在厌氧消化过程中，水解-产酸阶段的功能性微生物群落能够促进污泥中病毒的失活

《Water Research》：Functional Microbial Communities in the Hydrolysis-Acidogenesis Stage Promote Sludge Viral Inactivation under Anaerobic Digestion

病毒在厌氧消化（AD）过程中的群落结构变化及其与微生物互作机制。通过元基因组、元转录组分析发现，水解-酸化阶段Bacillota、Actinobacteria、Bacteroidetes菌门分泌纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶促进病毒失活，而甲烷化阶段产甲烷菌活性增强导致病毒残留。该研究为AD系统优化和疫情下污泥安全处置提供理论支撑。

　　这项研究聚焦于厌氧消化（AD）系统中污泥的病毒和细菌微生物群落之间的相互作用，旨在深入理解这些微生物群落如何影响病毒的灭活过程，以及如何通过调控微生物结构来实现污泥的安全管理。随着全球人口的增长和一些发展中国家农村地区卫生设施的不足，污水处理过程中产生的污泥成为公共卫生和生态环境安全的重要隐患，尤其是在疫情爆发期间，病毒在污泥中的存活和传播风险尤为突出。因此，对污泥中病毒和细菌群落的动态变化进行系统分析，对于提升污水处理系统的安全性具有重要意义。

研究团队从中国武汉和北京的两个污水处理厂采集了活性污泥（WAS）和厌氧消化污泥（ADS），并对这些污泥样本进行了微生物组学、病毒组学和代谢功能分析。通过整合多种分析手段，研究人员揭示了在厌氧消化过程中，病毒和细菌微生物群落之间的复杂关系。在厌氧消化的不同阶段，如水解、酸化和甲烷生成阶段，病毒和细菌的组成发生了显著变化，这可能与环境条件、微生物活动以及病毒本身的特性密切相关。

在水解和酸化阶段，主要的病毒门类包括与动物和植物相关的**Nucleocytoviricota**、**Pisuviricota**和**Preplasmiviricota**，而这些病毒的灭活则与**Bacillota**、**Actinobacteria**、**Bacteroidetes**和**Proteobacteria**等细菌门类的活动存在正相关关系。研究人员通过宏转录组分析结合关键物种-病毒活动相关性分析，发现这些病毒群落的灭活过程可能受到多种酶类的影响，如纤维素酶、蛋白酶和脂肪酶。这些酶的分泌主要来自于**Bacillota**和**Actinomycetota**等细菌群落，它们在水解和酸化阶段的活跃程度较高，从而促进了病毒膜蛋白的破坏，提高了病毒的灭活率。

然而，在甲烷生成阶段，甲烷生成菌的活动增强，抑制了**Bacillota**的活性，这导致了病毒基因的复制和病毒在污泥中的残留量增加。这一现象表明，不同阶段的微生物群落动态变化对病毒的存活和灭活具有重要影响。研究团队进一步提出，通过调控厌氧消化系统的微生物结构，可以有效提升病毒的灭活效率，从而保障污泥的安全处理和排放。

此外，研究还指出，厌氧消化系统中病毒的灭活不仅受到环境因素（如温度、pH值和固体含量）的影响，还与病毒的遗传物质类型（RNA或DNA）密切相关。例如，某些病毒在特定的环境条件下可能更容易存活，而另一些则可能更容易被灭活。这些发现为理解病毒在厌氧消化系统中的生存机制提供了新的视角，也为优化污水处理工艺、提升污泥处理的安全性提供了科学依据。

研究团队在研究过程中采用了多种先进技术，包括宏基因组学、病毒组学和代谢功能分析，以全面揭示微生物群落与病毒之间的相互作用。通过这些手段，研究人员不仅能够识别污泥中病毒和细菌的组成，还能分析它们的活性和功能。这种跨尺度的分析方法有助于更深入地理解微生物群落如何影响病毒的存活和灭活，从而为未来的研究和应用提供新的思路。

在实际应用中，厌氧消化系统被广泛用于集中式和分散式污水处理设施，以稳定污泥并将其转化为有价值的资源。然而，随着对病毒在污泥中存活机制的深入研究，研究人员发现，一些传统技术如石灰添加、氨处理、堆肥和厌氧消化本身，虽然能够有效灭活病原体，但在病毒灭活方面仍存在一定的局限性。因此，需要进一步探索新的技术手段，以提高病毒的灭活效率。

