Atık akışları – belediye kanalizasyonu, endüstriyel effluent, tarım runoff veya arazi dolum sajı - bu karmaşık mikrobiyomları tedavi verimliliğini etkileyen çeşitli mikrobiyomları ve kaynak kurtarmayı inceler. Bu makale, bilim adamlarının ve mühendislerin atık-konomiküle mikroteknolojiye nasıl çalıştığını inceler, biyolojik olarak ele aldıkları zorlukları inceler ve şimdi araştırmacıların bu karmaşık mikrobiyomları, üretim ve üretime ve üretime olanak sağlar.

Klasik Çerçeve: Kültür-Temel Yöntemler ve Onların Kısıtlamaları

Yirminci yüzyılın çoğunda, mikrobiyal atık akışlarının mikrobiyal analizi kültür temelli tekniklere dayanıyordu. Standart yöntemler seçici medyaya dahil edildi, en yüksek çözünürlükte (MPN) testler ve biyokimyasal karakterizasyonu, toplam mikrobiyal topluluğunun sadece küçük bir kısmını ele alıyor - en azından çevresel bakterilerin% 1'inden daha az sayıdaki genetik değerlendirmenin gerekli olduğunu gösteriyor.

Moleküler Devrim: DNA tabanlı Yaklaşımlar

Polimeraz zinciri reaksiyonunun (PCR) ve daha sonraki yüksek kodlu sequencing gelişimi kültür kısıtlamalarından mikrobiyolojiyi özgürleştirdi. Bu moleküler teknikler genetik materyali doğrudan çevresel örneklerden kurtarıyor, topluluk kompozisyonu ve fonksiyonel potansiyelin daha tam ve tarafsız bir bakış açısı sağlıyor.

Metagenomics

Shotgun metagenomics, genetik olarak, genetik olarak kullanılan tüm DNA'ları örnek olarak özetliyor ve bu yaklaşım, genetik olarak, bakteri, oküler, virüsler ve mantarlar dahil olmak üzere tüm DNA'yı daha önce bilinmeyen mikropulasyon ve fonksiyonel genlerin DNA'sını ortaya çıkardı (örneğin, transseksüel retoriklerin moleküler olarak incelenmesini gerektiren).

16S rRNA Gen Amplicon Sequencing

16S ribosomal RNA geninin en yaygın kullanılan yöntemi, bakteri ve oküler toplumların sıralamasına rağmen, 16S genleri her iki koruma ve hiper değişkenli bölgeleri içerir (V1-V9), filizleyici bir sınıflandırma için çok sayıda kaynak gerekir.

Metatranscriptomics

Metagenomics genetik potansiyel ortaya çıkarır, metatranscriptomics, total RNA'yı (mükemmel olmayan) ayırt ederek aktif katılımcıları tespit etmek için kullanılır (projeksiyonel oksidatif bolsforus geri yükleme ile ilişkili gen ifadelerini ortaya çıkarır.

Sonraki -Generation Sequencing Platforms ve Innovations

Yeni sequencing platformları, önceki teknolojilerin sınırlamalarını kapsayan mikro karakterizasyon kapsamını genişletmiştir.

Illumina Sequencing

Illumina'nın sequencing-by-synthesis teknolojisi yüksek doğruluk nedeniyle piyasayı hükmetmiştir (>% 99.9) ve MiSeq ve NovaSeq gibi büyük aletler (tipik olarak 150-300 bp) amplicon tabanlı 16S profilleme ve küçük-genome derlemesi için idealdir. metajenomik için kısa süreli bir çalışma için, kısa süreli bir çalışma için kullanılan bir mikrobiyografik (MAG) için dezenfeksiyonu ortadan kaldırılabilir.

Nanopore Sequencing

Oxford Nanopore Teknolojileri'nin taşınabilir dizinleri (MinION, Flongle, GridION) gerçek zamanlı, uzun süreli bir sequencing ile doğrudan çevresel örneklerden yararlanarak, nanopore cihazları, mikropiyonel protein nanopore'de değişkenli genlerin ölçülmesiyle birlikte, uzun süreli olarak izlenen 5Bükleerlizdeki farkları takip eden ve daha yüksek çözünürlükte bulunan hipertipik analizler için kullanılan hipertipik analizler için kullanılan hipertipik yöntemlere göre daha fazla önem veriyor.

Single-Cell Genomics

Tek hücreli genomikler, bir topluluğun bireysel mikrobiyal hücrelerin DNA'larını basitleştirir ve her hücreyi ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı olarak tanımlar. Bu yöntem, genom ve hücre çizgisini korurken kültüre olan ihtiyacı açıklar.In waste-derives, tek hücreli genetik genomlar, bana yardımcı olabilecek küçük bakteri genomlarını ortaya çıkarır - aday phyla radyasyonu (CPR) ve DPANN arkeoloji yaklaşımlarını incelemek gibi - bu da birçok ortamda çok daha ucuza eleştireldir.

