揭秘全球饮用水微生物组：一种神秘细菌的“生存密码”

摘要：

科学家们构建了一个全球饮用水基因组目录（DWGC），通过对数千个来自全球饮用水分配系统的宏基因组组装基因组和分离菌株基因组进行分析，揭示了饮用水微生物组的结构和功能。研究发现了一种名为“Raskinella chloraquaticus”的未培养细菌，它在经过消毒处理的饮用水系统中频繁出现且高度丰富，其基因组特征表明这种细菌能够适应饮用水分配系统的恶劣环境，并可能在其中大量繁殖和传播。

背景：

饮用水微生物组是一个复杂的微生物群落，包括细菌、古菌、真核生物和病毒等。从水源到水龙头，其组成在空间和时间上都有所不同。了解饮用水微生物组的结构和功能对于有效管理饮用水质量至关重要。以往的研究主要依赖于16S rRNA基因扩增子测序数据，但这种方法只能间接推断有限的功能信息。而宏基因组学研究则能够揭示微生物在饮用水分配系统中的特定代谢和应激耐受性状。

实验方法：

数据收集与整理：研究人员从Web of Science数据库中检索并收集了208个宏基因组数据，这些数据来自85个饮用水分配系统，以及从NCBI数据库中获取了55个分离菌株基因组。

宏基因组数据处理：对收集到的宏基因组数据进行质量控制，去除低质量序列和接头序列，然后进行共组装，以提高基因组组装的完整性和准确性。

基因组分箱与精炼：利用多种分箱工具（如CONCOCT、MetaBAT2和VAMB）对组装后的基因组进行分箱，将不同的基因组片段分配到不同的微生物物种中，并对分箱结果进行质量评估和人工精炼。

基因组去冗余与目录构建：使用CheckM2和dRep等工具对分箱得到的基因组进行去冗余处理，构建了一个包含1141个物种水平簇的饮用水基因组目录（DWGC）。

基因组注释与代谢建模：对DWGC中的基因组进行功能注释，预测其代谢能力，并构建代谢模型，以了解这些微生物在饮用水分配系统中的生存策略和潜在功能。

研究结论：

核心微生物组：研究确定了饮用水微生物组的核心成员，包括一个名为UBA4765的未培养细菌属，它在经过消毒处理的饮用水系统中非常普遍，且有一个基因组变体（genomovar）在75%的研究系统中被检测到。

新命名的细菌：研究人员提议将UBA4765命名为“Raskinella”，并将其中一种基因组变体命名为“Raskinella chloraquaticus”，这个名字是为了纪念在饮用水微生物学领域做出杰出贡献的Lutgarde Raskin博士。

代谢特征：“Raskinella chloraquaticus”具有多种适应饮用水分配系统的代谢特征，例如能够利用氨基酸和脂肪酸进行生长，能够代谢卤代化合物，以及在生物膜环境中增殖。此外，它还表现出对消毒剂的耐受性，如含有氯酸盐歧化酶基因，这可能与饮用水中的氯酸盐存在有关。

生态意义：这种细菌的全球分布和在饮用水分配系统中的高丰度表明它可能对饮用水微生物组的结构和功能产生了重要影响。了解这种细菌的生态位和代谢能力有助于我们更好地管理饮用水质量，防止微生物污染和相关健康风险。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.4c05086