综述：DNA病毒和噬菌体：在废水处理高率藻塘的生态和功能中被忽视的种群

《Journal of Applied Phycology》：DNA viruses and bacteriophage: neglected populations in the ecology and function of high-rate algal ponds for wastewater treatment?

　　

高率藻塘（HRAP）处理废水的原始概念模型被表示为一个黑箱，具有两个输入（有机废物和太阳能）和两个输出（生物质和处理后的废水）。细菌氧化和藻类光合作用是提供废水处理能力的两项服务。该概念模型（此处称为HRAPv1）使得建立HRAPs以高效处理多种废水、生产安全水和有用生物质成为可能。在随后的近70年中，研究人员对HRAP微生物和真核生物群落有了很多了解，这些群落可生产微藻生物燃料原料，或使新兴关注的化学品安全化。然而，文献中对与HRAP相关的病毒群落关注甚少。病毒具有遍布全球的分布，显著影响所有生物地球化学循环，研究人员认为类似的活动也发生在HRAPs中。在此，研究人员简要考虑了微藻在废水处理中的作用，重点放在HRAPs上，并承认微藻与细菌、古菌、微型真核生物和病毒伴生组合共同提供了实用的处理系统。鉴于关于HRAP病毒生态的出版物数量显著不足，研究人员通过类比其他水生系统，提出了DNA病毒对HRAP生态潜在影响的观点。目前有多种多组学技术可用，揭示了新的门，如核质大DNA病毒（NCLDVs），以及病毒及其宿主使用的许多进攻和防御策略。研究人员强调了这些伴生生物与微藻的关系，并描述了一个新的概念模型（HRAPv2），该模型描述了可能塑造HRAP群落的动态、多域相互作用，这些相互作用值得进一步研究。

**Introduction**
微藻广泛用于废水处理，但尤其在开放系统如废水稳定塘（WSPs）和高率藻塘（HRAPs）中并非单独运作。微藻是包含细菌、古菌、真核生物及其各自病毒的联合体成员。该联合体是大多数生态系统生产力的主要驱动因素，因此对其行为的理解应指导更受限的工业系统（如污水处理厂（WWTPs））的认识、设计和运行。本综述聚焦于处理生活废水的HRAPs中的微藻成员，以及特别丰富的病毒种群对微藻施加的直接影响和间接影响。重点放在核质大DNA病毒（NCLDVs）和噬菌体上，但同时也承认RNA病毒的存在，包括在HRAPs中。少数考虑HRAPs中病毒的出版物观察到病毒数量显著，但关于群落结构和功能的信息及考虑极为有限。鉴于专门针对HRAPs中病毒的出版物数量有限，研究人员通过考虑其他水生基质中的病毒影响来推断和讨论大病毒在HRAP生态中的作用。本综述通过查询Scopus、Web of Science和Ex Libris数据库开发，查询形式为：“废水”X[处理限定词]X“藻类”X[病毒限定词]X[DNA限定词]。最具体的查询版本：“废水”X“HRAP”X“藻类”X“病毒”X“dsDNA”导致对来自地中海的微藻多培养HRAPs进行了调查。数据库查询未产生关于运行中HRAP生活废水处理系统中dsDNA病毒群落的出版物。因此，本综述既新颖又及时。术语“高率塘”（现为高率藻塘）由Oswald（1963）提出，适用于开放跑道式系统。HRAP运行的理论基础于20世纪50年代确立。HRAPs接收废水，产生生物质，并去除营养物、病原体和污染物。图2显示了HRAPs中影响废水处理过程的第一个和当前概念模型。废水处理HRAPs从废水和周围环境输入中获得其微生物群落成员。病毒在HRAP微生物生态中的作用在第一个模型中未被考虑。然而，Hisee等人（2020）对进水废水和HRAP处理后的废水进行了采样，通过适当稀释并用SYBR-1 Green染色后，使用流式细胞术计数细菌/古菌、病毒样颗粒（VLPs）（包括噬菌体和小型真核病毒）以及大型VLPs（LVLPs）（包括大型真核病毒）。在流式细胞术分析中，病毒被称为VLPs，因为分类学身份需要基因组分析，且源自细菌的颗粒（如基因转移因子）可能被计入计数。