BACTERIAL COMMUNITIES OF ACTIVATED SLUDGE AT TREATMENT PLANTS IN PERM (RUSSIA)

Аннотация Введение. Изучение биоразнообразия активных илов может служить основой для выбора альтернативных путей утилизации избытков активного ила. Цель исследования: изучение разнообразия бактериального сообщества активных илов муниципальных и промышленных биологических очистных сооружений (БОС) г. Перми методом метагеномного секвенирования и определение возможности накопления полигидроксиалканоатов биомассой смешанных культур. Методы: метагеномное секвенирование генов 16S рРНК, эпифлуоресцентная микроскопия, атомно-абсорбционный метод определения концентрации тяжелых металлов. Результаты: изучено биоразнообразие активных илов коммунально-бытовых БОС, нефтеперерабатывающего (ПНОС) и целлюлознобумажного (ПЦБК) предприятий Перми (Россия). Показано, что доминирующими филумами домена Bacteria во всех исследуемых образцах являлись Proteobacteria, Firmicutes и Bacteroidetes, причем доля Proteobacteria в активном иле муниципальных БОС составляла 55 %, промышленных — от 26 (ПНОС) до 62 % (ПЦБК). В активном иле очистных сооружений ПНОС преобладали Firmicutes (45 %), а доминирующим семейством являлось Peptostreptococcaceae (61 %). В активном иле анаэробной и аэробной зоны аэротенка муниципальных БОС доминировал род Acinetobacter — 12 и 44 % соответственно, в очистных сооружениях ПЦБК — Sulfuricurvum sp. (17 %), ПНОС — Romboutsia sp. (50 %). Показано, что после выращивания биомассы активных илов на среде с бутиратом натрия, лимитированной по азоту, клетки всех образцов содержат включения полигидроксиалканоатов, что может рассматриваться как вариант использования избытков активного ила. Ключевые слова: активный ил, метагеномика, бактериальное разнообразие, полигидроксиалканоаты. Abstract Studying activated sludge biodiversity can serve as a basis for choosing alternative ways for disposal of excess activated sludge. The purpose of the study was to explore diversity of the activated sludge bacterial community at municipal and industrial biological wastewater treatment plants (BWWTPs) in Perm using the method of metagenomic sequencing and determine the possibility of accumulating polyhydroxyalkanoates with a biomass of mixed cultures. The following methods were used: metagenomic sequencing of 16S rRNA genes, epifluorescence microscopy, atomic absorption method for determination of heavy metals concentration. As a result, biodiversity of activated sludge at municipal BWWTPs, an oil refinery (OR) and a pulp-and-paper mill (PPM) (Perm, Russia) was analyzed. It was shown that Proteobacteria, Firmicutes and Bacteroidetes were the dominant phyla of the Bacteria domain in all samples studied, with Proteobacteria in activated sludge at the municipal BWWTPs being 55 %, industrial BWWTPs — from 26 (OR) to 62% (PPM). Activated sludge at OR treatment facilities was dominated by Firmicutes (45 %), and the dominant family was Peptostreptococcaceae (61 %). In activated sludge of the anaerobic and aerobic zones of the aerotank at municipal BWWTPs, the Acinetobacter genus dominated — 12 and 44 %, respectively, at PPM treatment facilities — Sulfuricurvum sp. (17 %), OR treatment facilities — Romboutsia sp. (50 %). It was shown that after growing the biomass of activated sludge in the nitrogen-limited medium with sodium butyrate, the cells of all samples contained inclusions of polyhydroxyalkanoates. Polyhydroxyalkanoates production can be considered as an option for the use of excess activated sludge.