זרמי פסולת - בין אם הם מקורם כמו שפכים עירוניים, יעילות תעשייתית, תפוקה חקלאית, או מקרקעין leachate - השבור קהילות מיקרוביאלי שונות המשפיעות על יעילות הטיפול, סיכון פתוגן, ושיקום משאבים.אפיון התוכן המיקרוביאלי של זרמים אלה הפך מרכזי לטכנולוגיות סביבתיות מודרניות.

המסגרת הקלאסית: שיטות מבוססות תרבות וקונסטרינטים שלהן

עבור רוב המאה העשרים, ניתוח מיקרוביטרי של זרמי פסולת שנתמכו על טכניקות מבוססות תרבות.שיטות סטנדרטיות הכלולים בגילויים בתקשורת סלקטיבית, המבחנים בעלי ערך רב (MPN) ואופי ביוכימי של מושבות מבודדות (הגישות הללו מספקות מידע רב על חיידקים עמידים על פני השטח) כגון FLT:0E. coliph1 ו-cocci, אשר דורשים לעתים קרובות פחות אמצעים כימיים בעלי איכות חיים.

המהפכה המולקולרית: גישות מבוססות DNA

הופעת תגובת שרשרת פולימראז (PCR) ופיתוח של אקולוגיה מיקרוביאלית משוחררת ממגבלות התרבות.טכניקות מולקולריות אלה מחלמות חומר גנטי ישירות מדגימות סביבתיות, ומספקות נוף שלם יותר ובלתי משוחד של הרכב הקהילתי ופוטנציאל תפקודי.

Metagenomics

(החומרה של יריה היא תמצית כל נוכחות DNA במדגם, ללא קשר למקורו. גישה זו מייצרת תמונה גנטית מקיפה של הקהילה כולה, כולל חיידקים, ארכאה, וירוסים ופטריות.בזרמי פסולת, metagenomics חשפה עוד יותר מיקרוביליטרציה בלתי ידועה של גנים פונקציונליים הקשורים להתנגדות, התמוטטות xenobiotic, וחידושים מטבוליים של לדוגמה, מטבולית של תאים מיקרו-מיקרו-מיקרו-מיקרו-גנטימיים (Feric) אשר זיהומיים אופייניים של תפקוד גנטיים (CDC) הוא בעל השפעה פונקציונליים).

16S rRNA Gene Amplicon Sequencing

דינמיקה ממוקדת של RNAרזולוציה של 16S ribosomal RNA הגן נשאר השיטה הנפוצה ביותר עבור מס סימולציה של קהילות חיידקיות וארכאיות. הגן 16S מכיל גם אזורים נתיבים נשמרים וניתן יתר על כן (V1-V9) המאפשרים פיזור מס פיזיולוגי נמוך (nexnex) על ידי הגדלת אזור ספציפי - V3-V4-V4 -2 -5 מחקר זה יכול לייצר יחידות פחמן אלקטרוניות יעילות (n)

Metatranscriptomics

בעוד metagenomics מגלה פוטנציאל גנטי, metatranscriptomics ללכוד את הגנים באופן פעיל המובע על ידי ריצוף של RNA הכולל (לאחר RNA depletion) גישה זו מספקת קריאה ישירה של חילוף החומרים המיקרוביאליים בתגובה לתנאים סביבתיים. בטיפול פסולת, metatranmotocs חזק יותר ויותר לא עקבי נעשה שימוש כדי לזהות את המשתתפים הפעילים ב nitrification, להעריך תגובות רעילות במהלך אירועים מזעזעים, לחשוף דפוסים גנטיים עם התקדמות משולבת של בדיקות נוגדות יותר ויותר עם חומרים ביולוגיים המבוססים על ידי בדיקות מעבדה.

הבא-Generation Sequencing Platforms and innovations

פלטפורמות חדשות של ריצוף הרחיבו את היקף האופיזציה המיקרוביאלית על ידי כיסוי מגבלות של טכנולוגיות קודמות.