Biyoinformatik ve Data Entegrasyon

Bu platformlardan gelen sequencing verileri yorumlamak için sofistike hesaplama araçları talep ediyor. Bioinformatics pipelines, Phylogeny, fonksiyonel annotasyon ve istatistiksel analizleri birleştiren basit vergilendirme sistemleri ile birlikte gelişti.QIIME 2 (Quantitatives) ve mothur, kalite filtreleme, ASV inferans, çeşitlilik analizi ve görselleştirme ile birlikte çok sayıdaki karmaşıklıkta (Quantitative) ve fikreasyona olanak sağlar.

Fonksiyonel Karakterizasyon için Gelişmiş Teknikler

Ayrılmanın ötesinde, birkaç veyatogonal teknik, kimlikleri iyi bir ölçek üzerinde aktiviteye bağlarken genetik profiller tamamlar.

Stable Isotope Probing (SIP)

SIP, etiket dahil eden organizmalara veya RNA'yı ayırarak bir örnekle cevap verir.Bu yöntem, metafobik veya toluene ile hidroelektrik santralini talep eden veya homojenize eden (örneğin,) değiştirilebilir.

Seu Hybridization (FISH) ve Variants

FISH, normal rRNA dizilerini görselleştirmek ve ölçümlemek için floresan olarak etiketlenmiş oligonükleotid probesleri kullanıyor ve mikroskopik olarak hücreleri mikroskopik olarak koruyor, biyofilm mimarisini hileli filtrelerde incelemek için idealdir. (örneğin, baraj, komplike, PhyloChip) mikrooto-FISH ile arttırılmış bir teknik olarak, ancak FISH, tek hücre seviyesindeki buharlaşma ve optimizasyonlu bağlantılara karşı dikkatli bir tasarım ve optimizasyona ihtiyaç duyan özel bir teknik olarak kalır.

Culturomics

Kültür temelli yöntemlerin yeniden dirilişi, çeşitli medya ve koşulları kullanarak, yetiştiricilik dışı türlerin insan feci örneklerinden yüzlerce izole edilmiş olması ve matrikslerin yetiştirilmesi için boşanması gerekir.Bu yaklaşım moleküler yöntemlere eklenir ve fizyolojik çalışmalar ve potansiyel biyonolojik uygulamalar için referanslar sağlar.

Atık Akış Yönetimi Uygulamaları

Bu ortaya çıkan yaklaşımların her biri farklı atık tedavi bağlamları boyunca pratik kullanım bulur.

Atıksu Tedavisi

Aktif çamur sistemleri heterotrofiklerin bir konsorsiyumuna güveniyor, nitrifiers ve polifoz-accumulating organizmalar (PAOs) Metagenomics ve 16S sequencing, tedavi edilen veya köpüklü kesme noktalarının mikrobiyal göstergelerine aktif olarak bağlı olarak, bakteri kompozisyonunda aniden geçiş yapabilecek, erken müdahaleyi ortaya koyan Metatranomicsler.

Anaerobik Digestion

Biyogaz üretimi, hidrolitik mayınlardan sintrofik acetogens'e kadar istikrarlı bir mikrobiyolojiye bağlıdır ve 16S ve metagenomic profiline sahip olan temel mikroorganizmalara sahiptir - örneğin, [[DÜcretim:0)) ve bağlı topluluk değişkenli yağ asitliliğe geçişler için değişir.

Toprak doldurma ve Leachate Tedavisi

Arazi dolum leachate organik asitlerin bir karışımını içeriyor, ağır metaller ve recalcitrant bileşikleri. lachate'deki Microbial topluluklar proteobacteria ve asitojenik vergia göre belirlenir. Metatranscriptomics aktif metabolik yollarda demir azaltma ve xenobiyotik dönüşüm için uygun hale geliyor.

Tarımsal Atık ve Boşluk

Kompiyon, termophilic bakteri ve mantarların başarılarına dayanıyor. Amplicon sequencing, yemleme türü (manure, gıda atıkları, ek kalıntıları) son mikrobiyomyu şekillendiriyor, bu da çiftliklerin karbon kaynaklı oranlarına karşı ayak uydurmasına izin verebilir.

Future Yol ve Challenges

Bu teknolojilerin devam eden gelişimi, birçok atık ortamı için özellikle prototip aşamalarını tespit eden birçok engeli tespit eden ve biyoenerjinin veri yorumlanması ve çevirisinin mümkün olan kontrole uygun şekilde uygulanması için standartlaştırılmış biyomikrütle işlemlerine devam etmesi gerekir.Gerçek zamanlı olarak, situ sensörleri, özellikle de birçok atık ortamındaki hataları tespit etmek için biyomikrütme maliyetlerin arttırılması için biyoenerji standartlarının belirlenmesi için biyoenerjiye yönelik değerlendirme ve çevirisi gerekir.

Özetle, atık akışlarında mikrobik içeriğin karakterizasyonu, şimdiye kadar kültür bazlı plakaların sınırlamalarının ötesine geçti ve gerçek zamanlı olarak ne yapıyorlar. Bu olgun anlayışlar, daha hızlı bir şekilde, sinir bozucu teknoloji ve tek hücreli genomikler, güçlü hesaplama araçları tarafından desteklenen, şimdi temiz su, yenilenebilir enerji ve dairesel ekonomi ilkelerine göre daha iyi bir şekilde katkıda bulunacaktır.