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Editorial: Meta-omic Approaches to the Complex Anaerobic Communities in Wastewater Treatment Plants and Digesters
No full textAnaerobic digestion is an established process for the stabilization of organic matter and production of renewable energy that has a central role in sustainable development and circular economy. It is currently being used worldwide for fuel generation and the production of a stabilized fertilizer from livestock manures and crop residues. High-rate anaerobic technologies can be applied to treat wastewater from virtually any industrial process, and novel strategies open avenues for obtaining products of biotechnological interest, including alternative energy carriers, such as methane and hydrogen, and valuable end-products with industrial application, such as organic acids.Fil: Erijman, Leonardo. Universidad de Buenos Aires; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Campanaro, Stefano. Università di Padova; ItaliaFil: Etchebehere, Claudia. Instituto de Investigaciones Biológicas "Clemente Estable"; UruguayFil: Amancio Varesche, Maria Bernadete. Universidade de Sao Paulo; Brasi
Bacterial composition and dynamics of active communities in an anammox reactor treating wastewater at mainstream conditions
No full textAquesta tesi s’ha desenvolupat en el marc del projecte HIPATIA, amb l’objectiu de demostrar la viabilitat operativa d’un reactor que tracta aigües residuals reals en condicions de línia principal d’aigües a temperatures baixes. L’objectiu principal d’aquest treball és conèixer els canvis a la comunitat microbiana d’un reactor anammox quan es treballa en condicions de línia principal d’aigües, per comprendre el desenvolupament del sistema durant els canvis operacionals que enfronta el procés. Les tècniques moleculars es fan servir àmpliament per estudiar comunitats microbianes en el procés anammox, però no sempre es tenen en compte els biaixos en la seva aplicació. La primera part d’aquesta tesi va consistir en l’avaluació, la comparació i l’estandardització de diferents enfocaments moleculars per estudiar comunitats bacterianes en un reactor anammox de llit de llots de flux ascendent (UAnSB) de biomassa granular que funciona en condicions de línia principal d’aigües i en un reactor de càrrega seqüencial (SBR) que funciona en condicions controlades amb aigües residuals sintètiques. Totes les tècniques avaluades es van estandarditzar generant, entre d’altres, un protocol optimitzat d’hibridació fluorescent in situ-FISH per reduir l’autofluorescència de la mostra i l’elecció d’encebadors per a seqüenciació d’amplicons i qPCR. A partir de la primera anàlisi filogenètica, proposem una nova espècie anammox, anomenada “Candidatus” Brocadia barcinensis. Es va estudiar l’estructura i dinàmica de les comunitats microbianes i anammox durant un gradient decreixent de temperatura (20ºC a 10ºC) al reactor UAnSB en tres seccions del llit de llots al llarg de l’alçada del reactor. Es va trobar un “microbioma central” amb les mateixes classes predominants malgrat la disminució de la temperatura. Els canvis a l’estructura de la comunitat microbiana van mostrar estratificació al llarg del reactor. Es va detectar més abundància relativa de bacteris anammox a la base del reactor, però l’augment d’aquests a 10°C no té correspondència amb la taxa específica d’eliminació de nitrogen (sNRR). Aleshores, calia informació més fiable per confirmar la hipòtesi de sobrecapacitat del reactor, recorrent a l’estudi de les comunitats actives. Es va determinar la dinàmica de les comunitats bacterianes i anammox actives al llarg del reactor UAnSB durant la disminució de la temperatura d’operació (20ºC a 10ºC). Es van registrar canvis a l’estratificació a causa de l’efecte de la temperatura. Aquests canvis al llarg del reactor donen suport al concepte de sobrecapacitat. La comunitat anammox activa va mostrar una diferenciació de gènere al llarg del reactor, que podria ser responsable de mantenir l’eficiència d’eliminació a temperatures baixes. A més, l’abundància de Ca. Brocadia barcinensis activa va augmentar a baixes temperatures. Així, les diferents capacitats fisiològiques de les espècies anammox podrien influir en l’exercici del reactor a cada temperatura i secció del llit de llots. Finalment, per determinar el rol dels grups bacterians predominants, utilitzem metagenòmica centrada en genomes per obtenir genomes representatius des dels reactors anammox SBR i UAnSB, i estudiem el potencial metabòlic de microorganismes dels ordres Brocadials i Ignavibacterials. S’obtingueren set genomes acoblats de metagenomes (MAGs) d’alta qualitat. Un dels MAGs de Brocadiales es va agrupar al mateix clado de la nostra nova espècie, Ca. Brocadia barcinensis i se’n va determinar el potencial metabòlic. Quant a Ignavibacteriales, se’n va estudiar el potencial metabòlic i es van confirmar les interaccions amb bacteris anammox. La gran quantitat de dades bioinformàtiques adquirides permetrà investigacions futures com l’estudi del potencial metabòlic del metagenoma dels reactors UAnSB. També es