该方法分别使用紫光侧角散射高度和SYBR-1绿色荧光的强度作为颗粒大小和每个颗粒中核酸含量的替代指标，以确定病毒和细菌种群。记录了所有三个种群丰度的快速短期变化。VLP种群包括噬菌体和大病毒。当开发HRAPv1模型时，感染微藻和其他单细胞生物的核质大DNA病毒（NCLDVs）的存在是未知的，但LVLPs的计数表明它们是HRAP微群落的重要组成部分。此外，NCLDVs具有全球分布。在水生藻华期间，病毒数量上升至宿主细胞的500倍。水生藻华中宿主细胞密度为10⁵–10⁸个细胞/mL^-1，与HRAP在10⁶个细胞/mL^-1的密度相似；因此，关于NCLDVs在藻华和其他环境中动态的结论也可能适用于HRAPs。本文考虑了微生物在HRAPs中的作用，并提出了现有概念模型的扩展，以包括病毒对用于废水处理的HRAPs生态的影响。

**Microalgae in HRAP wastewater treatment**
微藻通过光合作用产生高水平的溶解氧，参与HRAP中的废水处理，这减少了传统WWTPs对机械曝气及相关能源输入的需求。光合作用降低了碳足迹和运行成本，与WWTPs和WSPs相比，显著提高了效率和成本效益。氧气可供相关微生物群呼吸有机物。微藻及其微生物伴生体在HRAP中的共同努力降低了处理废水的生化需氧量和化学需氧量（BOD和COD），并支持营养物、病原体、痕量金属和药物的去除。现代HRAP是一个开放系统，尺寸从台式到>5000 m²不等，包含多种微藻。微藻群落的组成和能力可能在整个池塘中保持一致，但随季节显著变化。例如，在23个月期间对两个HRAPs中微藻种群的监测揭示了33种不同的微藻物种，主要来自绿藻门，但任何给定时间只有少数物种占主导。虽然微藻群落组成变化迅速，但对废水处理性能没有影响，表明微藻的功能群组，而非单个物种，在决定HRAPs整体性能方面很重要。80%的优势物种变化与进水NH₄-N浓度和浮游动物捕食者活性的增加/减少有关。运行事件，如进水变化、泵故障或下游排放问题，占微藻物种变化的20%。光照强度的季节性变化并未导致物种多样性的变化。

**Viruses of eukaryotic algae in aquatic environments**
感染真核藻类的病毒多样性广泛，基因组大小从4.4到560 kbp不等，包括单链或双链DNA或RNA，呈线性或环状构型。“巨型病毒”许多感染微藻，基因组超过200 kbp，将是流式细胞术中LVLP的一部分。这些病毒太大，无法通过常用于从环境中采样病毒的0.2μm滤器，因此未在宏基因组分析中检测到。然而，扩展采样方法已识别出许多巨型病毒，国际病毒分类委员会（ICTV）的最新立场将巨型dsDNA病毒置于门Nucleocytoviricota中，病毒被称为核质大DNA病毒（NCLDV），因为它们在宿主细胞核和细胞质中复制。在NCLDV中有九个科。科Phycodnaviridae感染微藻，主要包括绿藻病毒（即感染小球藻的病毒）。例如，Paramecium bursaria Chlorella病毒1（PBCV-1）目前被归类为Phycodnaviridae科、Chlorovirus属、C. vanettense种的NCLDV。对所有公开可用的宏基因组数据库的调查识别出58,000个NCLDV主要衣壳蛋白（MCP）基因拷贝，其中67%的拷贝与病毒谱系相关。在这些拷贝中，55%的宏基因组来自海洋，40%来自淡水环境，<1%来自陆地环境，少数来自温泉和热液喷口。例如，在Tara Oceans项目的17个宏基因组中观察到的NCLDVs中，52%是Phycodnaviruses，另外36%属于科Megaviridae。已分离的Megaviridae的真核宿主包括多种单细胞真核生物，如Amoebozoa、Stramenopiles（硅藻和褐藻）、Euglenozoa、Haptophyceae和Viridiplantae。使用16个NCLDV标记基因测量海洋中NCLDVs的丰度，在透光带中识别出10⁴–10⁵个NCLDV/mL^-1，在最低氧带（OMZ）中识别出10²–10³个NCLDV/mL^-1，在这些位置的一些较深水和较低氧条件下，不会预期感染自养真核藻类的病毒。