplicon sequence variant resolved, full-length 16S rRNA gene reference database with a comprehensive taxonomy from domain to species level for all sequences. We use an independent dataset (269 WWTPs) to show that MiDAS 4, compared to commonly used universal reference databases, provides a better coverage for WWTP bacteria and an improved rate of genus and species level classification. Taking advantage of MiDAS 4, we carry out an amplicon-based, global-scale microbial community profiling of activated sludge plants using two common sets of primers targeting regions of the 16S rRNA gene, revealing how environmental conditions and biogeography shape the activated sludge microbiota. We also identify core and conditionally rare or abundant taxa, encompassing 966 genera and 1530 species that represent approximately 80% and 50% of the accumulated read abundance, respectively. Finally, we show that for well-studied functional guilds, such as nitrifiers or polyphosphate-accumulating organisms, the same genera are prevalent worldwide, with only a few abundant species in each genus.Fil: Dueholm, Morten Kam Dahl. Aalborg University; DinamarcaFil: Nierychlo, Marta. Aalborg University; DinamarcaFil: Andersen, Kasper Skytte. Aalborg University; DinamarcaFil: Rudkjøbing, Vibeke. Aalborg University; DinamarcaFil: Knutsson, Simon. Aalborg University; DinamarcaFil: Arriaga, Sonia. Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica; MéxicoFil: Bakke, Rune. University College of Southeast Norway; NoruegaFil: Boon, Nico. University of Ghent; BélgicaFil: Bux, Faizal. Durban University of Technology; SudáfricaFil: Christensson, Magnus. Veolia Water Technologies Ab; SueciaFil: Chua, Adeline Seak May. University Malaya; MalasiaFil: Curtis, Thomas P.. University of Newcastle; Reino UnidoFil: Cytryn, Eddie. Agricultural Research Organization Of Israel; IsraelFil: Erijman, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina. Universidad de Buenos Aires; ArgentinaFil: Etchebehere, Claudia. Instituto de Investigaciones Biológicas "Clemente Estable"; UruguayFil: Fatta Kassinos, Despo. University of Cyprus; ChipreFil: Frigon, Dominic. McGill University; CanadáFil: Garcia Chaves, Maria Carolina. Universidad de Antioquia; ColombiaFil: Gu, April Z.. Cornell University; Estados UnidosFil: Horn, Harald. Karlsruher Institut Für Technologie; AlemaniaFil: Jenkins, David. David Jenkins & Associates Inc; Estados UnidosFil: Kreuzinger, Norbert. Tu Wien; AustriaFil: Kumari, Sheena. Durban University of Technology; SudáfricaFil: Lanham, Ana. University of Bath; Reino UnidoFil: Law, Yingyu. Singapore Centre For Environmental Life Sciences Engineering; SingapurFil: Leiknes, TorOve. King Abdullah University of Science and Technology; Arabia SauditaFil: Morgenroth, Eberhard. Eth Zürich; SuizaFil: Muszyński, Adam. Politechnika Warszawska; PoloniaFil: Petrovski, Steve. La Trobe University; AustraliaFil: Pijuan, Maite. Catalan Institute For Water Research; EspañaFil: Pillai, Suraj Babu. Va Tech Wabag Ltd; IndiaFil: Reis, Maria A. M.. Universidade Nova de Lisboa; PortugalFil: Rong, Qi. Chinese Academy of Sciences; ChinaFil: Rossetti, Simona. Istituto Di Ricerca Sulle Acque (irsa) ; Consiglio Nazionale Delle Ricerche;Fil: Seviour, Robert. La Trobe University; AustraliaFil: Tooker, Nick. University of Massachussets; Estados UnidosFil: Vainio, Pirjo. Espoo R&D Center; FinlandiaFil: van Loosdrecht, Mark. Delft University of Technology; Países BajosFil: Vikraman, R.. VA Tech Wabag, Philippines Inc; FilipinasFil: Wanner, Jiří. University of Chemistry And Technology; República ChecaFil: Weissbrodt, David. Delft University of Technology; Países BajosFil: Wen, Xianghua. Tsinghua University; ChinaFil: Zhang, Tong. The University of Hong Kong; Hong KongFil: Nielsen, Per H.. Aalborg University; DinamarcaFil: Albertsen, Mads. Aalborg University; DinamarcaFil: Nielsen, Per Halkjær. Aalborg University; Dinamarc

The assembly of microbial communities in engineered ecosystems

Understanding the development of community pattern is a central focus of ecological research. Microbiologists are currently applying concepts derived from ecological studies of plants and animals, as well as developing specific tools to interpret patterns of diversity, with the aim of gaining insight into the processes that drive community structure. Biological waste treatment plants are engineered ecosystems designed to provide specific services, which prevent the pollution of natural ecosystems and the spread of sewage-borne diseases. Bacterial communities within these systems appear as unique model systems for deciphering the effects of niche apportionment, migration, resource availability, and the many other possible factors affecting community assemblyFil: Erijman, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentin

Optimización el caudal de recirculación en sistemas de barros activados: aplicación del método de calidad de barros

El objetivo de control del sistema de barros activados apunta a la optimización de los procesos de biooxidación y biofloculación. En la práctica esto representa controlar los niveles de oxígeno disuelto y el mantenimiento de valores adecuados de recirculación y purga del barro excedente. El método basado en la calidad de los barros permite establecer criterios para el manejo de las variables de descarte de barros y la recirculación en base a las características de sedimentabilidad. Este concepto es importante porque la buena separación del barro es esencial para el éxito del proceso de tratamiento. Sin embargo, contrariamente a un concepto ampliamente difundido, el objetivo del control de recirculación basado en la calidad del barro no está directamente relacionado con la biodegradación de la materia orgánica ni con el grado de oxidación del barro. La mejora en la calidad del efluente tratado se logra a través de la optimización del tiempo de retención en el sedimentador, lo cual promueve la selección de bacterias formadoras de floc.Fil: Erijman, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentin

Asociación de proteínas oligoméricas : Transición entre el equilibrio estocástico y determinístico

Fil: Erijman, Leonardo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina

Molecular monitoring of microbial diversity in an UASB reactor

The dynamics of the microbial community structure of a full-scale upflow anaerobic sludge blanket reactor has been analyzed using culture-independent 16S rRNA-based methods. During the start-up of the process, denaturing gradient gel electrophoresis of bacterial rDNA showed significant changes in the structure of the bacterial community, but only a slight increase in the bacterial diversity. Associated with the shifts in bacterial populations, significant changes in the relative abundance of different methanogenic species are revealed by taxon-specific dot-blot experiments. The ratio of archaeal 16S rRNA to bacterial 16S rRNA, but none of the individual microbial taxons, correlated with the maximum allowable daily organic loading rate. The results argue against the notion that many anaerobic wastewater treatment systems fail due to the lack of adequate inoculum.Fil: Casserly, Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Erijman, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentin