Enhanced Bacterium–Phage Symbiosis in Attached Microbial Aggregates on a Membrane Surface Facing Elevated Hydraulic Stress

细菌 生物 基因组 溶原循环 噬菌体 微生物生态学 微生物学 生态学 基因 生物化学 遗传学 大肠杆菌
作者
Yixiao Tan,Pingfeng Yu,Dan Huang,Mengting Yuan,Zhuodong Yu,Huijie Lü,Pedro J. J. Alvarez,Liang Zhu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (45): 17324-17337 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c05452
摘要

Phages are increasingly recognized for their importance in microbial aggregates, including their influence on microbial ecosystem services and biotechnology applications. However, the adaptive strategies and ecological functions of phages in different aggregates remain largely unexplored. Herein, we used membrane bioreactors to investigate bacterium-phage interactions and related microbial functions within suspended and attached microbial aggregates (SMA vs AMA). SMA and AMA represent distinct microbial habitats where bacterial communities display distinct patterns in terms of dominant species, keystone species, and bacterial networks. However, bacteria and phages in both aggregates exhibited high lysogenicity, with 60% lysogenic phages in the virome and 70% lysogenic metagenome-assembled genomes of bacteria. Moreover, substantial phages exhibited broad host ranges (34% in SMA and 42% in AMA) and closely interacted with habitat generalist species (43% in SMA and 49% in AMA) as adaptive strategies in stressful operation environments. Following a mutualistic pattern, phage-carried auxiliary metabolic genes (pAMGs; 238 types in total) presumably contributed to the bacterial survival and aggregate stability. The SMA-pAMGs were mainly associated with energy metabolism, while the AMA-pAMGs were mainly associated with antioxidant biosynthesis and the synthesis of extracellular polymeric substances, representing habitat-dependent patterns. Overall, this study advanced our understanding of phage adaptive strategies in microbial aggregate habitats and emphasized the importance of bacterium-phage symbiosis in the stability of microbial aggregates.
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