אילמיינה סירק

ה-Sequencing-by-synthesis טכנולוגיה שולטת בשוק בשל הדיוק הגבוה שלה (>99.9% בבסיס) ומכשירים מסיביים כגון MiSeq ו- נובהSeq מייצרים קריאה קצרה (בדרך כלל 150–300 bp) שאינם אידיאליים עבור דחיסה מבוססת פחמן וקטנומית של IG) אשר אינה יכולה לעתים קרובות לבודד את הגנום הקצר (למרות שעדיין קשור ל-DMA) אלא ל-DGEcremegomic) אך ורק ל-D) אך ורק ל-DMACDC) אשר אינו יכול לעיתים קרובות ל-DGEdoumecremecremedouble CGEdouble C.

ננופול סיקוס

אוקספורד (Nanopore Technologies) רצף הנייד של ננופל, גריידיון) הציגו שינוי פרדיגמה על ידי מתן אפשרות בזמן אמת, ריצוף ארוך ישירות מדגימות סביבתיות.התקני ננופואר קוראים DNA או RNA מולקולות כי הם עוברים דרך חלבון nanopore, מדידת שינויים ב- ionic Currents יכולה לעלות על 100 kb, אשר משפרת באופן דרמטי את ההתפרצות של ריצוף חשמלי וקלה של קרינת ניטור.

Single-Cell Genomics

יחיד-תאים genomics מבודד תאים מיקרוביאליים בודדים מהקהילה, מדגימה את ה-DNA שלהם, ורצף הגנום של כל תא בנפרד. שיטה זו מבססת את הצורך בתרבות תוך שמירה על הקשר בין גנום ושושלת תאים.עבור דגימות מיקרו-עוצמה מתמשכת, אך ורק תאי גזע חד תאיים בודדים הראו גנום נדיר או קטן - כגון סימולציה מועמד (NPRC) ו-NPRa) הם גם בעיות מיקרו-מילא-מתאים קריטיות יותר.

Bioinformatics ושילוב נתונים

השיטפון של ריצוף נתונים מפלטפורמות אלה דורש כלים חישוביים מתוחכמות לפרשנות. bioinformatics צינורות metainformatics התפתח מטיפוסי מס פשוטים לפלטפורמות משולבות המשלבות phyencsy, אנטמנטציה תפקודית וניתוח סטטיסטי.עבור 16S נתונים, כגון QIIMAC 2 (Quantitative Insights Into Microbial Ecology) ו-Mothur מספק עבודה מקצה לקצה עבור סימולציה של מערכות למידה, כגון:

טכניקות מתקדמות להתאמה פונקציונלית

מעבר לריצוף, מספר טכניקות אורטוקונאליות משלימות פרופיל גנטי על ידי קישור זהות לפעילות בקנה מידה בסדר.

Stable Isotope Probing (SIP)

SIP כולל incubating a Sample with aFLT:01303FLT ( 1C-או FLT:21503FLT 3N-labeled substrate, ואחריו צפיפות- ⁇ igation בתנאים נפרדים של DNA או RNA מאורגניזמים אשר שילבו את התווית.

פלואורנס ב Situ Hybridization (FISH) ו Variants

FISH משתמשת ב- Fluorescently מסומן oligonucleotide בדיקות מיקוד רצפים ספציפיים של rRNA כדי לדמיין ולכמת תאים מיקרוסקופיים.It משמר את ההקשר המרחבי, מה שהופך אותו אידיאלי עבור לימוד אדריכלות ביופיל בפילטרים מסובכים או כורים גרניט הדורשים כורים היברידיים (FISH) עם אופטימיזציה אוטומטית (Fmas-FISH) או Ramanspectros phics) עם מערכות הדמיה מוגברת של תאים עם תפקודים עם תאים עם תאים עם תאים עם תאים עם סימולציה סטנדרטיים, אך ורקמותרפיים.

תולעים

חידוש של שיטות המבוססות על תרבות, הנקראות מטפחים, משלב בידוד רב-כיפוף עם זיהוי מהיר על ידי מטריקס--סמריצה-מרוצה לייזר desorption / ionization-Time of Flight (MALDI-TOF) של ספקטרום גדול או חלקית 16S ריצוף של מערכות יחסים פיזיולוגיות (כלומר, שימוש במגוון רחב של מדיה ותנאים, מטפחים מבודד מאות מינים לא-מדגם אנושי, והוא משמש להתפרצות של אורגניזמים ביולוגיים).

יישומים בניהול פסולת

כל אחת מהגישות המתעוררות הללו מוצאת שימוש מעשי בהקשרים שונים של טיפול בפסולת.

