Abstract Metagenomic binning enables the in-depth characterization of microorganisms. To improve the resolution and efficiency of metagenomic binning, BASALT (Binning Across a Series of AssembLies Toolkit), a novel binning toolkit was present in this study, which recovers, compares and optimizes metagenomic assembled genomes (MAGs) across a series of assemblies from short-read, long-read or hybrid strategies. BASALT incorporates self-designed algorithms which automates the separation of redundant bins, elongate and refine best bins and improve contiguity. Evaluation using mock communities revealed that BASALT auto-binning obtained up to 51% more number of MAGs with up to 10 times better MAG quality from microbial community at low (132 genomes) and medium (596 genomes) complexity, compared to other binners such as DASTool, VAMB and metaWRAP. Using BASALT, a case-study analysis of a Salt Lake sediment microbial community from northwest arid region of China was performed, resulting in 426 non-redundant MAGs, including 352 and 69 bacterial and archaeal MAGs which could not be assigned to any known species from GTDB (ANI < 95%), respectively. In addition, two Lokiarchaeotal MAGs that belong to superphylum Asgardarchaeota were observed from Salt Lake sediment samples. This is the first time that candidate species from phylum Lokiarchaeota was found in the arid and deep-inland environment, filling the current knowledge gap of earth microbiome. Overall, BASALT is proven to be a robust toolkit for metagenomic binning, and more importantly, expand the Tree of Life.

The increasing prevalence of drug-resistant Escherichia coli (E. coli) resulting from the excessive utilization of antibiotics necessitates the immediate exploration of alternative approaches to counteract pathogenic E. coli. Phages, with their unique antibacterial mechanisms, are considered promising candidates for treating bacterial infections. Herein, we isolated a lytic Escherichia phage Tequatrovirus YZ2 (phage YZ2), which belongs to the genus Tequatrovirus. The genome of phage YZ2 consists of 168,356 base pairs with a G+C content of 35.34% and 269 putative open reading frames (ORFs). Of these, 146 ORFs have been annotated as functional proteins associated with nucleotide metabolism, structure, transcription, DNA replication, translation, and lysis. In the mouse model of a skin wound infected by E. coli, phage YZ2 therapy significantly promoted the wound healing. Furthermore, histopathological analysis revealed reductions in IL-1β and TNF-α and increased VEGF levels, indicating the potential of phages as effective antimicrobial agents against E. coli infection.

Abstract Effects of nitrite on anammox activities have been of widespread concern. However, the molecular mechanisms of specific microorganisms in anammox systems responding to nitrite remain unexplored. This study investigated the effects of excess nitrite on core metabolism of AnAOB and symbiotic bacteria, and further elucidated the response mechanism of these effects on microbial growth and nitrogen removal performance. Specifically, nitrogen removal process in a continuous-flow anaerobic ammonia oxidation membrane bioreactor completely collapsed when the nitrite concentration reached 243 mg N/L. Integrated meta-omics analyses demonstrated that excess nitrite disrupted the energy metabolism of Ca. Brocadia sapporoensis (AMXB1), reducing the energy available for establishing tolerance. It disrupted cell replication by impairing biosynthesis process of AMXB1, especially DNA replication and the formation of vital cell structures, e.g., cell membrane and cell wall, as well as the cellular protection system, leading to the collapse of the anammox system. In addition, the cross-feeding of glycogen, lipopolysaccharide and amino acid between AMXB1 and symbiotic bacteria was hindered by excess nitrite, which also contributed to the anomalous cell proliferation and metabolism of AMXB1. These findings contribute to our understanding of the ability of anammox consortia to respond to nitrite stress and process stability in engineered ecosystems. Highlights NO - -N concentration of 243 mg N/L caused the performance collapse of a continuous-flow anammox MBR. Excess nitrite likely disrupted the energy metabolism of AMXB1, reducing the energy availability for mitigating nitrite toxicity. The cross-feeding between AMXB1 and symbiotic bacteria was hindered by excess nitrite. The hindrance of cross-feeding was reversed as the concentration of nitrite decreased. Graphical abstract

Background Anaerobic ammonium oxidation (anammox) is a biological process employed to remove reactive nitrogen from wastewater. While a substantial body of literature describes the performance of anammox bioreactors under various operational conditions and perturbations, few studies have resolved the metabolic roles of their core microbial community members.Results Here, we used metagenomics to study the microbial community of a laboratory-scale anammox bioreactor from inoculation, through a performance destabilization event, to robust steady-state performance. Metabolic analyses revealed that nutrient acquisition from the environment is selected for in the anammox community. Dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) was the primary nitrogen removal pathway that competed with anammox. Increased replication of bacteria capable of DNRA led to the out-competition of annamox bacteria, and the loss of the bioreactor’s nitrogen removal capacity. These bacteria were highly associated with the anammox bacterium and considered part of the core microbial community.Conclusions Our findings highlight the importance of metabolic interdependencies related to nitrogen- and carbon-cycling within anammox bioreactors and the potentially detrimental effects of bacteria that are otherwise considered core microbial community members.* Anammox : anaerobic ammonium oxidation DNRA : dissimilatory nitrate reduction to ammonium PN : partial nitritation NRR : nitrogen removal rate D0 : day 0 D82 : day 82 D166 : day 166 D284 : day 284 D328 : day 328 D437 : day 437 ANI : average nucleotide identity nMDS : nonmetric multidimensional scaling AA : anammox associated SA : source Associated HMM : Hidden Markov Model KEGG : Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes KO : KEGG Orthology CPR : Candidate Phyla Radiation CI : confidence interval LR : log-ratio RFg : reference frame genome.

Abstract Biosynthesis and biodegradation of microorganisms critically underpin the development of biotechnology, new drugs and therapies, and environmental remediation. However, the vast majority of uncultured microbial species along with their metabolic capacities in extreme environments remain obscured. To unravel the metabolic potential of these microbial dark matters (MDMs), we investigated four deep-inland hypersaline lakes with largely diversified environmental parameters in Xinjiang, China. Metagenomic binning obtained 3,030 metagenome-assembled genomes (MAGs) spanning 82 phyla, of which 2,363 MAGs could not be assigned to a known genus. MDM MAGs were abundantly observed with distinct taxa among lakes, possibly linked to the diversification of physiochemical conditions. Analysis of biosynthetic potentials identified 9,635 biosynthesis gene clusters (BGCs), in which 8,966 BGCs considered novel. We found that some MDM phyla consistently comprised enriched BGCs, which were considered to play essential roles in biotechnological applications. In addition, biodegradation potentials such as dehalogenation, anaerobic ammonium oxidation (Anammox), polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH), and plastics degradation were found in new microbial clades from hypersaline lakes. These findings substantially expanded the genetic repository of biosynthesis and biodegradation potentials, which can further assist the development of new and innovative applications in biotechnology. Graphical abstract Highlights ver 3,000 MAGs obtained from hypersaline lakes that enriching genomic resources. 8,000+ potential biosynthetic gene clusters in uncultured microbes. biodegradation potential in several microbial dark matter lineages. insights for biotechnology, environmental management applications. and resilient microorganisms in extreme environments.