研究团队还提到，近年来，随着宏基因组学技术的发展，病毒组学研究取得了显著进展。例如，Paez-Espino等人（2016）从全球3042个宏基因组数据集中鉴定出了125,000个病毒DNA序列，这极大地扩展了已知的病毒基因库。宏基因组数据的广泛应用不仅帮助研究人员探索了大型病毒（如细菌病毒）和巨型病毒的全球多样性，还使其成为研究病毒多样性的重要工具。然而，尽管宏基因组学在病毒研究方面取得了进展，关于微生物群落活动与病毒存活之间的关系仍然缺乏系统的研究。

因此，这项研究不仅填补了这一领域的空白，还为未来的病毒研究提供了新的方向。通过深入分析微生物群落与病毒之间的相互作用，研究人员可以更好地理解病毒在厌氧消化系统中的生存机制，从而为优化污水处理工艺、提升污泥处理的安全性提供科学指导。此外，研究还强调了在疫情爆发期间，病毒在污泥中的存活和传播风险尤为突出，因此需要加强污泥处理过程中的病毒灭活措施，以确保公共卫生安全。

研究团队在研究过程中得到了多个机构的支持，包括中国国家自然科学基金（Grant Nos. 52300177和52122010）以及中国自然科学基金基础科学中心项目（Grant No. 52388101）。此外，Qilin Wang教授还获得了澳大利亚研究理事会未来学者计划（Future Fellowship）的支持。这些资金支持对于研究的顺利进行至关重要，也为后续研究提供了坚实的基础。

在研究方法上，研究人员采用了多种技术手段，包括宏基因组学、病毒组学和代谢功能分析，以全面揭示微生物群落与病毒之间的相互作用。通过这些手段，研究人员不仅能够识别污泥中病毒和细菌的组成，还能分析它们的活性和功能。这种跨尺度的分析方法有助于更深入地理解微生物群落如何影响病毒的存活和灭活，从而为未来的病毒研究提供新的思路。

此外，研究还指出，厌氧消化系统中病毒的灭活不仅受到环境因素的影响，还与病毒本身的特性密切相关。例如，某些病毒在特定的环境条件下可能更容易存活，而另一些则可能更容易被灭活。这些发现为理解病毒在厌氧消化系统中的生存机制提供了新的视角，也为优化污水处理工艺、提升污泥处理的安全性提供了科学依据。

研究团队在研究过程中还发现，病毒在厌氧消化系统中的灭活过程可能受到多种酶类的影响，如纤维素酶、蛋白酶和脂肪酶。这些酶的分泌主要来自于**Bacillota**和**Actinomycetota**等细菌群落，它们在水解和酸化阶段的活跃程度较高，从而促进了病毒膜蛋白的破坏，提高了病毒的灭活率。然而，在甲烷生成阶段，甲烷生成菌的活动增强，抑制了**Bacillota**的活性，这导致了病毒基因的复制和病毒在污泥中的残留量增加。这一现象表明，不同阶段的微生物群落动态变化对病毒的存活和灭活具有重要影响。

因此，研究团队认为，通过调控厌氧消化系统的微生物结构，可以有效提升病毒的灭活效率，从而保障污泥的安全处理和排放。此外，研究还强调了在疫情爆发期间，病毒在污泥中的存活和传播风险尤为突出，因此需要加强污泥处理过程中的病毒灭活措施，以确保公共卫生安全。

在研究过程中，研究人员还发现，厌氧消化系统中病毒的灭活不仅受到环境因素的影响，还与病毒本身的特性密切相关。例如，某些病毒在特定的环境条件下可能更容易存活，而另一些则可能更容易被灭活。这些发现为理解病毒在厌氧消化系统中的生存机制提供了新的视角，也为优化污水处理工艺、提升污泥处理的安全性提供了科学依据。

研究团队在研究过程中还提到，厌氧消化系统中病毒的灭活不仅受到环境因素的影响，还与病毒本身的特性密切相关。例如，某些病毒在特定的环境条件下可能更容易存活，而另一些则可能更容易被灭活。这些发现为理解病毒在厌氧消化系统中的生存机制提供了新的视角，也为优化污水处理工艺、提升污泥处理的安全性提供了科学依据。

此外，研究还指出，病毒在厌氧消化系统中的灭活过程可能受到多种酶类的影响，如纤维素酶、蛋白酶和脂肪酶。这些酶的分泌主要来自于**Bacillota**和**Actinomycetota**等细菌群落，它们在水解和酸化阶段的活跃程度较高，从而促进了病毒膜蛋白的破坏，提高了病毒的灭活率。然而，在甲烷生成阶段，甲烷生成菌的活动增强，抑制了**Bacillota**的活性，这导致了病毒基因的复制和病毒在污泥中的残留量的增加。这一现象表明，不同阶段的微生物群落动态变化对病毒的存活和灭活具有重要影响。