淡水或海洋藻类的Phycodnaviruses全球分布。Phycodnaviridae的Chlorovirus属成员出现在世界各地的淡水系统中，包括北美、欧洲和亚洲。第一个被发现的Chlorovirus，PBCV-1，是在研究“类小球藻”藻类共生体及其水螅和草履虫宿主时发现的，其中病毒可能有助于管理共生关系。最近发现的Klosneuviruses展示了NCLDVs的多功能性。它们是Mimiviridae的一个亚科，在奥地利一个WWTP的废水宏基因组中被识别，随后被证明广泛分布于淡水、海洋、盐水、陆地和废水环境中。NCLDVs的丰度和环境分布表明它们可能存在于处理废水的HRAPs中，并在其生态中发挥重要作用。

**Interaction of nucleocytoplasmic large DNA viruses (NCLDV) with algae**
具有较小基因组的病毒将宿主内部过程（如核酸和蛋白质代谢）重定向用于病毒生产，最终导致宿主死亡。相比之下，NCLDVs对其宿主进行更精细的重新编程，以执行新的或修改的功能，支持病毒代谢活动，最终导致宿主细胞裂解。NCLDVs拥有扩大的遗传词汇，以支持在宿主细胞膜上运作的新结构和过程，如钾、质子、氮、镁和磷酸盐的泵，在各种代谢途径中（如柠檬酸循环、发酵和光合作用），以及用于糖鞘脂和多糖的合成。感染海洋藻类的NCLDV基因组编码肌动蛋白、肌球蛋白和驱动蛋白，表明病毒操纵细胞骨架结构和动力学以建立其细胞质病毒工厂。宿主、病毒和修改后的代谢的组合被称为病毒细胞。病毒使用多种策略来维持和利用病毒细胞状态。例如，对现有宿主脂肪酸生产能力的大量转录组重塑使Emiliania huxleyi病毒（EhV）能够支持病毒对内部脂质膜和能量储存的高需求。病毒同源蛋白（如用于多糖合成）的高表达克服了宿主代谢瓶颈或底物供应，增强了病毒生产。鉴于NCLDV干预的丰富多样性和细胞质病毒工厂的某种自主性，巨型病毒需要在其病毒粒子中包装许多蛋白质以支持感染的启动（如DNA和RNA聚合酶亚基）和维持（如核糖核苷酸还原酶、超氧化物歧化酶）。然而，这些包装的蛋白质中许多尚未被描述。Chlorovirus PBCV-1说明了巨型病毒的复杂性及其修改藻类代谢途径的能力。Chlorovirus PBCV-1有一个dsDNA基因组，包含416个编码序列，其中约50%编码148种蛋白质，这些蛋白质修饰DNA、多胺代谢、用于宿主细胞壁降解的几丁质酶、离子通道和转运蛋白，以及衣壳糖蛋白。还有多达16个tRNA的非蛋白质编码基因。基因组中未定义DNA依赖性RNA聚合酶，因此病毒DNA和相关蛋白质必须移动到宿主细胞核以接管宿主转录能力。PBCV-1中的其他蛋白质功能未知，但存在于Chloroviruses、Phycodnaviruses和其他NCLDVs中。编码序列分布在DNA链上，早期和晚期基因分散在整个基因组中，可能含有内含子。基因组由一条线性链组成，具有封闭的发夹末端和反向重复序列。一些基因作为“团伙”保守，具有共同责任，如DNA复制、转录或病毒进入。病毒呈二十面体形状。一些大病毒（如Iridoviruses和Phycodnaviruses）的二十面体蛋白衣壳的结构组分包括一个位于独特顶点的刺突，作为注入宿主细胞的通道，以及每个三对称单元（病毒衣壳的结构单位）一根纤维，促进病毒和藻类细胞内容的融合。从宿主细胞内质网切割下来的池（膜袋）迁移到宿主细胞质中成为病毒工厂。在那里，池破裂，形成片层，最终通过与衣壳蛋白的相互作用形成病毒的内部膜。每个宿主细胞产生约1000个病毒颗粒，但只有约25%形成噬菌斑。其余的是空衣壳或具有缺陷DNA。在由易感小球藻属占主导的HRAPs中，每个藻细胞250倍的病毒增殖将极大地影响藻类种群。宿主感染需要病毒附着蛋白与宿主细胞表面受体相互作用（吸附）。通常反应是特异性的，没有细胞表面受体，感染不会发生。PBCV-1对Chlorella variabilis NC64A细胞的有限吸附成功表明一些藻类宿主已进化出对感染的抗性，要么通过防止病毒附着到宿主，要么通过防止病毒DNA的注入。因此，病毒对HRAP内藻类种群的影响将取决于病毒吸附成功率。

