The oxygen minimum zone (OMZ) of the Eastern Tropical South Pacific (ETSP) is 1 of the 3 major regions in the world where oceanic nitrogen is lost in the pelagic realm. The recent identification of anammox, instead of denitrification, as the likely prevalent pathway for nitrogen loss in this OMZ raises strong questions about our understanding of nitrogen cycling and organic matter remineralization in these waters. Without detectable denitrification, it is unclear how NH(4)(+) is remineralized from organic matter and sustains anammox or how secondary NO(2)(-) maxima arise within the OMZ. Here we show that in the ETSP-OMZ, anammox obtains 67% or more of NO(2)(-) from nitrate reduction, and 33% or less from aerobic ammonia oxidation, based on stable-isotope pairing experiments corroborated by functional gene expression analyses. Dissimilatory nitrate reduction to ammonium was detected in an open-ocean setting. It occurred throughout the OMZ and could satisfy a substantial part of the NH(4)(+) requirement for anammox. The remaining NH(4)(+) came from remineralization via nitrate reduction and probably from microaerobic respiration. Altogether, deep-sea NO(3)(-) accounted for only approximately 50% of the nitrogen loss in the ETSP, rather than 100% as commonly assumed. Because oceanic OMZs seem to be expanding because of global climate change, it is increasingly imperative to incorporate the correct nitrogen-loss pathways in global biogeochemical models to predict more accurately how the nitrogen cycle in our future ocean may respond.

The bacteria that mediate the anaerobic oxidation of ammonium (anammox) are detected worldwide in natural and man-made ecosystems, and contribute up to 50% to the loss of inorganic nitrogen in the oceans. Two different anammox species rarely live in a single habitat, suggesting that each species has a defined but yet unknown niche. Here we describe a new anaerobic ammonium oxidizing bacterium with a defined niche: the co-oxidation of propionate and ammonium. The new anammox species was enriched in a laboratory scale bioreactor in the presence of ammonium and propionate. Interestingly, this particular anammox species could out-compete other anammox bacteria and heterotrophic denitrifiers for the oxidation of propionate in the presence of ammonium, nitrite and nitrate. We provisionally named the new species Candidatus “Anammoxoglobus propionicus”.

Anaerobic ammonium oxidizing (anammox) bacteria are detected in many natural ecosystems and wastewater treatment plants worldwide. This study describes the enrichment of anammox bacteria in the presence of acetate. The results obtained extend the concept that the anammox bacteria can be enriched to high densities in the presence of substrates for heterotrophic growth. Batch experiments showed that among the tested biomass, the biomass from the Candidatus 'Brocadia fulgida' enrichment culture oxidizes acetate at the highest rate. Continuous cultivation experiments showed that in the presence of acetate, ammonium, nitrite and nitrate, Candidatus 'Brocadia fulgida' out-competed other anammox bacteria. The results indicated that Candidatus 'Brocadia fulgida' did not incorporate acetate directly into their biomass. Candidatus 'Brocadia fulgida' exhibited the common characteristics of anammox bacteria: the presence of an anammoxosome and ladderane lipids and the production of hydrazine in the presence of hydroxylamine. Interestingly, the biofilm aggregates of this species showed strong autofluorescence. It is the only known anammox species exhibiting this feature. The autofluorescent extracellular polymeric substance had two excitation (352 and 442 nm) and two emission (464 and 521 nm) maxima.

Summary Laboratory and field studies have indicated that anaerobic ammonium oxidation (anammox) is an important process in the marine nitrogen cycle. In this study 11 additional anoxic marine sediment and water column samples were studied to substantiate this claim. In a combined approach using the molecular methods, polymerase chain reaction (PCR), qualitative and quantitative fluorescence in situ hybridization (FISH), as well as 15 N stable isotope activity measurements, it was shown that anammox bacteria were present and active in all samples investigated. The anammox activity measured in the sediment samples ranged from 0.08 fmol cell −1 day −1 N 2 in the Golfo Dulce (Pacific Ocean, Costa Rica) sediment to 0.98 fmol cell −1 day −1 N 2 in the Gullmarsfjorden (North Sea, Sweden) sediment. The percentage of anammox cell of the total population (stained with DAPI) as assessed by quantitative FISH was highest in the Barents Sea (9% ± 4%) and in most of the samples well over 2%. Fluorescence in situ hybridization and phylogenetic analysis of the PCR products derived from the marine samples indicated the exclusive presence of members of the Candidatus ‘Scalindua’ genus. This study showed the ubiquitous presence of anammox bacteria in anoxic marine ecosystems, supporting previous observations on the importance of anammox for N cycling in marine environments.

