Molecular characterization of microbial communities in Canadian pulp and paper activated sludge and quantification of a novel Thiothrix eikelboomii-like bulking filament

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Abstract

We examined the microbial community structure and quantified the levels of the filamentous bulking organism Thiothrix eikelboomii in samples of activated sludge mixed liquor suspended solids (MLSS) from Canadian pulp and paper mills. Libraries of chaperonin 60 (cpn60) gene sequences were prepared from MLSS total microbial community DNA and each was compared with cpnDB, a reference database of cpn60 sequences (http://cpndb.cbr.nrc.ca) for assignment of taxonomic identities. Sequences similar to but distinct from the type strain of T. eikelboomii AP3 (ATCC 49788T) (∼89% identity over 555 bp) were recovered at high frequency from a mill sample that was experiencing bulking problems at the time of sample collection, which corresponded to microscopic observations using fluorescent in situ hybridization with commercially available 16S rDNA-based probes. We enumerated this strain in five mill-derived MLSS samples using real-time quantitative PCR (qPCR) and found that two samples had high levels of the bulking strain (>1012 genomes/g MLSS) and two contained lower but detectable levels of this organism. None of the mill samples contained cpn60 sequences that were identical to the type strain of T. eikelboomii. This technique shows promise for monitoring pulp and paper mill wastewater treatment systems by detecting and enumerating this strain of T. eikelboomii, which may be specific to pulp and paper mill wastewater treatment systems.

Nous avons examiné la structure de la communauté microbienne et quantifié les niveaux de l'organisme filamenteux de gonflement Thiothrix eikelboomii dans les échantillons de liqueurs de solides suspendus mélangés (LSSM) de boues activées provenant d'usines de pâtes et papiers canadiennes. Des banques de séquences géniques de la chaperonine-60 (cpn60) ont été préparées à partir d'ADN de communautés microbiennes totales de LSSM et chacune fut comparée à la cpnDB, une base de données de référence des séquences de cpn60 (http://cpndb.cbr.nrc.ca) pour l'allocation des identités taxonomiques. Des séquences semblables mais distinctes de la souche type de T. eikelboomii AP3 (ATCC 49799T) (∼89% d'identité parmi les 555 pb) ont été recueillies à une fréquence élevée d'un échantillon d'usine qui éprouvait des problèmes de gonflement au moment de l'échantillonnage, ce qui correspondait à des observations microscopiques utilisant l'hybridation fluorescente in situ avec des sondes d'ADNr 16S commerciales. Nous avons fait le décompte de cette souche dans cinq échantillons de LSSM provenant d'usines à l'aide du PCR quantitatif en temps réel (qPCR) et avons constaté que deux échantillons avaient des niveaux élevés de la souche de gonflement (>1012 génomes/g LSSM) et deux contenaient des niveaux intérieurs mais détectables de cet organisme. Aucun des échantillons d'usine ne contenait des séquences de cpn60 identiques à la souche type de T. eikelboomii. Cette technique est prometteuse pour la surveillance des systèmes de traitement des eaux usées des usines de pâtes et papiers en détectant et énumérant cette souche de T. eikelboomii, qui pourraient être spécifique au système de traitement des eaux usées des usines de pâtes et papiers.

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