podrien generar investigacions que tinguin en compte una avaluació contínua de les comunitats actives en diferents condicions d’operació per comprendre els canvis en la dinàmica dels consorcis anammox. Finalment, seria interessant utilitzar nous enfocaments moleculars com la metatranscriptòmica per estudiar l’expressió de les funcions metabòliques identificades davant de determinades condicions d’operació.Esta tesis ha sido desarrollada en el marco del proyecto HIPATIA, con el objetivo de demostrar la viabilidad operativa de un reactor de que trata aguas residuales reales en condiciones de línea principal de aguas a bajas temperaturas. El objetivo principal de este trabajo es conocer los cambios en la comunidad microbiana de un reactor anammox cuando se trabaja en condiciones de línea principal de aguas, para comprender el desempeño del sistema durante los cambios operacionales que enfrenta el proceso. Las técnicas moleculares se utilizan ampliamente para estudiar comunidades microbianas en el proceso anammox, pero no siempre se tienen en cuenta los sesgos en su aplicación. La primera parte de esta tesis consistió en la evaluación, comparación y estandarización de diferentes enfoques moleculares para estudiar comunidades bacterianas en un reactor anammox de lecho de lodos de flujo ascendente (UAnSB) de biomasa granular que funciona en condiciones de línea principal de aguas y en un reactor de carga secuencial (SBR) que funciona en condiciones controladas con aguas residuales sintéticas. Todas las técnicas evaluadas se estandarizaron generando, entre otros, un protocolo optimizado de hibridación fluorescente in situ-FISH para reducir la autofluorescencia de la muestra y la elección de cebadores para secuenciación de amplicones y qPCR. A partir del primer análisis filogenético, proponemos una nueva especie anammox, denominada “Candidatus” Brocadia barcinensis. Se estudió la estructura y dinámica de las comunidades microbianas y anammox durante un gradiente decreciente de temperatura (20ºC a 10ºC) en el reactor UAnSB en tres secciones del lecho de lodos a lo largo de la altura del reactor. Se encontró un “microbioma central” con las mismas clases predominantes a lo largo de las secciones del lecho de lodos pese a la disminución de la temperatura. Los cambios en la estructura de la comunidad microbiana mostraron estratificación a lo largo del reactor. Se detectó una mayor abundancia relativa de bacterias anammox en la base del reactor, pero el aumento de éstas a 10°C no tiene correspondencia con la tasa específica de eliminación de nitrógeno (sNRR). Entonces, se necesitaba información más confiable para confirmar la hipótesis de sobrecapacidad del reactor, recurriendo al estudio de las comunidades activas. Se determinó la dinámica de las comunidades bacterianas y anammox activas a lo largo del reactor UAnSB durante la disminución de la temperatura de operación (20ºC a 10ºC). Se registraron cambios en la estratificación debido al efecto de la temperatura. Estos cambios a lo largo del reactor respaldan el concepto de sobrecapacidad. La comunidad anammox activa mostró una diferenciación de género a lo largo del reactor, que podría ser responsable de mantener la eficiencia de eliminación a bajas temperaturas. Además, la abundancia de Ca. Brocadia barcinensis activa aumentó a bajas temperaturas. Así, las diferentes capacidades fisiológicas de las especies anammox podría influir en el desempeño del reactor a cada temperatura y sección del lecho de lodos. Finalmente, para determinar el rol de los grupos bacterianos predominantes, utilizamos metagenómica centrada en genomas para obtener genomas representativos desde los reactores anammox SBR y UAnSB, y estudiamos el potencial metabólico de microorganismos de los órdenes Brocadiales e Ignavibacteriales. Se obtuvieron siete genomas ensamblados de metagenomas (MAGs) de alta calidad. Uno de los MAGs de Brocadiales se agrupó en el mismo clado de nuestra nueva especie, Ca. Brocadia barcinensis y se determinó su potencial metabólico. En cuanto a Ignavibacteriales, se estudió su potencial metabólico y se confirmaron las interacciones con bacterias anammox. La gran cantidad de datos bioinformáticos adquiridos permitirá futuras investigaciones como el estudio del potencial metabólico del metagenoma en los reactores UAnSB. También se podrían generar investigaciones que contemplen una evaluación continua de las comunidades activas en diferentes condiciones de operación.This thesis has been developed within the framework of the HIPATIA project, aiming to demonstrate the operational viability of an anammox reactor treating real mainstream wastewater at low temperatures. Thus, the main objective of this work is to know the changes in the microbial community of an anammox reactor when working at mainstream conditions to understand the performance of the system during the operational changes the process has suffered. Molecular techniques are widely used to study microbial communities in the anammox process, but biases on its application are not always considered. Therefore, the first part of this thesis consisted