Summary Anaerobic ammonium‐oxidizing (anammox) bacteria are responsible for a significant portion of the loss of fixed nitrogen from the oceans, making them important players in the global nitrogen cycle. To date, marine anammox bacteria found in marine water columns and sediments worldwide belong almost exclusively to the ‘ Candidatus Scalindua’ species, but the molecular basis of their metabolism and competitive fitness is presently unknown. We applied community sequencing of a marine anammox enrichment culture dominated by ‘ Candidatus Scalindua profunda’ to construct a genome assembly, which was subsequently used to analyse the most abundant gene transcripts and proteins. In the S. profunda assembly, 4756 genes were annotated, and only about half of them showed the highest identity to the only other anammox bacterium of which a metagenome assembly had been constructed so far, the freshwater ‘ Candidatus Kuenenia stuttgartiensis’. In total, 2016 genes of S. profunda could not be matched to the K. stuttgartiensis metagenome assembly at all, and a similar number of genes in K. stuttgartiensis could not be found in S. profunda . Most of these genes did not have a known function but 98 expressed genes could be attributed to oligopeptide transport, amino acid metabolism, use of organic acids and electron transport. On the basis of the S. profunda metagenome, and environmental metagenome data, we observed pronounced differences in the gene organization and expression of important anammox enzymes, such as hydrazine synthase (HzsAB), nitrite reductase (NirS) and inorganic nitrogen transport proteins. Adaptations of Scalindua to the substrate limitation of the ocean may include highly expressed ammonium, nitrite and oligopeptide transport systems and pathways for the transport, oxidation, and assimilation of small organic compounds that may allow a more versatile lifestyle contributing to the competitive fitness of Scalindua in the marine realm.

Background : Antibiotic resistance, which is mediated by environmental reservoirs, poses a threat to human and animal health. Aquatic biofilms impacted by treated wastewater (WW) are known environmental reservoirs for antibiotic resistance, however the specific influence of biotic factors and abiotic factors from WW on the abundance of antibiotic resistance genes (ARGs) within aquatic biofilms remains unclear. Additionally, experimental evidence is limited as to whether genes with low sequence similarity to reference ARGs actually encode for functional ARGs, particularly within understudied and complex aquatic microbial communities. Results : To disentangle the effects of abiotic and biotic factors on ARG abundances, natural biofilms were previously grown in flume systems with different proportions of stream water and either ultrafiltered or nonultrafiltered WW. In this study, we conducted deep shotgun metagenomic sequencing of 75 biofilm, stream, and WW samples from these flume systems and compared the taxonomic and functional microbiome and resistome composition. Statistical analysis revealed an alignment of the resistome and microbiome composition and a significant association with experimental treatment. Several ARG classes exhibited an increase in metagenomic abundances in biofilms grown with increasing percentages of nonultrafiltered WW. In contrast, sulfonamide and BEL family beta-lactamase ARGs showed greater abundances in biofilms grown in ultrafiltered WW compared to nonultrafiltered WW. Overall, our results pointed toward the dominance of biotic factors over abiotic factors in determining ARG abundances in WW-impacted stream biofilms and suggested gene family-specific mechanisms for ARGs which exhibited divergent abundance patterns. To investigate one of these specific ARG families experimentally, we biochemically characterized a new beta-lactamase from the Planctomycetota (Phycisphaeraceae). This beta-lactamase displayed activity in the cleavage of cephalosporin analog despite sharing low sequence identity with known ARGs. Conclusions : This discovery of a functional planctomycete beta-lactamase ARG is noteworthy, not only because it was the first beta-lactamase to be biochemically characterized from this phylum, but also because it was not detected by standard homology-based ARG tools. In summary, this study conducted metagenomic analysis on the relative importance of biotic and abiotic factors in the context of WW discharge and their impact on both known and new ARG abundances in aquatic biofilms.

In Fiji, 90% of the population has access to basic sanitation; however, there are still persistent health risks from endemic faecal-oral diseases such as typhoid fever. There is a need to assess the contribution of existing sanitation facilities in the faecal pathogen transmission pathway. This study was conducted as part of a larger planetary health study across 29 rural communities within five river catchments. This specific research aimed to characterise latrine front-ends, both infrastructure and usage behaviour, and to assess the faecal contamination levels on various frequently contacted latrine surfaces in rural Fiji. A sanitation survey, along with observation and latrine swab sampling, was conducted in households over three phases: baseline (n = 311) (Aug-Dec 2019), endline (n = 262) (Jun-Sep 2022) and an in-depth front-end study (n = 12) (Oct-Nov 2022). Of 311 households, almost all had pedestal-type latrines, predominately cistern-flush (83%), followed by pour-flush (13%), and then hole-type (pit) latrines (4%). Washable latrine floors had significantly higher E. coli densities (6.7 × 10