宏转录组研究成果荣登10分JHM
近期，派森诺与华东师范大学合作，在知名期刊《Journal of Hazardous Materials》上发表论文，通过宏转录组学研究，解析了餐厨垃圾和污泥厌氧共消化处理系统中，抗生素暴露对功能微生物物质代谢和产甲烷活性的影响，并揭示了抗生素暴露抑制厌氧消化过程的微生物作用机制。
研究背景
餐厨垃圾和污泥厌氧共消化处理系统是一种高效且极具潜力的有机固废资源化利用技术。但污泥中的抗生素残留也会进入到厌氧消化系统中，而关于抗生素对消化过程中功能微生物和代谢通路的作用机制尚缺乏研究。
本研究利用高通量测序技术，解析厌氧消化过程中的微生物群落结构，并通过宏转录组水平的研究，揭示微生物活性和代谢通路表达的变化规律，以评估抗生素暴露对厌氧性能的影响及其作用机制。
材料与方法
测序技术：Illumina MiSeq + HiSeq高通量测序平台
测序模式：细菌群落16S rRNA基因V3-V4区、古菌群落V4-V5区测序；宏转录组测序
实验对象：抗生素暴露条件下的餐厨垃圾和污泥厌氧共消化过程
研究结果
- 抗生素对厌氧消化过程中甲烷产量的影响
抗生素（磺胺甲恶唑和红霉素）对甲烷产量具有抑制作用（抑制率为5.29 ~ 10.16%），且随着浓度的增加，其抑制作用增强。
图1 抗生素暴露对甲烷产量的影响
- 抗生素暴露对厌氧消化过程中可溶性化学需氧量（SCOD）、可溶性多糖（SPN）、可溶性蛋白（SPS）和挥发性脂肪酸（VFAs）的影响
实验显示，产甲烷高峰期（第23天），CK组中的SCOD和SPN的浓度均显著低于抗生素暴露组，这表明在抗生素的压力下，微生物对有机物的利用率下降，抑制了微生物的水解活性。
图2 抗生素暴露对厌氧消化过程中 (a) SCOD， (b) SPN和 © SPS的影响
VFAs的产生是厌氧消化酸化过程的主要特征，其中又以乙酸最为关键，因为它与甲烷生成直接相关。结果显示，产甲烷高峰期（第23天），CK组中乙酸含量最低，表明抗生素会降低乙酸的利用效率，从而抑制酸化过程。
图3 抗生素暴露对厌氧消化过程中挥发性脂肪酸（VFAs）的影响
- 16S多样性组成谱分析：抗生素暴露对厌氧消化过程中微生物群落的影响
产甲烷高峰期（第23天），反应器中的Fastidiosipila和Proteiniphilum丰度降低，这两种微生物有助于乙酸生成，这表明，抗生素抑制了乙酸的生成过程。且与CK组相比，四环素和红霉素添加组中Methanosaeta（产甲烷菌）丰度降低，所有抗生素添加组的氢营养型产甲烷菌属丰度均有所下降，这表明抗生素压力下产氢过程受到抑制，进而抑制了产甲烷过程。
图4 抗生素暴露对厌氧消化过程中优势细菌 (a) 和古菌 (b) 的影响
- 宏转录组学分析：抗生素暴露下微生物代谢途径和群落表达变化
宏转录组测序分析表明，抗生素暴露下，各处理组甲烷代谢均有所抑制，表明抗生素确实会抑制甲烷代谢的功能活性。同时，抗生素暴露还抑制了关键有机物代谢（氨基酸代谢、脂质代谢）和能量代谢相关的活性，导致产甲烷关键辅酶的生物合成活性和VFAs的产生受到抑制。产甲烷过程中的主要产甲烷菌是Methanosarcina、Methanobacterium等；但抗生素处理抑制了Methanobacterium和Methanoculleus的活性。四环素和磺胺甲恶唑也同时抑制了参与直接种间电子转移途径的Geobacter的活性，从而降低了电子传递效率，间接抑制了甲烷产生。
图5 宏转录组学研究揭示抗生素暴露下微生物群落的代谢途径和基因表达变化
图6 抗生素暴露下甲烷代谢途径的表达和丰度变化
总结
本研究采用宏转录组技术阐明了抗生素抑制餐厨和污泥共消化过程的微生物机制。在抗生素暴露的厌氧消化过程中，产乙酸菌属Proteiniphilum和产甲烷古菌属Methanobacterium丰度下降，水解过程受抑制，延缓了产甲烷过程。同时，抗生素抑制了关键有机物代谢和能量代谢的活性，导致产甲烷关键辅酶（辅酶B/M/F420和甲烷呋喃）的生物合成活性受到抑制，最终抑制了产甲烷代谢活性。
这些结果与物质代谢和甲烷产量相一致。该研究成果拓展了抗生素抑制有机固废产甲烷的认识。
宏转录组研究成果荣登10分JHM相关推荐
- QIIME 2基因云，登10分JHM
期刊:<Journal of Hazardous Materials> 影响因子:10.588 最近,派森诺与青岛科技大学合作,在知名期刊<Journal of Hazardous ...