of evaluation, comparison, and standardization of different molecular approaches to study bacterial communities in a granular-sludge Upflow Anammox Sludge Blanket (UAnSB) reactor working at mainstream conditions and in a Sequencing Batch Reactor (SBR) working at controlled conditions with synthetic wastewater. All evaluated techniques were standardized generating, among others, an optimized Fluorescent in situ hybridization-FISH protocol to overcome sample autofluorescence and a proper choice of the primer sets for amplicon sequencing and qPCR. From the first phylogenetic analysis, we propose a new species of anammox, namely “Candidatus” Brocadia barcinensis. The structure and dynamics of the whole microbial and anammox communities during a decreasing gradient of temperature from 20ºC to 10ºC in the UAnSB reactor were studied in three sludge bed sections along the reactor height. A “core microbiome” with the same predominant classes was found along the different sludge bed sections of the reactor despite the temperature decrease, but changes in the microbial community structure showed stratification along the reactor. The higher relative abundance of anammox bacteria was detected in the base of the reactor. Nevertheless, the increase of anammox relative abundance at 10ºC has no correspondence with the calculated specific Nitrogen Removal Rate (sNRR). Thus, more reliable information was needed to explain and confirm the hypothesis of reactor overcapacity with the study of its active communities. Thus, the dynamics of active bacterial and anammox communities along the UAnSB reactor during the decrease of the operating temperature from 20ºC to 10ºC was determined. Changes in stratification due to the temperature effect were recorded and the community dynamics variation along the reactor support the reactor overcapacity concept. The active anammox community showed a genus differentiation along the reactor, which could be responsible for keeping the removal efficiency at low temperatures. In addition, the abundance of active Ca. Brocadia barcinensis increased at low temperatures. Therefore, the different physiological abilities of each anammox species might be influencing the reactor’s performance at each temperature and sludge bed section. Finally, to fill the gaps in determining the role of the predominant bacterial groups, we applied genome-centric metagenomics to obtain representative genomes to study the metabolic potential of microorganisms from the Brocadiales and Ignavibacteriales orders from the SBR and UAnSB anammox-reactors. Seven metagenomics assembled genomes (MAGs) of high quality were obtained. One of the Brocadiales MAG bunched in the same clade of our recently proposed new species, Ca. Brocadia barcinensis and its metabolic potential was determined. Regarding the Ignavibacteriales, its metabolic potential was studied and the interactions with anammox bacteria were confirmed. The high amount of bioinformatic data acquired through this thesis, would allow future investigations as the study of the metabolic potential of the metagenome along the UAnSB reactors. Futures lines of research could be achieved with a continuous assessment of the active communities to understand changes in the dynamics of the anammox consortia, and finally, the use of new approaches as metatranscriptomics would be necessary to study the expression of the identified metabolic functions under certain operational conditions.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Ciència i Tecnologia Ambiental
Producción de hidrógeno mediante microorganismos extremófilos
No full textExiste la necesidad de buscar fuentes de energía limpias y renovables, ya que por más de un siglo se han explotado los combustibles fósiles al punto de provocar graves problemas ambientales y agotamiento de las reservas de estos combustibles. El hidrógeno representa una de las alternativas a los combustibles fósiles. En el marco de una colaboración con investigadores de Brasil, se están estudiando las comunidades microbianas de dos reactores de producción de hidrógeno por fermentación oscura operados en condiciones extremas de temperatura (70°C, reactor termófilo) o pH (pH 3, reactor acidófilo). El objetivo de este trabajo fue aislar y caracterizar los microorganismos presentes en estos reactores para poder inferir cuál es su rol en la comunidad microbiana y por ende en la producción de hidrógeno. Se aislaron microorganismos anaerobios formadores y no formadores de esporas, aerobios y bacterias ácido lácticas, para lo que se utilizaron varias técnicas de aislamiento, medios de cultivo y condiciones de incubación. Los aislamientos se caracterizarán morfológicamente por tinción de gram y filogenéticamente por análisis de la secuencia del gen ARNr 16S. Para estudiar el metabolismo de los aislamientos se determinará el volumen, composición y concentración del gas generado mediante desplazamiento de agua y cromatografía de gases, y se determinará la concentración de metabolitos producidos por HPLC. También se evaluará la tolerancia al pH y el crecimiento a altas temperaturas de los microorganismos aislados del reactor acidófilo y termófilo, respectivamente. Hasta el momento se aislaron 54 microorganismos que están siendo caracterizados. Este conocimiento permitirá avanzar en el entendimiento de la producción biológica de hidrógenoFil: Etchelet, Inés. Universidad de La República (Uruguay)
