新的饮用水基因组目录确定了一种适应消毒饮用水系统的全球分布的细菌属

这篇文献的标题是《New Drinking Water Genome Catalog Identifies a Globally Distributed Bacterial Genus Adapted to Disinfected Drinking Water Systems》，作者为 Ashwin S Sudarshan 等人。研究构建并整理了来自全球饮用水分配系统的数千个宏基因组组装的基因组和分离基因组，形成了一个饮用水基因组目录（Drinking Water Genome Catalog，DWGC）。这个目录特别代表了经过消毒处理的饮用水系统，因为目前缺乏来自未消毒系统的宏基因组数据。

利用DWGC，研究识别了饮用水微生物组的核心属，包括一个在消毒饮用水系统中频繁检测到且数量丰富的属（UBA4765），该属在以往的研究中被错误分类。研究显示，该属中的一个基因组变体（genomovar）在全球75%的饮用水系统中被检测到。研究提出了这个未培养细菌的名称为“Raskinella chloraquaticus”，并描述了这个属为“Raskinella”。代谢注释和基于模型的预测表明，这种细菌能够进行坏死营养生长，能够代谢卤代化合物，在生物膜环境中增殖，并显示出明显的消毒介导的选择迹象。

背景：

饮用水微生物组是一个包含细菌、古菌、真核生物和病毒的复杂集合体，其组成从水源到龙头都会发生空间和时间上的变化。了解饮用水微生物组的结构和功能对于保障饮用水的安全性和美学质量至关重要。以往的研究通常依赖于16S rRNA基因扩增子测序数据集，但这些方法只能间接推断有限的功能信息。

主要结果：

图 1.A） 构成 DWGC 的 1141 个物种水平 MAG 的冗余和完整性。颜色表示 MIMAG 质量，密度图表示不同 MIMAG 组的冗余和完整性。B） 捕获饮用水系统中主要门的 1138 种细菌物种 MAG 的系统发育树。C） 变形菌门（上图）和 Patescibacteria（下图）的 CheckM 与 CheckM2 估计完整性的比较。D） DWGC 中主要门的 CheckM2 和 CheckM 完整性之间的差异。E） 在使用相同的 dRep 参数的情况下，使用 CheckM 与 CheckM2 在不同饮用水分配系统中检测到的 Patescibacteria 系统的相对丰度和数量。

图1 展示了DWGC中1141个物种级MAGs的冗余度和完整性，以及在饮用水系统中主要门类的系统发育树。

图 2.A） 密度图描述了所有85个分布系统中针对按处理策略分隔的 DWGC 的映射读数百分比B）在超过60%的系统中检测到5个属B）最常检测到的五个属构成了整个DWGC的比例Bray-Curtis不相似性的 90% >D）五个属中不同物种的检测频率。气泡的大小表示这些物种在检测到的系统中的平均相对丰度。

图2 描述了DWGC在消毒和未消毒饮用水系统中的代表性，以及检测频率超过60%的五个属的检测频率。

图 3.A） 密度图描述了来自 UBA4765 MAG 的 16S rRNA 基因序列 （n = 20） 和从 SILVA 获得的 Phreatobacter 属 （n = 50） 序列的成对序列同一性。物种 （98.5%）、属 （95.5%）、科 （92.5%） 和目 （89.5%） 的身份界限用虚线表示。B） 小提琴图描绘了来自 UBA4765 （n = 20） 和三种培养的 Phreatobacter 物种 （oligotrophus， stygius 和 cathodiphilus. n= 1） 在 LPSN （DSMZ） 上的同一分布。C） UBA4765 MAGs 与 Phreatobacter 属基因组进行比较的氨基酸同一性值。密度图表示不同组之间的蛋白质组覆盖率

图3 展示了UBA4765与Phreatobacter在16S rRNA基因序列水平上的差异，以及它们在系统发育上的关系。

主要结论：

研究创建了一个包含全球饮用水分配系统中微生物组的基因组目录，有助于更好地理解饮用水微生物组的结构和功能。发现了一个全球分布的细菌属UBA4765，该属在消毒饮用水系统中非常普遍，但在以往的研究中常被错误分类。为UBA4765_DW1549这个未培养的细菌提出了新的名称“Raskinella chloraquaticus”，强调了其在消毒饮用水系统中的重要性。UBA4765_DW1549具有代谢多种底物的能力，包括氨基酸和脂肪酸，能够在饮用水系统中形成生物膜，并显示出对消毒剂的抗性。研究表明，UBA4765_DW1549基因组中存在一些与消毒剂抗性和应激反应相关的基因，这可能是其在饮用水系统中成功定殖的原因

论文链接：Environ. Sci. Technol. 2024, 58, 16475−16487