ABSTRACT We investigated the in situ spatial organization of ammonia-oxidizing and nitrite-oxidizing bacteria in domestic wastewater biofilms and autotrophic nitrifying biofilms by using microsensors and fluorescent in situ hybridization (FISH) performed with 16S rRNA-targeted oligonucleotide probes. The combination of these techniques made it possible to relate in situ microbial activity directly to the occurrence of nitrifying bacterial populations. In situ hybridization revealed that bacteria belonging to the genus Nitrosomonas were the numerically dominant ammonia-oxidizing bacteria in both types of biofilms. Bacteria belonging to the genus Nitrobacter were not detected; instead, Nitrospira -like bacteria were the main nitrite-oxidizing bacteria in both types of biofilms. Nitrospira -like cells formed irregularly shaped aggregates consisting of small microcolonies, which clustered around the clusters of ammonia oxidizers. Whereas most of the ammonia-oxidizing bacteria were present throughout the biofilms, the nitrite-oxidizing bacteria were restricted to the active nitrite-oxidizing zones, which were in the inner parts of the biofilms. Microelectrode measurements showed that the active ammonia-oxidizing zone was located in the outer part of a biofilm, whereas the active nitrite-oxidizing zone was located just below the ammonia-oxidizing zone and overlapped the location of nitrite-oxidizing bacteria, as determined by FISH.

To promptly establish anaerobic ammonium oxidation (anammox) reactors, appropriate seeding sludge with high abundance and activity of anammox bacteria was selected by quantifying 16S rRNA gene copy numbers of anammox bacteria by real-time quantitative PCR (RTQ-PCR) and batch culture experiments. The selected sludge was then inoculated into up-flow fixed-bed biofilm column reactors with nonwoven fabric sheets as biomass carrier and the reactor performances were monitored over 1 year. The anammox reaction was observed within 50 days and a total nitrogen removal rate of 26.0 kg-N m−3 day−1 was obtained after 247 days. To our knowledge, such a high rate has never been reported before. Hydraulic retention time (HRT) and influent NH4+ to NO2- molar ratio could be important determinant factors for efficient nitrogen removal in this study. The higher nitrogen removal rate was obtained at the shorter HRT and higher influent NH4+/NO2- molar ratio. After anammox reactors were fully developed, the community structure, spatial organization and in situ activity of the anammox biofilms were analyzed by the combined use of a full-cycle of 16S rRNA approach and microelectrodes. In situ hybridization results revealed that the probe Amx820-hybridized anaerobic anammox bacteria were distributed throughout the biofilm (accounting for more than 70% of total bacteria). They were associated with Nitrosomonas-like aerobic ammonia-oxidizing bacteria (AAOB) in the surface biofilm. The anammox bacteria present in this study were distantly related to the Candidatus Brocadia anammoxidans with the sequence similarity of 95%. Microelectrode measurements showed that a high in situ anammox activity (i.e., simultaneous consumption of NH4+ and NO2-) of 4.45 g-N of (NH4++NO2-) m−2 day−1 was detected in the upper 800 μm of the biofilm, which was consistent with the spatial distribution of anammox bacteria.