A PESQUISA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA NA UNIVERSIDADE GUARULHOS – UNG
No full textSince its beginning, in the year 1999, the initiation research program was intended for undergraduate students of the Guarulhos University (UnG). Its objectives are the development of scientifi c research under the guidance of a supervising professor with, at least, a master´s degree. Hitherto, more than 329 students had been awarded the scholarship. The requirements are: the student must have completed a suffi cient number of relevant disciplines and cannot hold any academic failure. The scholarship is awarded, under normal circumstances, for a period comprising of fi ve to twelve months, after an analysis of its scientifi c value, viability as well as an analysis of the supervisor’s and the student’s resumé the project might be renewed depending upon the student’s academic performance. Almost every UnG graduation course has a proper number of scholarships. The course with the largest numbers of awarded scholarships are Biological Sciences, Odontology, Psychology, Nursing, Mathematics and History. At least 2/3 of the supervisors are females. The perspective for the UnG Scientifi c Initiation Program are of continuous growth, professionalizing and improvement of the mechanisms of fostering, selection and evaluation projects. In addition, this program shall in the future have its own budget, in order to offer scientifi c grants to future students.Desde sua implantação, em 1999, o programa de pesquisa de iniciação científi ca da UnG já benefi ciou cerca de 329 alunos com bolsas de estudo. Este programa foi criado com o propósito de propiciar aos alunos da UnG, condições objetivas para o desenvolvimento de pesquisa, realizada sob a orientação de um professor com experiência em pesquisa científi ca, detentor de, pelo menos, título de mestre. Os projetos têm, normalmente, extensão variável entre 5 e 12 meses, podendo haver prorrogação, a depender da evolução do projeto e do desempenho acadêmico do aluno. Constituem condições fundamentais para a seleção dos projetos: o mérito científi co, a exeqüibilidade e os currículos do professor-orientador e do aluno, além do próprio desempenho acadêmico do estudante. Foram distribuídas bolsas de estudo para praticamente todos os cursos de graduação da UnG, com Dessaque para Ciências Biológicas, Odontologia, Psicologia, Enfermagem, Matemática e História, com 2/3 dos pesquisadores pertencendo ao sexo feminino. As perspectivas para o programa de IC são de contínuo crescimento, profi ssionalização e aperfeiçoamento dos mecanismos de fomento, seleção e avaliação dos projetos, e dotação orçamentária própria, que possa garantir, além das bolsas de estudo, também fundos para despesas de custeio e investimento
El proceso de neoliberalización en América Latina. Reactualización, intensificación y resistencias en la experiencia argentina de la segunda década del siglo XXI
No full textEn el presente artículo desarrollaremos: a- el sentido general que adquiere el proyecto neoliberal como respuesta de clase a la crisis capitalista de la década del setenta. b- Identificamos procesos de resistencias y luchas contra el neoliberalismo, procesos de inflexiones alcanzados en las denominadas “experiencias de cambio progresistas” en el siglo XXI, las cuales convivieron en el desarrollo de sus proyectos con continuidades estructurales. c- Por último describimos los procesos reaccionarios contra los progresismos desarrollados en la segunda década del siglo XXI, que despliega intensamente propuestas de contra-reformas restauradoras conservadoras. d- sobre este movimiento general, de reacciones, resistencias y luchas realizamos un proceso de problematización y recuperamos los desafíos desplegados.Fil: Fernandez Soto, Silvia. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Humanas. Programa de Investigación y Estudios Sobre Politica y Sociedad; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin
PROGRAMA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA DA UNIVERSIDADE GUARULHOS – CRITÉRIOS DE SELEÇÃO E PROJETOS MAIS RECENTES