**Survival strategies of nucleocytoplasmic large DNA viruses**
NCLDVs采用多种策略在适当时间存活和复制。至少两个Phycodnaviridae科成员，Coccolithoviruses和Phaeoviruses，表现出类似溶原性的能力，其中病毒将其遗传物质整合到宿主细胞DNA中，并随宿主DNA复制而不立即引起细胞裂解。例如，当宿主遭受生理胁迫（如营养可用性下降）时，E. huxleyi EhV裂解被诱导，且独立于宿主密度发生。Chloroviruses使用一种不同的策略，称为伪溶原性，其中藻类种群的一小部分持续被感染。例如，在实验室培养的Chlorella variabilis和PBCV-1尽管连续传代数月，仍显示出持续低水平的PBCV-1。低数量的感染宿主可能是病毒能量管理策略的结果。创建巨型病毒需要大量能量。例如，巨型病毒Prymnesiovirus PkV RF01部署了大量的能量管理基础设施，包括琥珀酸脱氢酶和β-氧化途径的酶，以管理病毒和宿主的能量预算。为了进一步减轻能量需求，该病毒的感染性病毒粒子数量比其他藻类病毒少几个数量级。当宿主数量相对较低时（如在海洋中），感染不同宿主的能力可能提高病毒的繁殖成功率。从挪威Raunefjorden分离出的两种大型dsDNA病毒各自能够感染和裂解来自不同属的物种，如Haptolina和Prymnesium。一旦进入细胞，一些病毒会阻止后续病毒的感染。例如，PBCV-1菌株使用透明质酸合酶生成透明质酸多糖纤维，部署在Chlorella宿主表面以抑制其他病毒的感染。这些纤维通常存在于脊椎动物和一些致病细菌中；因此，病毒已招募基因供自身使用。巨型病毒产生宿主酶的模拟物，这些模拟物比宿主酶更高效，以增强持久性。例如，淡水Dishui湖Phycodnavirus 1（DSLPV1）编码一种真核H3组蛋白变体。巨型病毒对H3和H4组蛋白的模拟提高了病毒版本被整合到染色质中的可能性，从而削弱宿主细胞的抗病毒反应。在恶劣情况下，宿主和病毒都可能从感染中受益，因为病毒贡献的替代基因可能赋予宿主生存优势，从而与未感染细胞相比，病毒取得更大成功。病毒和宿主的关联尚未在HRAPs中进行研究，但研究人员认为病毒将采用多种策略在变化的藻类物种和种群大小下感染和生存。

**Antagonists of nucleocytoplasmic large DNA viruses**
病毒细胞可以作为其他病毒样实体的宿主，这些实体影响NCLDVs感染的结果。这些包括：病毒噬菌体（virophage），即在小DNA病毒在巨型病毒细胞质工厂中复制；polintons，即存在于众多单细胞真核生物和动物基因组中的病毒dsDNA子集；以及transpovirons，即逆转录病毒样元件，可整合到巨型病毒中，以质粒样分子形式持久存在，或在细胞内独立存在。与病毒不同，transpovirons不离开细胞感染新宿主。以下介绍一些NCLDVs的常见拮抗剂。Virophage：ICTV病毒噬菌体工作组基于仅基因含量开发了更新的病毒噬菌体分类学，病毒噬菌体被描述为一个单一纲Maveriviricetes，包含四个目和七个科。为区分这些分类群，需要三个特征：病毒噬菌体样版本的六邻体（主要衣壳）蛋白、ATP酶和半胱氨酸蛋白酶，以及两个预期特性：15–45 kbp的dsDNA基因组和病毒噬菌体样五邻体（次要衣壳）蛋白。病毒噬菌体与多种病毒/宿主组合相关，包括Mont1/Acanthamoeba polyphaga（Zamilon）、Phycodnaviridae/淡水藻类（Dishui Lake病毒噬菌体）和Chlorella virus-CVXW01/Chlorella（CVV-SW01）。一些病毒噬菌体，如Mavirus，具有整合酶以形成前病毒噬菌体，即病毒噬菌体DNA整合到宿主基因组中，当巨型病毒（如Cafeteria roenbergensis）入侵时被激活。