Bacterial composition and dynamics of active communities in an anammox reactor treating wastewater at mainstream conditions
Aquesta tesi s'ha desenvolupat en el marc del projecte HIPATIA, amb l'objectiu de demostrar la viabilitat operativa d'un reactor que tracta aigües residuals reals en condicions de línia principal d'aigües a temperatures baixes. L'objectiu principal d'aquest treball és c...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2022 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:265939 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/265939 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Anammox Comunitat microbiana activa Comunidad microbiana activa Active microbial community Línia principal de aigües Línea principal de aguas Mainstream Tecnologies |
| Sumario: | Aquesta tesi s'ha desenvolupat en el marc del projecte HIPATIA, amb l'objectiu de demostrar la viabilitat operativa d'un reactor que tracta aigües residuals reals en condicions de línia principal d'aigües a temperatures baixes. L'objectiu principal d'aquest treball és conèixer els canvis a la comunitat microbiana d'un reactor anammox quan es treballa en condicions de línia principal d'aigües, per comprendre el desenvolupament del sistema durant els canvis operacionals que enfronta el procés. Les tècniques moleculars es fan servir àmpliament per estudiar comunitats microbianes en el procés anammox, però no sempre es tenen en compte els biaixos en la seva aplicació. La primera part d'aquesta tesi va consistir en l'avaluació, la comparació i l'estandardització de diferents enfocaments moleculars per estudiar comunitats bacterianes en un reactor anammox de llit de llots de flux ascendent (UAnSB) de biomassa granular que funciona en condicions de línia principal d'aigües i en un reactor de càrrega seqüencial (SBR) que funciona en condicions controlades amb aigües residuals sintètiques. Totes les tècniques avaluades es van estandarditzar generant, entre d'altres, un protocol optimitzat d'hibridació fluorescent in situ-FISH per reduir l'autofluorescència de la mostra i l'elecció d'encebadors per a seqüenciació d'amplicons i qPCR. A partir de la primera anàlisi filogenètica, proposem una nova espècie anammox, anomenada "Candidatus" Brocadia barcinensis. Es va estudiar l'estructura i dinàmica de les comunitats microbianes i anammox durant un gradient decreixent de temperatura (20ºC a 10ºC) al reactor UAnSB en tres seccions del llit de llots al llarg de l'alçada del reactor. Es va trobar un "microbioma central" amb les mateixes classes predominants malgrat la disminució de la temperatura. Els canvis a l'estructura de la comunitat microbiana van mostrar estratificació al llarg del reactor. Es va detectar més abundància relativa de bacteris anammox a la base del reactor, però l'augment d'aquests a 10°C no té correspondència amb la taxa específica d'eliminació de nitrogen (sNRR). Aleshores, calia informació més fiable per confirmar la hipòtesi de sobrecapacitat del reactor, recorrent a l'estudi de les comunitats actives. Es va determinar la dinàmica de les comunitats bacterianes i anammox actives al llarg del reactor UAnSB durant la disminució de la temperatura d'operació (20ºC a 10ºC). Es van registrar canvis a l'estratificació a causa de l'efecte de la temperatura. Aquests canvis al llarg del reactor donen suport al concepte de sobrecapacitat. La comunitat anammox activa va mostrar una diferenciació de gènere al llarg del reactor, que podria ser responsable de mantenir l'eficiència d'eliminació a temperatures baixes. A més, l'abundància de Ca. Brocadia barcinensis activa va augmentar a baixes temperatures. Així, les diferents capacitats fisiològiques de les espècies anammox podrien influir en l'exercici del reactor a cada temperatura i secció del llit de llots. Finalment, per determinar el rol dels grups bacterians predominants, utilitzem metagenòmica centrada en genomes per obtenir genomes representatius des dels reactors anammox SBR i UAnSB, i estudiem el potencial metabòlic de microorganismes dels ordres Brocadials i Ignavibacterials. S'obtingueren set genomes acoblats de metagenomes (MAGs) d'alta qualitat. Un dels MAGs de Brocadiales es va agrupar al mateix clado de la nostra nova espècie, Ca. Brocadia barcinensis i se'n va determinar el potencial metabòlic. Quant a Ignavibacteriales, se'n va estudiar el potencial metabòlic i es van confirmar les interaccions amb bacteris anammox. La gran quantitat de dades bioinformàtiques adquirides permetrà investigacions futures com l'estudi del potencial metabòlic del metagenoma dels reactors UAnSB. També es podrien generar investigacions que tinguin en compte una avaluació contínua de les comunitats actives en diferents condicions d'operació per comprendre els canvis en la dinàmica dels consorcis anammox. Finalment, seria interessant utilitzar nous enfocaments moleculars com la metatranscriptòmica per estudiar l'expressió de les funcions metabòliques identificades davant de determinades condicions d'operació. |
|---|