Several perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances (PFASs) have been identified as chemicals of concern in the environment due to their persistence, global ubiquity, and classification as reproductive and developmental toxicants, endocrine disrupters, and possible carcinogens. Multiple PFASs are often found together in the environment due to product manufacturing methods and abiotic and biotic transformations. Treatment methods are needed to effectively sequester or destroy a variety of PFASs from groundwater, drinking water, and wastewater. This review presents a comprehensive summary of several categories of treatment approaches: (1) sorption using activated carbon, ion exchange, or other sorbents, (2) advanced oxidation processes, including electrochemical oxidation, photolysis, and photocatalysis, (3) advanced reduction processes using aqueous iodide or dithionite and sulfite, (4) thermal and nonthermal destruction, including incineration, sonochemical degradation, sub- or supercritical treatment, microwave-hydrothermal treatment, and high-voltage electric discharge, (5) microbial treatment, and (6) other treatment processes, including ozonation under alkaline conditions, permanganate oxidation, vitamin-B12 and Ti(III) citrate reductive defluorination, and ball milling. Discussion of each treatment technology, including background, mechanisms, advances, and effectiveness, will inform the development of cost-effective PFAS remediation strategies based on environmental parameters and applicable methodologies. Further optimization of current technologies to analyze and remove or destroy PFASs below regulatory guidelines is needed. Due to the stability of PFASs, a combination of multiple treatment technologies will likely be required to effectively address real-world complexities of PFAS mixtures and cocontaminants present in environmental matrices.

Iron is a micronutrient for nearly all life on Earth. It can be used as an electron donor and electron acceptor by iron-oxidizing and iron-reducing microorganisms and is used in a variety of biological processes, including photosynthesis and respiration. While it is the fourth most abundant metal in the Earth's crust, iron is often limiting for growth in oxic environments because it is readily oxidized and precipitated. Much of our understanding of how microorganisms compete for and utilize iron is based on laboratory experiments. However, the advent of next-generation sequencing and surge in publicly available sequence data has made it possible to probe the structure and function of microbial communities in the environment. To bridge the gap between our understanding of iron acquisition, iron redox cycling, iron storage, and magnetosome formation in model microorganisms and the plethora of sequence data available from environmental studies, we have created a comprehensive database of hidden Markov models (HMMs) based on genes related to iron acquisition, storage, and reduction/oxidation in Bacteria and Archaea. Along with this database, we present FeGenie, a bioinformatics tool that accepts genome and metagenome assemblies as input and uses our comprehensive HMM database to annotate provided datasets with respect to iron-related genes and gene neighborhood. An important contribution of this tool is the efficient identification of genes involved in iron oxidation and dissimilatory iron reduction, which have been largely overlooked by standard annotation pipelines. We validated FeGenie against a selected set of 28 isolate genomes and showcase its utility in exploring iron genes present in 27 metagenomes, 4 isolate genomes from human oral biofilms, and 17 genomes from candidate organisms, including members of the candidate phyla radiation. We show that FeGenie accurately identifies iron genes in isolates. Furthermore, analysis of metagenomes using FeGenie demonstrates that the iron gene repertoire and abundance of each environment is correlated with iron richness. While this tool will not replace the reliability of culture-dependent analyses of microbial physiology, it provides reliable predictions derived from the most up-to-date genetic markers. FeGenie's database will be maintained and continually updated as new genes are discovered. FeGenie is freely available: https://github.com/Arkadiy-Garber/FeGenie.

We present a global atlas of 4,728 metagenomic samples from mass-transit systems in 60 cities over 3 years, representing the first systematic, worldwide catalog of the urban microbial ecosystem. This atlas provides an annotated, geospatial profile of microbial strains, functional characteristics, antimicrobial resistance (AMR) markers, and genetic elements, including 10,928 viruses, 1,302 bacteria, 2 archaea, and 838,532 CRISPR arrays not found in reference databases. We identified 4,246 known species of urban microorganisms and a consistent set of 31 species found in 97% of samples that were distinct from human commensal organisms. Profiles of AMR genes varied widely in type and density across cities. Cities showed distinct microbial taxonomic signatures that were driven by climate and geographic differences. These results constitute a high-resolution global metagenomic atlas that enables discovery of organisms and genes, highlights potential public health and forensic applications, and provides a culture-independent view of AMR burden in cities.

Iron is a micronutrient for nearly all life on Earth. It can be used as an electron donor and electron acceptor by iron-oxidizing and iron-reducing microorganisms and is used in a variety of biological processes, including photosynthesis and respiration. While it is the fourth most abundant metal in the Earth's crust, iron is often limiting for growth in oxic environments because it is readily oxidized and precipitated. Much of our understanding of how microorganisms compete for and utilize iron is based on laboratory experiments. However, the advent of next-generation sequencing and the associated surge in publicly-available sequence data has now made it possible to probe the structure and function of microbial communities in the environment. To bridge the gap between our understanding of iron acquisition and utilization in model microorganisms and the plethora of sequence data available from environmental studies, we have created a comprehensive database of hidden Markov models (HMMs) that is based on genes related to iron acquisition, storage, and reduction/oxidation. Along with this database, we present FeGenie, a bioinformatics tool that accepts genome and metagenome assemblies as input and uses our comprehensive HMM database to annotate the provided datasets with respect to iron-related genes and gene clusters. An important contribution of this tool is the efficient identification of genes involved in iron oxidation and dissimilatory iron reduction, which have been largely overlooked by standard annotation pipelines. While this tool will not replace the reliability of culture-dependent analyses of microbial physiology, it provides reliable predictions derived from the most up-to-date genetic markers. FeGenie's database will be maintained and continually-updated as new genetic markers are discovered. FeGenie is freely available: https://github.com/Arkadiy-Garber/FeGenie.

This study conducted a comparative proteomic analysis to identify potential genetic markers for the biological function of chemolithoautotrophic iron oxidation in the marine bacterium Ghiorsea bivora. To date, this is the only characterized species in the class Zetaproteobacteria that is not an obligate iron-oxidizer, providing a unique opportunity to investigate differential protein expression to identify key genes involved in iron-oxidation at circumneutral pH. Over 1000 proteins were identified under both iron- and hydrogen-oxidizing conditions, with differentially expressed proteins found in both treatments. Notably, a gene cluster upregulated during iron oxidation was identified. This cluster contains genes encoding for cytochromes that share sequence similarity with the known iron-oxidase, Cyc2. Interestingly, these cytochromes, conserved in both Bacteria and Archaea, do not exhibit the typical β-barrel structure of Cyc2. This cluster potentially encodes a biological nanowire-like transmembrane complex containing multiple redox proteins spanning the inner membrane, periplasm, outer membrane, and extracellular space. The upregulation of key genes associated with this complex during iron-oxidizing conditions was confirmed by quantitative reverse transcription-PCR. These findings were further supported by electromicrobiological methods, which demonstrated negative current production by G. bivora in a three-electrode system poised at a cathodic potential. This research provides significant insights into the biological function of chemolithoautotrophic iron oxidation.