- 转录组分析_肠道菌群：宏转录组测序分析流程解读
上回给大家讲述了16S测序分析 和 宏基因组测序分析,本期的宏转录组来啦~ 你知道吗?通过16S测序分析 和 宏基因组测序分析,我们只能够知道肠道菌群做好事或坏事的潜力,而并不知道它们此时此刻正在我们 ...
- 宏转录组方法_土壤宏转录组RNA的提取方法评价
微生物被认为是地球最大的分解者.据估算,每克土壤中微生物的数量最高可达上百亿,物种可达数十万种[.这些数量巨大.种类繁多.功能多样的微生物推动了土壤的发生和发育,决定了地球演化的方向和进程,形成了人类 ...
- r语言 转录本结构及丰度_肠道菌群：宏转录组测序分析流程解读
上回给大家讲述了16S测序分析 和 宏基因组测序分析,本期的宏转录组来啦~ 你知道吗?通过16S测序分析 和 宏基因组测序分析,我们只能够知道肠道菌群做好事或坏事的潜力,而并不知道它们此时此刻正在我们 ...
- BBI综述：在微生物组研究中使用宏转录组
在微生物组研究中使用宏转录组 Use of Metatranscriptomics in Microbiome Research https://doi.org/10.4137/BBI.S34610 ...
- BBI：Eran Elinav组综述在微生物组研究中使用宏转录组
在微生物组研究中使用宏转录组 Use of Metatranscriptomics in Microbiome Research https://doi.org/10.4137/BBI.S34610 ...
- NBT-19年2月刊4篇35分文章聚焦宏基因组研究
新年4篇35分文章聚焦宏基因组研究 Nature Biotechnology (NBT,自然生物技术,IF 35.7)在2019年2月刊(https://www.nature.com/nbt/volu ...
- NBT-新年4篇35分文章聚焦宏基因组研究
文章目录 新年4篇35分文章聚焦宏基因组研究 1. 超高速细菌基因组检索技术 摘要 序列搜索方法 2. 宏基因组中设计全面可扩展探针捕获序列多样性 摘要 CATCH设计探针 3. 1520个人类肠道可 ...
- 微生物组学研究手段概览2——宏基因组和宏转录组
原创: 林二狗 宇宙实验媛 宏基因组 宏基因组测序是将环境总DNA提取出来,随机打断成300/500bp的小片段,然后在片段两端加入通用引物进行PCR扩增测序,然后对测序数据进行质控,再将高质量序列 ...
最新文章
- Java集合之并发容器
- 【CVPR2020 Oral】只需一行代码就可提升迁移性能
- clickhouse修改时区
- 两个linux之间拷贝文件及文件夹
- C/C++难题的高赞回答「中文版」，帮你整理好了
- Spring源码阅读（六）
- [摘抄] Bezier曲线、B样条和NURBS
- vim捐赠_#PayItBackwards-一位freeCodeCamp毕业生如何向事业捐赠10,000美元
- K8S Calico
- 深度优先搜索——迷宫(洛谷 P1605)
- Apache(httpd) 报错You don't have permission to access /on this server.
- python操作键盘
- 计算机软件it是什么职业,it行业是什么工作做什么的?属于信息技术产业(工资可观)...
- 魏鹏机器人_智能刷脸、机器人、无人机...山东多地校园开学充满“科技感”
- 便签记事本 手机便签记事本app
- 东华大学2020考研计算机复试准备上机题解析答案_基础篇(1-29)
- CCR炒币机器人：量化策略炒币机器人成新一代网红
- Win32 游戏开发：贪吃蛇 上篇
- Matlab矩阵和数组的操作
- luoguP1888 【三角函数】