病毒噬菌体接管病毒工厂导致病毒结果降低和宿主真核细胞存活率提高。为应对病毒噬菌体攻击，病毒部署了CRISPR（成簇规律间隔短回文重复序列）样系统。例如，Acanthamoeba polyphaga mimivirus具有三个谱系，具有可变抗性，谱系A对病毒噬菌体Zamilon感染有抗性，而谱系B和C则没有。一种类似于CRISPR-Cas系统的抗性机制被阐明并命名为MIMIVIRE（Mimivirus病毒噬菌体抗性元件），它为谱系A病毒提供针对Zamilon的保护。系统中碱基对的小改变降低了对Zamilon病毒噬菌体的保护。Prasinovirus属的四种大型dsDNA藻类病毒与从中国淡水Dishui湖分离的七种病毒噬菌体（DSLV2–8）相关。Dishui湖大型藻类病毒1（DSLLAV1），一种Mimivirus，也包含类似于CRISPR-Cas的系统，可保护其免受DSLV5和DSLV8的攻击。该系统被命名为LAVVIRE，大型藻类病毒病毒噬菌体抗性元件。Polintons：Polintons长度与病毒噬菌体相似，是真核基因组中发现的最大转座子。尽管尚未证明polintons的诱导，但存在许多与polintons和病毒噬菌体远缘相关的polinton样病毒（PLVs）。对奥地利高海拔湖泊Gossenk?llesee宏基因组的研究揭示了82个新的PLVs，具有环状或线性基因组，带有末端反向重复序列（TIRs），表明它们含有完整基因组。一组包含病毒噬菌体所有核心基因的PLVs可以感染来自废水处理位点的Chrysophyceae微藻，表明它们存在于多种环境中。Polintons包含创建病毒的所有组件，但未被转录，例如，它们编码引物酶型B DNA聚合酶、逆转录病毒样INTegrase基因，以及主要和次要衣壳基因。一个潜在的转录例外是绿藻Tetraselmis，其polinton元件与Tetraselmis striata病毒的基因最相似。另一种解释是polintons参与CRISPR样系统，polinton衍生序列提供针对入侵巨型病毒的适应性免疫形式。Transpovirons：Mimiviruses被transpovirons感染，这些transpovirons在Mimivirus复制期间以非常高的数量积累。Transpovirons需要病毒噬菌体如Zamilon vitis的帮助才能传播。Transpovirons不编码结构蛋白，但携带一个Superfamily 1（SF1）解旋酶基因，类似于PLVs的基因。Transpovirons可以被整合到子代Mimivirus颗粒或其基因组中，从而增加移动遗传元件（MGEs）库，该库还包括病毒噬菌体、PLVs和Polintons。MGEs库提供了一套强大的工具，支持宿主防御的发展以及细胞/病毒对的共同进化。病毒与其宿主的相互作用似乎是一场永无止境的消耗战，首先一方，然后另一方占据优势。然而，当考虑到各种持久性策略和病毒相互作用的复杂层次时，病毒在微生物群落命运中扮演着重要角色。显然，需要理解这种复杂的病毒细胞生态及其在基于自然的废水处理系统（如高率藻塘）中的潜在影响。

**Eukaryotic viruses in wastewater treatment**
此处概述了在废水处理系统（包括与农业和工业废物相关但非生活废水处理的WWTP、WSP和HRAP）中发现的大病毒的数量和种类，以说明在原始HRAP概念模型中未考虑的生物活动程度。来自地理分布广泛区域（匹兹堡、巴塞罗那和亚的斯亚贝巴）的常规WWTPs的原污水中含有约3,000种不同的病毒。识别出26个病毒科，并进一步描述了来自51个科的新病毒。观察到人类病原体以及真菌、植物和昆虫的病毒，包括多种单链和双链DNA病毒，如Phycodnaviridae、Mimiviridae、Iridoviridae和Poxviridae的成员。在印度孟买一个WWTP的污泥和污泥干化床样品中也报告了类似结果，其中识别出Pandoraviridae、Phycodnaviridae、Mimiviridae、Iridoviridae和其他Megaviruses如Marseilleviridae。