Potential Auxiliary Metabolic Capabilities and Activities Reveal Biochemical Impacts of Viruses in Municipal Wastewater Treatment Plants

生物地球化学循环 废水 基因组 污水处理 生物 营养物 代谢途径 微生物代谢 基因 生物量(生态学) 生态学 细菌 遗传学 环境工程 环境科学
作者
Ling Yuan,Feng Ju
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (13): 5485-5498 被引量:51
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c07800
摘要

Viruses influence biogeochemical cycles in oceans, freshwater, soil, and human gut through infection and by modulating virocell metabolism through virus-encoded auxiliary metabolic genes (vAMGs). However, the geographical distribution, potential metabolic function, and engineering significance of vAMGs in wastewater treatment plants (WWTPs) remain to be explored. Here, 752 single-contig viral genomes with high confidence, 510 of which belonged to Caudovirales, were recovered from the activated sludge metagenomes of 32 geographically distributed WWTPs. A total of 101 vAMGs involved in various metabolic pathways were identified, the most common of which were the queuosine biosynthesis genes folE, queD, and queE and the sulfur metabolism gene cysH. Phylogenetic analysis and virus-host relationship prediction revealed the probable evolutionary histories of vAMGs involved in carbon (acpP and prsA), nitrogen (amoC), sulfur (cysH), and phosphate (phoH) metabolism, which potentially mediate microbial carbon and nutrient cycling. Notably, 11 of the 38 (28.3%) vAMGs identified in the metagenomes with corresponding metatranscriptomes were transcriptionally expressed, implying an active functional state. This meta-analysis provides the first broad catalog of vAMGs in municipal WWTPs and how they may assist in the basic physiological reactions of their microbial hosts or nutrient cycling in the WWTPs, and therefore, may have important effects on the engineering of wastewater treatment processes.
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