No full textThis paper aims to present the main criteria used by the Comitê de Pesquisa da Universidade Guarulhos – CP-UnG (Scientifi c Research Committee) in the evaluation of the proposals of projects of scientifi c initiation in each round of the program. The fi nal evaluation of each proposal is made through its proper scientifi c merit analysis (60% of the assessment weight), the curricula of the professor (28% idem) and of the student (8% idem), and the eventual association with UnG’s Scientifi c Research Groups registered at the data base of CNPq (government agency for scientifi c and technologic research). Besides this, the paper shows a complementary list of the most recent projects of the UnG Scientifi c Initiation Scholarship Program.Este artigo objetiva apresentar os critérios utilizados pelo Comitê de Pesquisa da Universidade Guarulhos – CP-UnG na avaliação das propostas de projetos de iniciação científi ca apresentadas em cada rodada do programa. A avaliação fi nal de cada proposta é dada pelo mérito científi co próprio (60% do valor total), pela qualidade dos currículos do professor-orientador (28% idem) e do aluno-proponente (8% idem), completada com o possível vínculo com grupos de pesquisa da UnG credenciados junto ao CNPq. Adicionalmente, o artigo apresenta a listagem dos projetos de pesquisa mais recentes, contemplados com bolsas de estudos de I.C., em complemento à lista divulgada em contribuição anterior
Sequencing batch reactor as a post-treatment of anaerobically treated dairy effluent
No full textWastewater from dairy industries, characterized by its high COD content and relative high COD/TKN ratio, requires post-treatment after anaerobic treatment to complete the removal of organic matter and nutrients. Due to its simplicity, robustness and low maintenance costs, sequencing batch reactors (SBR) result in an attractive system, especially in case of small dairy industries in order to comply with the emission standards. The goal of this work was to determine the operational parameters, optimize the performance, and study the stability of the microbial population of a SBR system for the post-treatment of an anaerobic pond effluent. High and stable removal of COD and TKN was achieved in the reactor, which can easily be set up in dairy industries. An active nitrifying population was selected during reactor operation and maintained relatively stable, while the heterotrophic (total and denitrifying) communities were more unstable and susceptible to changes in the operating conditions
Long-term evaluation of a sequential batch reactor (SBR) treating dairy wastewater for carbon removal
No full textMany dairy industries have been using SBR wastewater treatment plants because they allow optimal working condition to be reached. However, to take advantage of SBR capabilities, strong process automation is needed. The aim of this work is to study the factors that influence SBR performance to improve modelling and control. To better understand the whole process we studied the kinetic modelling, the carbon removal mechanism and the relation between reactor performance, aerobic heterotrophic activity and bacterial population dynamics (by terminal restriction fragment length polymorphisms of 16S rDNA, T-RFLP). The heterotrophic activity values presented high variability during some periods; however, this was not reflected on the reactor performance. As sludge health indicator, the average activity in a period was better than individual values. Although all the carbon removal mechanisms are still unclear for this process, they seemed to be influenced by non-respirometric ways (storage, biosorption, accumulation, etc.). The variability of heterotrophic activity could be correlated with the bacterial population diversity over time. Despite the high variability of the activity, a simple kinetic model (pseudo ASM1) based on apparent constant parameters was developed and calibrated. Such modellisation provided a good tool for control purposes
Inhibitory effects of long chain fatty acids on anaerobic sludge treatment: Biomass adaptation and microbial community assessment
No full textThe study investigated the effects of long-chain fatty acids (LCFA) on anaerobic sludge treating lipid-rich wastewater. It involved batch experiments with three sludge samples: two acclimated to lipids and one non-acclimated. The experiments aimed to observe the degradation of LCFA, specifically oleate and palmitate, by dosing them at concentrations ranging from 50 to 600 mg/L. Measurements of the cumulative methane production and the LCFA concentration, quantified as fat, oil, and grease (FOG) were performed. To ensure the sludge was free from other biodegradable substrates, part of the samples was pre-incubated without feed. The tests were conducted with both pre-incubated and non-incubated inoculum sludge. The findings revealed that oleate was degraded more efficiently than palmitate across all sludge samples, with a greater conversion rate to methane. Sludge samples acclimated to lipids showed a superior capacity to degrade LCFA compared to non-acclimated ones. It was noted that at concentrations above 400 mg/L, the conversion of LCFAs to intermediate compounds was inhibited, although this did not affect the subsequent methane production. The study concludes with a recommendation for sludge adaptation strategies to boost the efficiency of anaerobic wastewater treatment systems dealing with lipid-rich waste. The presence of LCFA-degrading bacteria families like Kosmotogaceae, Petrotogaceae, and Synergistaceae in the acclimated sludge samples underscores the adaptation and potential for improved degradation performance.Sanitary EngineeringBT/Environmental Biotechnolog
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