通过PCR对真核生物、古菌和细菌（使用小亚基核糖体RNA）以及通过识别藻类病毒特异性主要衣壳蛋白基因对病毒进行测序，确定了犹他州洛根市一个7塘曝气WSP中的群落组成。这些塘平均深度为214 cm，停留时间为53–80天。通过主要衣壳（MCP）蛋白基因测序识别出33个Phycodnaviridae操作分类单元（OTUs）。相对病毒丰度受温度、停留时间、硝酸盐和氨的影响。在法国Palavas-les-Flots的中试批量运行HRAPs中研究了真核DNA病毒的种群。使用来自地中海的微藻样品接种HRAPs，这些HRAPs作为微藻培养系统运行，然而，培养基的性质和组成不确定。该研究聚焦于NCLDVs及其微藻宿主，基于MCP、聚合酶B和ATP酶基因的系统发育树揭示了推定的Phycodnaviridae、PLVs和一种病毒噬菌体。通过qPCR和18S rRNA元条形码描述了随时间变化的病毒-宿主相互作用。优势藻类物种随时间变化，病毒多样性爆发与大规模藻类死亡相关。非藻类宿主相关的病毒科包括Mimiviridae、Marseilleviridae、Iridoviridae和Poxviridae，表明这些HRAPs中存在广泛的病毒多样性。海洋绿藻Picochlorum与Mimiviridae和Phycodnaviridae的成员，以及病毒和Lavidaviridae（病毒噬菌体），在9月和10月（北半球秋季）采样期间相关，表明这些藻类很可能是这些病毒科的宿主。因此，废水处理和微藻培养系统似乎是病毒活动的温床。一些常见宿主和病毒科列于表2，以指导将病毒行为纳入新HRAP概念模型的发展。全球已分离出许多NCLDV/藻类配对，例如PBCV/Chlorella variabilis（Chlorella NC664A）、PgV Group I/Phaeocystis globosa、MpV/Micromonas pusilla。Palavas-les-Flots的HRAP在关注海洋藻类属Picochlorum的同时，也识别出多个病毒科，包括Mimiviridae、Phycodnaviridae和Lavidaviridae。14种已识别的真核病毒具有与核苷酸代谢、蛋白质翻译和翻译后修饰、血红素氧化酶、叶绿素代谢、卡尔文循环CO₂同化等相关的功能。在宏基因组分析中，总共3,335个重叠群被分配给病毒（原核和真核），从中提取了35,525个开放阅读框。总共分配了超过6,000个功能注释，包括首次在淡水Dishui湖分离的Phycodnavirus的RNase III，以及与南极洲高盐有机湖中另一种Phycodnavirus相关的胞嘧啶特异性甲基转移酶。因此，模型HRAP塘中的病毒似乎具有高度的功能基因多样性。宿主/病毒相互作用的循环性质是一种称为“杀死优胜者”（KtW）的现象，这是一种最初用于描述不同情况下异养细菌演替的理论模型。KtW的效果是维持微生物或任何其他生态群落的多样性和稳定性，从而维持整体功能。KtW不一定是一个简单的二元宿主/病毒机制。例如，在淡水太湖的Microcystis aeruginosa水华期间追踪病毒标志基因时，与NCLDVs和真核光合原生生物的ssRNA病毒相关的标志物占主导。尽管病毒以预期的KtW方式抑制真核光合群落，但结果并未促进其他真核生物，而是原核蓝细菌Microcystis在其位置爆发。产毒蓝细菌M. aeruginosa经常出现在WSPs中。NCLDVs对基于藻类的废水处理系统（包括HRAPs）中藻类和蓝细菌演替的影响值得进一步研究。病毒是构建系统（如WWTPs的活性污泥（AS）塘、WSPs的沉淀塘以及可能的HRAPs）生态中的重要成员。在废水处理中，对消除对人类致病的病毒（包括各种真核病毒如腺病毒、轮状病毒和肝炎病毒）的关注是可以理解的。然而，大型真核病毒对HRAPs生态的贡献仅在一个系统中进行了研究，噬菌体在此背景下的作用也鲜受关注。因此，以下简要扫描噬菌体能力以支持其纳入新HRAP模型开发。

