تحلیل ساختار جامعه میکروبی موجود در هاضم بی‌هوازی لجن فاضلاب شهری با استفاده از تکنیک توالی یابی نسل بعدی

نوع مقاله : پژوهشی- فارسی

نویسنده

عضو هیئت علمی/ گروه پژوهشی محیط زیست، پژوهشکده انرژی و محیط زیست، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران

10.22108/bjm.2026.149031.1676

چکیده

کارایی و پایداری فناوری هضم بی‌هوازی، به جوامع میکروبی پیچیده و فعالیت‌ آن‌ها بستگی دارد. تنوع میکروبی، نقش مهمی در عملکرد اکوسیستم‌های طبیعی و مهندسی‌شده ایفا می‌کند. در دهه گذشته پیشرفت‌های قابل توجهی در شناسایی گروه‌های کلیدی میکروارگانیسم‌ها که بر فرآیندهای هضم بی‌هوازی تأثیر می‌گذارند، حاصل شده است. فناوری‌ توالی‌یابی نسل بعدی که به تازگی توسعه یافته‌ است، می‌تواند برای توصیف کامل جامعه میکروبی هاضم استفاده شود. در تحقیق حاضر، از این تکنیک برای شناسایی و تحلیل ساختار میکروبی موجود در هاضم بی‌هوازی لجن فاضلاب شهری استفاده شده است.

در این تحقیق، از جریان‌ لجن خروجی از هاضم بی‌هوازی لجن فاضلاب شهری در بازه‌های زمانی مختلف جهت انجام تست‌های شناسایی مولکولی با استفاده از فناوری توالی یابی نسل بعدی، نمونه گرفته شد. سپس نمونه‌ها تحت تجزیه و تحلیل توالی‌یابی کل ژنوم قرار گرفتند تا یافته‌هایی در مورد ترکیب ژنتیکی و تنوع جامعه میکروبی (نوع و فراوانی گونه‌ها) به دست آید.

مجموع شاخص‌های تنوع آلفا نشان داد که هاضم بی‌هوازی مورد مطالعه دارای یک جامعه میکروبی غنی، متنوع و نسبتاً متعادل است. بررسی جامعه باکتریایی نشان داد که پروتئوباکتریا و فیرمیکیوتس شاخه‌های باکتریایی غالب در هاضم بی‌هوازی هستند، درحالیکه جامعه آرکی‌ها از انواع متانوژن‌های استوکلاستیک، هیدروژنوتروفیک، و متیلوتروفیک، تشکیل شده‌ بود. متانوتریکس بیشترین فراوانی را در هاضم مورد بررسی داشت. تنوع مناسب باکتری‌ها در هاضم مورد بررسی، بیانگر پایداری مناسب و ظرفیت مطلوب برای انجام فرآیندهای هضم بی‌هوازی و وجود افزونگی عملکردی در جامعه میکروبی است که می‌تواند مقاومت سامانه را در برابر تنش‌ها و تغییرات عملیاتی افزایش دهد. فراوانی بیشتر متانوتریکس نشان‌ می‌دهد که احتمالا مسیر متان‌زایی استوکلاستیک در هاضم، غالب است. فراوانی بیشتر متانوتریکس همچنین، بیانگر این است که اختلالات عملکردی در هاضم وجود ندارد. در مجموع تحلیل ساختار میکروبی نشان داد که هاضم مورد بررسی به لحاظ پایداری فرایند هضم و تولید ثابت متان در شرایط مطلوبی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analysis of the Microbial Community Structure in an Anaerobic Digester of Urban Wastewater Sludge Using Next-Generation Sequencing Technique

نویسنده [English]

  • Mahsa Sedighi
Faculty Member/Energy and Environment Research Center, Niroo Research Institute, Tehran, Iran
چکیده [English]

The efficiency and stability of anaerobic digestion technology depend on complex microbial communities and their activities. Microbial diversity plays a crucial role in the performance of natural and engineered ecosystems. Over the past decade, significant progress has been made in identifying key groups of microorganisms that influence anaerobic digestion processes. Recently developed next-generation sequencing technologies can be used for a comprehensive description of the microbial community in a digester. In the present study, this technique was used to identify and analyze the microbial structure present in an anaerobic digester of urban wastewater sludge. Samples were taken from the effluent sludge flow of an urban wastewater sludge anaerobic digester at different time intervals to perform molecular identification tests using next-generation sequencing technology. The samples then underwent whole-genome sequencing analysis to obtain findings regarding the genetic composition and diversity of the microbial community (species type and abundance). Alpha diversity indices showed that the studied anaerobic digester had a rich, diverse, and relatively balanced microbial community. Bacterial community analysis revealed that Proteobacteria and Firmicutes were the dominant bacterial phyla in the anaerobic digester, while the archaeal community consisted of acetoclastic, hydrogenotrophic, and methylotrophic methanogens. Methanothrix had the highest abundance in the studied digester. The appropriate diversity of bacteria in the studied digester indicates good stability and optimal capacity for anaerobic digestion processes, as well as functional redundancy in the microbial community, which can increase the system's resistance to stresses and operational changes. The higher abundance of Methanothrix suggests that the acetoclastic methanogenesis pathway is likely dominant in the digester. The higher abundance of Methanothrix also indicates that there are no functional disturbances in the digester. Overall, the analysis of the microbial structure showed that the studied digester is in an optimal condition in terms of digestion process stability and consistent methane production.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Anaerobic digestion
  • municipal sewage sludge
  • microbial community structure
  • next-generation sequencing