Examen des impacts d’une salinité élevée sur les interactions microbiennes au sein de la communauté microbienne des boues activées

Les processus de traitement biologique sont essentiels pour la purification des eaux usées, où les interactions microbiennes sont étroitement associées à la performance du traitement. Des études antérieures se sont concentrées sur l’évaluation de la façon dont les facteurs environnementaux (tels que la salinité) affectent la diversité et la composition de la communauté microbienne, mais ignorent les liens entre les micro-organismes. Pour combler cette lacune, une équipe internationale de chercheurs a mené une analyse approfondie des interactions microbiennes à salinité élevée dans les systèmes de boues activées.

Les procédés de traitement biologique sont largement utilisés dans l’élimination des polluants en raison de leur faible coût et de leur grande efficacité. Mais une salinité élevée pourrait entraîner de mauvaises performances de traitement des stations d’épuration biologiques (WWTP), car une pression osmotique élevée est mortelle pour les microbes et peut inhiber l’activité enzymatique. Par conséquent, la salinité des eaux usées est un problème notable dans les processus de traitement biologique partout dans le monde.

Le système de boues activées est un micro-écosystème complexe, dans lequel divers taxons bactériens interagissent les uns avec les autres par le transfert d’énergie et l’échange de substances et d’informations pour former un réseau écologique vaste et complexe pour éliminer efficacement la matière organique et les nutriments. Des études antérieures ont montré que la salinité réduisait la diversité de la communauté bactérienne, modifiait la composition des nitrifiants et des dénitrifiants et inhibait davantage l’activité des bactéries nitrifiantes.

La communauté microbienne des boues activées a été largement étudiée, mais se concentre rarement sur les interactions entre les taxons microbiens pendant le fonctionnement du système.

On s’attend à ce que certains changements physicochimiques (par exemple, la salinité de l’influent) puissent perturber les interactions microbiennes entre diverses populations fonctionnelles (par exemple, les bactéries hétérotrophes, les nitrifiants, les dénitrifiants, les organismes accumulant les polyphosphates (PAO), etc.), et par conséquent avoir un impact sur l’efficacité des performances dans systèmes à boues activées. Cependant, les informations concernant les interactions microbiennes et la façon dont elles réagissent à une salinité élevée ont rarement été rapportées.

Pour combler ces lacunes, des chercheurs de l’Université de technologie chimique de Pékin et de l’Université de technologie et de commerce de Pékin ont décrit les interactions microbiennes en réponse à une salinité élevée dans un système de boues activées en effectuant une analyse de réseau d’association. Leur étude révèle qu’une salinité plus élevée a entraîné une faible diversité microbienne et des réseaux globaux petits, complexes et plus compétitifs, entraînant une mauvaise performance du processus de traitement.

Cette étude intitulée « Réponses des interactions microbiennes à une salinité élevée dans la communauté microbienne des boues activées » est publiée dans Frontières des sciences et de l’ingénierie de l’environnement.

Dans cette étude, en examinant la variation dynamique des réseaux écologiques moléculaires (MEN), l’équipe de recherche a exploré les questions suivantes : 1) Comment la structure globale du réseau réagit-elle à une salinité élevée ? 2) Comment la structure du sous-réseau des différents taxons phylogénétiques répond-elle à une salinité élevée ? 3) Comment les bactéries fonctionnelles et les espèces clés répondent-elles à une salinité élevée ? Cette étude fournira un nouvel aperçu des changements dynamiques de l’interaction microbienne sous les changements physico-chimiques.

Dans leur étude, les chercheurs ont découvert qu’une salinité de 3 % inhibait l’élimination des TN et réduisait la diversité des communautés microbiennes. L’analyse des réseaux a révélé que les réseaux globaux dans des conditions de salinité plus élevées (2 % et 3 %) présentaient des réseaux plus complexes et plus serrés et des interactions bactériennes plus compétitives.

Les sous-réseaux de bactéries ayant la même fonction (comme AOB, NOB et les dénitrifiants) différaient considérablement lorsqu’ils étaient exposés à une salinité élevée. La connexion entre Nitrospira (NOB) et d’autres espèces a été sérieusement inhibée sous une salinité de 1% à 3%, ce qui a entraîné une élévation du NAR de plus de 99,72%. En outre, l’équipe a noté que les espèces clés (hubs et connecteurs) étaient dynamiques lorsqu’elles étaient exposées à différentes salinités et jouaient un rôle crucial dans le maintien de la stabilité du système, malgré la faible abondance de la communauté microbienne.

Cette étude a évalué avec succès les effets d’une salinité élevée sur les réseaux écologiques du système de boues activées en effectuant une nouvelle analyse de réseau basée sur RMT. Ce travail améliore notre compréhension de la relation entre la performance du système et la dynamique d’interaction microbienne des communautés microbiennes de boues activées en réponse à une salinité élevée.

Plus d’information:
Tao Ya et al, Réponses des interactions microbiennes à une salinité élevée dans la communauté microbienne des boues activées, Frontières des sciences et de l’ingénierie de l’environnement (2022). DOI : 10.1007/s11783-023-1660-x

Fourni par la presse de l’enseignement supérieur

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