**Potential influence of bacteriophage in wastewater treatment plants**
噬菌体，即感染原核细菌宿主的病毒，是包括HRAPs在内的生物系统的另一个主要病毒成分，并已纳入新概念模型。地球上约有10³¹个噬菌体，拥有地球上最大的遗传多样性。在海洋环境中，噬菌体数量超过其细菌宿主十倍或更多，每天负责宿主生物量的20%至40%的周转。噬菌体在自然（人类、海洋、土壤）和人工（WWTPs、工业应用、药物制剂）环境中的广泛参与已被调查。在自然环境中，噬菌体有助于细菌群落的稳态。在人工环境中，噬菌体更可能以正面或负面方式扰动系统，但这一结果可能通过噬菌体的基因工程来限制或扩大其宿主范围而改变。在WWTP中，噬菌体数量的增加可能伴随着专门从事硝化或除磷的宿主的减少。或者，噬菌体治疗有潜力控制病原体或其他宿主，如导致污泥起泡和膨胀的Mycobacterium。以下回顾了噬菌体/细菌相互作用的相关特征，这些特征可能与HRAP生态相关。Phage lifestyle：噬菌体表现出两种主要生活方式——裂解性和溶原性。裂解性噬菌体在宿主中快速繁殖，导致裂解和子代病毒释放。溶原性噬菌体启动感染，但仅在条件适合时复制，例如宿主细胞经历高生长率。溶原期在寡营养近海水域、低或极高盐度、厌氧条件下有利，而升高的紫外线辐射、温度、曝气以及铜和镉的重金属离子——这些条件可能发生在废水HRAPs中——导致前噬菌体诱导并恢复为裂解行为。溶原性生活方式涉及将噬菌体DNA整合到宿主基因组或质粒中，随宿主复制。温和噬菌体，即不立即杀死宿主的噬菌体，可根据情况（如宿主细胞密度变化）使用任一策略。例如，随着宿主密度降低，噬菌体将从裂解性转换为溶原性，延迟病毒生产直到宿主条件改善。在高宿主密度下，预期会恢复裂解行为，然而，在某些生态系统（包括淡水）中可能出现相反情况，即游离病毒减少，同时宿主基因组中温和病毒标志基因（包括整合酶、切除酶和前噬菌体）增加，其中噬菌体DNA整合到宿主基因组中。此外，噬菌体整合可能为细菌提供免受进一步噬菌体感染的保护，从而减轻宿主维持前噬菌体的成本。噬菌体使用多种分子信号策略来控制生活方式转变。这些策略包括响应低宿主数量的裂解抑制。噬菌体的多样性和生活方式策略对细菌群落施加了一系列压力。对四种不同水生环境（水产养殖和三个不同盐度的盐田塘）的宏基因组研究揭示了四个功能稳定的噬菌体和微生物宿主群落。然而，当在病毒基因型和微生物菌株水平上随时间检查种群时，出现了不同的画面。单个微生物菌株的种群因少数基因型增加的病毒捕食而繁荣和衰退，这些基因型随后衰退，而下一个微生物菌株与病毒基因型一同出现。病毒活动似乎促进了塘中高微生物多样性。除了制定应对不同环境情况的策略外，细菌和噬菌体还进化出了庞大且多样的武器库来相互对付。细菌工具包括检测和禁用噬菌体核酸的感应系统，如CRISPR-Cas和RexAB，以及用于破坏感染宿主的系统。噬菌体通过部署干扰CRISPR-Cas系统操作的蛋白质、构建隐藏DNA复制/转录活动免受宿主影响的核样结构，或使用抗CRISPR-Cas非编码RNA来混淆Cas亚复合物的组装，从而发展出避免被宿主CRISPR-Cas系统识别的突变。所有机制预计都将在HRAPs中部署，且不仅限于细菌/噬菌体子系统。有证据表明NCLDVs也获得了类似CRISPR-Cas的能力。

**Information transfer via phage in wastewater treatment plants**
常规WWTPs如活性污泥厂（ASP）拥有非常高密度和多样性的噬菌体及其微生物宿主。对香港六个二级WWTPs的调查显示，病毒浓度比其他生境（如厌氧消化器、固体废物、淡水和海洋环境）高10–1,000倍。这些噬菌体支持一个共享辅助代谢基因（AMGs）的市场，这些AMGs既可以有益于也可以阻碍ASP的功能。噬菌体或其宿主在每个感染周期中可能通过转化（eDNA摄取）、转座（转座元件在宿主基因组位置间移动）、接合（配对个体间DNA转移）和转导（不精确DNA包装）等机制获得新遗传物质。新遗传物质赋予群落调节、竞争、多样性或