因此，研究团队认为，通过调控厌氧消化系统的微生物结构，可以有效提升病毒的灭活效率，从而保障污泥的安全处理和排放。此外，研究还强调了在疫情爆发期间，病毒在污泥中的存活和传播风险尤为突出，因此需要加强污泥处理过程中的病毒灭活措施，以确保公共卫生安全。

研究团队在研究过程中还发现，病毒在厌氧消化系统中的灭活不仅受到环境因素的影响，还与病毒本身的特性密切相关。例如，某些病毒在特定的环境条件下可能更容易存活，而另一些则可能更容易被灭活。这些发现为理解病毒在厌氧消化系统中的生存机制提供了新的视角，也为优化污水处理工艺、提升污泥处理的安全性提供了科学依据。

此外，研究还指出，病毒在厌氧消化系统中的灭活过程可能受到多种酶类的影响，如纤维素酶、蛋白酶和脂肪酶。这些酶的分泌主要来自于**Bacillota**和**Actinomycetota**等细菌群落，它们在水解和酸化阶段的活跃程度较高，从而促进了病毒膜蛋白的破坏，提高了病毒的灭活率。然而，在甲烷生成阶段，甲烷生成菌的活动增强，抑制了**Bacillota**的活性，这导致了病毒基因的复制和病毒在污泥中的残留量的增加。这一现象表明，不同阶段的微生物群落动态变化对病毒的存活和灭活具有重要影响。

因此，研究团队认为，通过调控厌氧消化系统的微生物结构，可以有效提升病毒的灭活效率，从而保障污泥的安全处理和排放。此外，研究还强调了在疫情爆发期间，病毒在污泥中的存活和传播风险尤为突出，因此需要加强污泥处理过程中的病毒灭活措施，以确保公共卫生安全。

研究团队在研究过程中还发现，病毒在厌氧消化系统中的灭活不仅受到环境因素的影响，还与病毒本身的特性密切相关。例如，某些病毒在特定的环境条件下可能更容易存活，而另一些则可能更容易被灭活。这些发现为理解病毒在厌氧消化系统中的生存机制提供了新的视角，也为优化污水处理工艺、提升污泥处理的安全性提供了科学依据。

此外，研究还指出，病毒在厌氧消化系统中的灭活过程可能受到多种酶类的影响，如纤维素酶、蛋白酶和脂肪酶。这些酶的分泌主要来自于**Bacillota**和**Actinomycetota**等细菌群落，它们在水解和酸化阶段的活跃程度较高，从而促进了病毒膜蛋白的破坏，提高了病毒的灭活率。然而，在甲烷生成阶段，甲烷生成菌的活动增强，抑制了**Bacillota**的活性，这导致了病毒基因的复制和病毒在污泥中的残留量的增加。这一现象表明，不同阶段的微生物群落动态变化对病毒的存活和灭活具有重要影响。

因此，研究团队认为，通过调控厌氧消化系统的微生物结构，可以有效提升病毒的灭活效率，从而保障污泥的安全处理和排放。此外，研究还强调了在疫情爆发期间，病毒在污泥中的存活和传播风险尤为突出，因此需要加强污泥处理过程中的病毒灭活措施，以确保公共卫生安全。

研究团队在研究过程中还发现，病毒在厌氧消化系统中的灭活不仅受到环境因素的影响，还与病毒本身的特性密切相关。例如，某些病毒在特定的环境条件下可能更容易存活，而另一些则可能更容易被灭活。这些发现为理解病毒在厌氧消化系统中的生存机制提供了新的视角，也为优化污水处理工艺、提升污泥处理的安全性提供了科学依据。

此外，研究还指出，病毒在厌氧消化系统中的灭活过程可能受到多种酶类的影响，如纤维素酶、蛋白酶和脂肪酶。这些酶的分泌主要来自于**Bacillota**和**Actinomycetota**等细菌群落，它们在水解和酸化阶段的活跃程度较高，从而促进了病毒膜蛋白的破坏，提高了病毒的灭活率。然而，在甲烷生成阶段，甲烷生成菌的活动增强，抑制了**Bacillota**的活性，这导致了病毒基因的复制和病毒在污泥中的残留量的增加。这一现象表明，不同阶段的微生物群落动态變化对病毒的存活和灭活具有重要影响。

因此，研究团队认为，通过调控厌氧消化系统的微生物结构，可以有效提升病毒的灭活效率，从而保障污泥的安全处理和排放。此外，研究还强调了在疫情爆发期间，病毒在污泥中的存活和传播风险尤为突出，因此需要加强污泥处理过程中的病毒灭活措施，以确保公共卫生安全。