ABSTRACT Microbially induced concrete corrosion (MICC) in sewer systems has been a serious problem for a long time. A better understanding of the succession of microbial community members responsible for the production of sulfuric acid is essential for the efficient control of MICC. In this study, the succession of sulfur-oxidizing bacteria (SOB) in the bacterial community on corroding concrete in a sewer system in situ was investigated over 1 year by culture-independent 16S rRNA gene-based molecular techniques. Results revealed that at least six phylotypes of SOB species were involved in the MICC process, and the predominant SOB species shifted in the following order: Thiothrix sp., Thiobacillus plumbophilus , Thiomonas intermedia , Halothiobacillus neapolitanus , Acidiphilium acidophilum , and Acidithiobacillus thiooxidans. A. thiooxidans , a hyperacidophilic SOB, was the most dominant (accounting for 70% of EUB338-mixed probe-hybridized cells) in the heavily corroded concrete after 1 year. This succession of SOB species could be dependent on the pH of the concrete surface as well as on trophic properties (e.g., autotrophic or mixotrophic) and on the ability of the SOB to utilize different sulfur compounds (e.g., H 2 S, S 0 , and S 2 O 3 2− ). In addition, diverse heterotrophic bacterial species (e.g., halo-tolerant, neutrophilic, and acidophilic bacteria) were associated with these SOB. The microbial succession of these microorganisms was involved in the colonization of the concrete and the production of sulfuric acid. Furthermore, the vertical distribution of microbial community members revealed that A. thiooxidans was the most dominant throughout the heavily corroded concrete (gypsum) layer and that A. thiooxidans was most abundant at the highest surface (1.5-mm) layer and decreased logarithmically with depth because of oxygen and H 2 S transport limitations. This suggested that the production of sulfuric acid by A. thiooxidans occurred mainly on the concrete surface and the sulfuric acid produced penetrated through the corroded concrete layer and reacted with the sound concrete below.

The present study investigated the phylogenetic affiliation and physiological characteristics of bacteria responsible for anaerobic ammonium oxidization (anammox); these bacteria were enriched in an anammox reactor with a nitrogen removal rate of 26.0 kg N m −3 day −1 . The anammox bacteria were identified as representing ‘ Candidatus Brocadia sinica’ on the basis of phylogenetic analysis of rRNA operon sequences. Physiological characteristics examined were growth rate, kinetics of ammonium oxidation and nitrite reduction, temperature, pH and inhibition of anammox. The maximum specific growth rate (μ max ) was 0.0041 h −1 , corresponding to a doubling time of 7 days. The half-saturation constants ( K s ) for ammonium and nitrite of ‘ Ca. B. sinica’ were 28±4 and 86±4 µM, respectively, higher than those of ‘ Candidatus Brocadia anammoxidans’ and ‘ Candidatus Kuenenia stuttgartiensis’. The temperature and pH ranges of anammox activity were 25–45 °C and pH 6.5–8.8, respectively. Anammox activity was inhibited in the presence of nitrite (50 % inhibition at 16 mM), ethanol (91 % at 1 mM) and methanol (86 % at 1 mM). Anammox activities were 80 and 70 % of baseline in the presence of 20 mM phosphorus and 3 % salinity, respectively. The yield of biomass and dissolved organic carbon production in the culture supernatant were 0.062 and 0.005 mol C (mol NH4+ ) −1 , respectively. This study compared physiological differences between three anammox bacterial enrichment cultures to provide a better understanding of anammox niche specificity in natural and man-made ecosystems.

Summary To date, six candidate genera of anaerobic ammonium‐oxidizing (anammox) bacteria have been identified, and numerous studies have been conducted to understand their ecophysiology. In this study, we examined the physiological characteristics of an anammox bacterium in the genus ‘ C andidatus J ettenia’. Planctomycete KSU ‐1 was found to be a mesophilic (20–42.5°C) and neutrophilic ( pH 6.5–8.5) bacterium with a maximum growth rate of 0.0020 h −1 . Planctomycete KSU ‐1 cells showed typical physiological and structural features of anammox bacteria; i.e. 29 N 2 gas production by coupling of 15 NH 4 + and 14 NO 2 − , accumulation of hydrazine with the consumption of hydroxylamine and the presence of anammoxosome. In addition, the cells were capable of respiratory ammonification with oxidation of acetate. Notably, the cells contained menaquinone‐7 as a dominant respiratory quinone. Proteomic analysis was performed to examine underlying core metabolisms, and high expressions of hydrazine synthase, hydrazine dehydrogenase, hydroxylamine dehydrogenase, nitrite/nitrate oxidoreductase and carbon monoxide dehydrogenase/acetyl‐ CoA synthase were detected. These proteins require iron or copper as a metal cofactor, and both were dominant in planctomycete KSU ‐1 cells. On the basis of these experimental results, we proposed the name ‘ C a . J ettenia caeni’ sp. nov. for the bacterial clade of the planctomycete KSU ‐1.

