تجزيه و تحليل متاژنوميك مقايسه اي جوامع پروكاريوتي آب هاي زيرزميني آلوده به فنل

Comparative metagenomic analyses of groundwater prokaryotic communities along phenol pollution

آلودگي آب هاي زيرزميني يكي از نگراني هاي مهم زيست محيطي است. ورود فنل به اكوسيستم هاي آب زيرزميني اليگوتروف متابوليسم جامعه ميكروبي بومي را تغيير مي دهد. هدف اصلي اين مطالعه بررسي قابليت‌هاي متابوليكي بالقوه ميكروب هاي آب‌ زيرزميني در تجزيه هيدروكربن‌ها بود. براي آناليزهاي متاژنومي مقايسه اي، نمونه برداري از يك چاه آب زيرزميني واقع در تهران، قبل و بعد از 6 ماه آلودگي به فنل انجام شد. تمام توالي هاي تريم شده از هر مجموعه داده به طور جداگانه با استفاده از MEGAHIT اسمبل شدند. نرم افزار MetaBat2 با استفاده از فاصله احتمالي هريك از قطعات ژنومي از نظر فراواني تترانوكلئوتيدي و نيز عمق خوانش با يكديگر، هريك از قطعات ژنومي دقيق متاژنوم را bin كرد. ژن‌هاي احتمالي با Prodigal پيش‌بيني شدند و با استفاده از Prokka در حالت متاژنوميك حاشيه‌نويسي شدند. در مجموع 47 عدد MAG از دو نمونه متاژنوم توالي‌يابي شده بازيابي شد كه از ميان آنها 46 عدد به سلسله باكتري ها و يكي به سلسله آركي ها تعلق داشتند. مونو/دي‌اكسيژنازهايي كه باعث تخريب آلكان، سيكلودودكان، بي‌فنيل، فنل، تولوئن و نفتالين/فنانترن مي‌شوند در 43 MAG بازيابي شده از نمونه‌هاي آب زيرزميني شناسايي شدند. علاوه بر اين، آنزيم هاي كليدي مسئول شروع تخريب آلكان، اتيل بنزن، فنل و تولوئن منحصراً در شرايط بي هوازي در چهار MAG بازسازي شده شناسايي شدند. MAGهاي وابسته به Rhodoferax و Acidovorax پتانسيل ژنومي براي تخريب طيف متنوعي از هيدروكربن ها از جمله فنل، آلكان، بي فنيل، تولوئن، اتيل بنزن و زايلن را در هر دو شرايط هوازي و بي هوازي داشتند. تجزيه و تحليل گسترده متاژنوم آب هاي زيرزميني نشان داد كه ميكروب هاي تجزيه كننده آلاينده به جمعيت غالب در منطقه آلودگي تبديل شدند. تجزيه و تحليل با وضوح بالاتر جامعه ميكروبي اين اكوسيستم در مطالعات آينده مي تواند سازگاري هاي اكولوژيكي حياتي را با آلاينده هاي مختلف نشان دهد.

Groundwater pollution is one of the major environmental concerns. The phenol entrance into the oligotrophic groundwater ecosystems alters native microbial community metabolism. The main aim of this study was to investigate the groundwater microbial potential metabolic capabilities in hydrocarbon degradation. For Comparative metagenomic analyses, sampling of a groundwater well located in Tehran, Iran was performed before and after 6 months of phenol contamination. All trimmed sequences of each dataset were assembled separately using MEGAHIT. MetaBat2 software binned contigs ˃1 kb into metagenome-assembled genomes (MAGs) based on their different mapping depth and tetranucleotide frequencies. Putative genes were predicted with Prodigal and annotated using Prokka in the metagenomics mood. A total of 47 MAGs were recovered from two sequenced metagenomes, among which 46 belonged to domain bacteria and one to domain Archaea. Mono/dioxygenases triggering the degradation of alkane, cyclododecane, biphenyl, phenol, toluene, and naphthalene/phenanthrene were detected in 43 recovered MAGs of the groundwater samples. Furthermore, the key enzymes responsible for initiating the degradation of alkane, ethylbenzene, phenol, and toluene exclusively under anaerobic conditions were detected in four reconstructed MAGs. MAGs affiliated with Rhodoferax and Acidovorax had the genomic potential to degrade a diverse range of HCs, including phenol, alkane, biphenyl, toluene, ethylbenzene, and xylene under both aerobic and anaerobic conditions. The extensive analysis of groundwater metagenome illustrated that pollutant-degrading microbes became the dominant population in the pollution zone. Higher-resolution analysis of the microbial community of this ecosystem in future studies can reveal critical ecological adaptations to different pollutants.