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为解决现有对盐水污水处理厂（SWWTP）活性污泥微生物组了解不足的问题，荷兰 Wetsus 等机构研究人员开展其元转录组研究，揭示微生物群落结构、功能及对环境响应，有助于优化污水处理。
在污水处理的微观世界里，活性污泥微生物组（ASM）就像一群默默工作的 “小工匠”，驱动着污水处理厂（WWTP）的生物处理进程。它们种类繁多，有着丰富的分类学和代谢多样性，在分解污染物、进行营养物质循环等方面发挥着关键作用。然而，目前人们对这些 “小工匠” 的了解还远远不够。以往大量研究集中在生活污水处理厂的活性污泥微生物组，对盐水污水处理厂（SWWTP）的关注较少。我们并不清楚这些微生物如何影响水质，在栖息地网络中如何相互关联，以及面对环境变化时会做出怎样的反应。这些知识空白就像一道道屏障，阻碍着污水处理技术的进一步优化。
为了突破这些屏障，来自荷兰 Wetsus - 欧洲可持续水技术卓越中心、格罗宁根大学工程与技术研究所等机构的研究人员，如 Asala Mahajna、Bert Geurkink 等，展开了一项深入研究。他们对荷兰某 SWWTP 的活性污泥进行了元转录组分析，并结合相关工艺数据，试图揭开这些微生物的神秘面纱。这项研究成果意义重大，它不仅有助于我们深入了解 SWWTP 中独特的微生物组组成，以及它们对环境变量的动态响应，还能进一步明晰 ASM 内部的代谢功能，为优化污水处理工艺提供关键依据。
研究人员为了完成这项研究，采用了一系列先进的技术方法。首先是样本采集与处理，从 2014 年到 2017 年，他们在 SWWTP 的活性污泥兼性区大约每月采集一次样本，共收集了 32 个样本，并对样本进行稳定化处理。接着进行 RNA 提取、cDNA 合成，之后利用下一代测序技术（NGS）进行文库制备和测序。最后通过生物信息学分析，包括质量评估、序列预处理、分类学注释和功能注释等，对测序数据进行深入挖掘。
在研究结果部分，研究人员从多个方面进行了分析。
- 微生物群落结构分析：通过对测序数据的分类学注释，研究人员发现假单胞菌门（Pseudomonadota）是盐渍活性污泥中最丰富的门类，这与之前的研究结果一致，它参与反硝化、有机物降解等关键过程，适应波动的环境条件。此外，热脱硫杆菌门（Thermodesulfobacteriota）在该盐渍活性污泥中显著富集，表明硫还原细菌在系统中可能对硫循环起着重要作用。
- 功能注释与代谢途径分析：研究人员利用 SAMSA2 对代谢活跃的微生物群落进行功能注释，将基因映射到代谢途径和功能类别。分析 32 个样本发现，微生物组涉及 31 个不同的功能类别，展现出相当大的功能多样性。例如在碳水化合物、脂肪酸、氨基酸等物质的代谢以及呼吸作用等方面都有相关基因参与。不过，有相当比例的基因被注释在 “无层次” 类别，这部分基因功能尚不清楚，可能是由于数据库不完善等原因。为减少数据解释中的偏差，研究人员进行了标准化处理，处理后的热图展示了微生物群落功能的多样性和异质性，说明微生物群落能适应波动环境，全年有效去除污染物。
- 技术验证：研究人员进行了多项技术验证。在核酸和测序文库的质量保证方面，使用特定试剂盒对 RNA 和合成的 cDNA 进行量化和质量评估。对测序读数进行计算机验证，结果显示约 98.67% 和～88.42% 的碱基质量分数分别≥20 和≥30，表明测序成功。通过绘制稀化曲线和特征积累曲线，验证了测序深度和采样的充分性，曲线趋于平稳说明测序和采样能够捕获微生物组的多样性。同时，微生物群落的分类结构与现有知识相符，进一步验证了研究结果的可靠性。
在研究结论与讨论部分，此次研究通过对 SWWTP 活性污泥微生物组的元转录组分析，为深入理解微生物在盐水污水处理过程中的作用提供了丰富的数据和见解。研究结果揭示了微生物群落结构和功能的动态变化，以及它们对环境条件的响应机制。这些发现对于优化 SWWTP 的运行、提高污水处理效率具有重要意义。例如，了解微生物的功能和代谢途径后，可以针对性地调整处理工艺参数，促进有益微生物的生长和代谢，从而更高效地去除污染物。此外，研究中发现的一些特殊微生物类群和功能基因，也为开发新的污水处理技术和生物修复策略提供了潜在的靶点。但研究也存在一定局限性，如部分基因功能难以确定，未来还需要进一步完善数据库和研究方法，以更全面地解析微生物组的功能。总体而言，这项研究为盐水污水处理领域的发展奠定了坚实基础，推动了相关技术的进步和环境管理策略的优化。
