活化污泥中Candidatus Saccharimonadia的代谢潜力，包括其稀有菌株

《Environmental Microbiology Reports》：Metabolic Potential of Candidatus Saccharimonadia Including Rare Lineages in Activated Sludge

候选属Saccharimonadia在污水处理活性污泥中代谢潜力有限，依赖宿主，携带IV分泌系统和效应基因簇，提示寄生生活方式，并与Actinobacteriota显著共现。

　　在污水处理过程中，微生物群落的复杂性与多样性对整个生态系统的稳定性和功能发挥起着至关重要的作用。近年来，随着宏基因组测序技术的快速发展，科学家们得以深入探索那些难以培养的微生物类群，尤其是那些具有极小细胞尺寸和高度基因组简约性的细菌。其中，*Candidatus* Saccharimonadia 是一个在污水处理系统中广泛存在的类群，属于 *Minisyncoccota* 真菌门（此前称为候选门辐射或 *Ca*. Patescibacteria）。这一类群的细菌以其独特的生态特性引起广泛关注，尤其是在其代谢能力与寄生或共生生活方式之间的关系上。

本研究旨在揭示 *Candidatus* Saccharimonadia 在污水处理系统中的代谢潜力，并探讨其在微生物群落中的生态角色。研究人员采用了一种基于过滤的大小分级方法，对五个不同地区污水处理厂的活性污泥样本进行了宏基因组测序。通过这种方法，研究人员成功回收了65个高质量的宏基因组拼接单元（bins），这些bins涵盖了四个不同的目和19个不同的科，其中包括此前在活性污泥中未被报道的微生物类群。这一发现表明，活性污泥中 *Candidatus* Saccharimonadia 的多样性远比之前认为的要丰富得多。

这些回收的宏基因组bins的基因组大小普遍较小，大约在0.46至1.73 Mbp之间，表明它们具有高度的基因组简约性。这种特性通常与寄生或共生微生物相关，因为它们往往依赖于宿主来提供必要的营养和代谢产物。此外，这些bins的代谢能力也较为有限，缺乏从头合成核酸、氨基酸和磷脂的能力，这进一步支持了它们可能依赖于其他微生物进行生存的假设。

值得注意的是，*Candidatus* Saccharimonadales 这一目在研究中被发现保留了第四型分泌系统（T4SS）和效应子基因簇，这些系统在寄生性微生物与宿主之间的相互作用中起着关键作用。效应子基因簇通常负责改变宿主的生理状态，而T4SS则用于将这些效应子分子运输到宿主细胞内。这一发现表明，*Candidatus* Saccharimonadales 可能具有寄生性生活方式，即它们通过附着在宿主细胞表面并利用T4SS向宿主传递效应子分子来获取营养或影响宿主的生理活动。

为了进一步验证这一假设，研究人员还进行了共现网络分析，利用16S rRNA基因数据，分析了 *Candidatus* Saccharimonadales 与多种其他细菌类群之间的关联性。结果显示，*Candidatus* Saccharimonadales 与多个细菌类群存在显著的正相关关系，包括之前已被证实具有寄生关系的 *Actinobacteriota*（以前称为 *Actinobacteria*）。这些结果不仅支持了 *Candidatus* Saccharimonadales 的寄生性生活方式，还揭示了它们在活性污泥生态系统中的广泛宿主范围。一些Saccharimonadales的OTUs甚至与多个 *Actinobacteriota* 的OTUs存在正相关关系，表明它们可能与不同种类的 *Actinobacteriota* 建立寄生性关系。

此外，研究人员还分析了Saccharimonadales的基因组大小及其与自由生活的超微细菌的比较。与自由生活的超微细菌相比，Saccharimonadales的基因组较小，这可能是其适应寄生性生活方式的一种进化策略。同时，Saccharimonadales的某些家族保留了与氧气清除相关的基因，如细胞色素o泛醌氧化酶，这表明它们可能具备一定的呼吸能力，以支持其寄生性活动。

通过比较基因组分析，研究人员发现这些Saccharimonadia的bins缺乏完整的三羧酸循环（TCA循环）和从头合成磷脂的途径，进一步支持了它们依赖其他微生物的代谢产物生存的假设。然而，它们保留了部分糖酵解和磷酸戊糖途径的基因，这可能有助于它们在宿主环境中进行部分代谢活动。同时，这些bins还保留了多种ATP合成相关基因，如F型ATP酶，这可能为它们提供能量支持，以维持其寄生性生活方式。

综上所述，本研究揭示了 *Candidatus* Saccharimonadia 在活性污泥中的高多样性，并预测了其代谢潜力。这些细菌的基因组特征和代谢能力表明，它们可能以寄生或共生的方式与宿主相互作用，尤其是在与 *Actinobacteriota* 的关系中。这种寄生性生活方式可能有助于它们在复杂的活性污泥生态系统中占据特定的生态位。未来的研究需要进一步探索这些细菌的培养条件，以及它们与宿主相互作用的具体机制，以更全面地理解它们在污水处理系统中的生态功能。