【派森诺项目文章】研究环保热点的利器——宏基因测序
—污水处理的厌氧活性污泥中微生物群落组成
派森诺生物与西安交通大学舒敦涛教授共同合作，在《Bioresource Technology》（影响因子4.494）发表论文，报道了厌氧活性污泥中微生物群落组成，并建立了功能基因与细菌丰度的联系。
一、研究背景：
随着我国自然环境的恶化，雾霾等环境问题的日渐突出，环境的保护与治理成为科研工作者重点关注的焦点。
污水处理按照其作用可分为物理法、生物法和化学法三种。其中利用微生物的新陈代谢功能，将污水中呈溶解或胶体状态的有机物分解氧化为稳定的无机物质，使污水得到净化。常用的有活性污泥法和生物膜法。生物法处理程度比物理法要高。而厌氧活性污泥的降解效率在生物法中起着至关重要的作用。但是厌氧活性污泥的菌落组成及功能方面的研究结果还相对较少。
二、研究目的：
通过宏基因组测序方法研究污水处理厂的厌氧活性污泥中微生物群落组成的，并揭示厌氧活性污泥中环境因子和微生物群落之间的关系。
三、研究方法：
本文主要把四个工业污水处理厂和两个生活污水处理厂作为研究对象进行研究。通过高通量宏基因组测序的方法，采用Roche 454 FLX+测序平台，针对细菌16S rRNA基因V3-V5区进行测序。另外，本文还通过Real-time PCR的方法进行了一些功能基因的研究，比如AOA amoA, AOB amoA, nosZ, nirS, nirK, narG, napA, nrfA, mcrA和dsrA等，从而建立了环境因子与细菌丰度和功能基因的联系。
四、分析内容与结果说明：
1. 本文通过RDP数据库对454平台测得的数据进行注释、统计和分析，发现在六种样品中变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门在微生物群落中丰度最高。
图1 门水平物种多样性组成分析
2. 作者通过相同的方法挑选其中丰度大于1%的物种分别对纲层次、目层次和科层次进行统计和分析，其中Acidobacteriales、Holophagales等菌都在六种样品中被发现。
图2 不同水平上细菌多样性统计分析
3. 挑选属层次的丰度大于1%的物种进行统计，并构建Heatmap图，反映不同样品见在属层次的菌种构成差异。
图3 热图聚类分析
4. 本文通过RDA分析研究污水处理中活性污泥环境因子和菌种的关系以及环境因子和AOA amoA、AOB amoA等功能基因的关系。发现AOA可能在活性污泥中是兼养的并与起脱氮作用的厌氧氨氧化的微生物存在共生关系。
图4 RDA分析
五、结论
通过这些研究和分析，揭示了环境因子和微生物群落之间的关系。另外研究结果也推测，反硝化细菌和厌氧氨氧化的细菌存在共生关系或者具有一定的联系性，对于氮元素的去除和有机质的降解也起了很大的帮助作用。
原文索引：
Duntao Shu et al., “Microbial structures and community functions of anaerobic sludgein six full-scale wastewater treatment plants as revealedby 454 high-throughput pyrosequencing,” Bioresource Technology 186 (2015) 163–172.