Abstract To verify the parasitic lifestyle of Candidatus Patescibacteria in the enrichment cultures derived from a methanogenic bioreactor, we applied multifaceted approaches combining cultivation, microscopy, metatranscriptomic, and protein structure prediction analyses. Cultivation experiments with the addition of exogenous methanogenic archaea with acetate, amino acids, and nucleoside monophosphates and 16S rRNA gene sequencing confirmed the increase in the relative abundance of Ca . Patescibacteria and methanogens. The predominant Ca . Patescibacteria were Ca . Yanofskybacteria and 32-520 lineages (to which belongs to class Ca . Paceibacteria) and positive linear relationships ( r 2 ≥ 0.70) between the relative abundance of Ca . Yanofskybacteria and Methanothrix , suggesting that the tendency of the growth rate is similar to that of the host. By fluorescence in situ hybridization (FISH) observations, the FISH signals of Methanothrix and Methanospirillum cells with Ca . Yanofskybacteria and with 32-520 lineages, respectively, were significantly lower than those of the methanogens without Ca . Patescibacteria, suggesting their parasitic interaction. The TEM and SEM observations also support parasitism in that the cell walls and plugs of these methanogens associated with submicron cells were often deformed. In particular, some Methanothrix -like filamentous cells were dented where the submicron cells were attached. Metatranscriptomic and protein structure prediction analyses identified highly expressed secreted genes from the genomes of Ca . Yanofskybacteria and 32-520, and these genes contain adhesion-related domains to the host cells. Considering the results through the combination of microscopic observations, gene expression, and computational protein modeling, we propose that the interactions between Ca . Yanofskybacteria and 32-520 belonging to class Ca . Paceibacteria and methanogenic archaea are parasitism.

Plug-Flow Anaerobic Sludge Blanket Reactor (PASB) was used as the experimental reactor for the treatment as a replacement for Up-flow Anaerobic Sludge Blanket Reactor (UASB). The novelty of this study is to analyse the applicability of a novel post-treatment for anaerobically treated water by modifying UASB reactor which might be cost-effective, sustainable, and time-saving in the field of anaerobic treatment. Low-strength and high-strength (Leachate) wastewater (WW) were anaerobically treated under ambient temperature (28ºC-32ºC) with different Hydraulic Retention Time (HRT) values using a PASB and UASB setup. Chemical Oxygen Demand (COD) removal efficiency, biogas production rate, and gas composition were recorded and analysed. The average influent COD concentration of the low-strength wastewater was about 2070 ± 70 mg/L during the operation period of the reactor, and the COD removal efficiency of PASB was 90 ± 0.2% which was 16% enhancement at 10 hours (hrs) HRT compared to UASB. The maximum biogas production recorded at this HRT was 13.72 ± 0.16 mL/h/L, which was 30.7% higher than UASB. For leachate, COD concentration was about 6270 ± 220 mg/L, and COD removal efficiency was 97.2 ± 0.2%. It is about a 23% increase compared to UASB, at 8 hrs HRT and the maximum biogas production rate obtained for leachate treatment was 71.57 ± 1.53 mL/h/L and it was 30% escalation than UASB. Hence, the PASB Reactor seems to be a desirable technique in compared with UASB to reach a comprehensive treatment efficiency, with efficient biogas exploitation to meet goals of renewable energy especially in tropical nations where less reactor heating is needed.

An aortoesophageal fistula can prove to be fatal. Salvage thoracic endovascular aortic repair as a bridging therapy and radical surgery with thoracotomy should be considered while treating aortoesophageal fistula without spontaneous closure. Moreover, it is essential to select a technique that reduces the risk of reinfection. Here we report a rare case of a ruptured thoracic aortic aneurysm related to esophageal perforation by a fish bone that led to massive hematemesis and shock, and the surgical treatment of an aortoesophageal fistula that developed after salvage thoracic endovascular aortic repair.