Microbiome-functionality in anaerobic digesters: A critical review

生化工程 微生物群 生物 生态学 计算生物学 工程类 生物信息学
作者
Xingxing Zhang,Yiwei Wang,Pengbo Jiao,Ming Zhang,Ye Deng,Cheng‐Ying Jiang,Xian‐Wei Liu,Liping Lou,Yongmei Li,Xuxiang Zhang,Liping Ma
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:249: 120891-120891 被引量:87
标识
DOI:10.1016/j.watres.2023.120891
摘要

Microbially driven anaerobic digestion (AD) processes are of immense interest due to their role in the biovalorization of biowastes into renewable energy resources. The function-versatile microbiome, interspecies syntrophic interactions, and trophic-level metabolic pathways are important microbial components of AD. However, the lack of a comprehensive understanding of the process hampers efforts to improve AD efficiency. This study presents a holistic review of research on the microbial and metabolic "black box" of AD processes. Recent research on microbiology, functional traits, and metabolic pathways in AD, as well as the responses of functional microbiota and metabolic capabilities to optimization strategies are reviewed. The diverse ecophysiological traits and cooperation/competition interactions of the functional guilds and the biomanipulation of microbial ecology to generate valuable products other than methane during AD are outlined. The results show that AD communities prioritize cooperation to improve functional redundancy, and the dominance of specific microbes can be explained by thermodynamics, resource allocation models, and metabolic division of labor during cross-feeding. In addition, the multi-omics approaches used to decipher the ecological principles of AD consortia are summarized in detail. Lastly, future microbial research and engineering applications of AD are proposed. This review presents an in-depth understanding of microbiome-functionality mechanisms of AD and provides critical guidance for the directional and efficient bioconversion of biowastes into methane and other valuable products.
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