טיפול במים

מערכות סלדג' מופעלות מסתמכות על קונסורציום של heterotrophs, nitrifiers, ו-פוליפוס-קלוט-קמצטבר אורגניזמים (PAOs) Metagenomics ו 16S ריצוף זיהו את האינדיקטורים המיקרוביאליים של חיידקים בריאים לעומת פיזור או שיתוק קצף באופן פעיל. nanopore- בזמן אמתי מעקב יכול לזהות שינויים פתאומיים בקומפוזיציה חיידקי, המאפשרים מוקדמים של זיהומים.

המונחים: Anaerobic Digestion

(ב) ייצור ביוגז תלוי ברשת מזון מיקרוביאלית יציבה ממוזגים הידרוליטיים ל-Syntrophic acetogens ו- methanogens. 16S ו- metagenomic profiling קטלוג מיקרואורגניזמים מרכזיים - לדוגמה, NLT:0MethanosarcinaFLT:1 ו-FLT:2 meocleusleusalusalusFLTs: 40 ramic Passi ramulic Passer CMR) CMRicialrfulphicial CMR.

טיפול Landfill and Leachate

leachate Landfill מכיל תערובת של חומצות אורגניות, מתכות כבדות, ו תרכובות realcitrant. אוכלוסיות מיקרוביאליות ב leachate נשלטים על ידי proteobacteria וחומצהogenic מסה. Metatranscriptomics זיהה מסלולים מטבוליים פעילים עבור הפחתה ברזל ו xenobiotic טרנספורמציה. FISH של biofilms קרקעיים מסייע לעצב מהנדסים ביומטריה עבור חמצון metaneidation, יתר על ידי אבחון דלקת ריאות.

פסולת חקלאית ומחויבות

קומפוסטינג מסתמכת על רצף של חיידקים תרמופיליים ופטריות. amplicon Sequencing גילה כי סוג הזנה (מנקה, פסולת מזון, שאריות) מעצב את המיקרוביומה הסופית, אשר מתואמים עם בגרות קומפוסט ומדכאות נגד פתוגנים.תרבות-independent שיטות משמש גם כדי לייעל העיכול של מזחלות בעלי חיים, המעכבות כגון רמת ניקוטין-דלקתית כדי להתאים את רמת פחמן-פחן.

כיוונים עתידיים ואתגרים

הפיתוח המתמשך של טכנולוגיות אלה עומד בפני מספר hurdles. Multi-omics אינטגרציה נשאר אינטנסיבי מבחינה חישובית ודורש bioinformatics סטנדרטית של bioinformatics עבודה זרמי עבודה כדי להבטיח התחדשות במעבדות. Real-Time, בחיישנים של situ אשר לזהות נורמות ספציפיות מיקרוביאליות או metabolites הם עדיין בשלבים מתקדמים עבור סביבות מיקרו-מחזוריות רבות.

לסיכום, האופי של תוכן מיקרוביאלי בזרימת פסולת עבר הרבה מעבר למגבלות של צלחות המבוססות על תרבות.מטגנומק, 16S ריצוף, metatranscriptomics, טכנולוגיית ננופור, ו-one-cell genomics, נתמך על ידי כלים חישוביים חזקים, עכשיו מציעים הבנה רבת-פנים של מי הוא נוכח, מה הם מסוגלים, ומה הם עושים בתובנות אמיתיות, תוך כדי שיפור תהליך של אינטגרציה יעילה יותר, והחלמה, והחלמה, הוא יעיל יותר, הוא יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, הוא יעיל של תהליכים של משאבים, יעיל יותר, וריפוי יעיל יותר, יעיל יותר, וריפוי יעיל יותר, הוא יעיל של משאבים, הוא יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל של משאבים, הוא יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל של משאבים, יעיל של מערכות הגנה, עכשיו, יעיל של מערכות יחסים של אנרגיה, יעיל יותר, יעיל של מערכות יחסים, יעיל יותר, יעיל יותר, עכשיו, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל של מערכות אבטחה, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, עכשיו, תמיכה של מערכות אבטחה, תמיכה של מערכות אבטחה, עכשיו, עכשיו, יעיל של מערכות אבטחה, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל של מערכות